音频工作人员必备！室内声场主动控制技术及其应用现状

970336519

音频工作人员必备！室内声场主动控制技术及其应用现状

自古以来，为获得良好的听音效果，早期都是通过建筑的措施实实现某种声学效果。在声学上，这也被称为“被动”技术；电声设备出现后，“扩声”被广泛应用。采用电声设备实现某种声学效果，这即是“主动”技术。目前主动控制在噪声控制方面研究较多，消声耳机就是一种噪声主动控制技术应用。

而是否可以通过电声设备改善室内音质，创造想要的室内声场，即室内声场主动控制，这不仅可能，而且具有现实意义。本文重点探讨的就是“室内声场主动控制技术及其应用”。





需要指出的是，在室内音质方面，被称为“可变混响”、“可变建声”，这种提法不全面，存在对主动控制技术的误解。

室内声场主动控制的任务和目标

一、改善观众的听音感受：
即改善观众厅声场，简单的说就是改善室内声场时间和空间分布。

二、改善演员的听音感受：
即改善舞台声场，让演员有良好的自我听闻和相互听闻。

与扩声系统不同，声场主动控制系统让人感觉不到电声的存在，感觉就是房间自然的声音。因此，扬声器安装的时候应该隐蔽，让人看不到扬声器的存在，以免产生引导作用，声音是从扬声器出来的。

关于室内声场

声场主动控制是模拟室内自然声场，当然是模拟良好的室内声场。电声技术的发展，几乎可以创造任何想要的声场，因此，我们需要掌握什么是听众想要的音质（声场），由于涉及主观审美，这是一个困难但必须掌握的问题。

关于音质问题，公元前32-22年，维特鲁威在其《建筑十书》就有多处讲述。室内音质的科学研究也已有100多年，一般认为Sabin开启了室内声学科学研究，并提出了混响时间概念，给出了混响时间计算公式：T=0.161V/A

该公式形式简单，至今仍被使用。当然，该公式在吸声很大时误差较大。

白瑞内克为林肯中心声学问题，系统地对室内声学进行了研究。他率领一个乐队，在欧洲和美国进行了大规模调研，并对大量音乐厅和歌剧院进行声学测试和建筑测绘。希望掌握“主观评价、客观物理量、建筑条件”三者关系。

研究成果写成《音乐、声学和建筑》一书，我国建筑声学教材中有很多内容来自于该书。白瑞内克晚年，总结国际上室内音质研究成果，完成《音乐厅和歌剧院声学》一书。

观众主观听音评价

清晰度和丰满度、响度、亲切感、空间感、温暖、没有噪声干扰、没有音质缺陷

观众厅声场中听音

观众厅中，观众听到一个直达声，来自不同方向的反射声。直达声和先后到达的来自不同方向的反射声构成该测点音质。（直达声后50-80ms到达的反射声，称早期反射声。）


脉冲响应，包含除空间信息外的全部音质信息

观众厅客观声学参数：

● 混响时间、EDT、声能比（C50、C80、D50）、直混比R/D、时间能量重心Ts
● 声压级、强度指数G
● 双耳互相关系数IACC、LF
● 早期反射声初始时延间隔ITDG
● 背景噪声值
● 低音比、频率特性
● 舞台声支持度ST1

室内声场主动控制基本思路
1、增加早期反射声，电子反射声
2、补充混响声能，延长混响时间



室内声场主动控制发生和发展

英国伦敦节日音乐厅最早利用电声设备改善室内音质的工程。
受援共振系统AR，Parkin

AR受援共振系统	Parkin	1964年
MCR多通道混响系统	Franssen	1969
ERES 电子反射声系统	Jaffe	1970
RODS 按需混响系统	Barnet	1975
ACS 声控制系统	De Vries	1987
E-acoustic 电子声学优化系统	LARES	1988
SIAP声学性能改善系统	Pirnnssen	1991
Constellation/VRAS 可变室内声系统	Poletti	1993
AFC声场控制系统	Yamaha	1993
CARMEN-Vian	法国	1998
VIVACE	Muller BBM,	2008
	Stagetec

970336519

室内声场主动控制关键技术
根据前面对室内音质评价指标，前期反射声和后期反射声（混响声）两者是独立影响音质的。所以声场主动控制技术措施也应该从这两个方面进行，这里把它分为：前期反射声系统（电子反射声）和后期混响声系统两部分。

一、 前期反射声系统关键点

1、拾音，拾取舞台上的直达声。

1）传声器选择，一般要求选择指向性强、灵敏度高的传声器（音王开发了一款阵列传声器系统）；

2）传声器布置，这是需要充分研究的工作，传声器的设置应该覆盖整个表演区（声源范围），考虑声源指向性、数量、对观众的观赏影响等一系列因素。
2、声信号处理，延时、位置分配等。

3、反射声重放，扬声器位置布置（模拟反射面）、扬声器选择、扬声器安装（隐蔽）。


二、后期混响声系统

1）从观众厅混响声场拾取混响声，处理后重放到观众厅，最早英国皇家节日音乐厅就是这个方法。

为提高系统增益，传声器设置在亥姆霍兹共振器内，并采用多达172个传声器（声道），低频差不多2个频率就一个声道。



16路传声器信号延时、滤波后通过交叉耦合矩阵相乘后再返还给各路。增加混响后的各路信号再分配给各路扬声器。


VRAS系统原理图

VRAS案例

案例一：Meyer Sound公司内部小剧场


2006年考察拍摄，听音试验，特别邀请了小提琴演奏家现场演奏，并听取了演奏人员在舞台上的感受。

案例二：韩国江原道音乐厅




传声器设置在舞台跳台四周及观众厅，扬声器墙面、顶面均有布置，除小尺寸全频扬声器外，还配置尺寸稍大低频扬声器。

2）从舞台拾取直达声，卷积事先录制好的脉冲响应，以此增加声信号的混响；增加混响后的信号再分配给各路扬声器；脉冲响应再公认音质优良的大厅录制。这种做法，某种意义上带有优良大厅的“基因”。

目前，Vivace系统是按这个思路开发的。

这种利用外部脉冲响应的做法非常有意思，可以说是BBM另辟蹊径开发的新系统。这种系统所需要的传声器数量大幅度减少，系统也相对简单。


Vivace系统框图，BBM/Stagetec

970336519

Vivace系统应用案例

案例一：德国Darmstadt剧院


剧院体形不是很好，吊顶很大部分是透空的，设置Vivace系统后音质明显改善。

案例二：大连国际会议中心


观众厅相对比较特别，墙面均为透声面，观众厅容积很大。Vivace安装完成后，国内很多专业人员到现场听音体验，一致认为混响时间增加明显，并且效果自然。
  
3）从舞台拾取直达声，卷积事先模拟计算的房间脉冲响应，以此增加声信号的混响；增加混响后的信号再分配给各路扬声器；脉冲响应模拟时房间处于理想状态，或不同声学条件分别模拟。这种做法，某种意义上音质效果还是保持自己的特点。

三、其他

1、系统处理、卷积运算时间，即信号延时时间。
2、厅堂背景噪声应足够低。

3、视觉上的考虑，扬声器、传声器尽量隐蔽，观众看到扬声器，会产生诱导作用，让人感到不是自然声。用于改善舞台声支持，物理的反射罩在心理上给演奏员支持感。
4、适宜用在空间较小的厅堂，“电子反射声”能够延时，不能提前，对于追求丰富的前期反射声，需要较短的时间提供反射声。

5、厅堂混响时间相对较短。

国内在声场主动控制方面的探索

浙江音乐厅是国内首个尝试用声场主动控制技术的项目。本人自己用最普通的电声设备（电容传声器、调音台、数字延时器、功率放大器、扬声器）搭建一个电子反射声系统，经试听对音质有明显改善。




励丰公司——厅堂声学环境仿真系统

在分析国际上各种同类系统后，励丰公司开发了自己的系统，系统类似VRAS。在江苏泰州剧院有过应用，被认为有明显改善作用。





音王——多功能厅演出用虚拟可变混响系统

声信号为舞台表演区拾取的直达声，直达声卷积事先准备好的脉冲响应。在扬声器重放方面，借用电影全景声扬声器系统的做法。

专门开发了六边形强指向性传声器阵列，试验用传声器采用的是797厂产品。扬声器采用自己开发的全频小型音箱。经试听，效果非常明显。

关于该系统详见：《一物七用，这款具有自主知识产权的声场控制系统如何做到的？》




室内声场主动控制个人看法

声场主动控制应用前景广阔：
1）可以改善因各种原因造成的建筑声学不足，如增加前期反射声、给舞台提供声支持、增加混响声等；

2）多用途厅实现声场可调，满足不同用途需要。

3）营造各种声场特殊效果，如演出中的效果声。

如何获得良好效果：

1）建筑声学、建筑装饰等的配合；
2）系统选择；

3）系统调试十分重要，需要对音质审美敏感的专业人员花时间调试。

hifi009

为你加油:handshake

zgypw

支持朋友。

紫箭穿心

顶了~~~~~~~~~~~~~~~~