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[音视频] 音频工作人员必备!室内声场主动控制技术及其应用现状

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发表于 2009-3-25 23:01:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
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”。



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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。)

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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

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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

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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

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 楼主| 发表于 2009-3-26 23:27:45 | 显示全部楼层
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)。

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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。

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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。

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VRAS系统原理图

VRAS案例

案例一:Meyer Sound公司内部小剧场
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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
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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。

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Vivace系统框图,BBM/Stagetec
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 楼主| 发表于 2009-3-28 23:16:58 | 显示全部楼层
Vivace系统应用案例

案例一:德国Darmstadt剧院
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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
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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。

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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。
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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?》
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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。

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顶了~~~~~~~~~~~~~~~~
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