技術(shù)干貨：漸變指向性陣列揚(yáng)聲器新技術(shù)改變未來劇場擴(kuò)聲體驗(yàn)

　　下一代線性陣列揚(yáng)聲器技術(shù)如何創(chuàng)造全新的劇場擴(kuò)聲體驗(yàn)?

　　據(jù)統(tǒng)計，從2000年起，全國平均每8.5天就出現(xiàn)一座新的劇場;2020年底，全國共擁有2690多座專業(yè)劇院/劇場。我國劇場劇院發(fā)展迅猛，逐漸成為推動藝術(shù)市場繁榮發(fā)展的重要力量。但傳統(tǒng)線陣列卻由于建筑聲學(xué)條件，如反射和混響，以及陣列化和增益的影響，往往難以滿足現(xiàn)代化劇場劇院的擴(kuò)聲需求，由此一種全新的陣列揚(yáng)聲器理論和技術(shù)——漸變指向性陣列便應(yīng)運(yùn)而生。

傳統(tǒng)線陣列應(yīng)用于劇場劇院所存在的問題

　　傳統(tǒng)的線陣列音箱主要是為大型戶外搖滾音樂會而開發(fā)的1 ，這種演出的場地大、觀眾多，導(dǎo)致聲壓的遠(yuǎn)距離傳輸損耗問題嚴(yán)重。該系統(tǒng)對這類應(yīng)用很有效，因?yàn)榫€陣列揚(yáng)聲器陣列位于舞臺的兩側(cè)，使得大部分觀眾都處于垂直于揚(yáng)聲器陣列的主要覆蓋區(qū)域內(nèi)，水平覆蓋范圍足夠?qū)挘员銥樗鞋F(xiàn)場觀眾提供足夠的聲能量，包括舞臺兩側(cè)以及正面的觀眾，這已經(jīng)成為巡回演出擴(kuò)聲應(yīng)用領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)。

　　但當(dāng)我們將傳統(tǒng)線陣列模塊構(gòu)建揚(yáng)聲器系統(tǒng)用于室內(nèi)擴(kuò)聲的固定安裝時，卻存在兩個重大問題23 。

　　第一個問題是，傳統(tǒng)線陣列的非預(yù)期使用，使得不同輻射方向上的頻率響應(yīng)差別很大。為了適應(yīng)室內(nèi)觀眾座位布局，揚(yáng)聲器陣列必須掛高，由此具有很大的垂直覆蓋角，觀眾不再位于傳統(tǒng)線陣列的主要輻射平面，而傳統(tǒng)線陣列模塊的角度通常為0度，陣列的下半部分音箱必須散開形成一個有弧度的形狀(J形陣列)，以覆蓋增加的垂直角度，音箱間出現(xiàn)間隔和縫隙，會造成聲干涉即梳狀濾波效應(yīng)。而陣列的上半部分也要求形成一個弧形的形狀，而不是直線，以避免耗散多余的能量。同時，由于室內(nèi)觀眾的分布，必須對不同模塊進(jìn)行增益調(diào)節(jié)，否則會造成近場觀眾區(qū)聲壓級過大，遠(yuǎn)場聲壓級過小的問題，增益調(diào)節(jié)進(jìn)一步影響聲場分布和音色平衡4 。

　　第二個問題與水平覆蓋控制有關(guān)。傳統(tǒng)線陣列具有寬廣的水平覆蓋，滿足大型戶外場地的擴(kuò)聲需求，但這一特性在固定安裝的室內(nèi)環(huán)境里造成來自側(cè)墻和天花板的聲反射，極大影響主觀眾區(qū)內(nèi)的音色平衡性和清晰度。

　　由此，我們迫切地需要一種全新的陣列技術(shù)解決這些問題，能在室內(nèi)固定安裝項(xiàng)目中呈現(xiàn)理想的擴(kuò)聲效果。

漸變指向性陣列的定義

　　當(dāng)構(gòu)成揚(yáng)聲器陣列的模塊各自在水平和垂直方向均有獨(dú)特的輻射角度，以適應(yīng)目標(biāo)區(qū)域時，就可以選擇每個模塊的角度，從而幫助補(bǔ)償每各模塊間的距離損失。這樣做是很自然的，因?yàn)橄蚪鼒鲇^眾區(qū)輻射能量的模塊需要寬廣的方向，而指向遠(yuǎn)場輻射的模塊則是相反的要求。輻射角度越窄，指向性指數(shù)就越高。有了這個概念，室內(nèi)建筑聲學(xué)的影響可以消除，從而獲得預(yù)期的而且一致的頻率響應(yīng)。使用新型導(dǎo)波管來消除模塊間的相位抵消也同樣重要，因?yàn)橄辔坏窒餐瑯涌梢粤踊陉嚵懈采w區(qū)域內(nèi)的音色平衡的一致性。

　　由此，Bose Professional提出了一種新型陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)，稱為漸變指向性陣列(Progressive Directivity Array,PDA)，用以實(shí)現(xiàn)上述特征和要求。這就建立了一種全新的陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)類別，并且相比于現(xiàn)存的線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)能夠?yàn)閯龅仁覂?nèi)擴(kuò)聲提供更好的性能。

圖 1：不同增益情況下陣列的極坐標(biāo)響應(yīng) (10dB/div.)

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　　漸變指向性陣列的特點(diǎn)

　　這種新型漸變指向性陣列技術(shù)能完美地解決建筑聲學(xué)，陣列化及增益調(diào)節(jié)等方面的挑戰(zhàn)，提供一致的音色平衡性，等同于理想環(huán)境下單獨(dú)模塊的音質(zhì)。它主要具備以下五個重要性能特點(diǎn)。

　　• 靈活地控制各模塊的輻射角度，以滿足每個模塊的目標(biāo)覆蓋區(qū)域。

　　• 對每個模塊進(jìn)行有效的角度控制，控制的頻率降至1kHz或更低，以減少建聲的影響。

　　• 陣列可以由具有不同角度的模塊構(gòu)成，使陣列的覆蓋范圍與房間內(nèi)聽音區(qū)域相匹配。

　　• 通過適當(dāng)?shù)貫槟K分配不同的指向性指數(shù)，實(shí)現(xiàn)對距離損失的物理補(bǔ)償。

　　• 模塊以特定方式連續(xù)排列而不產(chǎn)生間隙，避免模塊間接縫引發(fā)相位抵消現(xiàn)象。

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　　漸變指向性陣列應(yīng)用的里程碑案例

　　漸變指向性陣列運(yùn)用在藝海劇院成為了劇場劇院當(dāng)中一個不可忽視的里程碑項(xiàng)目，同時也奠定了漸變指向性陣列這項(xiàng)新技術(shù)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)。

　　藝海劇院

　　藝海劇院地處上海市靜安區(qū)江寧路466號、康定路交匯處，與靜安體育中心毗鄰，建成于2001年。此次歷時一年多的修繕是藝海劇院建成以來的首次大修，劇院將定位于音樂劇專屬劇場，集演出、排練、孵化于一體。大劇場的座位也從999座增加到了1038座。

　　藝海劇院整個觀眾廳呈扇形，觀眾席深約為22m，寬約25m，地面到頂部裝飾面高約12m，舞臺口寬約15m。觀眾席有二層眺臺深約8m，舞臺前部有升降樂池，整體結(jié)構(gòu)上是一個中型劇院。

　　藝海劇院改造項(xiàng)目的擴(kuò)聲設(shè)計環(huán)節(jié)，業(yè)主對揚(yáng)聲器的安裝位置有著嚴(yán)苛的要求，因?yàn)槭歉脑祉?xiàng)目，安裝位置和聲橋的開孔尺寸都有限制，必須將擴(kuò)聲揚(yáng)聲器安裝在這些固定好的聲橋內(nèi)，同時又要要滿足均勻的覆蓋，清晰的人聲表現(xiàn)及一致的音樂平衡性。

　　因此，Bose Professional通過Bose的聲場模擬分析軟件Modeler5 ，對揚(yáng)聲器的安裝位置及角度進(jìn)行多次聲場模擬分析，最終采用非對稱水平角度的弧形曲率陣列揚(yáng)聲器來實(shí)現(xiàn)最佳的音色平衡，減少側(cè)墻反射(從圖2可以看出，打在側(cè)墻的聲能量幾乎沒有)，對不同位置的聽音區(qū)提供均勻的聲覆蓋(從圖3可以看出，整個觀眾區(qū)的聲場覆蓋非常均勻)。

　　圖 2：藝海劇院墻面和觀眾區(qū)直達(dá)聲覆蓋圖(1-4kHz)

　　圖 3：藝海劇院平面直達(dá)聲覆蓋圖(1-4kHz)

　　在該項(xiàng)目的擴(kuò)聲設(shè)計中，Bose Professional采用了非對稱DeltaQ陣列揚(yáng)聲器作為主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器組，其中6只2組作為左右聲道，4只1組作為中央聲道，分別用了3種不同的水平角度和3種不同的垂直角度，將聲線精確地投射到不同區(qū)域的觀眾席，減少不必要的反射聲，提高語言清晰度(圖4)和音色平衡一致性(圖5)。

　　圖4：藝海劇院觀眾席語言清晰度(平均值 0.58)

　　圖 5：藝海劇院全場七個不同位置的頻率響應(yīng)曲線和七個位置示意圖

　　創(chuàng)新始于探索，用科技創(chuàng)造好聲音。在劇場等室內(nèi)擴(kuò)聲應(yīng)用中具有獨(dú)一無二特點(diǎn)和優(yōu)勢的漸變指向性陣列，在未來將廣泛應(yīng)用到各個劇場劇院當(dāng)中，不斷顛覆觀眾對于室內(nèi)擴(kuò)聲效果的想象。

　　【參考文獻(xiàn)】

　　[1] Heil, C, “Sound fields radiated by multiple sound source arrays”, Presented at the 92nd Convention of the AES, March 1992, Vienna, Preprint 3269.

　　[2] Fidlin, P.F and Carlson, D.E, “The basic concepts & problems associated with large scale concert-sound arrays”, Presented at the 86th Convention of the AES, March 1989, Hamburg, Preprint 2802.

　　[3] Ureda, M.S, “J and Spiral Line arrays”, Presented at the 111th Convention of the AES, December 2001, New York, Preprint 5485.

　　[4] Ureda, M.S, “Line arrays, theory & applications”, Presented at the 110th Convention of the AES, May 2001, Amsterdam, Preprint 5304.

　　[5] Jorgensen, M., Ickler, C.B. and Jacob, K.D., “Using Subject-Based Testing to Evaluate the Accuracy of an Audible Simulation System”, Presented at the 95th Convention of the AES, October 1993, New York, Preprint 3725.

　　作者/封志剛（Ph.D.）、李晴、張弛

　　來源/Bose Professional