技術(shù)干貨：漸變指向性陣列揚聲器新技術(shù)改變未來(lái)劇場(chǎng)擴聲體驗

　　下一代線(xiàn)性陣列揚聲器技術(shù)如何創(chuàng )造全新的劇場(chǎng)擴聲體驗?

　　據統計，從2000年起，全國平均每8.5天就出現一座新的劇場(chǎng);2020年底，全國共擁有2690多座專(zhuān)業(yè)劇院/劇場(chǎng)。我國劇場(chǎng)劇院發(fā)展迅猛，逐漸成為推動(dòng)藝術(shù)市場(chǎng)繁榮發(fā)展的重要力量。但傳統線(xiàn)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(mǎn)足現代化劇場(chǎng)劇院的擴聲需求，由此一種全新的陣列揚聲器理論和技術(shù)——漸變指向性陣列便應運而生。

傳統線(xiàn)陣列應用于劇場(chǎng)劇院所存在的問(wèn)題

　　傳統的線(xiàn)陣列音箱主要是為大型戶(hù)外搖滾音樂(lè )會(huì )而開(kāi)發(fā)的1 ，這種演出的場(chǎng)地大、觀(guān)眾多，導致聲壓的遠距離傳輸損耗問(wèn)題嚴重。該系統對這類(lèi)應用很有效，因為線(xiàn)陣列揚聲器陣列位于舞臺的兩側，使得大部分觀(guān)眾都處于垂直于揚聲器陣列的主要覆蓋區域內，水平覆蓋范圍足夠寬，以便為所有現場(chǎng)觀(guān)眾提供足夠的聲能量，包括舞臺兩側以及正面的觀(guān)眾，這已經(jīng)成為巡回演出擴聲應用領(lǐng)域的標準。

　　但當我們將傳統線(xiàn)陣列模塊構建揚聲器系統用于室內擴聲的固定安裝時(shí)，卻存在兩個(gè)重大問(wèn)題23 。

　　第一個(gè)問(wèn)題是，傳統線(xiàn)陣列的非預期使用，使得不同輻射方向上的頻率響應差別很大。為了適應室內觀(guān)眾座位布局，揚聲器陣列必須掛高，由此具有很大的垂直覆蓋角，觀(guān)眾不再位于傳統線(xiàn)陣列的主要輻射平面，而傳統線(xiàn)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(kāi)形成一個(gè)有弧度的形狀(J形陣列)，以覆蓋增加的垂直角度，音箱間出現間隔和縫隙，會(huì )造成聲干涉即梳狀濾波效應。而陣列的上半部分也要求形成一個(gè)弧形的形狀，而不是直線(xiàn)，以避免耗散多余的能量。同時(shí)，由于室內觀(guān)眾的分布，必須對不同模塊進(jìn)行增益調節，否則會(huì )造成近場(chǎng)觀(guān)眾區聲壓級過(guò)大，遠場(chǎng)聲壓級過(guò)小的問(wèn)題，增益調節進(jìn)一步影響聲場(chǎng)分布和音色平衡4 。

　　第二個(gè)問(wèn)題與水平覆蓋控制有關(guān)。傳統線(xiàn)陣列具有寬廣的水平覆蓋，滿(mǎn)足大型戶(hù)外場(chǎng)地的擴聲需求，但這一特性在固定安裝的室內環(huán)境里造成來(lái)自側墻和天花板的聲反射，極大影響主觀(guān)眾區內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(wèn)題，能在室內固定安裝項目中呈現理想的擴聲效果。

漸變指向性陣列的定義

　　當構成揚聲器陣列的模塊各自在水平和垂直方向均有獨特的輻射角度，以適應目標區域時(shí)，就可以選擇每個(gè)模塊的角度，從而幫助補償每各模塊間的距離損失。這樣做是很自然的，因為向近場(chǎng)觀(guān)眾區輻射能量的模塊需要寬廣的方向，而指向遠場(chǎng)輻射的模塊則是相反的要求。輻射角度越窄，指向性指數就越高。有了這個(gè)概念，室內建筑聲學(xué)的影響可以消除，從而獲得預期的而且一致的頻率響應。使用新型導波管來(lái)消除模塊間的相位抵消也同樣重要，因為相位抵消也同樣可以劣化在陣列覆蓋區域內的音色平衡的一致性。

　　由此，Bose Professional提出了一種新型陣列揚聲器系統，稱(chēng)為漸變指向性陣列(Progressive Directivity Array,PDA)，用以實(shí)現上述特征和要求。這就建立了一種全新的陣列揚聲器系統類(lèi)別，并且相比于現存的線(xiàn)陣列揚聲器系統能夠為劇場(chǎng)等室內擴聲提供更好的性能。

圖 1：不同增益情況下陣列的極坐標響應 (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)，陣列化及增益調節等方面的挑戰，提供一致的音色平衡性，等同于理想環(huán)境下單獨模塊的音質(zhì)。它主要具備以下五個(gè)重要性能特點(diǎn)。

　　• 靈活地控制各模塊的輻射角度，以滿(mǎn)足每個(gè)模塊的目標覆蓋區域。

　　• 對每個(gè)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成，使陣列的覆蓋范圍與房間內聽(tīng)音區域相匹配。

　　• 通過(guò)適當地為模塊分配不同的指向性指數，實(shí)現對距離損失的物理補償。

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

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　　漸變指向性陣列應用的里程碑案例

　　漸變指向性陣列運用在藝海劇院成為了劇場(chǎng)劇院當中一個(gè)不可忽視的里程碑項目，同時(shí)也奠定了漸變指向性陣列這項新技術(shù)在該領(lǐng)域的基礎。

　　藝海劇院

　　藝海劇院地處上海市靜安區江寧路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(shí)一年多的修繕是藝海劇院建成以來(lái)的首次大修，劇院將定位于音樂(lè )劇專(zhuān)屬劇場(chǎng)，集演出、排練、孵化于一體。大劇場(chǎng)的座位也從999座增加到了1038座。

　　藝海劇院整個(gè)觀(guān)眾廳呈扇形，觀(guān)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(guān)眾席有二層眺臺深約8m，舞臺前部有升降樂(lè )池，整體結構上是一個(gè)中型劇院。

　　藝海劇院改造項目的擴聲設計環(huán)節，業(yè)主對揚聲器的安裝位置有著(zhù)嚴苛的要求，因為是改造項目，安裝位置和聲橋的開(kāi)孔尺寸都有限制，必須將擴聲揚聲器安裝在這些固定好的聲橋內，同時(shí)又要要滿(mǎn)足均勻的覆蓋，清晰的人聲表現及一致的音樂(lè )平衡性。

　　因此，Bose Professional通過(guò)Bose的聲場(chǎng)模擬分析軟件Modeler5 ，對揚聲器的安裝位置及角度進(jìn)行多次聲場(chǎng)模擬分析，最終采用非對稱(chēng)水平角度的弧形曲率陣列揚聲器來(lái)實(shí)現最佳的音色平衡，減少側墻反射(從圖2可以看出，打在側墻的聲能量幾乎沒(méi)有)，對不同位置的聽(tīng)音區提供均勻的聲覆蓋(從圖3可以看出，整個(gè)觀(guān)眾區的聲場(chǎng)覆蓋非常均勻)。

　　圖 2：藝海劇院墻面和觀(guān)眾區直達聲覆蓋圖(1-4kHz)

　　圖 3：藝海劇院平面直達聲覆蓋圖(1-4kHz)

　　在該項目的擴聲設計中，Bose Professional采用了非對稱(chēng)DeltaQ陣列揚聲器作為主擴聲揚聲器組，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(xiàn)精確地投射到不同區域的觀(guān)眾席，減少不必要的反射聲，提高語(yǔ)言清晰度(圖4)和音色平衡一致性(圖5)。

　　圖4：藝海劇院觀(guān)眾席語(yǔ)言清晰度(平均值 0.58)

　　圖 5：藝海劇院全場(chǎng)七個(gè)不同位置的頻率響應曲線(xiàn)和七個(gè)位置示意圖

　　創(chuàng )新始于探索，用科技創(chuàng )造好聲音。在劇場(chǎng)等室內擴聲應用中具有獨一無(wú)二特點(diǎn)和優(yōu)勢的漸變指向性陣列，在未來(lái)將廣泛應用到各個(gè)劇場(chǎng)劇院當中，不斷顛覆觀(guān)眾對于室內擴聲效果的想象。

　　【參考文獻】

　　[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(lái)源/Bose Professional