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[器材] 武进凤凰谷大剧院扩声系统设计简述

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echo回声 发表于 2010-7-31 12:49:14

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武进凤凰谷大剧院扩声系统设计简述
8 K' \: y* |* Ul  引言1 {$ p! _$ I4 O1 w4 j0 `& N/ x
凤凰谷大剧院是常州市武进区重要的文化基础设施项目,规划总用地面积约1.9万平方米,总建筑面积约4.9万平方米,投入使用后成为常州市大型报告会议、文艺演出和大型娱乐活动的主要场地。, _5 ?/ T, r& B. @
大剧场观众厅为传统矩形分布,长约27 m,宽24 m,平均高度14 m,有升降乐池,容积约为8 600m^3观众区分上下两层,设有855个固定座位,130个流动备份座位。舞台深21 m、高20 m,台口宽15 m、高8m。" Y' e! F& q9 h' _
2  总体构思/ \1 h- E9 I2 ^
大剧场按满足各类戏剧演出、报告会议、综艺晚会和电视实况转播等使用功能设计,扩声系统要求具有先进性、高可靠性、多功能性,同时又要具有高性价比。7 U/ |% `* L* X3 X9 h5 [1 m0 T
扩声系统的设计目标是总体达到并部分指标优于GB 50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中的文艺演出类扩声系统一级标准。其中传声增益、传输频率特性指标的保障可由扬声器系统的选型、布局以及优良的指向特性,传声器的合理选型与布置和舞台表演区、观众厅建筑声学处理,周边系统等综合手段予以保证。8 r" s  T, F0 d& t4 T6 Y
扩声系统总噪声级的保障可在设备选型时对信噪比进行严格控制,对系统布线、接插件焊接质量及接地系统等进行严格的工艺控制来综合保证。同时,配合建筑声学原理处理好建筑本底噪声。
( ^) ^. f1 x% g% b) _4 u(1)先进性。系统设计以充分使用网络化、数字化成果,实现信号传输、网络监测等功能。6 K- M. C6 p* ~3 }
(2)多功能性。系统可根据应用需要灵活变化,且使用方便、容易操作。从音源、信号处理、信号路由、扩声、备份等方面均能适应不同舞台应用的需要。具备良好的扩展功能,其中包括电台、电视台等现场实况播出、多系统资源共享等功能。8 @: j  x8 f) ^8 c1 d, ^$ n: u
(3)安全可靠性。一方面采用能经久耐用、性能稳定可靠的产品来保证系统的长期稳定可靠;另一方面,系统传输使用数字和模拟两种形式,实现数字模拟双备份,以抗干扰能力强、失真低、传输距离远的数字线路作为优先使用的传输方式,再利用模拟线路稳定耐用的特性将其作为备份线路,有效降低系统因线路故障影响使用的风险。尤其针对重要会议,设计选用双数字调音台、双备份会议系统(由4台自动传声器混音台和高质量鹅颈会议传声器构成)保证维持会议顺利进行,避免因传声器、自动混音台、调音台或是传输线路中某个环节发生异常导致事故。
+ t; D9 ?' r2 Z采用2台型号相同的数字调音台,除了实现双备份外,还有主备调音模式、前置调音模式、舞台调音模式、大型演出模式等多种使用方式,以满足召开重要会议及对安全保障要求高、需要复杂效果声以及大型交响乐、大型歌剧等演出的需要。不论在哪种模式下,都能实现系统只经过1次数/模、模/数转换的严格要求,将转换造成的音质损失降到最低。
( P3 j0 h# [( m4 N选用可远程监控的功率放大器,通过计算机监控功放的运行状态。为保证系统的动态范围,设计功率放大器的标称输出功率不小于扬声器长期功率的1.5倍。其中主扩声系统扬声器的功放功率不小于扬声器长期功率的2倍。' W0 j$ w4 {! J8 a; }5 |4 Q
选用可远程控制、模块化可编程的数字音频矩阵,一方面能够远程监控,另一方面可以实现有网络的地方就能对处理器进行编程设置,简化系统调试的步骤,让操作更简单、更轻松。% h/ L! L- Q) M: h; z
注重声场设计,选用具有点声源阵列专利技术且具有高效率的扬声器,使构成主扩声、拉声像以及天空效果声扬声器组的单元少而精,最大程度减少声干涉,保证重放声音更“干净”,有更高的保真度,有更好的音质。5 O$ ?: ?  \/ X/ T4 v7 v( a
设计的无线传声器也具有网络监控功能,无论是控制室、现场调音位还是舞台调音位都可以通过计算机实时监视所有无线传声器的电量、信号强度、静音等状态。
/ w) G( b9 z. G3 s& Y" i, d3  声场设计! T  ?7 h; j$ d) C; Z( z  n, h
声场设计是扩声系统设计的根本,是扩声系统最终获得良好效果的关键,主观上决定了整个扩声系统的好坏。需要充分结合剧院的建筑形体、建筑声学设计,对扬声器的选型和声场进行最优化设计,从关注声干涉、语言清晰度和音乐的明晰度人手,充分解决声学问题。; s; {) T$ v) l) J  B
3.1设计思路
8 V" H+ ^7 P  L+ M) I8 j5 ~为确保本剧场拥有清晰逼真、优美动听、令人振奋的声音效果,观众厅主扬声器系统采用三分频扬声器加超低频扬声器的四分频扬声器系统(拉声像扬声器系统为三分频)。由于观众厅的扬声器投射距离约27 m、宽度24 m,单只扬声器是无法满足声场覆盖要求的。为达到设计目标,经反复分析比较,将大剧院的主扩声系统分成左、中、右三个主声道扬声器组系统组合。: z& j4 d# r3 Q+ W! t( r
观众厅主扩声系统扬声器安装于台口上方声桥内。中央声道单独开启时,满足会议类扩声系统一级标准。左或右声道单独开启时,满足文艺演出类扩声系统声学特性指标一级指标的声场。全场具有良好的空间感,适合各类节目的演出需要。" v' ?7 k. E: y' ~
为增加观众席前排的声场均匀度、可懂度及改善前排观众的直达声及声像定位等问题,除在舞台口两侧装置左、右拉声像扬声器外,特别在乐池前沿安装一组由8只小型两分频扬声器组成前排观众辅助扬声器组,有效提高舞台前排观众的直达声及拉低声像定位。) C$ C- U/ T9 x; H
同时,在楼座底部暗装一组8只小型两分频扬声器,为楼座下最后一排观众提供直达声,保证全场均有清晰、均匀的直达声。
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 楼主| echo回声 发表于 2010-8-2 10:53:07

3.2扬声器选型

扬声器是扩声系统的最末端设备,对整个扩声系统音质影响占有较大比重,它的品质对扩声系统有着举足轻重的作用。为确保剧场拥有优质的声音效果,因此在选择扬声器时要非常慎重并遵循、参照以下标准:

(1)扬声器的灵敏度和最大声压级:采用灵敏度高、体积小的高效率扬声器。根据设计目标,本设计选用的主扩声扬声器各频段最大声压级应大于或等于136 dB。

(2)扬声器的频率响应均匀度:为了确保扬声器能够达到理想的频率响应和声场均匀度,扬声器应具有宽阔且平直的频率响应,本设计建议主扬声器系统频率响应达到40 Hz~ 18 kHz( +3 dB)。

(3)扬声器的失真度:扬声器应具有较低的失真度,本设计要求在满功率(高声压)输出时,整个扬声器系统的总谐波失真应< 2010。

(4)扬声器的指向性与覆盖角度以阵列满足现场实际需要的声音覆盖角度来确定。

3.3扬声器布置

3. 3.1  观众厅主扩声扬声器

观众厅主扩声扬声器系统安装于舞台上方声桥处,分左、中、右三个声道,覆盖全场观众区。

左、右声道扬声器系统:左、右声道扬声器系统各由3只三分频全频扬声器组成,以倒“品”字形结构组成“真实的点声源数组”,安装在台口左侧上方,覆盖全场观众区,如图1所示。


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图1   左声道3db声线俯视图
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中置声道扬声器系统:中置声道扬声器系统由4只三分频全频扬声器,构成2组“真实的点声源阵列”,安装在声桥中央,分别覆盖远场与近场观众,从而完整覆盖全场观众区,其3 dB声线图如图2所示。


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图2   中置声道3db声线3D图

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舞台两侧的扬声器(拉声像)系统舞台台唇辅助扬声器系统:根据哈斯效应,为确保舞台左、右及前排区域的观众席有良好的声像定位和足够的直达声及弥补于舞台上空声桥中的主扬声器声像盲区,设计采用4只三分频全频扬声器(规格同主扩声)安装于舞台两侧的墙体内作为舞台两侧拉声像扬声器;采用8只二分频微型扬声器在舞台唇中(另外8只嵌装于乐池围栏内)作为台唇扬声器,以确保全场所有观众席都能有完美的音响效果。

超低频扬声器系统:设计选用4只双18 in(1 in=2. 54 cm)高效率超低频扬声器,丰富100 HZ以下次低音的重放音色。超低频扬声器吊装于声桥和放置在拉声像位置,分别紧贴声桥左右主扩声扬声器和拉声像扬声器。

设计在楼座底部暗装一组(共6只)小型两分频扬声器,通过延时补声保证最后一排的观众有清晰的直达声(这组扬声器同时还兼任天空效果声的回放)。

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根据上述的声场觯决方案及计算数值,在EASE4.3软件中,对扬声器的摆位和角度反复多次调整计算,其模拟运算结果如表1。


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2 J: E0 u1 @0 v4 @9 q9 b

模拟结果显示,本剧场的语言清晰度和辅音损失度均达到良好以上。

3.3.2舞台返送扬声器系统

舞台区返送扬声器系统,主要用于增加剧场文艺演出时演员在舞台演出时的自身听觉,由总共8只圆锥号角型返听扬声器组成,其中6只用作流动返送扬声器,可以根据需要放置在舞台或乐池的任何位置。考虑到固定监听的需要,在舞台口上耳光支架侧设置2只固定返送监听扬声器,可以为整个舞台提供自上而下的高声压覆盖。

控制室监听扬声器系统,设计选择3只有源二分频扬声器作为监听,按左中右声道布置,力求在控制室中还原观众厅的扩声效果,令调音师如置身于观众厅中调音。另外设置3副监听耳机作调音台监听。

3.3.3效果声扬声器系统

效果声扬声器系统,为了突出剧情的表现力,按照剧场的功能要求,在舞台区设置2路效果信道,配置了高声压级的二分频中高频远投扬声器及多单元对偶式低频扬声器,让观众能在观赏演出时感受到舞台扑面而来的震撼效果声体验。

同时,设计在观众席顶部(第一面光桥后方)使用与主扩声同规格的3只三分频全频扬声器作为观众席效果声系统,配合分剐安装在一、二层观众席的两侧及背面墙壁的20只环绕声扬声器,让平面二维立体声变得更立体,让剧场变得更有空间感。

 楼主| echo回声 发表于 2010-8-2 10:53:28
4  信号处理及信号传输设备. A/ t5 `! n& z' s& J* A
4.1数字调音台
8 C8 i. w  `" j: S调音台性能的好坏,直接影响到整个系统的效果和质量,本设计选用2台相同的大型现场数字调音台。
* O/ y; Y. `0 o! o采用简洁的控制界面设计,本身具有48路单声道模拟输入、4对立体声模拟输入、6路Track数字输入、4路Track模拟输入以及24路混音母线输出、8路MATRIX模拟输出、2对立体声输出、3对数字输出以及2组监听输出;带有4块扩展槽,最多可扩展64路数字信号或者32路模拟输入/输出信号。带有500个场景记忆库和强大的处理能力——内置32 bit/96 kHz处理器,内置可同时处理的56个门处理器、92个压缩器、97个延时器、12个图示均衡器和8个实况级别的效果器,它还拥有非常灵活的输入输出跳线设计,可以在不改变物理连接法的情况下自由分配输入输出信号。本设计按双电源系统配备。此外,还配有完善的软件控制和离线编辑功能,可在Windows和Mac OSX的兼容计算机上运行。: h3 u; `6 |& S$ S' C
2台数字调音台(用2条68pin CASCADE线后)可以通过级联模式将总线连接在一起,即可实现同步操作,这样在任何一台调音台上做的任何操作,都可以实时同步到另一台调音台上,两台调音台的混音输出信号完全一致。如果其中一台调音台出现故障,调音师可以立即转移到另一台调音台上操作。由于两台调音台的信号都同时送到数字音频处理器,并通过数字音频处理器做实时切换,所以无论任何一台的调音台的输出信号没了,处理器会马上选择另一路信号,实现热备份。
$ c* _$ L9 a( ]  e0 z0 v" d4.2数字音频处理器
4 Z; K2 a2 o$ G1 G在调音台与功放之间采用数字系统控制媒体矩阵处理器6台。每台处理器均内置24×24 DSP核心,通过计算机来完成音频信号进行控制和处理,并监视和校准如混频、均衡、滤波器、分频、动态、路由器、延时、电平控制、电平表和信号发生器等音频组件,一旦确定,每个组件部分的参数值就会被存储,作为每次演出记录及作日后演出使用。也可以根据使用场合(会议、比赛等)的不同,预先设置好不同的场合参数在记忆库中,在需要时方便灵活地调用。而在一般使用状态下,媒体矩阵处理控制器可以不依赖外部控制计算机而独立工作。: b. k% y- Q* T* O' v0 s
6台处理矩阵之间采用CobraNet连接,处理器与功率放大器间采DatePort连接,同一根线缆内可实现双通道的信号传输及遥控检测信号的传送。无需增加设备,在同一个网络系统内可实现整个音频系统的信号传输和信号检测与控制,并可对功放的温度、功率、增益、负载、扬声器的阻抗及工作电平进行远程监测与控制。由于可将音频信号及控制信号通过同一根超五类线传输,能简化安装工程量,节省费用并减少设备间的级联带来的不可靠性。
- [8 g( @. ~3 T9 k" Y5 E- x% L7 s4,3数字信号传输系统
1 V8 K/ d1 P* ^/ \+ d. I: v" I! ]9 y目前,在音频信号的传输系统上有模拟线路和数字网络两种不同的类型。模拟线路传输信号失真小,可靠性高,但长距离传输时,易引入信号损耗和电磁干扰:5_。数字网络传输是将模拟信号经A/D转换器转成数字信号,经网络传输介质(如双绞线或光纤)传送到目的地,再经D/A转换器将数字信号转换为模拟信号,或直接输入给数字设备。采用数字网络传输音频信号,优点是信号损耗小,抗干扰能力强。
. s5 m1 E! f! c9 e9 L本设计在传声器信号的传输方面采用模拟传输加A - NET@(Aviom公司)数字传输的组合方式,而对于主扩声系统的信号传输则采用CobraNet@(PEAK Audio公司)数字信号及模拟信号同时并互为备份的传输方式。传声器数字信号传输系统使用Aviom的传声器输入模块3台、线路输出模块3台、光纤集线器2台、调音台数字接口卡3张,这些设备组成一个48路传声器输入的光纤信号传输系统,可以直接连接主数字调音台,同时也可以将48路传声器信号通过光纤传输输出为模拟信号,该系统除了具备一般数字传输系统的高保真、抗干扰、远距离传输的特点外,还具有其他数字传输方案无法比拟的独特优势——从模拟输入到模拟输出,总延时为0.8 ms,完全满足各种苛刻的现场演出的需要。3 j% r$ Y4 J' K& y, p
5  传声器及音源
8 [% w' i( Z  G( H+ {为满足剧场各种文艺演出的需求,设计配置6套UHF的手持无线传声器,12套的领夹无线传声器,另外还配置了12个头戴传声器和领夹传声器共用腰包和接收机。无线传声器接收机均放置在上场门机柜。为了保证无线传声器的接收信号质量,设计在舞台的两侧柱光架上安装了两个天线放大器。所有无线传声器具备网络监控接口,通过网络交换机连接上计算机即可监控无线传声器的使用状态、电池电量等。设计配置3套NEUMANN U89i主唱传声器,2套NEUMANN KM184乐器传声器套装满足各种乐器的演奏需求且具备良好的效果,同时为了满足其他节目的要求,设计还配置了各种会议传声器,电筒传声器、合唱传声器等。- L4 I2 A+ ^7 y+ T! k5 a
在还音设备上,配置广播级专业设备,包括平衡接口的专业立体声激光唱机2台,专业MD机l台,24轨48 kHz数字音频硬盘录音机1台,专业双卡座和专业DVD机各1台。
+ t, k0 k7 |5 T& P- t6  总结
+ v- D. _) n6 d2 g8 q0 k经过多方努力,凤凰谷项目已于2013年年底竣工验收并投入使用。上海乐典音响器材有限公司、香港专业音响公司等多家单位在项目的扩声系统设计和实施中付出了极大的努力,以科学的态度、严谨的工作作风和辛勤的劳动,保证了项目的声音质量并达到预期的建设目标。
yangaihua 发表于 2010-8-2 11:16:27
学习,欣赏,支持!
空梦 发表于 2010-8-3 12:26:48
学习欣赏了,不错,怎么图片不显示呢
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