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室內演出場所聲學設計

2012-02-03 InfoAV China


    室內演出場所包括劇院、禮堂、展館、酒店宴會廳等,這些場所因為要承擔各種各樣的演出活動,對于擴聲要求較高。特別是專業性劇場,更需要在場館建設過程中配合專業的建筑聲學設計,包括室內造型設計、聲學裝飾設計、隔聲設計、隔振設計、設備與環境噪聲控制設計、建筑結構合理布局、使用的材料的吸聲系數、墻體材料空氣聲隔聲設計、樓板及其他結構的撞擊聲隔離措施、空調通風系統的噪聲(包括消聲器,進回風口)進行聲學指標審核計算、合理的混響時間設計、消除室內可能存在的震顫回聲等聲學缺陷、審核和測試座椅聲學指標等工作,最終通過計算機軟件模擬確定混響聲預期指標、早期反射聲指標、側向能量因子、廳內聲場擴散值與自由場擴散值之比等重要建筑聲學參數。

    建筑聲學設計的工作到此并不算完,在施工過程中還需要進行指導、初檢測、修整設計,在竣工后還需進行多次檢測、調試、修改裝修、主觀試聽評價等環節的工作,直至達到預期的聲學效果。

    所有的建筑聲學設計都是為電聲系統(擴音系統)創造良好的室內自然聲學環境。雖然國內有些歌劇廳以自然人聲為主,但基本上都配備了昂貴的電聲器材,以便滿足擴聲、錄音、返聽、監聽的需要。

    電聲設計是在特定的建筑聲學環境下,根據功能要求、投資限定、設計計算電聲參數,選取合適的設備、優化安裝位置、精選擴聲單元數量,通過計算機模擬軟件或是計算公式求證適用的揚聲器指向性因數Q值、揚聲器靈敏度、揚聲器最大聲壓級、揚聲器數量等,最終校驗合格的聲學特性指標。整個電聲設計包括設計信號路由傳輸、控制系統、系統保障機制等子系統。

    綜上所述,為了能夠達到最佳的演出效果,良好的聲學設計是必不可少的。但是國內由于原有的設計體制、設計學科建制的關系,還有許多有待改進的地方。

    一、聲學設計是有機一體環節

    國內的劇場設計,往往以建筑結構和外形為主,即主要考慮整體造型的美觀、個性等要素。這無可厚非,但其作為專業演出場所的本身職能反倒在一開始被擱置一旁,建聲設計到了裝飾裝修環節才介入,然后才是電聲設計環節。甚至電聲設計還有可能由于預算問題而被簡化,直接以招標文件形式,由有經驗的工程技術人員來替代專業設計團隊的工作。

    事實上,由于聲音音質在劇場演出的重要性,在劇場建設之初,甚至是在創意階段,就應該邀請聲學專家和音頻系統設計師加入設計隊伍,以便確保建筑聲學和電聲設計在基礎規劃階段就能得到加強。我們從國外有些資料看到,有些劇場是先根據應用功能、管理和投資的要求,從舞臺和觀眾席設計開始,最后才到結構和外形,全程都會有一個綜合設計團隊參與。這種追求最佳的視聽感受和表演效率的嘗試無疑是值得學習的。投資業主需要的是一個良好的環境效果,不太會有更多的精力處理不同專業的分界面,更難在主觀評價環節去區分是哪個專業出了問題,專業團隊整體作業便是一個合理的方向。設計團隊會在整個聲學設計中采用模擬仿真的聲學模擬軟件進行設計,常用的軟件有:丹麥Odeon建筑聲學模擬軟件、德國EASE電建聲模擬軟件、德國CARA小房間聲學模擬軟件、瑞典CATT建筑聲學軟件、比利時Sysnoise邊界元分析軟件以及意大利RAMSETE棱錐束跟蹤算法軟件等。建筑聲學設計軟件都有電聲學導出導入界面,電聲學設計軟件也加強了建聲設計程序,在設計流程中,往往會在建筑聲學完成定稿后交與電聲設計,各專業相對完全獨立。其實更優化的方案往往是交叉往復驗證的聯合設計。當然我們也可喜地看到國內一些專業建筑設計院也設立了聲學設計所或工作室,開設了電聲設計工程及相關專業。同時,隨著行業發展的需要,建筑專業人員也在不斷學習和掌握電聲技術,電聲設計正逐步融入建聲團隊。

    二、功能要求與建筑聲學指標合理確認

    聲學設計人員最怕的就是多功能劇場的設計,因為多功能劇場不但要舉辦戲劇、音樂會,還可能要承接開會、放電影等活動,場所的高效應用很有可能制約使用環境的音質效果。很顯然,各種不同類型的活動對于舞臺的臺口及建筑結構設計、觀眾的視聽覺效果、混響時間(T60)確定都有較大的差別。這里沒有最優化的設計,只有妥協性設計,將建聲和電聲系統割裂開來,單方面追求一個方向的優勢應用的現象比比皆是,特別是在一些多功能廳的應用中,甚至不做任何有效的建聲設計,卻不惜投入大量資金采購演出類的劇院擴聲系統,這種得不償失的方法無疑是一種經濟上的浪費。如何有效地選擇應用重點,兼顧功能的同時,適度追求客觀指標,帶有可量化的評估及實驗,這些都是我們專業技術人員要面對的挑戰。

    三、裝飾效果與聲學環境的良好統一

    美好的建筑結構與裝飾效果固然能給人們帶來愉悅的心情,但是所有的擴聲音箱又都必須安裝于適合觀眾視聽統一的位置,而箱體安裝位置勢必會對整體裝飾效果造成影響。有的國家和地區會更多地追求視覺和聽覺效果,并不在意音箱的明掛,而國內大多數設計者和用戶更強調裝飾效果,很多音箱都采用暗藏式安裝,帶有透聲防塵保護網罩的音箱往往被蒙在帶有阻聲性能的裝飾網內。很少人會在意裝飾材料的聲學檢測,只要求電子設備對音箱曲線的彌補。

    現代劇場在裝修設計之前就需將眾多環境聲箱、效果音箱考慮進來,對其適當的數量和位置的調整進行交叉有機的結合,只有這樣才能做到良好統一的設計。隨著專業知識的互融,買方市場成熟,設計程序的改進,目前的狀況會逐步得到改善。

    四、應用是第一要素,科學的規劃是成功的重要環節

    應用的目的性是設計的第一要素。目前,在國內的建設環節中如何具像地對演出場所進行專項科學規劃,已被整體的建筑群體規劃所代替。雖然我們也很認同“規劃的過程既是價值被發現和創造的過程,同時又是不同的價值觀、不同學科尋找到結合點,各種利益訴求被充分考慮和平衡的過程”,但只有對應用目的性的確定、調研、評估、完成戰略,和建設控制引導這兩個方面工作進行合理規劃,才不會出現就那么幾個電聲設計樣板在行業內被大量復制應用的現狀。誰在用,怎么用的問題都不認真地解決,提供一套先進的電聲設備并不能保證就會有最好的使用效果。認真地區分公共演出場所和專業演出劇場的差異,了解音響師及管理者的水平,可量化地預估演出的應用,再去確定適合的設備(調音臺、多聲軌音頻環境聲系統等)的建設投資規模,要尊重專項的規劃,它是一門藝術,也是一門科學,它設計并指導應用環境的和諧發展,以滿足社會和經濟的需要。

    五、舞臺表演場合的擴聲系統選擇仍以實際應用為基準

    舞臺表演場合的擴聲系統選擇是一個可量化的過程。常規手段是依據國家或行業擴聲系統聲學特性指標,采用模擬仿真設計去驗證和推算擴聲中最重要的音箱部分的參數、安裝位置、數量,后續則參照設計規范和應用需求、設計導則進行系統配接。這里的應用需求以可量化的指標體現在標書中是大家一直在爭議的話題,如何既能做到合理又能體現系統價值的可判斷性一直是個兩難的選擇。如何保證滿足客觀指標估算的同時又能夠較好地完成主觀評價;如何在靠多音箱解決聲場均勻度的同時,又能解決好聲干涉和經濟性的問題;如何提高系統可靠性和關鍵設備實時熱備份問題;如何調整合理投資與追求性能、功能水平的矛盾問題??這些都是我們現階段需要解決的。[page]

    聲學的音質設計是追求混響感(主觀評價的豐滿度)和語言、音樂清晰度之間的平衡,同時保證適當的響度(聲壓級),一定的空間感(聲像的定位),良好的音色(頻響等)、無噪聲、無干擾、無聲學缺陷,因此產生了客觀評價指標。客觀指標是為了盡量全面體現主觀的評價,但并不一定完全決定主觀的感受。音質主觀評價具有心理聲學(人腦解釋聲音的方式)和生理聲學(研究聲音在人和動物引起的聽覺過程、機理和特性,也包括人和動物的發聲)特征。聲學模擬仿真只能對各種因素可能帶來的聲學影響進行大體評估和驗證,其精確度有一定的局限,所以采用接近的環境,或是在基礎建設的適當過程進行現實的、規范的主觀試聽評價是一個非常重要的手段。在系統最后環節主觀試聽評價和性價比的評估是一個值得推薦的技術應用。

    同理,提高系統可靠性和關鍵設備實時熱備份問題也應當從基礎著手。設備的平均無故障時間(MTBF)是計算系統平均無故障時間的依據。我們所選用關鍵設備如果不注重其MTBF的關鍵指標,更不去量化計算,如何做到系統的安全性?只有了解了MTBF才會有可靠性預計和冗余設計。很多招標文件要求系統不同環節(DSP、調音臺、功放、音箱等)的備份,借以提高系統的可靠性,殊不知串聯系統的可靠性Rs(t)總是小于系統中可靠度最低單元的可靠性,而且其壽命也取決于該單元的壽命。同時還要考慮為提高安全系數所付出的經濟代價等問題,安全系數的提高應通過優化系統設計來達到,而不是簡單地通過增加設備備份或增加費用等方法來實現。另外,備份也要考慮使用的可操作性,很多設計中為了體現先進性,會推薦采用數字化調音臺,同時為了便于回避多頁面的英文控制界面,又用模擬調音臺備份,如果要保證實時熱備份,就必須由兩個音響師同時操作。即便如此,也無法保證在突發事件時能夠切換到同樣的電平和預設狀態。工程設計手冊中明確提出,關鍵的系統數據可以經過適當的實驗來驗證,所有的設計要有應用的基礎和實驗來保證。我們太習慣了定性的發表言論,不太愛用數據來說話,讓我們記住恩格斯的名言:只有真正地應用了數學才算得上真正的科學。

    六、正確的認識產品性能和指標

    產品特性指標是設計的基礎。產品指標有著特定的屬性,比如音箱的承受功率就會有GB9396-1996或IEC268-5(國際電工委員會)標準,AES 2-1984(美國音頻協會),EIA RS426A(美國電子工業協會)、RMS(ROOT MEAN SQUANE)均方根標準。因標準不同,功率放大器饋給揚聲器的最佳功率匹配標準就會有較大差異。功放功率是以正弦波有效值為標準,音箱承受功率是粉噪發聲的均方根值,因此并無嚴格的匹配計算公式。按照信號峰值因子(峰值與有效值之比):簡諧信號1.4,語言信號3-5,音樂信號10,這樣的規律進行匹配,這是一環套一環的關系,正確地認識才會有標準合適的解決方案。

    同樣,音箱的頻率響應也會有0至-6dB,+/-3dB ,0至-5dB的帶寬曲線之分,很多項目都有音箱帶寬響應的要求,但并不探究測試條件,更不區分條件差異的影響。我們往往片面地追求頻率響應帶寬,卻不研究帶寬屬性的條件,這就有失偏頗。正確認識國家標準、國際標準及企業標準的差異,客觀認識標準參數對人的主觀評價的影響,才能科學合理地評價產品真實性能,科學設計方能做到有的放矢。

    總之,演出前的建聲和電聲設計不應當是獨立完成的,更多的是依靠設計團隊的力量。各專業之間界限越來越模糊,跨界的知識面是相互專業協調、相互專業銜接的基礎保障。搞結構設計的人員應了解演出的機、聲、光、電等的應用關系,建聲設計者更要知道擴聲覆蓋以及混響感、清晰度之間的平衡,電聲的設計者要懂得建聲形體對電聲系統的適合性,更能合理地利用裝飾聲學設計的擴散體、反射體及吸聲面。

    現今的音頻工作者更應以積極的態度掌握現代應用技術,同時崇尚科學技術為主導的設計應用觀念,減少浮華的商務市場干擾,充分體現真正優秀的設計的價值。

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