技術干貨：漸變指向性陣列揚聲器新技術改變未來劇場擴聲體驗

　　下一代線性(xing)陣列(lie)揚聲(sheng)(sheng)器技(ji)術如何創造(zao)全(quan)新的(de)劇場擴聲(sheng)(sheng)體驗?

　　據統計，從2000年起，全國(guo)平均每(mei)8.5天(tian)就出現一座新的(de)劇(ju)場(chang);2020年底，全國(guo)共擁(yong)有2690多(duo)座專業劇(ju)院(yuan)/劇(ju)場(chang)。我國(guo)劇(ju)場(chang)劇(ju)院(yuan)發展迅猛，逐漸成為推動藝術市場(chang)繁榮(rong)發展的(de)重要力量。但(dan)傳(chuan)統線陣列(lie)卻由于建(jian)筑聲學條件，如(ru)反射和混(hun)響，以(yi)及陣列(lie)化(hua)和增益的(de)影響，往(wang)往(wang)難以(yi)滿足(zu)現代化(hua)劇(ju)場(chang)劇(ju)院(yuan)的(de)擴(kuo)聲需求(qiu)，由此(ci)一種(zhong)全新的(de)陣列(lie)揚聲器理論和技(ji)術——漸變指向性(xing)陣列(lie)便應運而生(sheng)。

傳統線陣列應用于劇場劇院所存在的問題

　　傳統的線陣列音箱主要是為大型戶外搖滾音樂會而開發的1 ，這種演出的場地大、觀眾多，導致聲壓的遠距離傳輸損耗問題嚴重。該系統對這類應用很有效，因為線陣列揚聲器陣列位于舞臺的(de)兩側，使得大部分觀眾(zhong)都處于(yu)垂直于(yu)揚聲(sheng)器陣列的(de)主要覆(fu)蓋(gai)區域內，水(shui)平覆(fu)蓋(gai)范圍足夠(gou)寬，以(yi)便(bian)為所有現場觀眾(zhong)提供足夠(gou)的(de)聲(sheng)能量，包(bao)括(kuo)舞臺兩側以(yi)及正(zheng)面(mian)的(de)觀眾(zhong)，這已經成為巡回演(yan)出擴(kuo)聲(sheng)應用領域的(de)標準(zhun)。

　　但當我們(men)將傳統(tong)線(xian)陣列模塊構建揚聲器系統(tong)用于室內擴聲的固(gu)定安(an)裝時，卻存(cun)在兩個重大問題23 。

　　第一(yi)個(ge)(ge)問(wen)題是，傳統線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)的非預期使用，使得不同(tong)(tong)輻(fu)射方(fang)向(xiang)上的頻率響應差別很大。為(wei)了適(shi)應室內觀(guan)(guan)眾(zhong)座位(wei)(wei)布(bu)(bu)局，揚聲(sheng)(sheng)器陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)必(bi)須掛高，由(you)此具有很大的垂直覆蓋(gai)角，觀(guan)(guan)眾(zhong)不再位(wei)(wei)于(yu)傳統線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)的主要(yao)輻(fu)射平(ping)面，而傳統線(xian)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)模(mo)塊(kuai)的角度通常為(wei)0度，陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)的下半部分音箱必(bi)須散(san)(san)開形(xing)成一(yi)個(ge)(ge)有弧度的形(xing)狀(J形(xing)陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie))，以覆蓋(gai)增(zeng)(zeng)加的垂直角度，音箱間出現間隔和縫隙，會(hui)造成聲(sheng)(sheng)干涉即梳狀濾波效(xiao)應。而陣(zhen)(zhen)(zhen)列(lie)(lie)的上半部分也(ye)要(yao)求(qiu)形(xing)成一(yi)個(ge)(ge)弧形(xing)的形(xing)狀，而不是直線(xian)，以避免(mian)耗散(san)(san)多(duo)余的能量。同(tong)(tong)時，由(you)于(yu)室內觀(guan)(guan)眾(zhong)的分布(bu)(bu)，必(bi)須對不同(tong)(tong)模(mo)塊(kuai)進(jin)(jin)行增(zeng)(zeng)益調(diao)節，否則會(hui)造成近場觀(guan)(guan)眾(zhong)區聲(sheng)(sheng)壓(ya)級過(guo)大，遠場聲(sheng)(sheng)壓(ya)級過(guo)小的問(wen)題，增(zeng)(zeng)益調(diao)節進(jin)(jin)一(yi)步影響聲(sheng)(sheng)場分布(bu)(bu)和音色平(ping)衡4 。

　　第二個(ge)問(wen)題與水平(ping)(ping)覆蓋控(kong)制(zhi)有(you)(you)關。傳統線陣列具有(you)(you)寬廣的(de)(de)(de)水平(ping)(ping)覆蓋，滿足大(da)型(xing)戶(hu)外場(chang)地的(de)(de)(de)擴(kuo)聲需求(qiu)，但(dan)這(zhe)一特(te)性在固定安(an)裝的(de)(de)(de)室內(nei)(nei)環境里造成來自側墻和天花板的(de)(de)(de)聲反射(she)，極大(da)影響主(zhu)觀眾區內(nei)(nei)的(de)(de)(de)音(yin)色平(ping)(ping)衡性和清晰度。

　　由此(ci)，我們(men)迫切(qie)地需要一種(zhong)全(quan)新的陣(zhen)列技術(shu)解(jie)決這(zhe)些(xie)問題(ti)，能在室(shi)內(nei)固(gu)定安(an)裝項目中呈(cheng)現理(li)想的擴聲效果。

漸變指向性陣列的定義

　　當(dang)構成揚聲(sheng)器(qi)陣列的(de)(de)(de)模塊各自(zi)在(zai)水平和垂直方向(xiang)均有獨特的(de)(de)(de)輻(fu)射(she)(she)角(jiao)度，以適應目標區(qu)域時(shi)，就可以選擇每個模塊的(de)(de)(de)角(jiao)度，從而(er)幫(bang)助補償每各模塊間的(de)(de)(de)距離損失。這(zhe)樣(yang)(yang)做是(shi)很自(zi)然的(de)(de)(de)，因為(wei)向(xiang)近場(chang)觀(guan)眾區(qu)輻(fu)射(she)(she)能量的(de)(de)(de)模塊需要(yao)寬廣的(de)(de)(de)方向(xiang)，而(er)指向(xiang)遠場(chang)輻(fu)射(she)(she)的(de)(de)(de)模塊則(ze)是(shi)相反的(de)(de)(de)要(yao)求。輻(fu)射(she)(she)角(jiao)度越窄，指向(xiang)性指數(shu)就越高(gao)。有了這(zhe)個概念，室內建(jian)筑聲(sheng)學的(de)(de)(de)影響可以消除，從而(er)獲得(de)預期的(de)(de)(de)而(er)且(qie)一(yi)致的(de)(de)(de)頻率響應。使用新(xin)型導波(bo)管(guan)來消除模塊間的(de)(de)(de)相位(wei)抵(di)消也同(tong)樣(yang)(yang)重(zhong)要(yao)，因為(wei)相位(wei)抵(di)消也同(tong)樣(yang)(yang)可以劣化在(zai)陣列覆(fu)蓋(gai)區(qu)域內的(de)(de)(de)音色(se)平衡(heng)的(de)(de)(de)一(yi)致性。

　　由此， Professional提(ti)出了(le)一種(zhong)新型陣列揚(yang)聲器系統(tong)(tong)，稱為(wei)漸變(bian)指向性陣列(Progressive Directivity Array,PDA)，用以(yi)實現上(shang)述特征和要求。這就建立了(le)一種(zhong)全新的陣列揚(yang)聲器系統(tong)(tong)類別，并且相比于現存的線陣列揚(yang)聲器系統(tong)(tong)能(neng)夠為(wei)劇場等(deng)室內(nei)擴聲提(ti)供更好的性能(neng)。

 圖 1：不同(tong)增益(yi)情況(kuang)下陣列的極(ji)坐標(biao)響應 (10dB/div.)

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　　漸變指向性陣列的特點

　　這種新型漸變指向性(xing)陣(zhen)列技術能(neng)完美地(di)解決建筑(zhu)聲學(xue)，陣(zhen)列化及增益調節(jie)等(deng)方(fang)面的(de)挑戰(zhan)，提供一致的(de)音色平衡性(xing)，等(deng)同于理想(xiang)環境下單獨模(mo)塊的(de)音質。它主要具備以下五個重要性(xing)能(neng)特點。

　　• 靈活(huo)地控制(zhi)各(ge)模塊(kuai)的輻射角度，以滿足每個(ge)模塊(kuai)的目標覆蓋(gai)區(qu)域。

　　• 對(dui)每個模塊進行有(you)效的角度(du)控(kong)制，控(kong)制的頻率降至1kHz或更低，以減少(shao)建聲的影響。

　　• 陣列可以由具有不同角度(du)的(de)模塊(kuai)構成，使陣列的(de)覆蓋(gai)范圍與房間內聽音區域相匹(pi)配(pei)。

　　• 通過(guo)適當地為模塊分配不(bu)同的指(zhi)向性指(zhi)數，實現對距離損失的物(wu)理(li)補(bu)償(chang)。

　　• 模塊以特定方(fang)式連續排列(lie)而不(bu)產生間隙，避免模塊間接縫引發相位(wei)抵(di)消現象。

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　　漸變指向性陣列應用的里程碑案例

　　漸(jian)變指向性(xing)陣列運用在藝(yi)海劇院成為了劇場劇院當(dang)中一個(ge)不可忽視(shi)的里程(cheng)碑項目，同時也奠定了漸(jian)變指向性(xing)陣列這項新技術在該領域的基(ji)礎。

　　藝海劇院

　　藝海(hai)劇(ju)院地處上海(hai)市(shi)靜(jing)安(an)區江(jiang)寧路(lu)466號(hao)、康定(ding)路(lu)交匯處，與靜(jing)安(an)體育中心毗(pi)鄰，建成于(yu)2001年(nian)。此次(ci)歷時(shi)一年(nian)多的(de)修繕是藝海(hai)劇(ju)院建成以來的(de)首次(ci)大修，劇(ju)院將定(ding)位于(yu)音樂(le)劇(ju)專屬(shu)劇(ju)場(chang)，集(ji)演出、排練、孵(fu)化于(yu)一體。大劇(ju)場(chang)的(de)座(zuo)位也從999座(zuo)增加到了(le)1038座(zuo)。

　　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(zheng)體(ti)結構上是一個中型劇院。

　　藝海劇院改(gai)造(zao)項目的(de)擴聲(sheng)(sheng)設計環節，業主對揚(yang)聲(sheng)(sheng)器(qi)的(de)安裝位置(zhi)有(you)著嚴苛(ke)的(de)要求，因為是改(gai)造(zao)項目，安裝位置(zhi)和聲(sheng)(sheng)橋的(de)開孔尺寸都有(you)限(xian)制，必須將擴聲(sheng)(sheng)揚(yang)聲(sheng)(sheng)器(qi)安裝在(zai)這些固定好的(de)聲(sheng)(sheng)橋內，同時又要要滿(man)足(zu)均勻的(de)覆蓋，清晰(xi)的(de)人聲(sheng)(sheng)表現及(ji)一致的(de)音樂平衡性。

　　因(yin)此，Bose Professional通(tong)過(guo)Bose的(de)聲(sheng)場模擬分(fen)析(xi)軟件Modeler5 ，對揚聲(sheng)器的(de)安(an)裝位置及角度(du)進行多次聲(sheng)場模擬分(fen)析(xi)，最終采(cai)用非對稱(cheng)水平(ping)角度(du)的(de)弧形曲率陣列(lie)揚聲(sheng)器來實現最佳的(de)音色平(ping)衡(heng)，減少側墻反(fan)射(從圖2可以(yi)(yi)看(kan)出(chu)，打(da)在(zai)側墻的(de)聲(sheng)能量幾乎沒有)，對不同位置的(de)聽音區(qu)提供均勻(yun)的(de)聲(sheng)覆蓋(從圖3可以(yi)(yi)看(kan)出(chu)，整(zheng)個觀眾區(qu)的(de)聲(sheng)場覆蓋非常均勻(yun))。

　　圖 2：藝海劇院墻(qiang)面和觀眾區直達聲覆蓋圖(1-4kHz)

　　圖 3：藝海劇院平(ping)面直達聲覆(fu)蓋圖(1-4kHz)

　　在該項目(mu)的擴聲設(she)計中(zhong)(zhong)，Bose Professional采用了非對稱DeltaQ陣列揚聲器(qi)作為(wei)主(zhu)擴聲揚聲器(qi)組，其(qi)中(zhong)(zhong)6只2組作為(wei)左(zuo)右聲道，4只1組作為(wei)中(zhong)(zhong)央聲道，分(fen)別用了3種不同的水平角度(du)和3種不同的垂直角度(du)，將(jiang)聲線精(jing)確地投射到不同區域的觀眾席，減少不必要的反射聲，提(ti)高(gao)語言(yan)清晰度(du)(圖(tu)4)和音(yin)色平衡一致(zhi)性(xing)(圖(tu)5)。

　　圖4：藝(yi)海劇院觀眾席語言清晰(xi)度(平均(jun)值 0.58)

　　圖 5：藝(yi)海劇院(yuan)全場七個不同位(wei)置(zhi)的頻(pin)率響應(ying)曲線(xian)和(he)七個位(wei)置(zhi)示意圖

　　創(chuang)新(xin)始于探索，用(yong)科技創(chuang)造好(hao)聲(sheng)音(yin)。在(zai)劇(ju)場等室內(nei)擴聲(sheng)應用(yong)中(zhong)具有獨一無二特(te)點(dian)和(he)優勢的(de)漸(jian)變(bian)指向性陣列，在(zai)未來將廣泛應用(yong)到各個劇(ju)場劇(ju)院當中(zhong)，不(bu)斷顛覆觀(guan)眾對于室內(nei)擴聲(sheng)效(xiao)果的(de)想象。

　　【參考文獻】

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　　作者/封志剛（Ph.D.）、李晴、張弛

　　來源/Bose Professional