如何设计广州大剧院的声场

广州大剧院总建筑面积约70000㎡, 其核心设计理(lǐ)念称為(wèi)“圆润双砾”：“大砾石”包括1800座的大剧场和录音棚、艺术展览厅；“小(xiǎo)砾石”则是400座的多(duō)功能(néng)剧场。大剧场观众厅采用(yòng)独特“双手环抱”设计，观众席看台两侧的延伸部分(fēn)和楼座挑台交错重叠，从舞台角度看来，犹如迎面伸来的两只手臂。如图1所示。大剧院除了提供极佳的声學(xué)环境满足自然声演出的要求，实际运营的大部分(fēn)演出都需要電(diàn)声的支持。

图1 大剧场观众厅效果图

在声场设计方面，广州大剧院具有(yǒu)两个鲜明的特点：可(kě)变声场设计和超低频指向性设计。

1 可(kě)变声场

广州大剧院大剧场引入可(kě)变声场的设计，以可(kě)变的声场满足不同的艺术表演形式，以达到更高品质的扩声需求。

1.1 设计理(lǐ)念

在对國(guó)际和國(guó)内重要表演剧场声场设计和使用(yòng)需求进行充分(fēn)调研后发现：剧场的节目形式多(duō)种多(duō)样，单一扩声模式很(hěn)难同时满足各种表演形式的使用(yòng)需求。归纳出以下主要的表演形式对扩声系统的需求，如表1所示。由表1可(kě)见，不同的节目表演形式，对听觉审美、最大声压级、扩声形式和声學(xué)覆盖的要求是不一样的。近年来，通过可(kě)变声场的设计，力求满足各种表演的专业需求正逐步成為(wèi)國(guó)际上高端剧场未来发展的趋势。广州大剧院就经典艺术和商(shāng)业流行两个使用(yòng)模式分(fēn)别设计了两套扬声器系统。以最小(xiǎo)化干涉原则设计一套点声源阵列，满足经典艺术类的自然、保真扩声需求，满足以自然声為(wèi)主、電(diàn)声為(wèi)辅的扩声形式；為(wèi)满足大动态扩声的需求，设计一套線(xiàn)声源扩声阵列，满足商(shāng)业流行演出的气氛和力度需求。两套系统可(kě)以快速切换，实际使用(yòng)效果得到听众和调音师的赞许。

表1 不同类别表演对扩声系统的需求

1.2 高保真模式

服務(wù)于经典艺术类的高保真扩声模式采用(yòng)2层固定安装的扬声器系统和1组超低频扬声器系统，以最消化干涉的原则覆盖全场观众區(qū)，实现高品质的扩声，如图2-图4所示。高保真扩声模式声场设计：大剧场共设左右两通道扬声器组，左通道扬声器组由上下2层组成，上层由2只高Q值的水平線(xiàn)声源扬声器系统组成，以最小(xiǎo)化交叠的原则布置，主要覆盖楼座观众；下层由3只高Q值的水平線(xiàn)声源扬声器系统组成，同样以最小(xiǎo)化交叠的原则布置，主要覆盖池座观众；右通道与左通道相同。从图中的声線(xiàn)覆盖可(kě)以看出，為(wèi)有(yǒu)效地避免侧墙和顶棚的反射对观众听感造成的影响，巧妙地利用(yòng)了水平線(xiàn)声源扬声器的拼接技术，精确地设定覆盖角度，达到真正的最小(xiǎo)化干涉。另外，每声道配置3只双18英寸的超低频扬声器系统，置于上层全频扬声器系统与下层全频扬声器系统中间。左右通道共同均匀覆盖全场观众。

图2 高保真模式下层平面覆盖图3 高保真模式上层平面覆盖图4 高保真模式剖面覆盖 1.3 大动态模式

服務(wù)于商(shāng)业流行类的大动态電(diàn)动吊挂扩声模式，设左、中、右声道扬声器系统组和左、右声道扬声器系统组，分(fēn)别由9只垂直線(xiàn)声源扬声器系统和3只双18英寸超低频扬声器系统组成（与高保真扩声模式超低频共用(yòng)）；中央声道扬声器系统组由10只垂直線(xiàn)声源扬声器系统和2只低频扬声器系统组成。

根据厅堂的特性，大动态扩声扬声器系统均為(wèi)線(xiàn)阵列扬声器系统，指向性控制能(néng)力强，在長(cháng)混响时间的厅堂优势非常明显。左右声道的扬声器系统采用(yòng)非对称覆盖，如图5、图6所示。線(xiàn)阵列在正常吊挂的状态下，可(kě)以通过改变覆盖角的方向，使声線(xiàn)尽量避免侧墙的直接反射，使得即使在大动态扩声模式下，声音依然非常干净、有(yǒu)力。中央声道采用(yòng)宽角度的紧凑型線(xiàn)阵列扬声器系统如图7、图8所示，搭配原厂推荐的高功率低频扬声器，突显人声的细腻。

图5 大动态模式左右平面覆盖图6 大动态模式左右剖面覆盖图7 大动态模式中央平面覆盖图8 大动态模式中央剖面覆盖

2 超低频系统设计

广州大剧院大剧场引入超低频指向性设计，以满足長(cháng)混响状态下的低频覆盖要求。在長(cháng)混响厅堂扩声应用(yòng)中，如何进行真实的低频还原，是近年同行业扩声应用(yòng)技术的重点，也是声场设计的难点。本方案左右声道各配置3只双18英寸超低频扬声器系统，可(kě)以组成心型指向超低频扩声阵列（如图9所示，将中间的超低频扬声器系统与两侧的超低频扬声器系统反向安装），经过严格的声场调试后，将明显改善低频段的指向性，有(yǒu)效提高系统的传声增益。

图9 低频扬声器系统阵列安装示意图

采用(yòng)超低频扩声阵列后，50Hz-100Hz的超低频段具有(yǒu)非常强的心型指向特性，更加有(yǒu)效地将声能(néng)投射到观众區(qū)，提高观众的听感“力度”，同时，极大减少对舞台區(qū)的辐射，提高系统传声增益，降低传声器啸叫的可(kě)能(néng)。从图10、图11的阵列覆盖模拟结果可(kě)以充分(fēn)得到认证。

图10 传统低频阵列覆盖模拟图

图11 心型指向低频阵列覆盖模拟图