1認知不同形式的電聲可變混響系統(tǒng)

利用電聲的方法實現(xiàn)室內(nèi)聲學可變的實用系統(tǒng)源于20世紀50年代。電聲可變混響系統(tǒng)自問世以來，伴隨科學技術的發(fā)展與進步（特別是電子技術的迅猛發(fā)展），從開始的實驗裝置發(fā)展到完善的系統(tǒng)設備，已在國際上許多發(fā)達國家的劇院尤其是多功能劇場中得到了較廣泛的應用。認知不同形式的電聲可變混響系統(tǒng)表1中列舉了國際上不同時期出現(xiàn)的十幾種具有代表性的電聲可變混響系統(tǒng)，它們的“機理”（含專利算法）以及系統(tǒng)的構成各不相同，所有這些系統(tǒng)都可以用歸一化系統(tǒng)框圖來表示。

歸一化系統(tǒng)框圖

2 典型電聲可變混響系統(tǒng)簡介

2.1 受援共振（AR）系統(tǒng)

受援共振（Assisted Resonance）系統(tǒng)是由Parkin和Morgan于1964年為改進倫敦英國皇家節(jié)日音樂廳的音質(zhì)（主要是增加廳內(nèi)低頻的混響時間）而研發(fā)的多通道混響系統(tǒng)。AR系統(tǒng)基本上是一個“窄帶”系統(tǒng)，每個聲道包括一個用聲共振器（ 亥姆霍茨共振器） 調(diào)諧于某個窄頻帶的電容傳聲器、移頻器、20 W功率放大器和揚聲器；在58 Hz～700 Hz的頻率范圍內(nèi)共使用了172個聲道。

AR系統(tǒng)由開始的一種實驗裝置經(jīng)過隨后幾年的不斷改進與完善，最終成了永久性的系統(tǒng)設備，它成為多聲道電聲系統(tǒng)使用時間最長的一個成功案例。后來在美國一些新建的音樂廳（如York，Concord和Scottsdale等）也采用了AR系統(tǒng)，只是在通道數(shù)上有所減少。

2.2 多通道混響（ MCR ）系統(tǒng)

荷蘭飛利浦公司的Franssen于20世紀60年代提出了通過一系列“傳聲器－揚聲器獨立寬帶聲道”，可以顯著增加室內(nèi)混響時間。多通道混響 （ Multiple-Channel Reverberation）系統(tǒng)就是Franssen理論的商業(yè)化實現(xiàn)。MCR系統(tǒng)實際應用有二十余年的歷史，當時在歐洲許多國家新建或改造的多功能會議大廳、多功能劇場和音樂廳等場所得到了較廣泛的使用。

MCR系統(tǒng)是以擴散場為對象，因而傳聲器布置在觀眾廳內(nèi)不直接拾取舞臺上的信號。每個揚聲器和每個傳聲器之間的距離均處于廳堂混響半徑之外（特別是同聲道的傳聲器），這樣可以使各聲道間的相關性最小，總放大量就是各聲道放大量之和（能量之和）。系統(tǒng)中要嚴格控制每個聲道的回路增益，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和聲音的自然感。

應用MCR系統(tǒng)的里昂音樂廳演奏臺

2.3 聲控制系統(tǒng)（ACS）

聲控制系統(tǒng)（AcousticControl System）是20世紀80年代由荷蘭ACS公司與荷蘭Delft大學共同合作開發(fā)的電聲聲場控制系統(tǒng)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2005年，ACS已在世界各地的50余處劇院、多功能劇場、大學禮堂、議會大廳和教堂等場所應用。

應用ACS系統(tǒng)的美國加州大峽谷學院劇場

ACS是以直達聲場為對象，因而傳聲器布置在舞臺口上方直接拾取舞臺上的信號，利用原信號與系統(tǒng)脈沖響應的卷積來附加混響。每支指向性傳聲器“負責”拾取舞臺上或樂池的一部分信號，通常1支傳聲器覆蓋5 ㎡～10 ㎡的舞臺面積。每支傳聲器拾取的信號經(jīng)處理后由矩陣器分配給各通道。

2.4 可變室內(nèi)聲學系統(tǒng)（VRAS）

可變室內(nèi)聲學系統(tǒng)（Variable RoomAcoustics Systems）是1993年由新西蘭M.A.Pol e t t i提出的，后經(jīng)美國LCS（LEVEL CONTROL SYSTEMS）公司研發(fā)生產(chǎn)的。2005年被美國 Meyer 公司收購，VRAS 改名為“Constellation”。

應用VRAS捷克布拉格議會中心觀眾廳

VRAS最基本的是“耦合房間”─ 電聲耦合的理念，其核心是以一個專門設計制作具有單一性質(zhì)的“數(shù)字式電子混響器”代替“真實的耦合空間”。數(shù)字聲頻信號處理器主要包括有：輸入交叉耦合矩陣，多通道混響器，反饋交叉耦合矩陣，輸出交叉耦合矩陣。這種新型的非直連式系統(tǒng)與以前的系統(tǒng)相比，可自然地控制局部和整體室內(nèi)聲學特征，系統(tǒng)的混響增益與響度增益無關，能更好地抑制可能出現(xiàn)的聲染色以獲得高質(zhì)量的聲音重放。

2.5 電子聲學優(yōu)化（E-coustic ）系統(tǒng)

1988年，David Griesinger和Steve Barbar提出了“通過時變?nèi)斯せ祉懜倪M室內(nèi)聲學”，電子聲學優(yōu)化系統(tǒng)就是以此理論為基礎的，當時已成功設計和集成了用于聲學優(yōu)化的組件和系統(tǒng)。1995年LARES公司成立，對此系統(tǒng)在軟、硬件方面不斷的改進和完善，形成了今天全新的第三代聲學處理技術。

E-coustic 系統(tǒng)采用了全新的數(shù)字處理平臺即“獨立時變混響器”），并結合神經(jīng)科學和聲學領域的研究成果（聲音品質(zhì)與人類感知的相互關系）推導出新的聲學算法，可以精確模擬出“房間”所有的關鍵聲學參數(shù)。時變混響器能夠在房間傳遞函數(shù)中拓寬諧振峰，從而直接為系統(tǒng)額外增加至少6 dB的穩(wěn)定性。

獨立時變通道示意圖

E-coustic 系統(tǒng)中最主要的硬件部分是全新的 MainframeIII （聲學處理器）和 Matrix （矩陣）處理器，它們提供了具有極其靈活性的聲學處理能力的系統(tǒng)。Mainframe III有4個獨立的聲學處理引擎，運行全新的聲頻算法（源于對物理聲學和人類神經(jīng)學的最新研究）。每個聲學處理器對直達聲、反射聲及混響的聲音能量進行獨立控制，同時能夠調(diào)整所有的關鍵聲頻參數(shù)（如平均自由程、早期衰變時間等）。

應用E-coustic系統(tǒng)的多倫多埃爾金劇院

2.6 VIVACE系統(tǒng)

VIVACE取自意大利語，意思為“活潑的”。VIVACE系統(tǒng)于2008年是由兩家德國公司共同研發(fā)并在不斷改進中，軟件是由Muller BBM聲學公司研發(fā)；硬件是由Stagetec公司制造，并最終整合成完整的VIVACE系統(tǒng)。

應用VIVACE系統(tǒng)的莫扎特巖石劇場舞臺

VIVACE系統(tǒng)采用卷積算法，系統(tǒng)軟件中還包含了世界上許多著名廳堂所采集的室內(nèi)聲學特性參數(shù)，借助專利技術“聲學指紋”將項目廳堂卷積為目標廳堂的聲學特性參數(shù)，設計的算法對舞臺信號與之前所采集的脈沖響應進行“折疊”。系統(tǒng)有4個獨立處理引擎可以對大廳4個不同的聲學“區(qū)域”分別進行聲學優(yōu)化與控制。包括對混響時間、混響電平、頻率特性、反射密度、瞬態(tài)響應的調(diào)整；以及對早期反射聲、混響聲進行獨立控制等。系統(tǒng)中的路由矩陣每個交叉點可獨立設置電平和時間延時，最大支持192×192輸入/輸出。相對傳統(tǒng)系統(tǒng)，VIVACE系統(tǒng)使用傳聲器數(shù)量少，通常情況下僅需要4支～12 支。此外，VIVACE系統(tǒng)可選配三維聲音效果軟件，支持現(xiàn)場實時多聲道聲音效果。

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