1認(rèn)知不同形式的電聲可變混響系統(tǒng)

利用電聲的方法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)聲學(xué)可變的實(shí)用系統(tǒng)源于20世紀(jì)50年代。電聲可變混響系統(tǒng)自問(wèn)世以來(lái)，伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步（特別是電子技術(shù)的迅猛發(fā)展），從開(kāi)始的實(shí)驗(yàn)裝置發(fā)展到完善的系統(tǒng)設(shè)備，已在國(guó)際上許多發(fā)達(dá)國(guó)家的劇院尤其是多功能劇場(chǎng)中得到了較廣泛的應(yīng)用。認(rèn)知不同形式的電聲可變混響系統(tǒng)表1中列舉了國(guó)際上不同時(shí)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(jī)理”（含專(zhuān)利算法）以及系統(tǒng)的構(gòu)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(lái)表示。

歸一化系統(tǒng)框圖

2 典型電聲可變混響系統(tǒng)簡(jiǎn)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(jìn)倫敦英國(guó)皇家節(jié)日音樂(lè)廳的音質(zhì)（主要是增加廳內(nèi)低頻的混響時(shí)間）而研發(fā)的多通道混響系統(tǒng)。AR系統(tǒng)基本上是一個(gè)“窄帶”系統(tǒng)，每個(gè)聲道包括一個(gè)用聲共振器（ 亥姆霍茨共振器） 調(diào)諧于某個(gè)窄頻帶的電容傳聲器、移頻器、20 W功率放大器和揚(yáng)聲器；在58 Hz～700 Hz的頻率范圍內(nèi)共使用了172個(gè)聲道。

AR系統(tǒng)由開(kāi)始的一種實(shí)驗(yàn)裝置經(jīng)過(guò)隨后幾年的不斷改進(jìn)與完善，最終成了永久性的系統(tǒng)設(shè)備，它成為多聲道電聲系統(tǒng)使用時(shí)間最長(zhǎng)的一個(gè)成功案例。后來(lái)在美國(guó)一些新建的音樂(lè)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(jì)60年代提出了通過(guò)一系列“傳聲器－揚(yáng)聲器獨(dú)立寬帶聲道”，可以顯著增加室內(nèi)混響時(shí)間。多通道混響 （ Multiple-Channel Reverberation）系統(tǒng)就是Franssen理論的商業(yè)化實(shí)現(xiàn)。MCR系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用有二十余年的歷史，當(dāng)時(shí)在歐洲許多國(guó)家新建或改造的多功能會(huì)議大廳、多功能劇場(chǎng)和音樂(lè)廳等場(chǎng)所得到了較廣泛的使用。

MCR系統(tǒng)是以擴(kuò)散場(chǎng)為對(duì)象，因而傳聲器布置在觀眾廳內(nèi)不直接拾取舞臺(tái)上的信號(hào)。每個(gè)揚(yáng)聲器和每個(gè)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(guān)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(yán)格控制每個(gè)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(yīng)用MCR系統(tǒng)的里昂音樂(lè)廳演奏臺(tái)

2.3 聲控制系統(tǒng)（ACS）

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

應(yīng)用ACS系統(tǒng)的美國(guó)加州大峽谷學(xué)院劇場(chǎng)

ACS是以直達(dá)聲場(chǎng)為對(duì)象，因而傳聲器布置在舞臺(tái)口上方直接拾取舞臺(tái)上的信號(hào)，利用原信號(hào)與系統(tǒng)脈沖響應(yīng)的卷積來(lái)附加混響。每支指向性傳聲器“負(fù)責(zé)”拾取舞臺(tái)上或樂(lè)池的一部分信號(hào)，通常1支傳聲器覆蓋5 ㎡～10 ㎡的舞臺(tái)面積。每支傳聲器拾取的信號(hào)經(jīng)處理后由矩陣器分配給各通道。

2.4 可變室內(nèi)聲學(xué)系統(tǒng)（VRAS）

可變室內(nèi)聲學(xué)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(guó)LCS（LEVEL CONTROL SYSTEMS）公司研發(fā)生產(chǎn)的。2005年被美國(guó) Meyer 公司收購(gòu)，VRAS 改名為“Constellation”。

應(yīng)用VRAS捷克布拉格議會(huì)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(gè)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制作具有單一性質(zhì)的“數(shù)字式電子混響器”代替“真實(shí)的耦合空間”。數(shù)字聲頻信號(hào)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(xué)特征，系統(tǒng)的混響增益與響度增益無(wú)關(guān)，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(xué)優(yōu)化（E-coustic ）系統(tǒng)

1988年，David Griesinger和Steve Barbar提出了“通過(guò)時(shí)變?nèi)斯せ祉懜倪M(jìn)室內(nèi)聲學(xué)”，電子聲學(xué)優(yōu)化系統(tǒng)就是以此理論為基礎(chǔ)的，當(dāng)時(shí)已成功設(shè)計(jì)和集成了用于聲學(xué)優(yōu)化的組件和系統(tǒng)。1995年LARES公司成立，對(duì)此系統(tǒng)在軟、硬件方面不斷的改進(jìn)和完善，形成了今天全新的第三代聲學(xué)處理技術(shù)。

E-coustic 系統(tǒng)采用了全新的數(shù)字處理平臺(tái)即“獨(dú)立時(shí)變混響器”），并結(jié)合神經(jīng)科學(xué)和聲學(xué)領(lǐng)域的研究成果（聲音品質(zhì)與人類(lèi)感知的相互關(guān)系）推導(dǎo)出新的聲學(xué)算法，可以精確模擬出“房間”所有的關(guān)鍵聲學(xué)參數(shù)。時(shí)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(dú)立時(shí)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(xué)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(xué)處理能力的系統(tǒng)。Mainframe III有4個(gè)獨(dú)立的聲學(xué)處理引擎，運(yùn)行全新的聲頻算法（源于對(duì)物理聲學(xué)和人類(lèi)神經(jīng)學(xué)的最新研究）。每個(gè)聲學(xué)處理器對(duì)直達(dá)聲、反射聲及混響的聲音能量進(jìn)行獨(dú)立控制，同時(shí)能夠調(diào)整所有的關(guān)鍵聲頻參數(shù)（如平均自由程、早期衰變時(shí)間等）。

應(yīng)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(yǔ)，意思為“活潑的”。VIVACE系統(tǒng)于2008年是由兩家德國(guó)公司共同研發(fā)并在不斷改進(jìn)中，軟件是由Muller BBM聲學(xué)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(yīng)用VIVACE系統(tǒng)的莫扎特巖石劇場(chǎng)舞臺(tái)

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(xué)特性參數(shù)，借助專(zhuān)利技術(shù)“聲學(xué)指紋”將項(xiàng)目廳堂卷積為目標(biāo)廳堂的聲學(xué)特性參數(shù)，設(shè)計(jì)的算法對(duì)舞臺(tái)信號(hào)與之前所采集的脈沖響應(yīng)進(jìn)行“折疊”。系統(tǒng)有4個(gè)獨(dú)立處理引擎可以對(duì)大廳4個(gè)不同的聲學(xué)“區(qū)域”分別進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化與控制。包括對(duì)混響時(shí)間、混響電平、頻率特性、反射密度、瞬態(tài)響應(yīng)的調(diào)整；以及對(duì)早期反射聲、混響聲進(jìn)行獨(dú)立控制等。系統(tǒng)中的路由矩陣每個(gè)交叉點(diǎn)可獨(dú)立設(shè)置電平和時(shí)間延時(shí)，最大支持192×192輸入/輸出。相對(duì)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(chǎng)實(shí)時(shí)多聲道聲音效果。

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