一、
可变混响技术应用的必要性
剧院多功能是运营的需要
由于剧院建筑有三大特点：机电设备多（舞台机械、舞台灯光、音视频系统以及空调水泵等机电设备）、体量比较大（大厅、观众厅、舞台空间以及后勤空间等）、投资大（动辄几亿、十几亿甚至几十亿）。机电设备多和体量比较大会造成运营成本非常高。如果一个剧场只是单一功能，则会利用率偏低，后期的运营成本会更大，大量投资没起到应有的作用。因此国内剧场一般都是多功能的，主要是为了提高利用率、增加经济和社会效益。
专业音乐厅也有多功能的需求
音乐的种类比较多，不同的音乐对音质要求也不一样,如摇滚乐、爵士乐、流行乐、交响乐等。即使同是交响乐，古典和浪漫时期的交响乐对音质要求也不一样的（浪漫时期的旋律结构与古典时期有所不同）。不同的乐队指挥和演奏者对同一音乐的理解不一样，则对音质要求也不一样的。
不同使用功能的混响时间建议值
既然要适合多功能要求，就要求厅堂音质可变。声学家经过对不同表演类型的长期观察、测量与评价，给出了各类型混响时间范围的推荐值。对不同表演类型的长期观察、测量与评价，给出了各类型混响时间范围的推荐值。国内剧院的功能定位一般分为三类（早期的剧院功能还有电影放映功能）
表1 不同使用功能的混响时间建议值
使用功能
混响时间建议值（s）
纯音乐和歌唱
交响乐
1.8～2.2
室内乐
1.6～1.8
既有音乐、歌唱
也有语言对白
歌剧、舞剧、综艺演出
1.3～1.6
戏剧
主要是语言对白
话剧、会议
1.0～1.3
一个厅堂要满足不同使用功能，并且使不同使用功能都具有良好的声学效果，就有必要采用音质参量可以调节的技术。所谓可变混响技术是指可以调整厅堂音质参量的某种技术措施。由于早期的厅堂音质设计只有混响时间单一的参数指标，因此可变混响技术就泛指厅堂音质参量的可变技术。
二、
五种可变混响技术声学参量的变化规律
根据音质参量的调节不同，我们把可变混响技术的实现方法分为五类，分别为改变吸声量、改变体积、增设耦合空间、增设音乐反声罩和电声可变混响技术等。当然也可以两种或两种以上方法一同使用，如改变体积的同时也可以改变吸声量，增设耦合空间的同时也改变吸声量等。
由于一般实测数据很少涵盖所有声学参量，为了全面了解五种可变混响技术各个声学参量的变化情况，以苏州文化艺术中心1200座大剧院为原型进行计算机模拟分析，同时用实测数据进行验证。
采用的模拟软件为ODEON15.15。初始状态为交响乐模式（有乐罩），混响时间T30控制在2秒左右。声源为设置在舞台边缘向内3m的中心线上，离舞台地面1.5m。在观众席上共设置了16个测点，均离地面1.2m高，声源和测点布置见图2。
所有参量均为模拟空场状态，除了IACCE3为500、1k、2kHz三个倍频带的平均值外，其它参量均为500和1kHz的中频平均值。LEV是根据Soulodre，Lavoie和Norcross通过大量实验数据推导的公式计算而来的:
通常情况下关于声音的清晰度，对于音乐用C80表示，称作明晰度；对于语言用D50表示，称作清晰度。为了表述简洁，本文中统称清晰度。
图1 初始状态计算机模拟内景图
图2 声源和测点布置图
1、改变吸声量
根据赛宾的混响时间公式，可知混响时间跟吸声量成反比，增加吸声量可以降低混响时间。改变吸声量的措施主要有可调吸声帘幕和其它可调吸声构造（如翻板式、圆旋转式、升降式等），其中可调吸声帘幕因结构简单、占用空间较少、造价比较低等因素，应用最广泛。增加吸声量一般布置在后墙比较多，同时由于中间位置多为灯控、音控室的观察窗和追光的开窗，因此布置在两边的比较多，增加吸声量的计算机模型详见图3（红色区域为吸声材料布置位置）。表2为增加吸声量前、后音质参量的变化列表（计算机模拟分析）。为了验证计算机模拟结果的可靠性，表3列了无锡大剧院和山东潍坊音乐厅部分音质参量的实测数据加以验证。
图3 后墙吸声的计算机模型内景图
图4 无锡大剧院（可升降帘幕布置在顶部）
图5 山东潍坊音乐厅（可升降帘幕布置在侧墙）
结论：增加吸声量（布置在后墙），丰满度变小、清晰度增大、响度变小、空间感中的视在声源宽度基本不变而环绕感降低。
2、改变体积
根据赛宾的混响时间公式，可知混响时间跟体积成正比，增加体积可以提高混响时间。由于改变体积多数采用机械升降的方式，造价比较高，需要舞台机械和建筑、结构紧密配合，因此在国内应用的比较少。在国内增加体积多采用提升顶部的方法，增加体积的计算机模型为顶部提升3米（见图6）。国内已知的有深圳南山文体中心大剧院（7块可升降的吊顶）见图7、北京电视台剧场（可升降的面光桥）图8和图9、上海音乐学院歌剧院见图10（可升降的吊顶，幅度约2米）和苏州文博中心大剧院（可升降的吊顶，幅度约5米）等。
图6 顶部升高3米的计算机模型内景图
图7 深圳南山文体中心大剧院（吊顶可升降）
图8 北京电视台剧场（面光桥升起）
图9 北京电视台剧场（面光桥降下）
图10 上海音乐学院歌剧院（吊顶可升降）
结论：增加体积（顶部提升），丰满度增大、清晰度减小、响度变小、空间感中的视在声源宽度基本不变而环绕感略有降低。
计算机模拟的响度G值变化比较小，主要是因为靠近台口的吊顶并没有提升，而深圳南山文体中心大剧院提升的靠近台口的7块吊顶。因此增加体积时尽可能采用提高远离声源的吊顶（中后吊顶），这样响度下降比较小。
3、增设耦合空间
耦合空间是指厅堂中存在的一些附属空间（又称混响室）,这些空间使主厅内衰变过程呈现非线性衰变(双折线或多折线)等声学特性的改变。耦合空间声场的这种特性使长混响和高清晰度这两个一直被认为相互对立的音质参量得到较好兼容。计算机模型增加的耦合空间设置在舞台的四周和观众厅的侧部，耦合开口均开在侧面的上部（尽量减少对早期侧向反射声能的影响）。英国伯明翰交响乐厅的耦合空间设置在舞台的周边以及侧墙的上部，美国梅耶森交响乐厅的耦合空间设置在最高座席的周边，用着两个音乐厅的实测数据验证计算机模拟分析的部分声学参量的可靠性（见表6、7）。
图11 增加耦合空间的计算机模型内景图
图12 英国伯明翰交响乐厅
图13 美国梅耶森交响乐厅
结论：增加耦合空间（布置在舞台周边和观众厅侧部，耦合开口位于舞台和观众厅的上部），混响时间延长比较多而早期衰变时间变化比较小、清晰度增大、响度变小、空间感中的视在声源宽度基本不变而环绕感降低。
耦合空间相当于有能耗的延时器。因为进入耦合空间的声能需要进行了多次反射、额外多走许多路程才能从耦合开口反射出来。行进的路程多了自然就会产生延时，同时由于空气和各界面的吸收，能量一定会产生损耗。由于耦合空间的开口多布置在舞台和观众厅的上部，调节的多是后期反射声，因此厅堂早期的能量和衰变曲线并没有太大变化，但是后期部分声能由于延时而造成了能耗，所以后期的总能量变小了。因此明晰度C80和清晰度D50就会提高。
4、增设音乐反射罩
剧院为了演奏交响乐，一般都会在舞台上增设音乐反声罩以改善音质效果。
图14哈尔滨大剧院
图15 孝感文化艺术中心大剧院
表8 增设音乐反声罩音质参量的变化（计算机模拟分析）
表9 增设音乐反声罩音质参量的变化（实测数据验证）
结论：增设音乐反声罩，丰满度增大、清晰度减小、响度变大、空间感中的视在声源宽度基本不变而环绕感增强。
音乐反声罩就像一个扩容的放大器。增加观众厅的响度。延长了混响时间，提高了音乐丰满度，提高了舞台支持度，便于乐队之间的相互听闻。
5、电声可变混响技术
电声可变混响技术是通过合理布置包含特定算法的电声系统，包括拾音的麦克风阵列、数字信号处理单元和扬声器阵列等，利用数字信号处理技术实现改变音质的效果。经麦克风阵列拾取的自然声信号通过信号处理单元的运算处理后，再通过扬声器阵列进行适当的复现。扬声器阵列的设计准则的是建立“虚拟”的墙体和吊顶，并利用数字信号处理的方式调节扬声器阵列的大小和延时，以取得和真实物理边界相一致的反射声序列，从而实现真实物理边界一样的音质效果。与扩声系统中的电子混响效果器相比，电声可变混响技术建立的声场具有完全真实物理边界的时间特性与空间特性。
电声可变混响技术还可以模拟世界著名厅堂（如维也纳金色大厅）的音质效果。事先采集世界著名厅堂主要测点的脉冲信号，然后通过信号处理单元的运算处理使现有厅堂的主要测点完全符合世界著名厅堂的脉冲信号，从而具备某著名厅堂的良好音质效果。
与建声可变混响技术相比，电声可变混响技术的应用场合与应用范围更广，音质的可变性更强，且无需大兴土木，方便灵活。缺点是无法用来降低厅堂原本的混响时间，且可能由于系统稳定性问题而引起声染色。
表10 电声可变混响技术音质参量的变化（实测数据验证）
大连国际会议中心剧院采用的VIVACE电声可变混响系统，可能由于担心听众能够听出声音明显来自于墙面或顶面的扬声器（即所谓的电声味），所以电声可变混响技术一般不会把声音的响度调的太大（明显比采用乐罩条件的响度小）。采用E-Coustic系统的易科深圳总部多功能厅的测试数据中也发现类似规律。由于响度比较小，在较大观众厅的中间位置听感并不明显。当然可以把响度调高，但离墙面和顶面比较近（即离扬声器比较近）的观众就能明显听出声音来自就近扬声器。因此在比较小的场所（如多功能厅、小剧场等）采用电声可变混响技术听感会比较好。
三、
结论
每种可变混响技术都有它调节的目的，如增加吸声量就是为了降低混响时间、提高清晰度；增加体积是为了延长混响时间、提高丰满度；而增加耦合空间的目的是延长混响时间的同时也提高清晰度。但也都不可避免地带来副作用，响度和环绕感降低。
增设乐罩与增加体积相比，不仅能起到延长混响时间、提高丰满度的目的，同时还能提高响度、环绕感和舞台支持度。
电声可变混响可以按需调整反射声序列（只可延长不能缩短混响时间），它可以模拟：减少吸声量+其它三种建声可调混响状态。因此应用场合和范围更广，方便灵活。
由于大家都认识到早期侧向反射声能的重要性，一般不会改变池座侧墙的特性，因此各种可变混响技术并不会改变视在声源宽度ASW和亲切感ITDG。
（作者 杨志刚）
（END）
