北京世园会开幕式音响设计及实施
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作者:许勇 马昕
[摘要]解析2019年中国北京世界园艺博览会开幕式文艺演出的现场扩声和音响制作基于沉浸式的解决方案。
[关键词]北京世园会开幕式;音响设计;扩声;沉浸声;音响效果
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.06.005
2019年中国北京世界园艺博览会（以下简称“北京世园会”）开幕式文艺演出在世园会园区内的妫讷剧场上演，以山为幕，以水为台，东西方多种艺术形式在科技手段的烘托下，与自然融为一体，呈现出美轮美奂的唯美意境，体现人与自然和谐共生关系的理念。
为了更加真实地呈现这种大型园林情景光影艺术表演形式，让观众有身处大自然之中的感受，音频系统设计采用了“沉浸声”方式进行扩声，这对于户外剧场、复杂的场地是巨大的挑战。下文解析该音频系统的设计框架，重点介绍沉浸声的实施方案。
1演出场地及环境
妫汭剧场（原名演艺中心）是户外剧场（见图1），整体建筑如同一只彩蝶在花海中翩翩起舞，整个建筑面积4500肝。在蝴蝶的两翼，设有一大两小三个剧场，大剧场可容纳1100人左右;在东侧的两个小剧场，可以容纳近500人。
剧场为不规则的异形建筑，主体采用了大跨度悬挑钢桁架支撑结构，最大的悬臂達到了120m×155m;屋面采用了多色彩ETFE的超薄膜结构，形成各种三维空间曲面造型。
其大剧场的舞台是一个38m×26m的椭圆形，整个剧场建筑为半开放式，观众席顶棚为ETFE薄膜式，为三面开放的声场环境，如图2所示。因此，没有墙面反射，场内混响声很短，对声音的清晰度有很大的帮助，也有助于后期利用电声手段对音乐进行处理。由于没有条件对整个建筑进行声场测量，主观听感上感觉250Hz～300Hz明显偏多，分析原因认为，是膜结构顶棚的反射和共振所致。
2演出需求及目标
该文艺演出最大的特点是，要在一个园林的自然景观环境下，让整个舞美、声、光和周围环境融为一体，打造全方位沉浸式的视听体验。同时，整台演出以合唱、重唱、器乐演奏辅以舞蹈、模特表演等多种艺术形式演绎。
音频系统需要为开幕式仪式部分讲话和文艺演出拾音、对现场观众席、领导人VIP席扩声，领导人讲话返送及舞台演出返送，另外要为电视转播输送高质量演出音频信号。同时此次演出还有一些特殊的要求，在音频系统安全稳定的前提下，整体观众席的声音覆盖均匀且清晰，并增强声源定位及音乐回放的沉浸式效果;同时，VIP席的声音达到最佳化。设计最大声压级106dB，声场不均匀度±6dB。
3系统框架及实施
北京世园会开幕式选用的场地极为特殊，妫汭剧场的建筑设计并不是按照大型综艺类演出设计的，并且还要满足此次演出的特殊要求，这给该音频系统带来诸多的挑战。其中，设计主要难点有以下几方面：
（1）吊挂重量的严格控制，使吊挂扬声器数量受到限制，对前后声场均匀度的设计很不利;
（2）需要规避对观众视线的遮挡，使吊挂高度受到限制，因此对于垂直声像的定位会产生较大影响;
（3）观众前排距离扬声器吊挂点过近，需要扬声器的打开角度大，由此带来声场叠加耦合，给声场调试带来较大困难;
（4）多组吊挂扬声器处于非对称的位置，会产生较大的梳状滤波效应;
（5）地面补声扬声器及舞台监听扬声器需最大限度地与舞台舞美融为一体，需要选用尺寸小的扬声器。
3.1系统架构
音频系统对于拾音类节目，可以提供精准的声源定位，如交响乐的各声部的相对位置信息，独奏、独唱艺术家在舞台上的相对位置信息;对于还音类以及含有音乐播放环节的节目，通过对音乐中的部分元素（尤其像鸟叫、蝉鸣、雨声、水声等元素）、声部进行声像定位的处理，提升音乐的聆听体验。
现场音响的设计，除扩声之外，还针对此次的场地情况，设计了环境效果声，通过各环绕扬声器模拟出室内各个墙壁面反射声形成的混响效果，来增强音乐的空间和包围感，突出“身临其境”的感觉。扬声器的布局见图3、图4。
3.2扬声器系统的设计
3.2.1扩声扬声器系统的设计
与以往传统的左右立体声吊挂方式不同，为了均匀覆盖较宽的观众席，并且声像平滑过渡，此次演出的音响团队（见图5）在观众区顶棚最前方，吊挂了5组主扩声扬声器，每组为6只SE M-F3A紧凑型线阵列扬声器，其单只重量仅为8kg。由于观众席建成后的尺寸与原设计图有一定的出入，通过对场地实际尺寸的测量及计算机辅助模拟，在实际安装中，将中间的三组扬声器增加到每组7只。主扩声扬声器的吊挂位置如图6所示。
每组主扩扬声器的信号由调音台的单独一路母线送出，这样通过不同的母线编配和场景切换，可以做到中间的三组扬声器分为左、中、右，外侧两组单声道，也可以让特殊效果声的声像在五组扬声器中平滑过渡。
在地面配置有4组全频补声扬声器加超低音扬声器，如图7所示，每组为1只BOSE双8英寸线阵列扬声器，以及2只sE M-F3A SUB超低音扬声器。地面全频补声扬声器和超低音扬声器的目的是将主声像下拉到合适的位置，不使声音的感觉飘在头顶;补偿前区观众席的响度，提高清晰度;同时，还可以通过多轨音源，将不同的效果声分别送到上下两组扬声器中，使其有上下呼应的感觉，以达到用声音塑造环境的效果。
3.2.2效果扬声器系统的设计
为营造沉浸式声音效果，在剧场顶部以及整个观众席的侧面和后方，均匀布置了侧环绕扬声器及后环绕扬声器。
顶部共吊挂4组环绕扬声器，每组3只sE M-F3A紧凑线阵扬声器，悬挂位置需避开VIP席位上方，如图8所示。4组扬声器分成两组信号，达到在顶部也有声像移动的感觉。侧方环绕扬声器共4组，每组2只SE M-F3A紧凑型线阵列扬声器，使用支架安装，如图9所示。后方环绕扬声器共4组，每组2只sEM-F3A紧凑型线阵列扬声器，如图10所示。所有效果声扬声器组都是独立的信号，这为后期“沉浸式”效果声音的制作提供了方便。 3.3音频系统的备份方案
为保障整个活动中音频系统安全、稳定地运行，特别设计了完善的系统备份。
对于系统的控制部分，配置了2张SSL LIVE 500，一台为主控制调音台（见图11），另外为一台为备份调音台，共用舞台接口箱。同时，将所有输入传声器及音源各提供2路，分别馈给2张调音台进行混音。當主调音台出现故障，如调音台死机失去控制，只需断开连接接口箱的光纤即可将所有的音频信号在不易察觉的极短时间内切换至备份调音台;如果控制台断电情况下，无需任何操作所有信号自动切换至备份调音台。
无线传声器使用SHURE ADX2系列无线手持传声器，其特点是两个相同的信号在独立频率上传输，如果其中一个信号降级或受到干扰，则另一个自动接管。
所有的控制系统部分经UPS不间断电源供电。
3.4系统的安装和调试
系统安装难度最大的是5组主扩扬声器的安装。由于这个剧场在设计时，并没有考虑在顶棚上安装设备，所以顶棚上没有马道可用。因此，在保证安全的前提下，工人们只能固定好安全绳，骑在梁结构上进行吊点的安装（见图12）。
虽然扬声器的自重很轻，但考虑到使用时间很长（这套系统除了完成开幕式演出外，还要承担整个世园会期间162天这个剧场的日常演出），所以每个吊点在尼龙吊带固定的基础上，加装了两根钢丝绳作为安全防护绳，同时考虑到刮风时扬声器会横向摆动，特意在每串扬声器的底部又加装了两根细钢丝绳斜向固定，使扬声器即使在刮很大的风时也不会摆动（见图12）。所有这些吊点和固定点有一些还与灯光的吊点相重合，需要互相避让，这也增加了施工的难度。
系统安装完成后，需要对各个扬声组的时间、相位、电平、均衡进行调整，使不同的区域的听音效果达到预期要求。由于主扩扬声器吊挂得较高，对VIP区前排观众来说比较靠后（图13中黄色线框内区域），这一区域已超出主扩扬声器所能够覆盖的区域，清晰度受到影响。而且这里处在VIP观演的正前方，对画面整洁一致性要求相当高。原设计在此处的BOSE双8英寸阵列扬声器由于箱体尺寸大，有碍于整体画面的美观，被要求挪到外侧。音响团队经反复实验比较，最终选定了4只L-ACOUSTICS 5XT 5英寸同轴点声源扬声器（其优点是尺寸小声压级大）放置于此处，通过准确的时间矫正与音量控制，给前排观众的声场清晰度做较好的补充，同时VIP区域的声像定位下拉也得到了很大改善。
顶棚5组吊挂的主扩扬声器因吊点的原因，处于不对称且不规则的位置，产生较大的梳状滤波效应。对此，音响团队在调试时，把5组扬声器之间的物理距离差进行了时间和相位矫正，再将5组主扬声器与地面超低扬声器进行统一的低频耦合调试，很好地解决了这一问题。
在扬声器音色的均衡处理上，针对前面提到的顶棚膜结构的反射与共振，对250Hz～300Hz的频率进行了适当的衰减，同时对50Hz～60Hz的低频进行适当补偿，增加了低频的丰满度和弹性。根据当时现场的温度与湿度情况，对8kHz以上的频率适当提升，以抵消空气干燥和低温带来的高频衰减。所有环绕效果声扬声器未做时间与相位的调校，因为使用了同一品牌型号的扬声器，所以，声音的一致性有较好的保障。
由于此次演出有国家领导人和外国政要出席，中国广播电视总台（CCTV）要对全球直播，为保证舞台画面的美感，需要解决返送扬声器的隐蔽问题。为此，特别制作了与舞美场景一致的红色外套，这样就与舞台地面颜色保持一致;同时，外套的选材上，特别注意其透声效果，如图14所示。
开幕式的仪式部分，国家领导人要在舞台上发表较长时间的演说，所以，传声器拾音的安全性和舞台上的返送监听，是音响团队重点要关注的部分。领导人讲话和司仪主持的传声器以有线传声器拾音为主的方案，但考虑到线路较长且路径复杂，又特别在讲话传声器的海绵防风罩内（如图15所示）以及司仪主持传声器的底座上（如图16所示），加装了微型无线传声器作为备份，做到传声器拾音的万无一失。
由于这个舞台是一个相对开放的空间，周围基本没有反射声，舞台返送监听扬声器因画面的要求，体积较小且距离远。对此，音响团队首次尝试了在讲台上增加极小的K-arry Lyzard KZl4扬声器（见图15中的黄框部分），为讲话者做返送监听的补充，通过反复开关试听比较和频响曲线的均衡矫正，得到了非常好的清晰度效果。
4音响效果的二度创作
一场优秀演出的艺术呈现，不但要有赏心悦目的视觉冲击，还要有声入人心的听觉效果，使现场观众得到完美的艺术享受。因此，音响团队不但要保证整个音频系统的安全运转、声音纯正，为演出的顺利进行提供保障，还要对现场音响效果的表现进行必要的二度创作。
前面提到过，妫’衲剧场的四周为开放式空间，没有墙面的反射声，因此，场内基本没有混响声的感觉，只有顶棚的一些反射声。这种情况下的一般处理方法是，在音乐录制时加大混响声的比例和混响时长，但这样一来会破坏音乐的层次感及细节的表现力，同时也不能解决室内自然混响所带来的声音“包围感”。有鉴于此，经过与音乐总设计协调合作，专门为现场演出制作一版混响声比例较小、时长较短、相对“干”一些的音乐源，并将其送入主扩扬声器的同时，还分别送到几个参数不同的混响器中，这几个混响器的混响预延时、混响时长、近次反射声比例、房间空间尺寸等参数通过严格计算各不相同，再把这些混响器的返回信号分别送到两侧和后方环绕效果声扬声器中，让这些扬声器充当“墙”的作用，通过反复比较试听，精心调整各个声音比例参数，使现场观众有如在音乐厅中欣赏音乐的“包围感”。此次演出的音乐作品大多是以大型交响乐队演奏为主，加上电声乐器及特色乐器的演奏，气势恢宏庞大，震撼力强。采用上述二次创作的技术手段，极大地提升了现场音乐的表现力，使观众“沉浸”在美妙声音的“包围”中。
艺术创作的灵感往往来源于灵光乍现的一瞬间，音响团队对于特殊效果声的处理即是如此。在合成排练期间，当画面呈现，音乐旋律响起，会激发出创作灵感，增加原来音乐中没有的特殊声效元素，并利用多声道扬声器的布局，用声音构建环境，达到锦上添花的效果。例如：在《东方的墨韵》中（见图17），当小船缓缓驶入画面时，在观众席四周的环绕效果扬声器中加入水声元素，并通过多声道的声像移动产生水流动的效果;在顶棚环绕效果扬声器中加入鸟鸣声，把现场观众带入到远山近水、碧草蓝天的情境中，有身临其境的感受，充分体现了“绿色生活，美丽家园”的世园会理念。
在《月影的深情》节目中（见图18），当大雁从屏幕右边飞入画面时，同步加入了大雁的叫声，运用混响和声像移动，做出比较准确的定位和飞向远处的距离感，很好地把音效和画面感融为一体。
《绵长的芬芳》（见图19）是专门为丝绸之路所创作的节目，音乐的前奏是一段极具西域特色的优美旋律，当这段旋律响起时，在四周环绕效果声扬声器里，声声驼铃伴随着驼队缓缓行进，运用声像移动的处理，让“驼队”从左边慢慢走来直到右边慢慢远去，一幅“幽雅驼铃荡漾飞，琵琶横笛夕阳辉，黄沙戈壁荒芜漠，绿野清泉茂盛肥”的画面浮现在现场观众的脑海中。
5结语
此次开幕式的演出，虽然任务重，压力大，但音响团队本着高度认真负责的精神，一丝不苟的态度，客服一切不利因素，在节目的细微处着手，从聆听感受和节目艺术创作上突破，圆满地完成了这次重要的国事活动，收到了非常满意的效果。
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