（扩声系统）
本方案提出的剧场声学特性指标达到并超过《厅堂扩声特性指标》（文化部T67-2001）扩声一级指标。
3声场设计
众所周知，声学设计包括“建声和电声”两方面的内容，前者主要是提供良好的声学环境，如控制混响时间和音质缺陷等；后者是在前者的基础上达到各种目的。
对于剧场设计，其首要问题是声场的设计，下面详细阐述观众厅和舞台表演区在声场设计中的具体实施方案。
3.1扩声形式的确定
扩声声场设计决定了观众、表演艺术（演员）和技术人员（调音师）通过扬声器所能接收到的信息可以达到什么程度，是听感形成的关键。
其中包括建声环境、扩声形式的选择、扬声器系统的选型以及相关的设计分析与计算工作。
随着国民经济的发展、家庭Hi-Fi的普及与录音技术的进步，使广大听众的相对听觉鉴赏力也迅速提高，在这期间，人的听觉生理及心理特性研究成果的应用也带动了剧场扩声系统设计理论的不断发展。
近年来在国外出现了“扩声系统优化设计”的理论，并在许多专业剧院中得到应用并取得了良好的效果。
所谓“优化设计”，主要指的是在常规的声压级、均匀度、清晰度等设计目标外，更加关注相干声源的声干涉问题，以及更宽频带的指向性控制问题。
如何有效解决扬声器阵列本身的干涉以及合成声场中的声干涉问题，这也是直接影响音乐明晰度的主要因素。
对扬声器频率及相位响应的优化，对声系统的高精度调试、校准等技术的应用，可以有效地提高扩声系统的还原性能，从而进一步改善听闻效果，这些扩声声场设计理论与方法是大量的工程应用实践与实验室实证相结合的成果。
本次设计中给予了充分的应用。
由于剧场需实现多种功能，根据当前国内外类似厅堂的调查研究，确定服务于观众的扩声系统采用三声道扩声，每个声道均可以独立覆盖全场观众区，每个声道中的每个扬声器均可以独立控制。
观众厅的扩声系统可以实现单声道扩声、左右两声道扩声、左中右三声道扩声，而现场效果声可以在安装于天花顶和墙面的音箱实现，同时本方案也可兼容SIS空间声音成像立体声扩声方式。
服务于舞台区的返送监听系统采用固定安装和流动放置相结合的扩声形式，设立效果声监听音箱并增设无线耳机监听系统。
对于表达艺术效果的扩声系统，由于使用灵活多样，表现的艺术形式也不苟一格，所以，对于观众厅的效果声扩声系统采用固定安装的扩声形式，还在可能使用扩声扬声器的位置预留接口，可根据表演的需要临时安装扩声扬声器。
而舞台表演区的效果声扩声系统也采用固定安装方式，设8个声道并预留多个通道，分别布置在舞台四周，同时，可以利用舞台上的接口流动安装扬声器，扩展效果声的扬声器通道。
3.2剧场声学环境分析
剧场的观众厅呈M型结构，在后部有二层挑台，在左右两侧各有二层侧包厢，一层挑台深度D为6.7米，开口高度H为4.8米，开口比D/H为1.396，二层挑台深度D为5.2米，开口高度H为3.9米，开口比D/H为1.333。
在剖面图中通过垂直声线分析可知，主扬声器能无阻挡地覆盖全场。
根据现有的资料，观众厅中频在满场时的混响时间在歌剧演出时为1.5－1.7秒（500Hz）。
3.3建立计算机声学模型进行辅助设计
3.1计算机辅助设计分析
在方案设计中选用德国的EASE4.0软件进行计算机辅助设计，该软件基于WINDOWS操作系统，通用性强，在业界具有广泛的应用。
在CAD建模过程中，我们注意了模型精确度对运算结果的影响，并提高模型的近似度以提高运算结果的参考性。
3.2建立EASE3.0声学模型
我们根据提供的建筑图纸，首先在AUTOCADR2004中建立剧院的三维模型。
然后将模型导入EASE3.0软件，按建筑图提供的坐席位置设置听音面，共6个听音面。
3.3设置模型参数
参考《环境声学基础》等相关声学参考资料中的吸声系数表，以及剧场的相关图纸，按常规设置舞台开口材料，最终模型的混响时间的频率特性应符合预先设定的值。
混响时间频率特性及混响比满足《剧场建筑设计规范》JGJ57-2000，J67-2002中的要求，确保了利用该计算机模型进行辅助设计的最终结果的可参考价值。
3.4观众厅扩声扬声器的选型与布局
4.1扬声器阵列的选择分析
扬声器阵列的构成有多种形式，从声音还原的音质要求和声场优化设计综合考虑，选择声干涉最小的阵列非常重要。
对平行阵列、窄点“点”声源阵列和宽点“点”声源阵列之间的各项实测数据进行比较，以确定剧场合适的扬声器阵列构成形式。
下图为两个扬声器的平行阵列声压分布图以及四个测量点（A，B，C，D分别跟轴向夹角为0度，16.6度,33.3度,50度）的频率响应图。
由实验数据显示，平行阵列在覆盖区中产生非常大的梳状滤波效应，分离的平行阵列也出现类似的现象。
关于窄点”点”声源阵列（扬声器之间的夹角小于-6dB角）的实验结果为下图所示
由实测数据显示，窄点”点”声源阵列也存在较大的的梳状滤波效应。
关于宽点”点”声源阵列（扬声器之间的夹角等于-6dB角）的实验结果如下图所示：
对比三种阵列可知，宽点“点”声源阵列的梳状滤波效应最小。
为了实现良好的音质，观众厅中的左、中、右主阵列选用线性阵列
4.2扬声器的布局
根据声线分析及各扬声器的覆盖特性，经计算机多次模拟运算，确定观众厅的扩声扬声器布置如下：
左声道扬声器组
左声道扬声器组的主阵列各由7只大功率全频线阵列扬声器（最大声压级>136dB）和2只大功率超低音线扬声器（最大声压级>136dB构成，覆盖全场观众区，另外，各设一只下拉声像扬声器，使声像自然降低。
左声道扬声器组采用电动方式吊挂安装，根据演出的节目类型配置使用。
该扬声器组采用声桥内安装，当演出的节目类型需要大动态、高声压的扩声时，如摇滚音乐、流行音乐等演出，左右声道的阵列由吊顶自动降下。
对于一般的节目类型，如歌剧、交响乐等，该阵列收起在吊顶上部。
超低音扬声器也是安装在舞台左、右侧墙体内，具体安装办法跟装饰单位协商解决。
以扩展系统的低频下限，增加震撼力。
右声道扬声器组
右声道扬声器组跟左声道扬声器组相同。
中置声道扬声器组
中置声道扬声器组由10只大功率线阵列全频扬声器（最大声压级>136dB，覆盖中后场）构成，安装在声桥中央。
由于它紧贴着声桥的外包弧面安装，使得扬声器的辐射效率非常高，而且，声桥的扬声器开口尺寸却很小，很容易跟装修协调统一。
中央扬声器组覆盖全场观众区，在声桥采用隐蔽安装，配合左右声道的下拉声像扬声器和超低音扬声器，以及前沿补声扬声器，可以满足大部分演出的扩声需要。
舞台前沿扬声器组
在舞台前沿，平均分布10个小型全频扬声器（最大声压级120dB），补充前场观众区的直达声压，并起部分拉声像的作用，根据演出形式灵活设置。
3.5舞台表演区监听扩声扬声器的选型与布局
在设计时，考虑到舞台为全动舞台，使用时要求灵活多变，本方案舞台返送监听分2部分进行设计配套：
其一，固定安装部分：
在主舞台两侧的侧天桥上，分别安装2只全频扬声器，作为主舞台的侧监听扬声器组，在舞台台框内侧吊装3只全频扬声器。
其二，流动安装部分：
在主舞台前沿设有接口箱4个，两侧各2个，主舞台接口共8个，而且每个接口可串接两个以上监听扬声器，在后舞台前沿两侧各一个，乐池内4个，用于流动安装地板监听扬声器，配置窄角扬声器6个，宽角扬声器4个作为主要演唱者和乐队的监听。
3.6效果声扩声扬声器的选型与布局
在一些现代剧目中，为了让观众能全情投入剧情，感觉置身于剧中，要求现场扩声系统表现手段灵活，在剧场中配置效果声扩声通道，可在特殊演出中增加感染力，在演出中，模拟剧中的听觉氛围，如模拟打雷下雨，或四周鸟语虫鸣等。
3.7舞台表演区效果声扩声扬声器布局
舞台表演区的效果声扩声系统采用固定安装方式，设5个声道，其中四个全频段扩声通道，各选用一只全频扬声器（最大声压级130dB,100°H×60°V），分别布置在舞台四周（可以考虑一个超低音扩声通道，选用两只超低音扬声器（最大声压级138dB）,安装在舞台左右两侧）。
3.8观众厅效果声扩声扬声器布局
作为表达艺术效果的扩声系统，由于使用灵活多样，表现的艺术形式也不苟一格，为此，观众厅的效果声扩声采用固定和流动安装，以适应不同节目、不同调音师的演出要求。
底层后区及挑台后墙各设68个全频效果声扬声器接口，共设有8路，观众厅上方天棚设三排共42个全频效果声扬声器接口，可考虑舞台两侧各设一个超低频效果声扬声器接口及全频效果声扬声器接口，可使用超低音扬声器和全频扬声器，观众厅效果声扩声通道共20路。
本方案配置全频扬声器100只，（考虑超低音扬声器2只）。
3.9控制室监听扬声器的选型和布局
监听效果的优劣，直接影响操作人员对声音的评估，若没有一套准确的监听设备，则可能对工作人员产生误导作用，而使播出的音质受到影响，本方案我们选择六只有源防磁监听音箱作为音控室和灯控室左、中、右声道的监听扬声器。
另外设置一副监听耳机作调音台监听。
4系统构成及选型
根据剧场的使用要求，其音响系统主要由以下几部分构成（参考图纸：
剧场扩声系统原理图）：
4.1扬声器系统的构成
剧场的扬声器系统包括观众厅扩声扬声器系统、舞台返送监听扬声器系统、效果声扩声扬声器系统及控制室监听扬声器系统。
舞台扩声的技术水平和性能参数，应能够达到“国际水平”,具备国内一流水平。
由于科学技术的不断发展，扬声器的频率响应与相位响应上的处理已达到很高水平，影响扩声系统还原性能的主要瓶颈是电声换能器（即扬声器）的失真，因此扬声器的选用是决定扩声系统品质的最重要因素。
本方案充分考虑场地的特点，做到：
功能齐全、配置合理、技术先进、操作方便。
在扬声器的选择上即要保证声音的还原性能，也要考虑其在国际文化交流中品牌的美誉度和认同度。
在扬声器选用时，结合所采用的扩声形式，并根据扬声器的客观指标（频响，指向特性、功率等），以及国际上业界对各品牌扬声器的主观评价，最终选择扩声扬声器。
舞台扩声的技术水平和性能参数，应能够达到“国际水平”,具备国内一流水平。
主要设备配置方案，充分考虑到大剧院作为八艺节开幕场馆的特点，做到：
功能齐全、配置合理、技术先进、操作方便。
4.2传输及控制系统的构成
为了适合时代发展的需要，同时考虑到目前国内操作人员（调音师）的实际情况。
系统配置两套独立的控制系统：
一套由数字调音台控制，一套由模拟调音台控制，两套系统均基于数字光纤传输网络，可任选一套独立工作，即可以互为备份，又可以共同操作，各自担负不同的功能。
系统的构成原理如下图所示：
1）光纤传输网络
光纤传输网络遍布在剧场的每一个角落，包括舞台、乐池、声控室、功放室、观众厅等等，负责扩声系统的音频信号及其控制信号的传输、分配、与转播。
整个光纤传输网络的连接光纤、光纤接口、控制模块、路由器、及所有设备的供电器均采用100％冗余备份。
2）数字调音台调音台
调音台包括数字调音台和模拟调音台，数字调音台固定安装（也可以流动使用），对于数字调音台，它是数字传输网络的一部分，信号流并没有“流经”数字调音台的控制界面，信号在DSP处理器内经处理后之间由光纤网络传输分配给扬声器系统。
3）模拟调音台
模拟调音台也可以很方便接入系统，利用一台数字光纤传输基站接入光纤网络，因此，在任何一个有光纤接口的地方都可以接入模拟调音台，方便模拟调音台的流动接入。
同样，其它任何外接设备都可以利用光纤传输基站接入光纤网络。
4）系统DSP处理器
系统的DSP处理器采用网络传输系统的DSP处理器，话筒信号、音源信号经光纤网络传输，经处理后由光纤网络传输分配给扬声器系统的每一路扬声器放大还原。
4.3传声器及重放设备
话筒和重放设备也是经数字光纤传输基站接入光纤网络，其信号是共享的，可以分配给任何一张或多张调音台控制，也可以同时传输给中央控制室供录音或电视转播，或传输给其它厅作它用。
4.4信号处理设备
在音频信号的处理系统上，有两种不同的类型，即传统的模拟处理和数字处理，本方案在设计过程中对两种处理方式做了详细的比较，详细情况请参考本方案附录2。
5信号传输分配系统设计
5.1传输分配系统的技术选型设计
在音频信号的传输系统上，目前有两种不同的基本类型，即传统的模拟线路传输和数字网络传输，本方案在设计过程中对两种传输方式做了详细的比较，具体情况请参考本方案附录3。
鉴于剧场的重要性，要进行歌剧等演出，系统的可靠性是不容忽视的重要因素。
经比较分析，并参考了近年国外综合剧场的实际情况，基于主流数字传输制式正处于发展中，行业未制作标准，在剧场的音频信号传输系统中有数字网络传输和多芯电缆进行传输两种形式。
选用网络传输的特点是灵活性较强传输的容量也较大，而电缆传输从信号损耗和抗干扰能力方面考虑，选择低容抗低阻的多蕊电缆，其抗电磁干扰的能力达105dB以上。
由附录3的计算知道，100米的传输距离在10KHz时只损耗0.47dB。
由此可见，选用专门的低容抗低阻抗话筒电缆传输，其信号损耗相当小，且抗干扰能力也很强。
5.2传输系统的分析
在音频信号的传输系统上，也有两种不同的类型，即传统的模拟线路传输和数字网络传输。
模拟线路传输信号失真小，可靠性高，但长距离传输时，会引起信号损耗和电磁干扰。
数字网络传输是将模拟信号经A/D转换器转成数字信号，经网络传输介质（如双绞线或光纤）传送到目的地，再经D/A转换器将数字信号转换为模拟信号，或直接输入给数字设备。
网络传输，利用模块化设计，把电信号准确有效地向各个大小网点传输，其由数字信号作传送，有效减低了在远程输送时的讯号失真，并且系统连接简单，在大型演出及转播时可利用同轴数码网络线代替多芯电缆，大大减少布线工序。
同时，系统采用集中管理的方式，可接受及容纳不同种类的音频终端设备，用户可依据使用条件及演出、会议等需要，调整系统的参数和线路安排。
采用数字网络传输音频信号，优点是信号损耗小，抗干扰能力强，尤其适合话筒信号的传输。
其中要说明的是：
光纤在传输过程中的信号损耗几乎为零，十分适合远距离的传输，特别是大型的剧场和体育场馆。
5.3传输系统的选择
鉴于大剧院的重要性，系统的可靠性是不容忽视的重要因素。
基于系统的高品质要求，对于小信号的传输，采用光纤音频传输系统，避免话筒信号在传输中引入干扰噪声而劣化音质。
在大剧院组建一个的光纤网，选用著名品牌的音频光纤传输系统，该系统采用双环光纤网络连接，使用双电源供电，可靠性非常高；即使有一路光纤断开，不会影响信号的正常传送；若某一台传输接口机非正常工作，不会影响其它接口机的正常传送。
而且，各接口机之间的信号实时传输，没有延时（只存在A/D，D/A输换所需的时间，共1.4ms）
对于音频信号传输的重要性，系统的可靠性是不容忽视的重要因素。
基于系统的高品质要求，且传输距离远，系统间采用网络传输。
扩声系统音频传输网络组网说明
一．概述
大剧院是一座现代化多功能的剧院，主要由一个1800席的大剧场、400席的多功能厅以及一个中央制作室组成。
对于一个现代化的大剧院，如何处理多种系统信号的传输和互联、线路的敷设和维护是相当困难的，另外，不同频率的信号传输间的干扰现象，弱信号在传输中受到的电磁干扰以及信号长距离传输后的衰减等问题，会显著降低信号的传输质量和系统的可靠性。
因此，作为一个现代化的大剧院，首要的任务是建立一个灵活、可靠的传输系统，确保各系统间的信号高质量无损耗传输，而且具备可靠的冗余备份能力。
在本方案中，组建一个星型拓扑结构的数字光纤传输网络。
该网络的光纤布线如下图所示：
在中央制作室设一个光纤跳线柜，作为整个网络的中心节点，该中心节点连接五个星节点，分别是大剧场的光纤跳线柜、多功能厅的光纤跳线柜、露天舞台的中接口箱、录音录像间的综合接口箱和电视转播位的综合接口箱，中心节点和星节点间采用16根多模光纤连接。
另外，在大剧场和多功能厅内，分别设八个和六个二级星节点，系统各节点均可以连接相应的光纤传输基站，实现数据的传输和共享，包括音频信号、视频信号、内部
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