华为中国生态大会2021启动――幕后的音频工程


ENEWAVE声系统工程详解

今年5月的华为中国生态大会已启动,大会围绕“三元协同,共创数字化转型价值”的设计理念,“因聚而生,有能有为”的口号。数字化转型的趋势性价值和机会空间,在时代新局下共育新机,供应价值,共享繁荣。同时ENEWAVE也为此次大会的启动提供一份力,就让我来带着你们了解华为生态大会的幕后生系统工程的详解。

《华为中国生态大会2021》主会场位于深圳会展中心内1号展厅,整个1号展厅尺寸大概为120*120米,总面积14,400平方米,高度平均约20米左右,整个场馆的容积已达到288,000立方米。场馆超大的面积和容积,已经可以划入到大型场馆行列,而面对如此大型的场馆空间,音响系统的设计,特别是扬声器点位的选择和扩声方式变得尤为重要。

音响系统设计

功能定位

以满足讲演型会议为主,并兼顾晚宴演出使用。这就要求,需必须满足基础会议的语言清晰度,让场地的数千参会者能都听清讲的内容,并保证具有足够的系统声压级及动态余量,确保演出功能使用的兼顾。

 

会场场地情况

首先在设计之初,我们从华为拿到了本次生态大会会场的整体设计方案,从官方PPT方案的效果图结合CAD图纸来看,这并不是我们传统意义上的会议及演出的舞台定义。传统舞台无论室内室外,可能多为镜框式,即舞台中心为主表演区,在舞台两侧我们可以吊挂扬声器设备,根据需求吊挂线阵列或者点声源或者更多类型的扬声器设备,如果场地更大,需要补声,我们也可以在后区等位置设计“延时塔”等点位实现后区补声等等。

但本次的华为中国生态大会的舞台设计,基本可以说舞台被一整面的LED视频显示所包围,但这可能也是目前全球比较流行的科技类公司的会议模式。

从屏幕尺寸可见,主舞台有多么庞大,且大家都知道LED位置我们是无法安装扬声器的。

 

设计难点

混响时间长,容易听不清。

常规吊挂点位被LED占据,且扬声器需隐藏安装。

观众席点位多元化,后区还有辅助LED屏幕。

 

音响系统设计

针对以上在设计之初即了解到的难点,我们结合科学理论和丰富的大型会议及演出经验,进行方案的设计和论证。

那么,我们就来逐个攻破上面所列的三个难点:

混响时间长,怎么保证听清楚?

 

何为混响时间?

混响时间公认的定义是:声能密度降为原来的1/10^6时所需的时间,相当于声压级衰变60分贝。某频率的混响时间是室内声音达到稳定状态,声源停止发声后残余声音在房间内反复经吸声材料吸收,平均声能密度自原始值衰变到百万分之一(声能密度衰减60dB)所需的时间,用T60或者RT表示。混响时间过短,声音发干,枯燥无味,不亲切自然;混响时间过长,会使声音混杂。

用浅显语言解释一下,越大混响时间的房间,无论在里面说话聊天还是用喇叭放啥,都感觉声音混混的,小时候的报纸卷成的小号叫还是影视里的超级大喇叭。

混响大,不是唱歌挺好听的嘛!对啊!但说话听不清啊!

我们在看一下关于混响时间的公式:

赛宾(sabine)公式

T60=KV/A

T60——–混响时间

K———–与空间湿度有关的常数,一般取K=0.161s/m

V———–闭室的容积

A———–总吸声量、赛宾值

关于混响时间的赛宾公式,我们不去过多推敲它或者什么数学物理等等的多维去计算啥,仅仅需要读懂一件事。

V容积:房间越大,混响时间越大。(因为V在公式的分子位置)
A总吸声量:吸声量越大,房间混响越小;反之吸声量越小,混响越大。(因为A在公式的分母位置)

那么问题来了,场地整体容积有28.8万立方米,而因为深圳会展中心为大型展览馆,并不是剧场剧院或者多功能厅等,所以基本没有考虑建声部分的吸声设计,所以整体系数基本可以认为不到10%,当然会议期间如果场地坐满了观众,场地的地面可以有一定的吸声量,也可以认为地面的吸声系数还不错。

我们来看一下,各类型功能厅堂的混响时间设计标准吧。如下图:

如图可见,一个满足会议和演出兼顾的场地混响时间应在1s-1.4s为最佳,但显然深圳会展中心这个场地混响时间远远大于这个值,根据我们现场工程师的测量结果,应该大概在3.2s左右。

那么我们该如何解决如此大混响条件下“听得清”的问题呢?

语言清晰度设计的理论依据

辅音清晰度损失率百分比理论是1978年荷兰人Peutz首先提出来的,是Peutz历经十年研究实践的结果,美国声学专家“唐.戴维斯”曾经说,这一理论每天都在声系统工程中使用,检验了公式的精度和实用性。Peutz这一跨世纪的贡献,其本质就是场馆语言清晰度的百分比,理论公式如下:

AL=  200D2² × T60² × N     x100%      ――(1)    
                Q × V × M

STI=0.9482-0.1845xLN AL%              ――(2)

AL――为辅音清晰度损失率百分比

RASTI――语言可懂度传递函数

D2――为扬声器离最远观众席的距离;

T60――为厅堂混响时间

Q――为扬声器的指向性因子;

N ――为功率比,是由产生直达声LD的功率LW,同产生LD之外的所有器件LW的功率比(即扬声器数量)

V ――场馆的容积

M ――为临界距离的修正值(除特例外一般选数值1);

理论和实践证明,RASTI 越高,AL%越小,语言清晰度越高。

RASTI>0.6     即   AL%<6.6%     (非常好的清晰度)

RASTI>0.5           AL%<11.4%     (奥组委对场馆要求)

RASTI≥0.45        AL%≤15%      (实际工作允许界限 )

从公式(1)和(2)可看出,要保证体育场馆具有很高的语言清晰度,就要降低AL%,而想降低AL%,有两点可做:

* 建声:降低体育场馆的混响时间T60

* 电声:选取好性能,高Q值指向性因子的扬声器系统,减少扬声器组数量N

PS(建声的改造不可能的,只是一场流动的会议演出而已,那么,想提高所谓的RASTI(语言可懂度)只能电声方向上努力了。)

回头再看看这个复杂的公式,大家看看那些重要参数,哪些在分母,哪些在分子。就明白我们该怎么去制定设计方向,其实说复杂就确实很复杂,说简单点我们需要解决的无非就是少用点喇叭点位,尽量用覆盖更准确的扬声器,因为除了以上两点,其余的都是场地条件,我们也改变不了。

LED大屏挡住了我们很多合适挂喇叭的位置,怎么办

根据第一点所述,我们已经明确我们不会吊挂过多的扬声器组,现在我们面临的第二个问题就是整面的LED屏幕。

结合场地情况和工程CAD图纸,经过我们和甲方的协商,同意我们在LED屏幕上方安装吊挂扬声器设备,这样既不遮挡屏幕,也可以算是隐蔽安装了,因为暗场屏幕都打开的情况下,无论现场视觉和摄像出来的整体影像,都看不到喇叭的。但是实际情况也有限制,就是LED上方只能给我们预留两层的Layer架子高度用于吊挂扬声器,因为场地方要求,总高度不能高过14米。

先看图吧……先看初版手稿……

我们分别设计三组主扩线阵列音箱,分别如图中红色位置(中央声道),绿色位置(左右声道),两组后区补声线阵列延时塔音箱,如图中蓝色位置(补声声道),需要注意的是文字标准的所谓左右中,仅仅表示的为位置,全部信号都是单声道的MONO信号,因为为了保证语言清晰度,我们所做的相位关系的延时设计,全部参考舞台后中心点位置发出,左中右三组信号全部为同一虚拟点位发出,以保证更好的语言清晰度设计。后区因为受到辅助屏幕遮挡,故此加了补声的线阵列扬声器系统。

其中,左右位置的两组线阵列,由于LED屏幕上高度限制,我们不得不拆分成两组,一组6只双10寸线阵列覆盖近区,一组6只双15寸线阵列覆盖远区,这又有点类似于点声源扬声器的近区远区覆盖的概念,所以在某些特定苛刻条件下,线阵列也可以优化组合,以参考点声源分区覆盖方式进行设计。

低频部分开始的设计是都挂起来的,正如上面的手初稿绘图一样,后来到了现场经过于甲方协商,最后让我们摆在了舞台两侧,通过与全频系统对齐延时相位,也达到了不错的效果,开始还担心低音都在顶棚会不好呢,后来愉快的解决了!

经过初步设计,我们落实为CAD工程图纸,更精确的予以施工方安装吊挂和现场施工,图纸如下:

 

当然,全部设计我们采用声场仿真软件EASE进行了详细的声场模拟分析:

在混响时间3.2秒的情况下,我们进行了RASTI的模拟分析,结果如下:

本次设备全部采用ENEWAVE恩瑞普音响系统

简单总结

通过《华为中国生态大会2021》的项目,让我们又一次复习了很多书本的内容,并在又把所谓的过往经验拿出来实战一次。如混响时间,RASTI,声道与通道,相位与延时,虚拟声像点等等。

 

特别鸣谢

音响师 张斌 先生

ENEWAVE大中华区演艺服务中心 郭心佳 先生

ENEWAVE 华南区演艺服务中心 肖子龙 先生

ENEWAVE东北区技术服务中心 王圣杰 杨绍坤 先生

深圳市创锐实业有限公司 伍国彬 梁光润 伍嘉威 先生

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