劇場舞臺燈光音響解決方案

　　劇院舞臺燈光主要特性的研究

　　舞臺美術家在超越時空的演出中共同構成具有聲、光、色、形等多維因素的視覺和聽覺的創意空間，并隨著時間，以及情節、場景的轉換而延續發展。不論是戲劇情節的轉折還是戲曲歌舞的表演，與此同時，舞臺燈光在觀眾視覺中或以不知不覺的方式進行光的明暗效果變化、形體空間的變化或以燈光設備本身具備的功能造成各種視覺表現效果。
　　1、對燈光器材設備的特點性能的調研
　　泛光燈：天地排燈、腳光燈、頂排泛光燈等。
　　聚光燈：凸透鏡聚燈、柔光聚光燈。
　　無透鏡聚光燈：回光燈、PAR燈及封閉燈泡。包括：平行、集光型、柔光型、散光型等。
　　成像聚光燈：造形燈以及成像插片、飯獾啤?幻燈效果燈具：水波紋幻燈、跑云幻燈、PANI幻燈及其它效果燈具等。
　　電腦燈：燈體旋轉形式、鏡面運動形式、集換色、成像造形、運動變化為一體的照明燈具。
　　特殊投映燈具：效果器材、換色器、煙霧器、數字電腦投映設備等。
　　操作控制系統：可控硅調光器及調光操作臺各部分功能。
　　彩色燈光濾色片：各種濾色，色溫，減光，反光片，柔光片等。
　　演示激光：以各色低功率激光發生裝置在計算機控制下完成對畫面的掃描。
　　輔助效果器材：煙霧發生器及排風、送風裝置。下雪發生裝置、肥皂泡發生裝置、二氧化碳煙霧、液氮、炒煙、紙花炮、干冰等。
　　2、燈光與被照明物體材料材質特點的研究運用表現
　　材質——反射 漫反射 透光 半透 不透 軟硬柔 吸收反射規律。
　　材料——紡織材料——棉布 綢緞 絲絨 麻布紗布。
　　金屬材料——金 銀 銅 鐵 鋁合金 不銹鋼。
　　自然材料——木 石 土 磚 植物合成材料——尼龍 塑料 發泡材料 PVC 板材。

　　劇院舞臺燈光的解決方案

　　舞臺燈光設計時光色的運用是戲劇藝術中的一個重要手段，在使用光色時必須掌握他的技巧和規律。
　　光色相加與物色相減：
　　畫畫時只要掌握了調色規律，就能用幾種顏色調出千變萬化的顏色。調料的調配是應用了色彩學總常用的“物色相減”規律。了解了這個規律，采用濾色片疊加法就能調出所需各種光色。舞臺燈光把不同型號的濾色片疊加在一起，通過光線可獲得所需的各種光色。舞臺燈光同樣使用了繪畫調色的這一“物色相減”的規律。但值得提出的是舞臺燈光不僅要使用這一個方法，還必須使用“光色相加”的方法來獲得不同的光色。即光的三原色紅、綠、藍相加成白色的規律性。如果我們把“光色相加”的規律和“物色相減”的規律混淆不清，就很難從使用光色中找到合理的科學規律。其實在彩色電視及彩色彩色膠片攝影中也同樣使用了這兩種規律。紅光加綠光混合產生黃光，而顏色中的黃卻不可能從紅加綠中配出來，又如黃色加蘭色光混合可產生白光。即原色紅加原色藍與綠產生中間色黃。這實際上是互補色，又稱互為余色。即凡是兩種色光相加后能產生白交，就稱這兩種色光互為余色，這也是白光相加的規律。
　　舞臺燈光濾色片相疊加“物色相減”所獲得的光色與舞臺上兩種不同光色的燈光混合在一起的“光色相加”是兩個不同的調色辦法，必須弄清這兩個不同的規律，然后在舞臺舞臺燈光設計實踐中熟悉掌握他，才能得到所需的藝術效果。
　　舞臺燈光中的發光體與濾色片應用中的探討：
　　研究舞臺燈光運用光色的技巧時，必須要熟悉使用的工具———舞臺發光體及濾色片。正象美術家繪畫對必須熟悉顏料，話筆及畫布的性能一樣，舞臺上更多的是使用鎢燈。由于鎢絲在確保正常壽命狀態所能承承受的溫度，只能發出2800K的光色，光色偏黃，適用于暖色調的濾色片，當表現暖色調的場面時，如蔚藍色的夜景就比較困難。光源中缺少蘭色成分，因此通過濾色片后約損失了百分之70的光線，降低了光的照度，他的色純主也差自從鹵鎢燈發明后使光色的色溫達到了3200K，這幾乎是極限，其光色仍偏暖，如果再提高鎢絲的使用溫度會導致壽命大幅度降低，也就沒有了使用價值。
　　舞臺劇是肉眼觀看的藝術，而是視神經不同于彩色膠片或電視，人眼的感色細胞弱，在暗光不對顏色區別較差。如人眼在月夜的暗光幾乎是色盲。對色彩的區分比影視靈敏度低得多，舞臺燈光的重要問題的解決，如果不借助氣體放電燈或金屬鹵化物燈的開發，提高冷色燈光亮度和純度就很困難了。目前使用使用上述光法制的燈具的調光（控制明暗的變化）都很不理想，限制了它在舞臺上大量的使用調光器時，均因采用降電壓而造成了光色的變暖偏色（電壓每降低1V則色溫降低10K）特別影響冷色調夜光的變光。
　　多少年來曾有人研究使用能調光的熒光燈來解決這一困惑的問題。近年來，影視中開始使用變頻調光光纖線的三基色熒光燈?，F在舞臺燈光使用的濾色片多為懼酯樹脂（又稱滌綸片）染色制成。使用輕便，但很難做到完全不腿色。著名廠家生產的濾色片多達百余種，常稱它是微系列的濾色片，每片濾色片間的區別很小，因為電視對光色很敏感，很需要它，肉眼區別不大的兩種濾色片在電視中能發現的區別和色彩差異，這幾乎是影視中不能接受的。但對于舞臺燈光來說，要求并不需要那么高。中國舞臺美術學會燈光專業委員會曾組織北京及上海兩地的燈光專家選濾色片后，選出常用的濾色片不定期20余種。多數燈光專家主張采用光色相加及物色相減的規律獲得所需的豐富光色變化。
　　因為聚酯樹脂濾色片很難做到不退色，因此某些演出保留劇目的國外劇場仍保留使用彩色玻璃濾色片的習慣。彩色玻璃是在熔化的玻璃中加入某些金屬或其氧化物而產生不同的顏色，且色彩不會退減。這就能保證那些保留劇目演出時的質量不會改變。

　　劇院要求較高的燈光系統和音響系統

　　在劇院建設的諸多環節中,設計是最基本、最重要的環節。設計工作組織的好壞,關系到整個劇院建設過程的項目管理目標的實現。設計質量的高低,對未來劇院使用功能的發揮影響巨大。
　　在具體的設計工作中，基于“實現定位、完善功能和保證使用”的要求，特別是要創造良好的硬件環境以滿足劇院建成后正常經營管理的需要，設計院應該對劇院使用過程中的重要功能系統有比較完整的認識，如何將這些系統做的更好則成為了重點研究。其中燈光系統和音響系統就是劇院設計中須予以重視的功能系統之一。
　　一、燈光系統
　　燈光系統有燈光設備系統和與設備系統相關的建筑配套系統。此處只討論與建筑設計有關的燈光設備建筑配套系統。
　　在觀眾廳后區、觀眾廳內部、舞臺區和后舞臺區，均布置有相應的燈光設備。在觀眾廳后部是燈光控制室，其面積大小、窗口大小及位置、地板要求、空調要求、用電條件等與燈光設備系統的規模有關，應由燈光專業設計提出具體要求，建筑設計要逐條落實。
　　在觀眾廳內部有追光室、面光橋和耳光室，應根據光路數量、設備數量和規范要求，在合理的位置進行布局，以保證光線以合適的角度投向舞臺相應區域為原則。
　　在舞臺區與舞臺燈光有關的設備有假臺口、燈桿、燈光渡橋、燈光吊籠，在后臺區也有燈光吊桿等設備。這設備大都由舞臺機械系統提供，建筑設計要為舞臺機械提供空間條件、稱重埋件、電氣條件、裝修條件等
　　另外在舞臺區和觀眾廳外側距離較近的地方設置調光柜室。其面積大小有硅路數（硅柜數）決定。同時硅路數的多少也決定了用電量（配電柜）的大小，這些也需要燈光設計提出具體要求，由建筑設計提供必要的條件。
　　二、音響系統
　　音響系統和燈光系統一樣，也有其設備和配套建筑系統。在觀眾廳后要有調音室，其要求與燈光調光室類似。在調光柜室對應的觀眾廳另一側要設置擴聲機房，目的是遠距離的調光柜室，以免發生電磁干擾，影響電聲質量。但是擴聲機房距主音箱一定要近，以提高信號傳播質量。
　　在觀眾廳內，最主要的設備是臺口主音箱，分別在臺口的上方和兩側，其位置、角度、空間大小和用電條件要根據音響專業設計要求而定。如果內裝音箱，要注意與建筑聲學專業協調，以保證臺口上方天花板的形式有利于建聲反射要求。另外，在樂池欄桿上裝有補聲音箱，在觀眾廳吊頂和側墻上裝有效果音箱，其技術要求要與裝飾設計單位進行協調。
　　由這些系統共同作用，使劇院成為一個有機的整體，為觀眾、劇團、傳媒和劇院管理公司提供良好的工作環境，為各種表演藝術形式的演出創造了硬件和軟件基礎。

　　球型喇叭與頻響曲線關系的FEM分析

　　1、 揚聲器頻響曲線的形狀與振膜的形狀、材料密不可分，其中球頂部分主要影響揚聲器的高頻截止頻率與頻響曲線的形狀。筆者對一系列球頂高度漸變的模型進行分析，找出頻響曲線變化的規律，以期對今后的設計有所幫助。
　　2、 揚聲器頻響FEM分析的基本理論
　　有限元法(FiniteElementMethod, FEM)分析中假定流體是可壓的，但是只允許壓力與平均壓力相比有較小的變化，而且假定流體為非流動且無粘的。假定平均密度和平均壓力不變，壓力求解偏離平均壓力而不是絕對壓力。
　　一個完整的模型應包括揚聲器的振膜、音圈、空氣、障板和對頻響曲線有影響的結構。將振膜劃分成很多小的面單元，這些單元與空氣單元相連，從而將振膜的振動傳遞到空氣中，根據聲壓與振動速度的關系就能得到空氣中某一點的聲壓值。面元ds，其源強度dQ=uds，貝II在距離為h的點M產生的聲壓。其中，p0為空氣密度，CO為空氣中的聲速k=w/cO為聲波的波數，u為面元的振動速度。將所有面元在點M產生的聲壓疊加起來，就得到振膜在點M的聲壓值
　　3、有限元模型的網格劃分
　　建立有限元模型帥步驟為:
　　(1)在Pro/E中繪制幾何模型;
　　(2)將Pro/E文件導人到有限元軟件中;
　　(3)根據分析的需要選擇合適的單元類型與網樣對模型進行劃分。
　　Pro/E和有限元模型的計算機仿真圖
　　密示
　　4、仿真結果
　　揚聲器的頻響曲線形狀與其振膜的結構密切相關。振膜可分成2個部分:折環與球頂。折環主要影響揚聲器的低頻響應，而球頂主要影響高頻響應。
　　眾所周知，揚聲器的振膜在高頻時會產生分割振動，表現在頻響曲線上就是高頻出現峰和谷。而這種情況在設計中應避免。那么是怎樣的振動狀態造成了峰和谷的產生呢?據筆者分析主要有z個原因。
　　(1)球頂部分產生了與低頻諧振時相似的振動，在頻響曲線上形成了峰。
　　(2)振膜在高頻時出現節圓，幾個區域反相振動，在頻響曲線上形成了谷，
　　要想改善頻響曲線，就必須減小這2種振動模式的影響。一般說來，可從2個方面來改進:(1)振膜的材料、厚度;(2)振膜的結構、尺寸。
　　下面的分析將保持振膜的材料、厚度不變，僅改變球頂高度，找出頻響曲線的變化規律。鑒于揚聲器的球頂分為凹球頂與凸球頂2種，以下的分析也將按此分類。
　　4. 1凹球頂高度變化與頻響曲線的關系，凹球頂揚聲器振動部分的仿真圖。改變球頂的高度得到一系列頻響曲線，可發現2個規律:(1)第二諧振峰的頻率隨球頂增高而提高;(2)高頻谷的深度與球頂高度成正卜匕。
　　4. 2凸球頂高度變化與頻晌曲線的關系，凸球頂揚聲器振動部分的仿真圖所示。改變球頂的高度也可得到一系列頻響曲線，也可發現2個規律:(1)第二諧振峰的頻率隨球頂增高而提高，與凹球頂時相同;(2)高頻谷的深度與球頂高度成反比，與凹球頂時相反。
　　相同高度的凹球頂與凸球頂揚聲器頻響曲線對比，可以發現:(1)球頂比較高的時候，凹球頂與凸球頂的頻響曲線差異較大，隨著球頂高度變低，兩條曲線越來越接近;(2)凸球頂的頻帶比同樣形狀尺寸的凹球頂要寬;(3)選擇比較高的凸球頂可以得到較平坦的頻響曲線。5實驗驗證為了驗證仿真結果是否誰確，筆者進行了如下的實驗:(1)制作了口徑40mm的揚聲器，球頂分為凹、凸兩種。球頂形狀和尺寸是一樣的，均為直徑25mm、高度2. 6mm, (2)根據實際產品建立T有限元模型，進行了頻響仿真。
　　徹ii試結果與仿真結果。較平坦的是凸球頂的頻響曲線，反之是凹球頂的頻響曲線。
　　劇院類型音頻系統建設的新特點

　　1、最終擴聲效果要求越來越高：隨著人們欣賞水平的逐步提高以及國家及相關行業標準、規范的逐步完善，當前劇院類擴聲系統的最終效果要求也越來越高，主要體現在響度大、動態范圍寬、音色一致性及聲場均勻度好、主觀試聽音質優美等方面。
　　2、使用功能越來越多：根據目前我國的實際國情以及文藝演出類型和曲目方面的實際特點，當前新建或改建的劇院中，只具備單一使用功能的劇場（如純歌劇院、純戲劇院等）非常非常少，大都需要建成多功能的綜合性劇場，可滿足戲劇、舞劇、歌劇、話劇、綜合性文藝演出、會議等多種使用功能的需要，當然，根據本項目建設立項目標，這些劇場劇院可以重點側重于其中某一使用功能。
　　3、可靠性要求越來越高：目前新建的劇場劇院，大都會作為當地的重點工程項目，標志性意義非常濃重，經常會舉辦當地最重要的演出活動、會議活動或大型集會等。因此，其擴聲子系統的可靠性要求也越來越高，根據相關技術水平的發展，系統及設備熱備份、信號遠程傳輸、功放及無線話筒等設備的遠程監控等功能逐漸應用于各類新建系統當中。
　　4、大都要兼顧自用及出租使用的需要：根據目前我國演出市場的現狀，相關劇場劇院基本不可能實現單一劇目長時間的駐場演出，因此，為保證劇院劇場的正常運轉，大量劇場存在著出租使用的現象，這就要求相關擴聲系統需具備相當的靈活性、便利性及易于操作性，以便于在本劇場出租時易于滿足臨時外部系統接入和其他外部操作人員的使用。
　　5、系統先進性的體現：目前新建的劇場劇院大都會作為本地的標志性建筑之一。擴聲系統作為劇院中的重要組成部分，同樣需要在本領域范圍內具有一定的標志性，如采用相對先進的技術等等。因此，根據目前音頻擴聲技術的發展現狀，有別于此前的純模擬系統，大量的數字控制處理系統以及數字網絡傳輸系統出現在新建的系統當中。
　　6、對舞臺及演員聽覺效果的重視：隨著國內演出水平的日益提高、演出經驗的不斷增加，舞臺演員自身聽覺效果的重要性亦逐漸被大家認知并越來越受到重視，良好的舞臺返送監聽系統已越來越多地被采用，以進一步提高了演出人員的信心和表演激情。
　　主擴聲系統揚聲器的布置方式

　　1、揚聲器布置的要求
　　(1)使全部觀眾席卜的聲壓級分布均勻。
　　(2)多數觀眾席上的聲源方向感良好，即觀眾能聽到的揚聲器的聲音與看到的講演者在方向I:一致(也就是聲像定位，在演出方面的要求比較高)。
　　(3)控制聲反饋和避免產生回聲于擾。
　　2、揚聲器的布置方式
　　可分為集中式、分散式和混合式三種方式。
　　在該體育場的擴聲系統中，由于體育場擁有四面看臺、兩面挑蓬，整個體育場擴聲系統是按照體育館擴聲系統設計的二級標準來設計的，故深化設計，中采用了集中擴聲和分散擴聲相結合的安裝方式對各個擴聲區域進行擴聲，對要求不同擴聲的地方，我們采用不同的擴聲方法，觀眾區和比賽區都是遠場擴聲和近場擴聲相結合的方法。這樣做的好處是能夠做到遠近擴聲的聲壓級均勻，能夠達到國家體育場擴聲的要求，滿足擴聲系統的需求和各項擴聲設計指標。