剧场舞台灯光音响解决方案

　　剧院舞台灯光主要特性的研究

　　舞台美术家在超越时空的演出中共同构成具有声、光、色、形等多维因素的视觉和听觉的创意空间，并随着时间，以及情节、场景的转换而延续发展。不论是戏剧情节的转折还是戏曲歌舞的表演，与此同时，舞台灯光在观众视觉中或以不知不觉的方式进行光的明暗效果变化、形体空间的变化或以灯光设备本身具备的功能造成各种视觉表现效果。
　　1、对灯光器材设备的特点性能的调研
　　泛光灯：天地排灯、脚光灯、顶排泛光灯等。
　　聚光灯：凸透镜聚灯、柔光聚光灯。
　　无透镜聚光灯：回光灯、PAR灯及封闭灯泡。包括：平行、集光型、柔光型、散光型等。
　　成像聚光灯：造形灯以及成像插片、饭獾啤?幻灯效果灯具：水波纹幻灯、跑云幻灯、PANI幻灯及其它效果灯具等。
　　电脑灯：灯体旋转形式、镜面运动形式、集换色、成像造形、运动变化为一体的照明灯具。
　　特殊投映灯具：效果器材、换色器、烟雾器、数字电脑投映设备等。
　　操作控制系统：可控硅调光器及调光操作台各部分功能。
　　彩色灯光滤色片：各种滤色，色温，减光，反光片，柔光片等。
　　演示激光：以各色低功率激光发生装置在计算机控制下完成对画面的扫描。
　　辅助效果器材：烟雾发生器及排风、送风装置。下雪发生装置、肥皂泡发生装置、二氧化碳烟雾、液氮、炒烟、纸花炮、干冰等。
　　2、灯光与被照明物体材料材质特点的研究运用表现
　　材质——反射 漫反射 透光 半透 不透 软硬柔 吸收反射规律。
　　材料——纺织材料——棉布 绸缎 丝绒 麻布纱布。
　　金属材料——金 银 铜 铁 铝合金 不锈钢。
　　自然材料——木 石 土 砖 植物合成材料——尼龙 塑料 发泡材料 PVC 板材。

　　剧院舞台灯光的解决方案

　　舞台灯光设计时光色的运用是戏剧艺术中的一个重要手段，在使用光色时必须掌握他的技巧和规律。
　　光色相加与物色相减：
　　画画时只要掌握了调色规律，就能用几种颜色调出千变万化的颜色。调料的调配是应用了色彩学总常用的“物色相减”规律。了解了这个规律，采用滤色片叠加法就能调出所需各种光色。舞台灯光把不同型号的滤色片叠加在一起，通过光线可获得所需的各种光色。舞台灯光同样使用了绘画调色的这一“物色相减”的规律。但值得提出的是舞台灯光不仅要使用这一个方法，还必须使用“光色相加”的方法来获得不同的光色。即光的三原色红、绿、蓝相加成白色的规律性。如果我们把“光色相加”的规律和“物色相减”的规律混淆不清，就很难从使用光色中找到合理的科学规律。其实在彩色电视及彩色彩色胶片摄影中也同样使用了这两种规律。红光加绿光混合产生黄光，而颜色中的黄却不可能从红加绿中配出来，又如黄色加兰色光混合可产生白光。即原色红加原色蓝与绿产生中间色黄。这实际上是互补色，又称互为余色。即凡是两种色光相加后能产生白交，就称这两种色光互为余色，这也是白光相加的规律。
　　舞台灯光滤色片相叠加“物色相减”所获得的光色与舞台上两种不同光色的灯光混合在一起的“光色相加”是两个不同的调色办法，必须弄清这两个不同的规律，然后在舞台舞台灯光设计实践中熟悉掌握他，才能得到所需的艺术效果。
　　舞台灯光中的发光体与滤色片应用中的探讨：
　　研究舞台灯光运用光色的技巧时，必须要熟悉使用的工具———舞台发光体及滤色片。正象美术家绘画对必须熟悉颜料，话笔及画布的性能一样，舞台上更多的是使用钨灯。由于钨丝在确保正常寿命状态所能承承受的温度，只能发出2800K的光色，光色偏黄，适用于暖色调的滤色片，当表现暖色调的场面时，如蔚蓝色的夜景就比较困难。光源中缺少兰色成分，因此通过滤色片后约损失了百分之70的光线，降低了光的照度，他的色纯主也差自从卤钨灯发明后使光色的色温达到了3200K，这几乎是极限，其光色仍偏暖，如果再提高钨丝的使用温度会导致寿命大幅度降低，也就没有了使用价值。
　　舞台剧是肉眼观看的艺术，而是视神经不同于彩色胶片或电视，人眼的感色细胞弱，在暗光不对颜色区别较差。如人眼在月夜的暗光几乎是色盲。对色彩的区分比影视灵敏度低得多，舞台灯光的重要问题的解决，如果不借助气体放电灯或金属卤化物灯的开发，提高冷色灯光亮度和纯度就很困难了。目前使用使用上述光法制的灯具的调光（控制明暗的变化）都很不理想，限制了它在舞台上大量的使用调光器时，均因采用降电压而造成了光色的变暖偏色（电压每降低1V则色温降低10K）特别影响冷色调夜光的变光。
　　多少年来曾有人研究使用能调光的荧光灯来解决这一困惑的问题。近年来，影视中开始使用变频调光光纤线的三基色荧光灯。现在舞台灯光使用的滤色片多为惧酯树脂（又称涤纶片）染色制成。使用轻便，但很难做到完全不腿色。著名厂家生产的滤色片多达百余种，常称它是微系列的滤色片，每片滤色片间的区别很小，因为电视对光色很敏感，很需要它，肉眼区别不大的两种滤色片在电视中能发现的区别和色彩差异，这几乎是影视中不能接受的。但对于舞台灯光来说，要求并不需要那么高。中国舞台美术学会灯光专业委员会曾组织北京及上海两地的灯光专家选滤色片后，选出常用的滤色片不定期20余种。多数灯光专家主张采用光色相加及物色相减的规律获得所需的丰富光色变化。
　　因为聚酯树脂滤色片很难做到不退色，因此某些演出保留剧目的国外剧场仍保留使用彩色玻璃滤色片的习惯。彩色玻璃是在熔化的玻璃中加入某些金属或其氧化物而产生不同的颜色，且色彩不会退减。这就能保证那些保留剧目演出时的质量不会改变。

　　剧院要求较高的灯光系统和音响系统

　　在剧院建设的诸多环节中,设计是最基本、最重要的环节。设计工作组织的好坏,关系到整个剧院建设过程的项目管理目标的实现。设计质量的高低,对未来剧院使用功能的发挥影响巨大。
　　在具体的设计工作中，基于“实现定位、完善功能和保证使用”的要求，特别是要创造良好的硬件环境以满足剧院建成后正常经营管理的需要，设计院应该对剧院使用过程中的重要功能系统有比较完整的认识，如何将这些系统做的更好则成为了重点研究。其中灯光系统和音响系统就是剧院设计中须予以重视的功能系统之一。
　　一、灯光系统
　　灯光系统有灯光设备系统和与设备系统相关的建筑配套系统。此处只讨论与建筑设计有关的灯光设备建筑配套系统。
　　在观众厅后区、观众厅内部、舞台区和后舞台区，均布置有相应的灯光设备。在观众厅后部是灯光控制室，其面积大小、窗口大小及位置、地板要求、空调要求、用电条件等与灯光设备系统的规模有关，应由灯光专业设计提出具体要求，建筑设计要逐条落实。
　　在观众厅内部有追光室、面光桥和耳光室，应根据光路数量、设备数量和规范要求，在合理的位置进行布局，以保证光线以合适的角度投向舞台相应区域为原则。
　　在舞台区与舞台灯光有关的设备有假台口、灯杆、灯光渡桥、灯光吊笼，在后台区也有灯光吊杆等设备。这设备大都由舞台机械系统提供，建筑设计要为舞台机械提供空间条件、称重埋件、电气条件、装修条件等
　　另外在舞台区和观众厅外侧距离较近的地方设置调光柜室。其面积大小有硅路数（硅柜数）决定。同时硅路数的多少也决定了用电量（配电柜）的大小，这些也需要灯光设计提出具体要求，由建筑设计提供必要的条件。
　　二、音响系统
　　音响系统和灯光系统一样，也有其设备和配套建筑系统。在观众厅后要有调音室，其要求与灯光调光室类似。在调光柜室对应的观众厅另一侧要设置扩声机房，目的是远距离的调光柜室，以免发生电磁干扰，影响电声质量。但是扩声机房距主音箱一定要近，以提高信号传播质量。
　　在观众厅内，最主要的设备是台口主音箱，分别在台口的上方和两侧，其位置、角度、空间大小和用电条件要根据音响专业设计要求而定。如果内装音箱，要注意与建筑声学专业协调，以保证台口上方天花板的形式有利于建声反射要求。另外，在乐池栏杆上装有补声音箱，在观众厅吊顶和侧墙上装有效果音箱，其技术要求要与装饰设计单位进行协调。
　　由这些系统共同作用，使剧院成为一个有机的整体，为观众、剧团、传媒和剧院管理公司提供良好的工作环境，为各种表演艺术形式的演出创造了硬件和软件基础。

　　球型喇叭与频响曲线关系的FEM分析

　　1、 扬声器频响曲线的形状与振膜的形状、材料密不可分，其中球顶部分主要影响扬声器的高频截止频率与频响曲线的形状。笔者对一系列球顶高度渐变的模型进行分析，找出频响曲线变化的规律，以期对今后的设计有所帮助。
　　2、 扬声器频响FEM分析的基本理论
　　有限元法(FiniteElementMethod, FEM)分析中假定流体是可压的，但是只允许压力与平均压力相比有较小的变化，而且假定流体为非流动且无粘的。假定平均密度和平均压力不变，压力求解偏离平均压力而不是绝对压力。
　　一个完整的模型应包括扬声器的振膜、音圈、空气、障板和对频响曲线有影响的结构。将振膜划分成很多小的面单元，这些单元与空气单元相连，从而将振膜的振动传递到空气中，根据声压与振动速度的关系就能得到空气中某一点的声压值。面元ds，其源强度dQ=uds，贝II在距离为h的点M产生的声压。其中，p0为空气密度，CO为空气中的声速k=w/cO为声波的波数，u为面元的振动速度。将所有面元在点M产生的声压叠加起来，就得到振膜在点M的声压值
　　3、有限元模型的网格划分
　　建立有限元模型帅步骤为:
　　(1)在Pro/E中绘制几何模型;
　　(2)将Pro/E文件导人到有限元软件中;
　　(3)根据分析的需要选择合适的单元类型与网样对模型进行划分。
　　Pro/E和有限元模型的计算机仿真图
　　密示
　　4、仿真结果
　　扬声器的频响曲线形状与其振膜的结构密切相关。振膜可分成2个部分:折环与球顶。折环主要影响扬声器的低频响应，而球顶主要影响高频响应。
　　众所周知，扬声器的振膜在高频时会产生分割振动，表现在频响曲线上就是高频出现峰和谷。而这种情况在设计中应避免。那么是怎样的振动状态造成了峰和谷的产生呢?据笔者分析主要有z个原因。
　　(1)球顶部分产生了与低频谐振时相似的振动，在频响曲线上形成了峰。
　　(2)振膜在高频时出现节圆，几个区域反相振动，在频响曲线上形成了谷，
　　要想改善频响曲线，就必须减小这2种振动模式的影响。一般说来，可从2个方面来改进:(1)振膜的材料、厚度;(2)振膜的结构、尺寸。
　　下面的分析将保持振膜的材料、厚度不变，仅改变球顶高度，找出频响曲线的变化规律。鉴于扬声器的球顶分为凹球顶与凸球顶2种，以下的分析也将按此分类。
　　4. 1凹球顶高度变化与频响曲线的关系，凹球顶扬声器振动部分的仿真图。改变球顶的高度得到一系列频响曲线，可发现2个规律:(1)第二谐振峰的频率随球顶增高而提高;(2)高频谷的深度与球顶高度成正卜匕。
　　4. 2凸球顶高度变化与频晌曲线的关系，凸球顶扬声器振动部分的仿真图所示。改变球顶的高度也可得到一系列频响曲线，也可发现2个规律:(1)第二谐振峰的频率随球顶增高而提高，与凹球顶时相同;(2)高频谷的深度与球顶高度成反比，与凹球顶时相反。
　　相同高度的凹球顶与凸球顶扬声器频响曲线对比，可以发现:(1)球顶比较高的时候，凹球顶与凸球顶的频响曲线差异较大，随着球顶高度变低，两条曲线越来越接近;(2)凸球顶的频带比同样形状尺寸的凹球顶要宽;(3)选择比较高的凸球顶可以得到较平坦的频响曲线。5实验验证为了验证仿真结果是否谁确，笔者进行了如下的实验:(1)制作了口径40mm的扬声器，球顶分为凹、凸两种。球顶形状和尺寸是一样的，均为直径25mm、高度2. 6mm, (2)根据实际产品建立T有限元模型，进行了频响仿真。
　　彻ii试结果与仿真结果。较平坦的是凸球顶的频响曲线，反之是凹球顶的频响曲线。
　　剧院类型音频系统建设的新特点

　　1、最终扩声效果要求越来越高：随着人们欣赏水平的逐步提高以及国家及相关行业标准、规范的逐步完善，当前剧院类扩声系统的最终效果要求也越来越高，主要体现在响度大、动态范围宽、音色一致性及声场均匀度好、主观试听音质优美等方面。
　　2、使用功能越来越多：根据目前我国的实际国情以及文艺演出类型和曲目方面的实际特点，当前新建或改建的剧院中，只具备单一使用功能的剧场（如纯歌剧院、纯戏剧院等）非常非常少，大都需要建成多功能的综合性剧场，可满足戏剧、舞剧、歌剧、话剧、综合性文艺演出、会议等多种使用功能的需要，当然，根据本项目建设立项目标，这些剧场剧院可以重点侧重于其中某一使用功能。
　　3、可靠性要求越来越高：目前新建的剧场剧院，大都会作为当地的重点工程项目，标志性意义非常浓重，经常会举办当地最重要的演出活动、会议活动或大型集会等。因此，其扩声子系统的可靠性要求也越来越高，根据相关技术水平的发展，系统及设备热备份、信号远程传输、功放及无线话筒等设备的远程监控等功能逐渐应用于各类新建系统当中。
　　4、大都要兼顾自用及出租使用的需要：根据目前我国演出市场的现状，相关剧场剧院基本不可能实现单一剧目长时间的驻场演出，因此，为保证剧院剧场的正常运转，大量剧场存在着出租使用的现象，这就要求相关扩声系统需具备相当的灵活性、便利性及易于操作性，以便于在本剧场出租时易于满足临时外部系统接入和其他外部操作人员的使用。
　　5、系统先进性的体现：目前新建的剧场剧院大都会作为本地的标志性建筑之一。扩声系统作为剧院中的重要组成部分，同样需要在本领域范围内具有一定的标志性，如采用相对先进的技术等等。因此，根据目前音频扩声技术的发展现状，有别于此前的纯模拟系统，大量的数字控制处理系统以及数字网络传输系统出现在新建的系统当中。
　　6、对舞台及演员听觉效果的重视：随着国内演出水平的日益提高、演出经验的不断增加，舞台演员自身听觉效果的重要性亦逐渐被大家认知并越来越受到重视，良好的舞台返送监听系统已越来越多地被采用，以进一步提高了演出人员的信心和表演激情。
　　主扩声系统扬声器的布置方式

　　1、扬声器布置的要求
　　(1)使全部观众席卜的声压级分布均匀。
　　(2)多数观众席上的声源方向感良好，即观众能听到的扬声器的声音与看到的讲演者在方向I:一致(也就是声像定位，在演出方面的要求比较高)。
　　(3)控制声反馈和避免产生回声于扰。
　　2、扬声器的布置方式
　　可分为集中式、分散式和混合式三种方式。
　　在该体育场的扩声系统中，由于体育场拥有四面看台、两面挑蓬，整个体育场扩声系统是按照体育馆扩声系统设计的二级标准来设计的，故深化设计，中采用了集中扩声和分散扩声相结合的安装方式对各个扩声区域进行扩声，对要求不同扩声的地方，我们采用不同的扩声方法，观众区和比赛区都是远场扩声和近场扩声相结合的方法。这样做的好处是能够做到远近扩声的声压级均匀，能够达到国家体育场扩声的要求，满足扩声系统的需求和各项扩声设计指标。