虚拟演播室蓝箱声学问题探讨

1、编者按：演播室是利用光和声进行空间艺术创作的场所，是电视节目制作的常规基地。伴着信息传播科技的飞速发展，电视 节目由原来的单一播报形式，衍变成为规模不一、形式多样、内容丰富的格局。相应地，对演播室的基础建设，以及灯充 系统、声频系统、视频系统等系统集成和功能实现提出了更高、更新的要求。针对演播室的发展需求，本期开设“演播室 专题"，分析演播室声学设计中遇到的实际问题及其解决方案，探讨方案的科学性、可行性，介绍在演播室系统应用过程 中，对灯光、视频等方面的探索和经验。虚拟演播室蓝箱声学问题探讨王珏，张悦，莫皎平，姚 石，骆学聪（中广电广播电影电视设计研究院声学设计研究所，北京10004

2、5 ）【摘 要】分析蓝箱对虚拟演播室内声场的影响，对其带来的声学问题及解决方案进行探讨，实测验证解决方案的可行性。【关键词】虚拟演播室；蓝箱；声场模拟文章编号:10.3969/j.issn.l674-8239.2014.08.001discussion of the acoustical question for the blue box in the virtual studiowang juc, zhang yuc, mo jiao-ping, yao shi, luo xuc-cong(crftg radio, film and television design and researc

3、h institute, beijing 100045、china)abstract this paper analyzes the effects of the blue box for the virtual studio sound field , and discusses the acoustic problems and solutions, and then verifies the feasibility by actual measurement.key words virtual studio; blue box; sound field simulation1引言虚拟演播

4、室是由传统演播室色键技术、计算机图形处 理技术以及虚拟现实等技术结合集成发展而来的新型演攘 室，其应用领域可涉及到新闻、访谈、综艺等各方面；具 有场景可换、成本低、使用率高等优点。在虚拟演播室中，各种技术的应用均需要一个基本的 环境一蓝箱。蓝箱是由一面或多面纯色墙及纯色地板组 成，是主持人实际活动的场景，是虚拟制作的基础所在。目前，虚拟演播室内蓝箱在设计阶段即与装修相结 合，与以往根据节目需要在演播室内临时搭建背景不同， 蓝箱的存在成为一种常态化，因而蓝箱中特殊的声学问题 在工程应用中逐步显现出来。对蓝箱带给浦播室戌声场的不禾ii影响乃苴傩決右家均 缺少深入的研究，且在行业现行标准中亦无相关内

5、容，为 弥补这一空白，笔者利用建筑声学软件模拟对演播室内蓝 箱的声学特点进行分析，探讨初步解决方案，并通过实际 案例验证所得结论。2蓝箱系统及其声学特点现有虚拟演播室内蓝箱一般设计为u型或l型，其 尺寸大小应根据节目的规模来规划。简单的单人抠像类节 目镜头较为简单，只要顾及到侧面全景不穿帮即可，e 此，蓝箱较小；多人节目或多景区节目中，主持人需要隧 时走 动，要求蓝箱较大，需要为镜头活动留出足够的竺 间。虚拟演播室因抠像制作的需要，演区的地面、后方、方案对蓝箱内尺寸损失较大，且施工相对 复杂，但整体吸声效率较高。图1中c方案，在蓝箱墙面 切割一定面积的空腔，内填吸声阻 尼材料5 cm 10 c

6、mo此方案施工较复杂，处理 接缝时对工艺要求较高，但整体吸声效率 和方案b类似，且对蓝箱内尺寸无较大 损失。对蓝箱材料进行处理后，会有效地解 决其内部的声学缺陷以及整体吸声量不足 的问题，但同时会带来如何处理蓝箱面层 材料的新问题。对其面层材料的选择建议 如下。(1 )外罩微穿孔金属板 或外贴绒布、壁纸或金属箔膜等，选 取与规定颜色相同颜色的材料。这样做会 一定程度地损失吸声量，而且要特别注意 确认是否满足抠像要求。(2)吸声材料外绷帘幕，本做法吸 声效果最好，且容易满足抠像要求，但安 装工艺较复杂，需要预留日后二次紧绷的图1吸声构造示意图entertfilsment technology到较

7、高的平整度和光滑度，普遍使用大面积硬质光滑材料搭建蓝箱。同时考 虑到后期图像处理及灯光的需求，蓝箱墙壁、地板之间衔接都采用圆滑的角 度。在演播室内大面积使用蓝箱，在声学上容易带来两方面的问题。(1 )后期制作软件往往要求蓝箱面层材料越光滑、越平整越好，在 实际施工中，大多采用玻璃钢、石膏板等硬质材料。大尺寸蓝箱会降低演權 室内部的有效吸声量。(2 )为了方便网格定位等后期处理，虚拟演播室内往往要求蓝箱侧垦 互相平行，结果使声音在两墙面之间来回反射，声能衰变速度减小，产生十 分严重的颤动回声。蓝箱所带来的这些问题会导致蓝箱区域内出现颤动回声、清晰度较差、 听闻感不强等现象，对主持人的发言即听闻造

8、成不利干扰，影响节目录制效 甲乃帀堂停田一3蓝箱的声学设计思路虚拟演播室多数用于录制语言类节目，要求较高的语言清晰度及丰鴻 度、适量的早期反射声并且声场布置均匀，需最大程度地减小蓝箱内墙体产 生的自然声反射。从建筑声学的角度上看，要很好地改善蓝箱内部声学环境，需要从以下 几方面入手。3.1改变蓝箱尺寸、尽量减小声反射面积在实际工程建设中，应尽量减小蓝箱尺寸，尤其是减小两侧墙面尺寸； 墙面尺寸尽量不一致，形成不对称结构。在保证正常使用的情况下，u型遵 箱一侧可不设置墙面，使其成为l型蓝箱。然而，调整蓝箱尺寸及形状需要在满足节目制作要求的前提下进行，毕 竟蓝箱存在的意义是为了更好地表现节目，创造良

9、好的声学环境只是服务节 目的环节之一，由于篇幅所限，此部分内容不在本文中探讨。3.2尝试改变蓝箱的构造及面层材料为增加演播室内有效吸声量，建议选择有一定厚度的吸声构造来制造蓝 箱，这些构造基本原理是采用多孔阻尼材料和空腔来制造的高效率的吸声器。考虑到施工的实际条件，为蓝箱附加吸声构造可以 采用图1中所示的三 种方式。图1中a方案，在蓝箱墙面内干挂或粘贴约2 cm的吸声毡或复 合喷涂材料、砂岩板等阻尼材料。此方案施工很简单，但中低频的吸声效率 林羞同时乖亜老宙钛du 時浄対蚪鮒苹酒査対圾働帖里的彩谕c演艺科技/ entertatwefrtec-nology演播室专题studio technolo

10、gy 了匕,声频技术在合适的范围，演播室内蓝箱外区域仍然需采用强吸声处理。无论采用何种方式为蓝箱附加吸声构造，均需与图像制作等相关部门酝 合，使之既可满足摄制要求，又具有一定吸声作用，达到改善室内声场的作 用，从而保证虚拟演播室节目制作的整体要求。3.3打破蓝箱相对平行墙面为解决两侧平行墙面构造带来的颤动回声问题，在不使用网格定位的情况 下，建议其两侧墙面不应平行，应具有一定的角度。而角度设置可分为水平角 度与垂直角度，水平角度指两側墙面向外倾斜，利用演播室其他墙面的吸声材 料吸收声能；垂直角度指蓝箱两侧墙面向上倾斜，利用演播室顶部的吸声构造 吸收声能。将蓝箱墙面倾斜一定的角度这一做法虽已被广

11、泛使用，但未曾有进一步的 深入研究.在下文中将针对此问题进行计算机模拟计算c4蓝箱对声场影响的建筑声学模拟计算使用建筑声学模拟软件对厅堂音质进行模拟研究，在实际工程设计中已经 得到了广泛的应用，建筑声学模拟软件odeon采用基于几何声学原理的虚走 源法和声线跟踪法相结合的方式进行声场模拟计算，其研发始于1984年 丹麦技术大学，可应用于房间声学、厅堂声学、噪声控制等领域。混响时间（tqo ）是厅堂音质中最重要的声学指标，是指房间内声场达到稳 态后，声源中断发声，平均声能密度自原始值衰变到其百万分之一（60 db ）可 需要的时间；与厅堂的有效容积、表面积、吸声材料性能等有关。7）。是声能滾 减

12、30 db所需时间，推算至60 db的衰减时间即混响时间。研究蓝箱两侧墙面倾斜角度对室内声场的影响，将进行以下三方面的工作：对演播室内是否存在蓝箱的两种声场进行模拟，分析蓝箱对室内声场的具 体影响；对蓝箱区域的反射声能分布进行分析，验证倾斜墙壁改善声场的可行 性；对墙壁倾斜不同角度后的声场进行模拟，总结分析得出具有普遍意义的统 论。4.1模型建立考察蓝箱对演播室内声场的影响时，应尽量减小其他因素影响，即所谓的 “理想状态”。建筑模拟将整个演播室及蓝箱复杂的几何形体简化为只与声学有 关的简单面，而忽略墙面与地面连接处圆弧状，且不考虑门窗、设备、灯光系 统等条件。本文中声学模型设置的初始数据如下。

13、（1 ）演播室、蓝箱尺寸根据相关规范推荐，在满足建筑和工 艺的条件下，一般演播室合理的长、宽、高比宜为l:w:h=2.5:1.6:1121，本文所采用模拟虚拟演播室长、宽、高设 方旳 d o k rvqrv, 林 t砧+ kha 3 7±0躱去冷0_皿|；要 i i wjjtf 4&蓝箱长、宽、高设置为8 mx4.5 mx4 m ,体积约为140 m3of4图4无倾斜角度前视图图5 h-001水平倾斜2.5俯视图图6 h-002水平倾斜5俯视图estertrismest technology(2 )声源、测点在演播室主持人处设置全指向性点声源，高1.5 m ,声源声功 率级7

14、0 db ;演播室内均匀布置5个接收点，各接收点距地面1.2 m , 演播室内声源与测点位置如图2所示。图"有无蓝箱的混响时间对比图图9 v-002垂口倾斜5前视图图12两侧墙面无倾斜图13两侧墙面向外倾斜(3) 吸声系数演播室及蓝箱各面层吸声系数全频带采 用单一数值，演播室四周墙面及顶面吸声系 数设为0.7 ,蓝箱面层吸声系数设为0.1o(4) 各方案模型(a) 演播室内无蓝箱(b) 蓝箱设置蓝箱，两侧墙面无倾斜角度 (如图3、图4)(c) 水平角度倾斜h-001两侧墙面各向外倾斜2.5° (图5 ) h-002两侧墙面各向外倾斜5° (图6 )h-003两侧墙

15、面各向外倾斜40° (图 7 ) (d)垂直角度倾斜v-001两侧墙面各向上倾斜2.5° (图8 )v-002两侧墙面各向上倾斜5° (图9 )v-003两侧墙面各向上倾斜10° (图10 )4.2蓝箱对声场影响的分析计算得到演播室内有无蓝箱的混响时间 对上匕图，如图11所示。由于全频带采取单一吸声系数，演播 室内混响时间随频率分布十分均匀，当加人 蓝箱后，混响时间相对有显著增加。分析具 原因如下：蓝箱遮挡了墙面部分有效吸声匯 积，使得房间总吸声量降低；蓝箱区域内庄 于两平行墙面的存在，使得声能在其之间来 回反射，衰减速度大大降低，此时室内声场 口不港巳

16、护帥场冬徃 煖ich+筲徨互ii药“混演艺科技e?rertanvefrtec-n3l0gystudio technology提。模拟测量所得到的结论,是 由房间内声缺陷所造成巧昆响时间”变长的现象。4.3反射声能分布分析利用墙壁倾斜角度将蓝箱区结果,如图16所示。在各种条件相同的情况下,垂直角度倾斜比水平角度倾斜对混响 时间的改善量大。时间改善量与倾斜角度变化不成正比，见图15o(3 )两种倾斜角度影响对比选取水平倾斜和垂直倾斜两种方案，角度均倾斜5° 时，对比混响时间模拟所得内声线反射至演播室顶部及蓝罪对侧墙面，利用吸声构造吸收肓4.5倾斜角度对声场分布影响的分析选取63hz. 5

17、00 hz、4 000 hz时不同测点位置的混响时间值进行对比，分析倾斜角能，是本文中解决蓝箱问题的拒度对声场分布的影响。导思想所在。对模型计算反射走经墙壁反射后的声能分布进行分(1 )水平角度倾斜蓝箱两侧墙面进行水平角度倾斜后,演区各测点混 响时间分布均趋于均匀，声场析,可验证此方法是否可行。不均匀度得到改善；其中倾斜角度变化对高频影响较大，角度大于5。时改善量较为声源发声后经蓝箱两侧堆如囲*17屈1q pfr示只"18 -wfifl * h-001o h-003图17 63 hz水平角度倾斜不同测点混响时间值hz.250 hz. 1 000 hz、2 000 hz、4 000 h

18、z等各频段的值。(1 )水平角度倾斜两侧墙面向外成一定水平角量基本相同,见图14o心 h-00?f75:w上u. “宀:f： 吒冬l5ltz=水f 御角河oohz了中心频率为63 hz、12f图18 500 hz水苹角复倾斜不同测点混响3：间值f <h2l won & v-001 ov-002o v-003响的分析演播室内混响时间ao的模拟结果由各接收点平均得到，包含sflwwulrtlbe15垂直倾斜木同角度混响时间模拟值度倾斜时，混响时间有所改善；混响时间改善量与倾斜角度变化不成正比，倾斜2.5° 10°改善(2)垂直角度倾斜两侧墙图16两种倾斜方式同角度

19、混响时间模拟值水丫饭斜知浚4000巾图19 4 000 hz水平角度傾斜不同测点混响时间值xn«-“ h-001 oh-002 oh-003estertrismest technology图20 63 hz垂口角度倾斜不同测点涅响时间值图23演榴宰平面图图26改追前后混响时间曲线对比（2 ）垂直角度倾斜蓝箱两侧墙面进行垂直角度倾斜后， 演区各测点混响时间均趋于均匀，声场不 均匀度得到改善，如图20 图22所示。 4.6小结经过对不同模型的模拟研究，可得出 结论：演播室内加入蓝箱后，由于演区声 场的不均匀性及颤动回声等声缺陷，将会 导致“混响时间”偏长。将蓝箱两侧墙面倾 斜一定角度可使

20、得声场分布趋于均匀，对 声缺陷导致的“混响时间”过长的现象 有所改菱c侣房间内实际混响时间（或©演艺科技0 efrertanvefr tec-n3l0gy图21 500 hz垂直角度倾斜不同测点混响时间值图22 4 000 hz爭頁角度候斜不同测点混响时间值图24改造前现场情况图25改造后现场情况总吸声量）仍然达不到理想的演播室水平。考虑到实际工程现场情况复杂， 且倾斜的墙面可能对网格定位造成不良影响，因此，这一方法并非适用于硕 有演播室，声学设计者需与相关专业及使用方共同探讨确定倾斜的方向及宜 度。5实际案例分享中广电广播电影电视设计研究院声学设计研究所受业主委托，对某大型 电视机

21、构在北京新建设的虚拟演播室内部建筑声学指标进行了实地测试，并 为其蓝箱改造提供技术建议。某虚拟演播室，面积约165 m2 ,灯下高约5.5 m ,内搭建大尺寸i 型蓝箱，主要用于各种评论、访谈节目的制作。改造前演播区域混响时间 过长，现场听闻有明显颤动回声等声缺陷，现场平面如图23所示。初次测试后，根据之前的理论分析结果，对演播室蓝箱进行了部分诟 整，并再次对其内部声场分布情况进行了测试。5.1测量内容在演播室内设置一个声源点，采用全指向性球形声源，均匀选取4个浹 点进行测试，考虑到数据的可比性，改造前后测量时声源点与测点选择相同 的设置。现场测量如图24、图25所示。5.2测量结果（1 ）混

22、响时间 由混响时间曲线（图26图29 ）可见，改造后泯 响时间大幅度改善。其止歪亜 bh e.古価 干（fi+石冷史如 卜彫我t 不林* 面址鮒1±垢125肌丈槽卍时剛图27 125 hz各测点混响时间mlcamifcj图28 1 000 hz各测点混响时间*4174)699 4 000 hz各测点涙响时间图30改造前脉冲响应图31改造后脉冲响应参考文献：1 梁骥.数字化虚拟演播室 技术分析与研究j.电声技 术,2013,37(6):10-16.2 中广电广播电影电视设计研究 院.gy/t50862012.广播电视录 (播)音室、演播室声学设计规范 s,2012壕马大猷，沈.声学手册m.北 ill i1l x izs/xx* c c作者简介：王珏，女，毕业于同济大学声 学研究所建筑声学专业，硕士学位； 从事厅堂、广播电视中心建筑声学设 计、测量等工作，并参与多项声学相 关国家及行业规范的编写。张悦，女，毕业于同济大学 应用物理学专业；曾参与过国庆60 周年天安门广场扩声系统、中