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杂志精选 | 基于Ambisonics等原理的非主流电子音乐声音扩散系统制式
时间:2018-07-06 09:35:09   来源:中国演艺科技网   作者:张一龙,陈苇婧

电子音乐声音扩散系统的发展历程曲折并多元化, 针对不同的电子音乐风格流派,产生了很多不同的系统制式。除了耳熟能详的Acousmonium、Octaphonic等常见系统制式,还有非常多小众的、非主流的系统制式。它们有的基于Ambisonics原理,有的基于矩阵,有的基于主流系统制式,并做了较大程度的改变。笔者在此列举其中一部分比较有代表性并具有一定影响力的系统制式。

1 基于Ambisonics原理的声音扩散系统

Ambisonics系统能够将声音定位在三维听觉空间的任意位置,包括四个分离的编码音频流,音频流格式被称为Ambisonic B-Format(见图1),分别是W、X、Y和Z。Y的幅度代表任意指定声源在水平轴上的位置,Z和X的幅度表示声源在垂直轴和前后轴的位置。W的幅度不发生变化,基本上用于改善重放质量。使用设有4个振膜的Soundfield传声器录音和编码处理,可获得B-Format信号。对于电子音乐的现场声音扩散来说,每个独立通道的电子音乐声源也可通过B-Format编码,进而在基于Ambisonic的系统中回放,得到空间定位。

1.1SPACE

SPACE(Soundscape Projection Ambisonic Control Engine,即Ambisonic声景投射控制引擎)由David Monacchi和Eugenio Giordani在意大利佩扎罗的罗西尼音乐学院设计,并于2013年面市。SPACE的设计是涉及多个学科和领域的复杂工程,在电声学、建筑声学、心理声学,到音响生态学、音乐创作技术等领域均有涉猎。

该系统由21只扬声器围绕重放空间呈球形分布(见图2)。SPACE声音扩散系统的宗旨是让听音者能够听到三维空间化的声音,这是意大利唯一能够真正实现三维声音的空间化扩散系统。空间化不仅能描述声音的方向,而且随着声源在虚拟空间中移动,听音者能够感知到声源的距离和声源的移动情况。

1.2ACAT Dome

ACAT Dome声音扩散系统使用了Ambisonics原理。ACAT Dome的基础结构是一个直径约为14 m的框架穹顶,其中16只扬声器对称地分布于框架上,同时,用于视频投影的5块投影幕也安装在框架上。作曲家控制运行在苹果电脑上的应用软件,根据作品需要将音频信号分配给16只扬声器。

作曲家可通过计算机鼠标在三维空间中进行空间定位,对于使用者来说,这样的操作模式能够轻松掌握。同时,还可通过脚踏板进行部分控制,将鼠标与脚踏板配合使用,可以完成一些复杂的控制功能。Ambisonic具有的精准、真实的重放效果是该系统的一大优势。

2 Sound Cupolas与Kinephone

Sound Cupolas是一个专用的标准化回放系统,它由一个搭建在表演场馆内的半球形或半椭圆形框架构成,其中安装了大量扬声器(可达到上百只),这些扬声器都指向中心,呈对称分布。根据方向性声源定位的声学和心理学研究显示,人耳的听觉分辨率大概在15°左右,因此,Sound Cupolas系统扬声器的间隔设置为15°。系统内所有的扬声器都经过精确的校准,从而确保具有相同的声压级、频响和相位。为了减少演出厅堂固有声学环境的影响,可在框架的顶部覆盖布料或其他吸声材料。

Kinephone是一个基于钢琴键盘的演出控制界面,通过这个控制界面对Sound Cupolas的扬声器进行实时调控。Küpper使用的Kinephone控制器有50个按键,每个按键都对应一个指定的扬声器通道。

威尼斯PalazzoSagredo于1986年安装了一套Kinephone与Sound Cupolas系统。由于此系统的占地面积相当大,同时要耗费的资金过多,在系统建设方面也会面临很多困难,临时搭建这样一套系统是不太现实的,因此,这套声音扩散系统更加适合于演出场所的固定安装。

3 Gmebaphone

Gmebaphone,也叫Cybernéphone,是为电子音乐现场声音扩散而设计的专用系统(见图3)。该系统于1973年由布尔日国际电子音乐研究所(IMEB)开始研发,经历了四十多年的发展,自20世纪90年代以来为人熟知。

Gmebaphone与其他同类系统的不同之处主要在于扬声器的配置。它的扬声器系统包括两种类型:V系统和参考系统。其中,V系统主要作用是回放预置电子音乐,声音的扩散不是进行简单的回放,而是进行声学空间的构建。V系统包括四个部分:V1大型系统、V2小型系统、V3环绕系统、W4特殊系统。前三个V系统一共有6对扬声器组成,W4有24对扬声器,因此,V系统总共有30对扬声器。参考系统包括两个部分:第一部分由分布在四个平面的四对立体声扬声器组成,被称为Direct References;第二部分是由分布在三个平面(远端、前方、后方)的三对立体声扬声器组成,被称为Reverberated References。这两个部分扬声器系统的扩散范围都非常广,需要进行相位校准。

声音扩散调音台采用了基于MIDI控制的虚拟调音台,信源为基于计算机的数字音频工作站,所有音乐以数字化的方式存储在硬盘上。在演出过程中,混音在计算机内部完成,经数模转换馈送模拟音频信号至扬声器系统。

Gmebaphone基于调音台进行操控,设有两种用户选择模式:手动模式和计算机辅助模式。在手动模式中,表演者能够通过调音台推子直接一对一控制独立的扬声器输出电平。在计算机辅助模式中,用户可预先设置演出过程中如何触发推子移动。这样的推子移动能够以两种方式预编程,一种是直接将推子动作记录在音序器(sequencer)上,或将参数离线写入在基于时间的配置单中,也就是常说的“绘制包络线”的模式。演出过程中预编程的动作既能手动触发,又能由音序器自动触发。

Gmebaphone除了支持对输出通道进行简单的实时混音,还能对声音做实时处理,能够对预置的电子音乐母带进行各种处理,比如进行均衡、动态、延时、混响、相位、移调等各种音色处理(见图4)。设计Gmebaphone的最主要的目的,是让演奏者能够以适应他们艺术敏感性和认知的最佳方式呈现音乐。通过控制基于空间、音色和时间的扩散特性,演奏者能够站在听众的角度以最具表现力的方式解读作品。以这种方式重建的空间不是真实的空间,而虚拟的空间反而让音乐真实化、具体化。为了做到这一点,表演者需要将自己的音乐感知传达给听众。Gmebaphone以多个扬声器网络的结构出现,每个网络能够在听觉和心理上与听众产生一个特定的“关系”,每个网络也会建立一个特定的感知模式。演奏者现场演绎传达作品含义,基于心理感知音乐的方式创作和演奏音乐。

4 Creatophone

美国加利福尼亚大学电子艺术技术研究中心(CREATE)发布的Creatophone声音扩散制式,通过采用分组扬声器,克服了“一只推子控制一只扬声器”的局限性,能够解决上文中Acousmonium和BEAST等系统遇到的多通道输出的问题。它的基本操作模式同样是作曲家实时操控调音台,从而控制扬声器的声音扩散。

Creatophone是一个可灵活配置的、小型化的声音扩散系统(见图5)。扬声器设置在舞台和观众席间,扬声器的重放源可以是立体声母带、八轨母带输出,或者计算机音频接口模拟端口的输出,以及传声器现场拾取的传统乐器演奏、电子乐器的线路输出等。以上信号源输入至16母线Soundcraft调音台,并通过Horizon、AudioQuest和Tara连接线输出至4台Threshold立体声功放,然后通过MIT和AudioQuest扬声器线缆输出至8只B&W Matrix 801扬声器,16只Event和Tannoy扬声器作为补充。扬声器采用标准八角形配置:2只位于前方、2只位于后方、两侧分别放置2只扬声器。该系统的最佳听音位置是在中心点,但是其他位置也能感受到强烈的空间化效果。CREATE团队充分利用了扬声器特性,并利用扬声器对重放的“染色”效应。回放声源多为立体声声源,很少用到多通道声源。

5 DM-8

DM-8声音扩散系统及其后续产品都是基于混合矩阵的概念而设计的,它的基础构架是一个矩阵调音台和软件控制界面。该矩阵调音台与其他常规调音台最大的区别是,常规调音台采用开关按钮去分配母线,而该调音台采用旋钮控制信号路由电平。Chris Rolfe提出的DM-8矩阵(见图6),是一个8进8出的调音台,具有64个交叉点,因此,设有64个独立的电平控制旋钮。

该矩阵的意义在于,开启任意一个电平旋钮,该旋钮对应的输入将会输出至对应的输出。同时开启多个旋钮,例如3-5、3-6、5-8、6-8同时打开,那么输入3的信号将会分别路由至输出5、6,输入5、6的信号将会混合后路由至输出8。为了迎合市场需求,后来还推出了一款叫做Audiobox 的16进16出矩阵调音台。

显而易见,该路由矩阵相比BEAST的3D混音调音台更加灵活易用,3D调音台仅能控制路由的开关,而DM-8允许任意输入混合后路由至任意输出。对现场扩散设置,图6所示的64个旋转式电位器是很不现实的。因此,和Gmebaphone类似,DM-8系统是同时基于软件和硬件实现的。DM-8系统通过物理的方式实现混合矩阵,而用户通过操作键盘和鼠标,控制Max/MSP语言编写的软件界面,实现对交叉点的非物理电平控制。

用户手动控制输入输出的连接、存储预设模式、运行随时间渐变的程序。这些渐变控制相比通常意义的矩阵操作功能更强大,矩阵的动作可以连续化。换言之,系统在关闭输出通道的同时开启新的通道。这样的渐变动作形成了一系列淡入淡出转换,在扬声器之间以一定的速度和可设定的交叉淡入淡出模式做输入切换。该系统支持同时运行8个预置,能够进行一些非常复杂的“动作”(见图

7)。

该系统给作曲家提供了极其灵活的调整空间,截至目前只有ACAT Dome具有这样的操控性。由于其他系统的控制接口和混音引擎的数据不互通,所以都是直接对扬声器幅度进行操作。因此,其他大多数系统的灵活性和操作性都无法超越DM-8和ACAT Dome。

DM-8系统以离线、自动化的模式控制,也就是说,声音的扩散需要计划并预先编程,然后在演出过程中严格按照预设进行自动化重放。同时,这套系统不允许对音频素材进行实时处理,因此,限制了一些需要实时处理的应用。例如,当观众入场后场馆的声学特性与空场的情况不一样,剧场坐满观众和仅有部分观众入席的声学特性也不一样,因此,扩散的需求应根据实际情况改变,预编的扩散参数很难完全应对不可预测的现场情况。

选自《演艺科技》2018年第6期  张一龙,陈苇婧《基于Ambisonics等原理的非主流电子音乐声音扩散系统制式》,转载请标注:演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。

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