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音响系统

音响系统是指用传声器把原发声场声音的声波信号转换为电信号,并按一定的要求将电信号通过一些电子设备的处理,最终用扬声器将电信号再转换为声波信号重放,这一从传声器到扬声器的整个构成就是音响系统。其中传声器和扬声器均称为换能器。虽然音响系统中的电信号在能量的形式和量纲上与声波的声信号不同,但作为信号,它们之间的信息的本质是一致的,即它们的幅度有相对大小的对应关系,它们的频率也是对应的,因此音响系统中的电信号在频率上处于20Hz~20kHz的声音频率范围内,称为音频信号。音频信号,这是音响系统的重要特征。

虽然根据不同的要求和任务以及不同的场合有不同的音响系统,并且对同一类型的音响系统根据所实现功能的多少和规模的大小也有较大的区别,但在音响系统的构成设计上也有共同的规律。对专业音响系统的构成,一般以调音台作为中心,并抓住声音信号的来龙去脉,所谓来龙即由节目源设备至调音台的连接,所谓去脉即由调音台的主输出至后级设备,根据系统的不同或至录音设备或至扩音设备,此外根据不同的需要环绕调音台配接音频处理设备。而对家用音响系统,则抓住前级功放(前置放大器)这一中心进行配接。

当然上述系统并不是指扩音(尽管扩音也包括在其中),因为从爱迪生发明留声机的一百多年前到音响技术飞速发展的今天,让声音跨越时间和空间障碍的声音记录和重放一直是音响系统所要完成的首要任务,因此音响系统可分为声音的制作(记录)和重放两大类型。

应当说在声音的制作和重放之间还有一个声音的传播的环节,声音的传播包括声音记录在一定的载体(如磁带或CD唱片等)上流通或以广播的无线电电波发送,但这不属于音响系统的范畴,因为前者不是电子设备构成的系统,后者不是音频信号系统。

无论是声音的制作还是重放均有另外一个重要的任务,即声音的处理,因为声音的制作和重放不能机械地再现原始的声音,不仅要消除原声音的弊病,也要按一定的审美要求来美化音质,根据需要甚至要创造原来没有的声音,这也是音响系统所要承担的。

根据不同的要求和任务以及不同的场合有不同的音响系统,可以从不同的角度来分,从大范围来分有专业音响系统和家用音响系统。专业音响系统可分为制作系统和重放系统,制作系统有音乐录音制作系统和影视录音制作系统,无论哪种制作系统有时又可分为前期录音系统和后期制作系统,此外还有广播制作(实时或录音)系统;重放系统有影剧院、体育场馆、会场、会议厅(室)扩音系统,歌舞厅、迪斯科舞厅、卡拉OK音响系统等。家用音响系统可分为音乐放音系统和AV放音系统;AV放音系统包括家庭影院环绕系统和卡拉OK系统等。

应当说明上述的制作和重放系统并不是绝对可分的,在制作系统中也有重放功能,如监听部分,而在重放系统中也有录音制作的要求和手段,如现场实况录音,之所以这样来分只不过强调了系统的侧重面而已。

一、音响系统的设计基础厅堂音响以自然声为主,要求扩散性良好、声场分布均匀、响度合适、自然度好。厅堂建好以后,需要安装合理的音响系统。采用音响系统的目的是提高响度和声场分布的均匀度,改善厅堂的音质,提高音响效果。

1、扩声系统设计的条件扩声系统设计为了达到良好的音质,必须满足一些必要的条件,这是进行整个音响系统声学指标设计的基本要求。

1)要求有低的背景噪声用作扩声的厅堂、房间必须要有低的背景噪声。噪声可能来源于室外,也有可能来源于室内,如空调、通风设备、光设备运动时产生的噪声等。应该采取措施,尽可能地降低听音环境的噪声。噪声过高会造成电扩声系统的清晰度、可懂度下降,难以使音响系统达到希望的音质,而是提高输出声压级时又可能导致声反馈而使系统无法稳定工作。室内噪声控制问题,必须在建造和装修时加以充分的考虑,采取必要的隔音措施。一般影剧院的背景噪声为25~30Db,报告厅为30~35dB,体育馆为47~56dB。

2)应具有均匀合理的声压级 要求室内的声压级按照不同类型的扩声达到一定的值。具体地讲,音乐扩声应达到80~85Db平均声压级,语音扩音为70~75dB,背景音乐则为60~70dB,且不均匀度应控制在±4dB之内。这就要求电扩声系统应具备足够的输出功率和声增益,室内扬声场应均匀扩散,近次反射声影得到充分、合理的利用,音箱的辐射特性和摆放位置要合理选定。

3)保证清晰度 扩声系统应保证声音的清晰度和语言的可懂度。这项要求对语言扩声的场合尤为重要,一般认为允许的最大辅音清晰度损失率不可超过15%。对于以音乐重放或扩声为主的厅堂,这指标可以适当放宽,但要求有更好的音响效果。

4)保证系统能稳定工作 音响系统在达到规定的平均声压级时,应有足够的声反馈稳定度裕量,以保证不会因为反馈而造成系统自激啸叫。一般要求反馈稳定度裕量6dB。

5)声像与图像的基本一致 成功的扩声系统应保证声像与图像的一致,使观众察觉不到扩声设备的存在,好像是直接听到来自舞台上的声音。

6)应具有良好的传输频率特性和较低的失真度音响系统应具有宽且平坦的频率响应和较低的失真。

2、声场总功率的估算 在音响工程中,完全采用计算的方法定量地分析音箱的特性、摆放的位置、驱动音箱的电功率,以及高、中、低频的分配比例与所产生的室内声场的关系,是存在一定困难的。通常情况下,系统的设计者无法得到精确计算所必需的全部数据,音箱生产厂商对组合音箱系统往往给不出完整的指向性特参数,室内建声特性的有关参数一般也不易准确求得。因此,实际工程设计往往是根据经验和一般原则首先选择音箱布局,然后进行估算,确定所需音箱的大致参数和规格指标等,并确定具体摆放的位置和方向,最后通过对场内各点声压的测试和实际试听,对音箱的布置进行调整,必要时还需增补一些辅助音响。

1)估算条件室内声场的估算方法是基于混响声场完全均匀,声源指向性已知且为理想的前提。这两项基本条件满足的越好,估算结果也就越接近实际,反之误差便会较大。室内声场估算的基本思路是,室内任一点的声压级有两部分构成,一部分是直达声场在该点的声压级,另一部分是混声场在该点的声压级,两者叠加便得到了该点的实际声压级。直达声场符合平方反比率,可以方便地算出室内各点的直达声声压级。根据临界距离的定义可知,在临界距离处直达声声压级与混响声声压级相等。因此,再算出临界距离处的直达声声压级,便知道了该点的混响声声压级。假设室内混响声场(理想情况下)是均匀分布的,因此在室内各处的混响声声压级都等于临界距离处的混响声声压级。有了室内直达声与混响声在各个位置的声压级数据,室内声场各个位置上的声压级即可算出。需要注意的问题是,在具体计算中应将其换算为音箱的距离及音箱的输入电功率,便可算出直达声场声压级。通常,声场总电功率可由室内声场稳态声压级进行估算。

2)声场总电功率的估算公式

3)计算要点

(1)计算音箱的驱动功率

根据各类场所需要的平均声压级,选定音箱灵敏度和听音距离。按照上述公式便可以算出系统所需的声场电功率,也就是音箱所需的驱动功率。

①确定声压级:对于一般厅堂的语言扩声而言,要求达到约75dB的平均声压级;对音乐节目的扩声则要求达到约85dB的平均声压级。考虑到音频信号的动态范围,对语言扩声应考虑留有6dB的裕量、音乐扩声则应考虑10~12dB裕量,要求较高时应该更大一些,一般可考虑18dB的裕量。对于歌舞厅扩声,一般以原广播电影电视部部颁标准GYJ25-86表中最大声压级值为依据。声压级Lp确定需要充分考虑扩声系统的动态裕量。

②确定音箱灵敏度:计算之前,首先要确定音箱灵敏度。需要指出的是,音箱灵敏度往往和音箱的型号有关。灵敏度一旦确定,音箱型号也基本确定了,不宜随意改动。音箱灵敏度对系统所需电功率的影响很大,灵敏度相差3dB ,电功率则相差一倍。因此,专业音箱的灵敏度不宜太低,一般应在95~100dB为宜。 ③确定听音距离:音箱的最远供声距离D,不宜超过3 D ,即最远距离D应小于3倍临界距离D。

④声场总电功率:许多厅堂需要分区供声,那么系统的总电功率应为所有声源所需电功率之和。

(2)确定放大器的功率和数量 音箱所需电功率计算完成后,根据音箱的数量和功率,便可以确定放大器的功率和数量。总的原则是放大器功率应于音箱的数量和功率匹配。在实际工程中,也常采用以下方法确定。

①一般厅堂,可取放大器功率与音箱功率相等。

②对报告厅、音乐厅等以语言扩声为主的厅堂,放大器的功率可小于音箱功率的1/3;这样可使音箱失真最小,保真度最好。

③对电影院、舞厅等音响效果以扩声为主的厅堂,放大器的功率可大于音箱功率的1/3;这样可使音箱的音量充沛,节奏强劲,功率得到充分发挥。放大器的功率确定后,即可根据所定型号的单台放大器功率确定放大器的台数。

(3)速算法 在音响工程的现场,常常采用速算法进行估算。对于采用灵敏度为95~100dB音箱系统的厅堂,其功率可按0.5W/m3 来速算;要求较高的厅堂,其功率可按1W/m3 来速算。速算法也可以作为公式参考。

4)功率分配

(1)主音响系统的功率分配 扩声用主音箱系统的功率分配应根据所确定的组合台数,依照功率放大器不失真功率条件,选择适当的台数。对于音箱的驱动,可以采用前级分频方式,也可以采用功率分频方式。为了保证厅堂内音箱系统工作的合理性与可靠性,在功率分配的分组与布线技术上,必须作准们处理。在大型厅堂,为了使音箱系统有较好的方位感,最好能使观众"看到"音箱,使视觉与听觉方位基本一致,因为对于听觉来说,水平方位感比较灵敏,而垂直方位感比较迟钝。如果在主音箱系统中插入适当延迟,利用哈斯效应,使声像下移,使音箱放声系统与声源的方位更加趋于一致,那么聆听效果将有所改善。 主音箱系统以外的辅助音箱系统一般有不同的类型,例如走廊与休息室内要用吸顶音箱作背景音乐放声用,小型贵宾会议室内要用组合音箱或小音柱等。此时应根据所选择音箱的功率、阻抗(或电压)、数量进行适当分组,并作必要的并联与串联处理后与功率分配板相连接。根据总的功率分配情况,设计与功率放大器可切换的连接电路,选择备用放大系统,以便调音师在扩声控制室内能方便地控制与操作。此外,还需要确定返听系统和监听系统的功率。

(2)返听系统及所需功率 返听系统是为了解决舞台上演员与乐队的听感问题而专门建立的音响系统。演出时,演员与乐队位于主声场音箱的背后,如果他们不能听清自己的发声效果,就无法找准演出的感觉。所以,对于剧院和歌舞厅的音响系统来说,除主声场的音响系统外,返听系统也是必不可少的。 此外,当主声场的音响系统出现故障时,返听系统还可以作为应急音响系统使用,以避免出现冷场局面。在一般场合下,返听系统功率取主声场功率的20%。例如,主声场功率为2000W,那么返听系统功率应选400W。在返听系统中,为了使返听响度适宜、效果清晰,返听放大器的功率应大于返听音箱功率的约1.3倍。在实际使用时,返听放大器的输出功率还要在现场进行调整。返听系统功率过小,会使返听系统失去意义;返听系统功率过大,又会产生喧宾夺主,并且容易造成声反馈的不良效果。因此,对于返听系统音量和效果的调节应当特别注意。

(3)监听系统及所需功率 监听系统是为了解决控制室内音响操作人员的听感问题而准们建立的音响系统。演出时,主音箱位于与控制室隔音的主声场,音响操作人员不能直接听清主音箱发生效果和自己调音的情况,这样就无法进行工作了。因此,必须在控制室安装一套与主声场音响同步的监听系统,帮助音响操作人员了解主声场的音响效果,以便随时进行调音。所以,对于各类厅堂的音响系统来说,监听系统也是必不可少的。在一般场合下,监听系统功率取主声场功率的10%即可。在监听系统中,为了监听到不失真的音响效果,监听放大器功率可等于监听音箱的功率。在实际使用时,监听放大器的输出功率还要在现场进行调试。监听系统功率过小,会使监听系统失去意义;监听系统功率过大,又会使控制室过于喧闹,影响操作人员工作。因此,应在节目开始前,将监听系统调整到合适的响度。

3、厅堂声场清晰度的验算

4、系统的选型在扩声音响系统中,音响质量的优劣完全依赖整个音响系统设备中每个环节的良好工作状态。设备性能的优劣势衡量整个系统能否优质和稳定工作的重要标志。因此,音响系统的选型与扬声音质设计、扩声系统设计同样是十分关键的。 专业音响系统的扩声形式有单声道扩声、立体声扩声和环绕立体声扩声等几种形式,只有扩声形式选定后,才能进行音响系统的设备选型。

1)单声道扩声 声道扩声是目前国内厅堂扩声的主要形式。这种扩声具有系统结构简单、投资少、易于调控等优点。根据扩声系统使用的具体情况,有时根本无须考虑具备立体声扩音的功能,此时可以减少一半周边设备,如房间均衡器、压限器、延时器等都可只用一路(单声道),因此造价往往可以降低。这一方案在主要作语言扩声的会场、礼堂,不失为一种经济实用的设计。

2)立体声扩声形式立体声扩声形式的声像统一性,以及清晰度、层次感都优于单声道扩声形式。在实际应用的电声音响系统中,70mm影院多采用立体声还音系统,已达到声像与视像的高度统一,制造出逼真的立体感与空间感。但就国内的多数剧场、礼堂而言,目前仅少数的采用立体声制式。因为在采用立体声扩声的剧院、礼堂中,并非在所在座位上都可以听到完美的立体声效果。由于不少立体声扩声的剧院、礼堂中,某些座位上的音响效果往往会比采用单声道时情况要更差一些。产生上述现象的原因是,双声道制式的立体声方式的有效听音区域并不大。在采用立体声扩声的厅堂中,为保证听众都能完整地享受立体声效果,座位数可能就要大为减少,厅堂的设计、音箱的布局、音控操作将更加困难。在原设计未考虑到作为立体声扩声的厅堂中去采用立体声扩声形式,其效果往往是适得其反。结果可能是一小部分观(听)众听到了完善的立体声效果,大部分听众根本没有感受到立体声的优越性。从音响设备角度来看,现代电声设备一般都具备立体声的基本功能。作为电声系统的核心设备,调音台一般都具备最基本的立体声功能,具有"声像(全景)"电位器,具有左、右两路的立体声输出,因此其他设备、功放、音箱也都按左右两路配置,可以进行立体声扩音。一些老式厅堂的设计往往难以满足立体声扩声的要求,通常的做法是将调音台上的"声像(全景)"至于中间位置,立体声的设备降级为单声道设备来使用。也就是说目前电扩声音响系统的设计往往采用这样的形式:在设备方面保证有立体声扩声的基本功能;但考虑到厅堂环境结构、座位布置的具体情况,为保证大面积的音响效果一般只作单声道扩声。大多数歌舞厅的电声系统情况也是如此。不少歌舞厅和多功能厅一般也采用上述方案,即在设备配置上保留立体声功能,实际使用中仅作单声道扩声。由于歌舞厅、多功能厅的设计要求并没有统一模式,采用的扩声形式也应灵活。例如,采用立体声和单声道相结合的形式,在厅堂内的嘉宾席、舞池等地采用立体声方式扩声,其它区域则采用单声道扩声。总的原则是,只要保证所有听音区域都可以听到完整的节目信息,不要因为音箱过多、摆放位置不规则而产生声波的相互干涉效应。 3)环绕立体声 在普通双声道立体声的基础上加强了声像的立体感和空间感,是高级的扩声形式。目前已在国内一些新建影院和剧场内安装。

5、设备选型

1)音箱系统 音箱是整个音响系统的喉舌,所以应作为首要因素考虑。印象选型要从音箱的灵敏度和额定功率着手,确定每个声源的功率。由音箱的指向性去分析、控制厅堂声场,确定每一个音箱位置、输入阻抗和输入功率,计算音箱与功率放大器间的匹配功率。

2)功率放大器 为了保证扩声系统总的音质效果,功率放大器要有足够的功率裕量,并能长期稳定地工作。同时,所选择的放大器在提高效果,减小失真,短路与空载保护,降低温升等方面,均应有完善的技术措施。

3)调音台与其他设备 调音台是整个音响系统的核心部分。它应有良好的电气性能,稳定的工作状态,平直的频率响应,极小的谐波失真。调音台在功能方面差异很大,这就要根据整个系统的功能要求去选择不同的数量的输入通道和输出编组的调音台。此外,还可以根据不同厅堂的声学要求,去选择合适的均衡器、延时器、混响器、压缩限幅器、移频器等设备,组成一个正常、稳定、可靠的扩声音响系统。

4)节目源设备 节目源部分包括调频调幅广播的接收与转播、唱片与磁带的重放等器材和设备。由于节目源部分注入电平低,因此,所有器件和设备都必须保证灵敏度高、信噪比大、失真度小、可靠性好。 5)传声器的选择传声器是扩声系统的第一级"入口",自然声源信号经过传声器/电转换后的住处电压,经调音台与功率放大器两极信号处理与放大,馈给音箱系统,其放大倍数可达数万。传声性能优劣,直接影响系统的品质;传声器本身特性,直接影响系统的拾音与重放效果;传声器的安放位置正确与否,直接影响系统的传输增益;传声器的信号馈接,直接影响系统的信噪比。传声器的正确使用,是整个声频系统处于良好工作状态的关键之一。传声器的选型必须与它的声学环境、拾音对象相对应,需根据扩声系统的总体要求、应用场合、拾音声源、传声器本身的技术特性及厅堂的特点去权衡选择。

6、管线设计 固定安装的音响系统一般要将舞台上的传声器、电声乐器的信号经线缆送入音响控制室,又要将功放输出线缆送至音箱系统,这些电缆都应穿管敷设。

1)铁管敷设这里要说明的是控制室外面的传声器输入线与音箱输出线的穿管敷设问题。虽然电声工程中使用的信号线都采用金属编织的屏蔽线,但作为固定设备的安装,不论暗管敷设还是明管配线,最好用铁管敷设。

(1)穿铁管的好处

①线缆受到铁管的保护,可以防止受损。

②防止空间电磁场的干扰,具有良好的屏蔽效果。

③可事先做好配管工程,最后穿线,十分方便,而且更换线组也较容易。在新建和改建的厅堂中,为了保证信号的不失真传输,管线设计也十分重要。

(2)管线设计要点 为了降低传输过程中的感应噪音,传声器输入线往往采用双芯屏蔽线,并且必须穿入金属管内。对于特别要注意走线要远离电力传输电缆,并避免与之平行走线。同时,管子接头与过线接线盒的连接都要处理好。传声器的使用位置总是会有变化的,设计时,应预制多个数量的接线盒,每个接线盒上可装入一定数量的卡侬插座,然后根据使用情况装在适当的位置上,例如,舞台两侧墙内、前侧或乐队所处位置地板下,体育馆的主席台与裁判台下部等,预埋下所有的接线盒,以方便使用。对于音箱连线,为了保证输出功率及功放与音箱的阻尼匹配,只要选择足够粗的导线并穿管敷设即可。对于主音箱系统,为了保证可靠性,可以采用环形跳级方式来分组接线,这样,当一组音箱间任何一处断线,整个主音箱系统仍可全部正常工作。在扩声控制室位置确定,传声器插座接线盒位置确定,音箱系统布置位置确定之后,就可以根据建筑物的结构,避开强电干扰,做出经济合理的扩声音响系统管线设计,并且绘出施工工程平面图。

2)常用符号与代号下表给出了施工工程平面图中常用的符号与代号名称,可供作管线设计时参考与应用。

线路上的标写格式 表达线路明敷设部位代号a-b(c*d)e-f末端支路只注编号时为:a-回路编号 b-导线型号c-导线根数d-导线截面e-敷设方式及穿线管径f-敷设部位 S-沿钢索敷设LM-沿屋架或屋架下弦敷设QM-沿柱敷设PM-沿天棚敷设PNM-在能进入的吊顶棚内敷设

线路敷设方式代号 表达线路暗敷设部位代号GBVV-用轨型护套线敷设VXC-用塑制线槽敷设VG-用硬塑制管敷设VYG-用半硬塑制管敷设KRG-用可挠型塑制管敷设DG-用薄电线管敷设G-用厚电线管敷设GG-用水煤气钢管敷设CXC-用金属线槽敷设 LA-暗设在梁内2A-暗设在柱内0J-暗设在墙内PA-暗设在屋面内或顶板内DA-暗设在地面内或地板内PNA-暗设在不能进入的吊顶内

)敷设管线工艺敷设管线应该注意以下几个问题:

(1)灯光线与音频线要分管敷设,并且保持一定的距离。在平行敷设时,间距应在1m以上。互相垂直交叉时,也应在0.5m以上。最好要避免平行走线。

(2)三根以上电缆穿一根管子,总的导线截面积不应超过铁管内截面积的40%,两根电缆同穿一铁管时,铁管的内截面积应大于线缆截面的1.2倍。

(3)为便于穿线,应该保证直管敷设时,长度不超过50cm;1~2个弯时,长度不超过30cm;3~4个弯时长度不超过15cm。如果超过上述长度,应在期间加设接线盒以便于逐段穿线。

(4)敷设铁管必须接地,否则会引起干扰。所有的铁管、接线盒都必须连成一个整体并接地,这一点十分重要。

7、音响控制室设计音响控制室是音响系统控制中心,其中装置有绝大部分的设备器材。音响师在音响控制室中监听系统的声音,并通过观察窗了解场内情况,及时、准确地操作,控制音响设备,使场内音响达到最佳状态。

1)音响控制室的形式音响控制室的形式有以下两种。

(1)密闭型控制室 密闭型音响控制室位置常设在侧台或观众厅后面。设在后台的优点是靠近舞台,联系方便,传声器的连接线短,但要全面观望舞台较困难,尤其是不能根据直接聆听厅(场)内的声音进行调音。音响控制室设在观众厅后面的优点是能观望整个舞台,可根据厅内的声音大小进行调音,缺点是离舞台远,联系不便,不易看清,传声器电缆较长,安装比较麻烦。

(2)开放型控制室 开放型控制室通常设在观众厅内,不建机房,而设备直接放置在机柜和工作台上。优点是可根据现场音响效果随时进行调整。缺点是被观众围观,无良好的环境可言。

2)音响控制室要求

(1)容积应尽量大 在条件许可的情况下,音响控制室的容积应尽量大一些。在录音时,一般要求录音师的监听室有较大的容积以保证监听的效果。对于扩生系统的音响控制室也不例外,应尽量使用大一些容积,由音响控制室来保证监听效果,这样音控师才能根据监听的情况作出判断。一般音响控制室的最小净面积应大于15,宽度和高度的最小尺寸要大于2.5m。

(2)音响控制室观察窗要足够大 应能观望主席台和3/2以上的演区。观众厅后部的音响控制室,其观察窗应能敞开,以便能直接听到厅内声音。窗台标高应高于最后一排地面标高约1.7m,这样观众就不会遮挡视线。音响控制室内的观察窗、调音台位置与其他设备的位置布局要合理,最好能够做到音控师坐在调音台的座位上通过观察窗可看到场内情况,侧头可以看到机架上的所有设备。

(3)远离灯光控制室 为避免强电对弱电的干扰,音响控制室必须远离灯光控制室。在音响控制室、传声器插座接线盒和音箱系统布置位置确定之后,就可以根据建筑物的结构避开强电干扰,做出经济合理的扩声系统管线设计。

(4)较好的声学环境 音响控制室也应有较好的声学环境以利于监听,最好能直接听到场内的声音效果。平顶天花板和墙面应适当做吸声处理。

二、音箱的布局: 音箱布置方式可以有集中式、半集中式、分区式、集中与分区相结合等多种布局形式。

1、音箱声场布局要点根据工程实践,音箱的选择和布置有一定的规律和原则。

1)对于集中布置方式和分区布置方式的体统而言,厅堂中同时工作的且在不同位置上的音箱越烧越好。这样可有效防止梳状滤波器效应,也可防止到达听者的声音有较大的时间差而造成清晰度下降甚至出现同声。

2)当置于不同位置的音箱组距听者距离之差大于17m时,声波到达听者的时间差将超过50ms,而当该距离差增至34m时,声波到达的时间差则为100ms。因此,一般认为距离差超过17m时,根据哈斯效应,应考虑用延时器来进行补偿,而距离差超过34m时则必须进行延时处理,否则可能会出现回声。

3)为了保证音响系统的扩声清晰度,一般认为在距音箱的最远听音点,直达声不应低于混响声12dB。根据这一要求,听音区的最远距离不能超过音箱临界距离D 的3倍。

4)为保证距音箱较远的后排也有合理的直达声声压级,并保证场内声压级有较好的均匀度,应选择具有适当覆盖角度的指向性音箱。恒指向性具有较理想的特性,可以较好地解决高频声波的远距离恒指向投射。对中高频(500Hz以上)采用音箱布阵和高音号筒一般可以较好地控制其指向性。低频声波由于其波长很长,即使使用号筒(一般情况下其波长大于号筒尺寸),指向性难以控制,只能依靠场内低频扩散特性并充分利用低频音箱附近的声反射条件来改善。

5)应考虑传声器与音箱要有足够的距离,并利用传声器与音箱的指向特性来防止声反馈,提高传声增益。作为放声系统的音箱声场布置,其主要任务是保证整个声场中应有足够的声压级,较小的声场不均匀度,良好的语言清晰度,并尽可能避免多重回声出现。音箱声场布置有窒外放声和室内放声系统,室外放声系统包括露天剧场、公园、广场、体育场等室外场合放声,系统设计以提高观众席声压级为主要目的,原则上选用功率容量大的音箱并增加其输入功率,同时注意音箱的安装高度与分布。室内放声系统工作在扩散声场中,除了要按室外放声方式处理外,还需注意到室内混响声的综合利用,房间增益对系统的影响,声反馈的抑制等声学处理方法。

2、音箱的声场

1)单只音箱声场单只音箱,音箱指向性图形和地面相交的椭圆形区域为放声系统的服务区域。在室外声场中,典型的音箱的声场分布见表11-2。对照图表计算,单只音箱的最大声压级应位于X=0.22L处,声压不均匀度LP为8.5dB。单只音箱声场有以下特点。

(1)听众席的声场分布与音箱的悬挂高度有关,悬挂高度越高,其椭圆形覆盖区域内声场均匀度越好。 (2)辐射距离越远,声压级越小。

(3)指向特性受音箱直径限制,不可任意改变,可采用音柱或恒定指向性号筒音箱。

(4)单只音箱声场外沿较中心轴衰减较大,而且随着频率的增高,其外沿衰减逐渐增大,即指向性更趋尖锐,为了改善单只音箱的高频指向特性,可采用恒定指向性号筒式音箱。

2)音柱声场音柱声场由于其水平指向性与垂直指向性不同,在声场中形成一个辐射声盘。这个声盘在听众席内,音柱的有效辐射声能完全限制于其中,使声盘区域内能获得较强的直达声,因此在音柱声场的辐射区域内,音箱的辐射效率较高。音柱声场具有如下特点。

(1)音柱的水平指向性与单只音箱的指向性基本相同。

(2)音柱的垂直指向性与音柱长度有关,音柱越长,其指向性越尖锐。

(3)音柱的指向性与频率有关,频率越高,指向性越尖锐,声束越小。

(4)音柱声场与音柱的辐射倾角、音柱的悬挂高度有关。在具有相同高度时,音柱的辐射倾角越大,其声覆盖区域越大。在具有相同辐射倾角时,音柱悬挂得越高,音柱辐射远点与辐射近点间距离也相应越大,其声场覆盖区域也相应越大。较高悬挂的音柱,随着音柱的升高,距离越大,其覆盖声压级将越低。

(5)音柱由多只扬声器单元组成,其额定输入功率和灵敏度均高于单只扬声器单元,加上音柱在声轴方向上的聚束作用,特别适宜远距离放声。

3)恒定指向性号筒音箱声场恒定指向性号筒音箱的声场通常是指用号筒的指向特性去控制500Hz(或100Hz)~20kHz这段高频的声场特性。利用恒定指向性号筒音箱与低频音箱组成全频带音箱系统,在近年来的扩声系统中应用较多,特别是用于音乐演出扩声。其频带宽,效率高,输入功率大,指向性恒定,这种音箱系统的输出特性和声场控制特性,是单只喇叭音箱和音柱无法与之相比的。恒定指向性音箱声场的特点是,采用同一种驱动高音头,选用不同要求的指向性号筒,其指向性束宽完全可以控制。为了获得整个声场的均匀并保证所有扩声面的语言清晰度,必须加强观众席的直达声,对于室内扩声系统还应改善其声能比。利用扩声系统实现上述要求的根本途径是选用高指向性因数(Q)的号筒音箱,而不能采用加大扩声功率的方法。因为在扩声过程中不可能避免地会激励混响声能,加大扩声功率后,提高清晰度。恒定指向性号筒不但可保证有均匀的声场和良好的传输频率特性,而且其聚束效应特别好,在音箱声场布局中已取代了传统号筒音箱,并越来越成为扩声系统的主流音箱。

3、音箱布局扩声系统按照扬声器分布方式的不同分为集中式、分区式(也称为版集中式)和分散式三种基本形式。每一种形式有其特点和适用的场合。

1)集中式布局在有舞台的厅堂中,为了达到声像和视像一致性的要求,将音箱系统集中安装在舞台附近,使声波从舞台附近辐射向听(观)众。这样,由于声音来自舞台方向,听起来就觉得十分自然。典型的集中式系统可将音箱安放于舞台的两侧或悬挂安装于舞台上方。安装于舞台上方的集中式系统,适合于较大的厅堂,由于只存在一个音箱群,因此不存在梳状滤波器效应,也不存在采用"后补声场"方式的分区式系统可能出现的时间差问题,,可以得到很高的清晰度。为了保证场区内声压的均匀并使后排有足够的直达声以满足清晰度的要求,一般都使用指向特性好的恒定(常数)指向号筒式音箱,按距离分区覆盖听(观)众区域(以辐射角度较大的覆盖前排,辐射角较小的用于覆盖后排)。将音箱系统装置于舞台两侧的方式有助于进行立体声扩声。但在一般厅堂中,由于观众席上存在梳状滤波器效应,立体声音响效果好的区域并不大,因此即使采用舞台两侧放置音箱的厅堂,往往也不采用立体声方式扩声。

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