音響系統簡介
音響系統是指用傳聲器把原發聲場聲音的聲波信號轉換為電信號,音響系統圖並按一定的要求將電信號通過一些電子設備的處理,最終用揚聲器將電信號再轉換為聲波信號重放,這一從傳聲器到揚聲器的整個構成就是音響系統。其中傳聲器和揚聲器均稱為換能器。雖然音響系統中的電信號在能量的形式和量綱上與聲波的聲信號不同,但作為信號,它們之間的信息的本質是一致的,即它們的幅度有相對大小的對應關係,它們的頻率也是對應的,因此音響系統中的電信號在頻率上處於20Hz~20kHz的聲音頻率範圍內,稱為音頻信號。音頻信號,這是音響系統的重要特徵。
音響系統構成
雖然根據不同的要求和任務以及不同的場合有不同的音響系統,並且對同一類型的音響系統根據所實現功能的多少和規模的大小也有較大的區別,但在音響系統的構成設計上也有共同的規律。對專業音響系統的構成,一般以調音台作為中心,並抓住聲音信號的來龍去脈,所謂來龍即由節目源設備至調音台的連線,所謂去脈即由調音台的主輸出至後級設備,根據系統的不同或至錄音設備或至擴音設備,此外根據不同的需要環繞調音台配接音頻處理設備。而對家用音響系統,則抓住前級功放(前置放大器)這一中心進行配接。
音響系統分類
當然上述系統並不是指擴音(儘管擴音也包括在其中),因為從愛迪生髮明留聲機的一百多年前到音響技術飛速發展的今天,讓聲音跨越時間和空間障礙的聲音記錄和重放一直是音響系統所要完成的首要任務,因此音響系統可分為聲音的製作(記錄)和重放兩大類型。
應當說在聲音的製作和重放之間還有一個聲音的傳播的環節,聲音的傳播包括聲音記錄在一定的載體(如磁帶或CD唱片等)上流通或以廣播的無線電電波傳送,但這不屬於音響系統的範疇,因為前者不是電子設備構成的系統,後者不是音頻信號系統。
無論是聲音的製作還是重放均有另外一個重要的任務,即聲音的處理,因為聲音的製作和重放不能機械地再現原始的聲音,不僅要消除原聲音的弊病,也要按一定的審美要求來美化音質,根據需要甚至要創造原來沒有的聲音,這也是音響系統所要承擔的。
根據不同的要求和任務以及不同的場合有不同的音響系統,可以從不同的角度來分,從大範圍來分有專業音響系統和家用音響系統。專業音響系統可分為製作系統和重放系統,製作系統有音樂錄音製作系統和影視錄音製作系統,無論哪種製作系統有時又可分為前期錄音系統和後期製作系統,此外還有廣播製作(實時或錄音)系統;重放系統有影劇院、體育場館、會場、會議廳(室)擴音系統,歌舞廳、迪斯科舞廳、卡拉OK音響系統等。家用音響系統可分為音樂放音系統和AV放音系統;AV放音系統包括家庭影院環繞系統和卡拉OK系統等。
應當說明上述的製作和重放系統並不是絕對可分的,在製作系統中也有重放功能,如監聽部分,而在重放系統中也有錄音製作的要求和手段,如現場實況錄音,之所以這樣來分只不過強調了系統的側重面而已。
音響系統設計與套用
一、音響系統的設計基礎廳堂音響以自然聲為主,要求擴散性良好、聲場分布均勻、響度合適、自然度好。廳堂建好以後,需要安裝合理的音響系統。採用音響系統的目的是提高響度和聲場分布的均勻度,改善廳堂的音質,提高音響效果。
1、擴聲系統設計的條件擴聲系統設計為了達到良好的音質,必須滿足一些必要的條件,這是進行整個音響系統聲學指標設計的基本要求。
1)要求有低的背景噪聲用作擴聲的廳堂、房間必須要有低的背景噪聲。噪聲可能來源於室外,也有可能來源於室內,如空調、通風設備、光設備運動時產生的噪聲等。應該採取措施,儘可能地降低聽音環境的噪聲。噪聲過高會造成電擴聲系統的清晰度、可懂度下降,難以使音響系統達到希望的音質,而是提高輸出聲壓級時又可能導致聲反饋而使系統無法穩定工作。室內噪聲控制問題,必須在建造和裝修時加以充分的考慮,採取必要的隔音措施。一般影劇院的背景噪聲為25~30Db,報告廳為30~35dB,體育館為47~56dB。
2)應具有均勻合理的聲壓級 要求室內的聲壓級按照不同類型的擴聲達到一定的值。具體地講,音樂擴聲應達到80~85Db平均聲壓級,語音擴音為70~75dB,背景音樂則為60~70dB,且不均勻度應控制在±4dB之內。這就要求電擴聲系統應具備足夠的輸出功率和聲增益,室內揚聲場應均勻擴散,近次反射聲影得到充分、合理的利用,音箱的輻射特性和擺放位置要合理選定。
3)保證清晰度 擴聲系統應保證聲音的清晰度和語言的可懂度。這項要求對語言擴聲的場合尤為重要,一般認為允許的最大輔音清晰度損失率不可超過15%。對於以音樂重放或擴聲為主的廳堂,這指標可以適當放寬,但要求有更好的音響效果。
4)保證系統能穩定工作 音響系統在達到規定的平均聲壓級時,應有足夠的聲反饋穩定度裕量,以保證不會因為反饋而造成系統自激嘯叫。一般要求反饋穩定度裕量6dB。
5)聲像與圖像的基本一致 成功的擴聲系統應保證聲像與圖像的一致,使觀眾察覺不到擴聲設備的存在,好像是直接聽到來自舞台上的聲音。
6)應具有良好的傳輸頻率特性和較低的失真度音響系統應具有寬且平坦的頻率回響和較低的失真。
2、聲場總功率的估算 在音響工程中,完全採用計算的方法定量地分析音箱的特性、擺放的位置、驅動音箱的電功率,以及高、中、低頻的分配比例與所產生的室內聲場的關係,是存在一定困難的。通常情況下,系統的設計者無法得到精確計算所必需的全部數據,音箱生產廠商對組合音箱系統往往給不出完整的指向性特參數,室內建聲特性的有關參數一般也不易準確求得。因此,實際工程設計往往是根據經驗和一般原則首先選擇音箱布局,然後進行估算,確定所需音箱的大致參數和規格指標等,並確定具體擺放的位置和方向,最後通過對場內各點聲壓的測試和實際試聽,對音箱的布置進行調整,必要時還需增補一些輔助音響。
1)估算條件室內聲場的估算方法是基於混響聲場完全均勻,聲源指向性已知且為理想的前提。這兩項基本條件滿足的越好,估算結果也就越接近實際,反之誤差便會較大。室內聲場估算的基本思路是,室內任一點的聲壓級有兩部分構成,一部分是直達聲場在該點的聲壓級,另一部分是混聲場在該點的聲壓級,兩者疊加便得到了該點的實際聲壓級。直達聲場符合平方反比率,可以方便地算出室內各點的直達聲聲壓級。根據臨界距離的定義可知,在臨界距離處直達聲聲壓級與混響聲聲壓級相等。因此,再算出臨界距離處的直達聲聲壓級,便知道了該點的混響聲聲壓級。假設室內混響聲場(理想情況下)是均勻分布的,因此在室內各處的混響聲聲壓級都等於臨界距離處的混響聲聲壓級。有了室內直達聲與混響聲在各個位置的聲壓級數據,室內聲場各個位置上的聲壓級即可算出。需要注意的問題是,在具體計算中應將其換算為音箱的距離及音箱的輸入電功率,便可算出直達聲場聲壓級。通常,聲場總電功率可由室內聲場穩態聲壓級進行估算。
2)聲場總電功率的估算公式
3)計算要點
(1)計算音箱的驅動功率
根據各類場所需要的平均聲壓級,選定音箱靈敏度和聽音距離。按照上述公式便可以算出系統所需的聲場電功率,也就是音箱所需的驅動功率。
①確定聲壓級:對於一般廳堂的語言擴聲而言,要求達到約75dB的平均聲壓級;對音樂節目的擴聲則要求達到約85dB的平均聲壓級。考慮到音頻信號的動態範圍,對語言擴聲應考慮留有6dB的裕量、音樂擴聲則應考慮10~12dB裕量,要求較高時應該更大一些,一般可考慮18dB的裕量。對於歌舞廳擴聲,一般以原廣播電影電視部部頒標準GYJ25-86表中最大聲壓級值為依據。聲壓級Lp確定需要充分考慮擴聲系統的動態裕量。
②確定音箱靈敏度:計算之前,首先要確定音箱靈敏度。需要指出的是,音箱靈敏度往往和音箱的型號有關。靈敏度一旦確定,音箱型號也基本確定了,不宜隨意改動。音箱靈敏度對系統所需電功率的影響很大,靈敏度相差3dB ,電功率則相差一倍。因此,專業音箱的靈敏度不宜太低,一般應在95~100dB為宜。 ③確定聽音距離:音箱的最遠供聲距離D,不宜超過3 D ,即最遠距離D應小於3倍臨界距離D。
④聲場總電功率:許多廳堂需要分區供聲,那么系統的總電功率應為所有聲源所需電功率之和。
(2)確定放大器的功率和數量音箱所需電功率計算完成後,根據音箱的數量和功率,便可以確定放大器的功率和數量。總的原則是放大器功率應於音箱的數量和功率匹配。在實際工程中,也常採用以下方法確定。
①一般廳堂,可取放大器功率與音箱功率相等。
②對報告廳、音樂廳等以語言擴聲為主的廳堂,放大器的功率可小於音箱功率的1/3;這樣可使音箱失真最小,保真度最好。
③對電影院、舞廳等音響效果以擴聲為主的廳堂,放大器的功率可大於音箱功率的1/3;這樣可使音箱的音量充沛,節奏強勁,功率得到充分發揮。放大器的功率確定後,即可根據所定型號的單台放大器功率確定放大器的台數。
(3)速算法在音響工程的現場,常常採用速算法進行估算。對於採用靈敏度為95~100dB音箱系統的廳堂,其功率可按0.5W/m3來速算;要求較高的廳堂,其功率可按1W/m3來速算。速算法也可以作為公式參考。
4)功率分配
(1)主音響系統的功率分配擴聲用主音箱系統的功率分配應根據所確定的組合台數,依照功率放大器不失真功率條件,選擇適當的台數。對於音箱的驅動,可以採用前級分頻方式,也可以採用功率分頻方式。為了保證廳堂內音箱系統工作的合理性與可靠性,在功率分配的分組與布線技術上,必須作準們處理。在大型廳堂,為了使音箱系統有較好的方位感,最好能使觀眾“看到”音箱,使視覺與聽覺方位基本一致,因為對於聽覺來說,水平方位感比較靈敏,而垂直方位感比較遲鈍。如果在主音箱系統中插入適當延遲,利用哈斯效應,使聲像下移,使音箱放聲系統與聲源的方位更加趨於一致,那么聆聽效果將有所改善。 主音箱系統以外的輔助音箱系統一般有不同的類型,例如走廊與休息室內要用吸頂音箱作背景音樂放聲用,小型貴賓會議室內要用組合音箱或小音柱等。此時應根據所選擇音箱的功率、阻抗(或電壓)、數量進行適當分組,並作必要的並聯與串聯處理後與功率分配板相連線。根據總的功率分配情況,設計與功率放大器可切換的連線電路,選擇備用放大系統,以便調音師在擴聲控制室內能方便地控制與操作。此外,還需要確定返聽系統和監聽系統的功率。
(2)返聽系統及所需功率 返聽系統是為了解決舞台上演員與樂隊的聽感問題而專門建立的音響系統。演出時,演員與樂隊位於主聲場音箱的背後,如果他們不能聽清自己的發聲效果,就無法找準演出的感覺。所以,對於劇院和歌舞廳的音響系統來說,除主聲場的音響系統外,返聽系統也是必不可少的。 此外,當主聲場的音響系統出現故障時,返聽系統還可以作為應急音響系統使用,以避免出現冷場局面。在一般場合下,返聽系統功率取主聲場功率的20%。例如,主聲場功率為2000W,那么返聽系統功率應選400W。在返聽系統中,為了使返聽響度適宜、效果清晰,返聽放大器的功率應大於返聽音箱功率的約1.3倍。在實際使用時,返聽放大器的輸出功率還要在現場進行調整。返聽系統功率過小,會使返聽系統失去意義;返聽系統功率過大,又會產生喧賓奪主,並且容易造成聲反饋的不良效果。因此,對於返聽系統音量和效果的調節應當特別注意。
(3)監聽系統及所需功率 監聽系統是為了解決控制室內音響操作人員的聽感問題而準們建立的音響系統。演出時,主音箱位於與控制室隔音的主聲場,音響操作人員不能直接聽清主音箱發生效果和自己調音的情況,這樣就無法進行工作了。因此,必須在控制室安裝一套與主聲場音響同步的監聽系統,幫助音響操作人員了解主聲場的音響效果,以便隨時進行調音。所以,對於各類廳堂的音響系統來說,監聽系統也是必不可少的。在一般場合下,監聽系統功率取主聲場功率的10%即可。在監聽系統中,為了監聽到不失真的音響效果,監聽放大器功率可等於監聽音箱的功率。在實際使用時,監聽放大器的輸出功率還要在現場進行調試。監聽系統功率過小,會使監聽系統失去意義;監聽系統功率過大,又會使控制室過於喧鬧,影響操作人員工作。因此,應在節目開始前,將監聽系統調整到合適的響度。
3、廳堂聲場清晰度的驗算
4、系統的選型在擴聲音響系統中,音響質量的優劣完全依賴整個音響系統設備中每個環節的良好工作狀態。設備性能的優劣勢衡量整個系統能否優質和穩定工作的重要標誌。因此,音響系統的選型與揚聲音質設計、擴聲系統設計同樣是十分關鍵的。 專業音響系統的擴聲形式有單聲道擴聲、立體聲擴聲和環繞立體聲擴聲等幾種形式,只有擴聲形式選定後,才能進行音響系統的設備選型。
1)單聲道擴聲 聲道擴聲是目前國內廳堂擴聲的主要形式。這種擴聲具有系統結構簡單、投資少、易於調控等優點。根據擴聲系統使用的具體情況,有時根本無須考慮具備立體聲擴音的功能,此時可以減少一半周邊設備,如房間均衡器、壓限器、延時器等都可只用一路(單聲道),因此造價往往可以降低。這一方案在主要作語言擴聲的會場、禮堂,不失為一種經濟實用的設計。
2)立體聲擴聲形式立體聲擴聲形式的聲像統一性,以及清晰度、層次感都優於單聲道擴聲形式。在實際套用的電聲音響系統中,70mm影院多採用立體聲還音系統,已達到聲像與視像的高度統一,製造出逼真的立體感與空間感。但就國內的多數劇場、禮堂而言,目前僅少數的採用立體聲制式。因為在採用立體聲擴聲的劇院、禮堂中,並非在所在座位上都可以聽到完美的立體聲效果。由於不少立體聲擴聲的劇院、禮堂中,某些座位上的音響效果往往會比採用單聲道時情況要更差一些。產生上述現象的原因是,雙聲道制式的立體聲方式的有效聽音區域並不大。在採用立體聲擴聲的廳堂中,為保證聽眾都能完整地享受立體聲效果,座位數可能就要大為減少,廳堂的設計、音箱的布局、音控操作將更加困難。在原設計未考慮到作為立體聲擴聲的廳堂中去採用立體聲擴聲形式,其效果往往是適得其反。結果可能是一小部分觀(聽)眾聽到了完善的立體聲效果,大部分聽眾根本沒有感受到立體聲的優越性。從音響設備角度來看,現代電聲設備一般都具備立體聲的基本功能。作為電聲系統的核心設備,調音台一般都具備最基本的立體聲功能,具有“聲像(全景)”電位器,具有左、右兩路的立體聲輸出,因此其他設備、功放、音箱也都按左右兩路配置,可以進行立體聲擴音。一些老式廳堂的設計往往難以滿足立體聲擴聲的要求,通常的做法是將調音台上的“聲像(全景)”至於中間位置,立體聲的設備降級為單聲道設備來使用。也就是說目前電擴聲音響系統的設計往往採用這樣的形式:在設備方面保證有立體聲擴聲的基本功能;但考慮到廳堂環境結構、座位布置的具體情況,為保證大面積的音響效果一般只作單聲道擴聲。大多數歌舞廳的電聲系統情況也是如此。不少歌舞廳和多功能廳一般也採用上述方案,即在設備配置上保留立體聲功能,實際使用中僅作單聲道擴聲。由於歌舞廳、多功能廳的設計要求並沒有統一模式,採用的擴聲形式也應靈活。例如,採用立體聲和單聲道相結合的形式,在廳堂內的嘉賓席、舞池等地採用立體聲方式擴聲,其它區域則採用單聲道擴聲。總的原則是,只要保證所有聽音區域都可以聽到完整的節目信息,不要因為音箱過多、擺放位置不規則而產生聲波的相互干涉效應。3)環繞立體聲在普通雙聲道立體聲的基礎上加強了聲像的立體感和空間感,是高級的擴聲形式。目前已在國內一些新建影院和劇場內按裝。
5、設備選型
1)音箱系統音箱是整個音響系統的喉舌,所以應作為首要因素考慮。印象選型要從音箱的靈敏度和額定功率著手,確定每個聲源的功率。由音箱的指向性去分析、控制廳堂聲場,確定每一個音箱位置、輸入阻抗和輸入功率,計算音箱與功率放大器間的匹配功率。
2)功率放大器為了保證擴聲系統總的音質效果,功率放大器要有足夠的功率裕量,並能長期穩定地工作。同時,所選擇的放大器在提高效果,減小失真,短路與空載保護,降低溫升等方面,均應有完善的技術措施。
3)調音台與其他設備調音台是整個音響系統的核心部分。它應有良好的電氣性能,穩定的工作狀態,平直的頻率回響,極小的諧波失真。調音台在功能方面差異很大,這就要根據整個系統的功能要求去選擇不同的數量的輸入通道和輸出編組的調音台。此外,還可以根據不同廳堂的聲學要求,去選擇合適的均衡器、延時器、混響器、壓縮限幅器、移頻器等設備,組成一個正常、穩定、可靠的擴聲音響系統。
4)節目源設備節目源部分包括調頻調幅廣播的接收與轉播、唱片與磁帶的重放等器材和設備。由於節目源部分注入電平低,因此,所有器件和設備都必須保證靈敏度高、、信噪比大、失真度小、可靠性好。5)傳聲器的選擇傳聲器是擴聲系統的第一級“入口”,自然聲源信號經過傳聲器/電轉換後的住處電壓,經調音台與功率放大器兩極信號處理與放大,饋給音箱系統,其放大倍數可達數萬。傳聲性能優劣,直接影響系統的品質;傳聲器本身特性,直接影響系統的拾音與重放效果;傳聲器的安放位置正確與否,直接影響系統的傳輸增益;傳聲器的信號饋接,直接影響系統的信噪比。傳聲器的正確使用,是整個聲頻系統處於良好工作狀態的關鍵之一。傳聲器的選型必須與它的聲學環境、拾音對象相對應,需根據擴聲系統的總體要求、套用場合、拾音聲源、傳聲器本身的技術特性及廳堂的特點去權衡選擇。
6、管線設計 固定安裝的音響系統一般要將舞台上的傳聲器、電聲樂器的信號經線纜送入音響控制室,又要將功放輸出線纜送至音箱系統,這些電纜都應穿管敷設。
1)鐵管敷設這裡要說明的是控制室外面的傳聲器輸入線與音箱輸出線的穿管敷設問題。雖然電聲工程中使用的信號線都採用金屬編織的禁止線,但作為固定設備的安裝,不論暗管敷設還是明管配線,最好用鐵管敷設。
(1)穿鐵管的好處
①線纜受到鐵管的保護,可以防止受損。
②防止空間電磁場的干擾,具有良好的禁止效果。
③可事先做好配管工程,最後穿線,十分方便,而且更換線組也較容易。在新建和改建的廳堂中,為了保證信號的不失真傳輸,管線設計也十分重要。
(2)管線設計要點 為了降低傳輸過程中的感應噪音,傳聲器輸入線往往採用雙芯禁止線,並且必須穿入金屬管內。對於特別要注意走線要遠離電力傳輸電纜,並避免與之平行走線。同時,管子接頭與過線接線盒的連線都要處理好。傳聲器的使用位置總是會有變化的,設計時,應預製多個數量的接線盒,每個接線盒上可裝入一定數量的卡儂插座,然後根據使用情況裝在適當的位置上,例如,舞台兩側牆內、前側或樂隊所處位置地板下,體育館的主席台與裁判台下部等,預埋下所有的接線盒,以方便使用。對於音箱連線,為了保證輸出功率及功放與音箱的阻尼匹配,只要選擇足夠粗的導線並穿管敷設即可。對於主音箱系統,為了保證可靠性,可以採用環形跳級方式來分組接線,這樣,當一組音箱間任何一處斷線,整個主音箱系統仍可全部正常工作。在擴聲控制室位置確定,傳聲器插座接線盒位置確定,音箱系統布置位置確定之後,就可以根據建築物的結構,避開強電干擾,做出經濟合理的擴聲音響系統管線設計,並且繪出施工工程平面圖。
2)常用符號與代號下表給出了施工工程平面圖中常用的符號與代號名稱,可供作管線設計時參考與套用。
線路上的標寫格式 表達線路明敷設部位代號a-b(c*d)e-f末端支路只注編號時為:a—迴路編號 b—導線型號c—導線根數d—導線截面e—敷設方式及穿線管徑f—敷設部位 S—沿鋼索敷設LM—沿屋架或屋架下弦敷設QM—沿柱敷設PM—沿天棚敷設PNM—在能進入的吊頂棚內敷設
線路敷設方式代號 表達線路暗敷設部位代號GBVV—用軌型護套線敷設VXC—用塑制線槽敷設VG—用硬塑制管敷設VYG—用半硬塑制管敷設KRG—用可撓型塑制管敷設DG—用薄電線管敷設G—用厚電線管敷設GG—用水煤氣鋼管敷設CXC—用金屬線槽敷設 LA—暗設在梁內2A—暗設在柱內0J—暗設在牆內PA—暗設在屋面內或頂板內DA—暗設在地面內或地板內PNA—暗設在不能進入的吊頂內
3)敷設管線工藝敷設管線應該注意以下幾個問題:
(1)燈光線與音頻線要分管敷設,並且保持一定的距離。在平行敷設時,間距應在1m以上。互相垂直交叉時,也應在0.5m以上。最好要避免平行走線。
(2)三根以上電纜穿一根管子,總的導線截面積不應超過鐵管內截面積的40%,兩根電纜同穿一鐵管時,鐵管的內截面積應大於線纜截面的1.2倍。
(3)為便於穿線,應該保證直管敷設時,長度不超過50cm;1~2個彎時,長度不超過30cm;3~4個彎時長度不超過15cm。如果超過上述長度,應在期間加設接線盒以便於逐段穿線。
(4)敷設鐵管必須接地,否則會引起干擾。所有的鐵管、接線盒都必須連成一個整體並接地,這一點十分重要。
7、音響控制室設計音響控制室是音響系統控制中心,其中裝置有絕大部分的設備器材。音響師在音響控制室中監聽系統的聲音,並通過觀察窗了解場內情況,及時、準確地操作,控制音響設備,使場內音響達到最佳狀態。
1)音響控制室的形式音響控制室的形式有以下兩種。
(1)密閉型控制室 密閉型音響控制室位置常設在側台或觀眾廳後面。設在後台的優點是靠近舞台,聯繫方便,傳聲器的連線線短,但要全面觀望舞台較困難,尤其是不能根據直接聆聽廳(場)內的聲音進行調音。音響控制室設在觀眾廳後面的優點是能觀望整個舞台,可根據廳內的聲音大小進行調音,缺點是離舞台遠,聯繫不便,不易看清,傳聲器電纜較長,安裝比較麻煩。
(2)開放型控制室開放型控制室通常設在觀眾廳內,不建機房,而設備直接放置在機櫃和工作檯上。優點是可根據現場音響效果隨時進行調整。缺點是被觀眾圍觀,無良好的環境可言。
2)音響控制室要求
(1)容積應儘量大在條件許可的情況下,音響控制室的容積應儘量大一些。在錄音時,一般要求錄音師的監聽室有較大的容積以保證監聽的效果。對於擴生系統的音響控制室也不例外,應儘量使用大一些容積,由音響控制室來保證監聽效果,這樣音控師才能根據監聽的情況作出判斷。一般音響控制室的最小淨面積應大於15㎡,寬度和高度的最小尺寸要大於2.5m。
(2)音響控制室觀察窗要足夠大應能觀望主席台和3/2以上的演區。觀眾廳後部的音響控制室,其觀察窗應能敞開,以便能直接聽到廳內聲音。窗台標高應高於最後一排地面標高約1.7m,這樣觀眾就不會遮擋視線。音響控制室內的觀察窗、調音台位置與其他設備的位置布局要合理,最好能夠做到音控師坐在調音台的座位上通過觀察窗可看到場內情況,側頭可以看到機架上的所有設備。
(3)遠離燈光控制室為避免強電對弱電的干擾,音響控制室必須遠離燈光控制室。在音響控制室、傳聲器插座接線盒和音箱系統布置位置確定之後,就可以根據建築物的結構避開強電干擾,做出經濟合理的擴聲系統管線設計。
(4)較好的聲學環境音響控制室也應有較好的聲學環境以利於監聽,最好能直接聽到場內的聲音效果。平頂天花板和牆面應適當做吸聲處理。
二、音箱聲場的布局 音箱聲場布置方式可以有集中式、半集中式、分區式、集中與分區相結合等多種布局形式。
1、音箱聲場布局要點根據工程實踐,音箱的選擇和布置有一定的規律和原則。
1)對於集中布置方式和分區布置方式的體統而言,廳堂中同時工作的且在不同位置上的音箱越燒越好。這樣可有效防止梳狀濾波器效應,也可防止到達聽者的聲音有較大的時間差而造成清晰度下降甚至出現同聲。
2)當置於不同位置的音箱組距聽者距離之差大於17m時,聲波到達聽者的時間差將超過50ms,而當該距離差增至34m時,聲波到達的時間差則為100ms。因此,一般認為距離差超過17m時,根據哈斯效應,應考慮用延時器來進行補償,而距離差超過34m時則必須進行延時處理,否則可能會出現回聲。
3)為了保證音響系統的擴聲清晰度,一般認為在距音箱的最遠聽音點,直達聲不應低於混響聲12dB。根據這一要求,聽音區的最遠距離不能超過音箱臨界距離D 的3倍。
4)為保證距音箱較遠的後排也有合理的直達聲聲壓級,並保證場內聲壓級有較好的均勻度,應選擇具有適當復蓋角度的指向性音箱。恆指向性具有較理想的特性,可以較好地解決高頻聲波的遠距離恆指向投射。對中高頻(500Hz以上)採用音箱布陣和高音號筒一般可以較好地控制其指向性。低頻聲波由於其波長很長,即使使用號筒(一般情況下其波長大於號筒尺寸),指向性難以控制,只能依靠場內低頻擴散特性並充分利用低頻音箱附近的聲反射條件來改善。
5)應考慮傳聲器與音箱要有足夠的距離,並利用傳聲器與音箱的指向特性來防止聲反饋,提高傳聲增益。作為放聲系統的音箱聲場布置,其主要任務是保證整個聲場中應有足夠的聲壓級,較小的聲場不均勻度,良好的語言清晰度,並儘可能避免多重回聲出現。音箱聲場布置有窒外放聲和室內放聲系統,室外放聲系統包括露天劇場、公園、廣場、體育場等室外場合放聲,系統設計以提高觀眾席聲壓級為主要目的,原則上選用功率容量大的音箱並增加其輸入功率,同時注意音箱的安裝高度與分布。室內放聲系統工作在擴散聲場中,除了要按室外放聲方式處理外,還需注意到室內混響聲的綜合利用,房間增益對系統的影響,聲反饋的抑制等聲學處理方法。
2、音箱的聲場
1)單只音箱聲場單只音箱,音箱指向性圖形和地面相交的橢圓形區域為放聲系統的服務區域。在室外聲場中,典型的音箱的聲場分布見表11-2。對照圖表計算,單只音箱的最大聲壓級應位於X=0.22L處,聲壓不均勻度LP為8.5dB。單只音箱聲場有以下特點。
(1)聽眾席的聲場分布與音箱的懸掛高度有關,懸掛高度越高,其橢圓形復蓋區域內聲場均勻度越好。(2)輻射距離越遠,聲壓級越小。
(3)指向特性受音箱直徑限制,不可任意改變,可採用音柱或恆定指向性號筒音箱。
(4)單只音箱聲場外沿較中心軸衰減較大,而且隨著頻率的增高,其外沿衰減逐漸增大,即指向性更趨尖銳,為了改善單只音箱的高頻指向特性,可採用恆定指向性號筒式音箱。
2)音柱聲場音柱聲場由於其水平指向性與垂直指向性不同,在聲場中形成一個輻射聲盤。這個聲盤在聽眾席內,音柱的有效輻射聲能完全限制於其中,使聲盤區域內能獲得較強的直達聲,因此在音柱聲場的輻射區域內,音箱的輻射效率較高。音柱聲場具有如下特點。
(1)音柱的水平指向性與單只音箱的指向性基本相同。
(2)音柱的垂直指向性與音柱長度有關,音柱越長,其指向性越尖銳。
(3)音柱的指向性與頻率有關,頻率越高,指向性越尖銳,聲束越小。
(4)音柱聲場與音柱的輻射傾角、音柱的懸掛高度有關。在具有相同高度時,音柱的輻射傾角越大,其聲復蓋區域越大。在具有相同輻射傾角時,音柱懸掛得越高,音柱輻射遠點與輻射近點間距離也相應越大,其聲場復蓋區域也相應越大。較高懸掛的音柱,隨著音柱的升高,距離越大,其復蓋聲壓級將越低。
(5)音柱由多隻揚聲器單元組成,其額定輸入功率和靈敏度均高於單只揚聲器單元,加上音柱在聲軸方向上的聚束作用,特別適宜遠距離放聲。
3)恆定指向性號筒音箱聲場恆定指向性號筒音箱的聲場通常是指用號筒的指向特性去控制500Hz(或100Hz)~20kHz這段高頻的聲場特性。利用恆定指向性號筒音箱與低頻音箱組成全頻帶音箱系統,在近年來的擴聲系統中套用較多,特別是用於音樂演出擴聲。其頻頻寬,效率高,輸入功率大,指向性恆定,這種音箱系統的輸出特性和聲場控制特性,是單只喇叭音箱和音柱無法與之相比的。恆定指向性音箱聲場的特點是,採用同一種驅動高音頭,選用不同要求的指向性號筒,其指向性束寬完全可以控制。為了獲得整個聲場的均勻並保證所有擴聲面的語言清晰度,必須加強觀眾席的直達聲,對於室內擴聲系統還應改善其聲能比。利用擴聲系統實現上述要求的根本途徑是選用高指向性因數(Q)的號筒音箱,而不能採用加大擴聲功率的方法。因為在擴聲過程中不可能避免地會激勵混響聲能,加大擴聲功率後,提高清晰度。恆定指向性號筒不但可保證有均勻的聲場和良好的傳輸頻率特性,而且其聚束效應特別好,在音箱聲場布局中已取代了傳統號筒音箱,並越來越成為擴聲系統的主流音箱。
3、音箱布局擴聲系統按照揚聲器分布方式的不同分為集中式、分區式(也稱為版集中式)和分散式三種基本形式。每一種形式有其特點和適用的場合。
1)集中式布局在有舞台的廳堂中,為了達到聲像和視像一致性的要求,將音箱系統集中安裝在舞台附近,使聲波從舞台附近輻射向聽(觀)眾。這樣,由於聲音來自舞台方向,聽起來就覺得十分自然。典型的集中式系統可將音箱安放於舞台的兩側或懸掛安裝於舞台上方。安裝於舞台上方的集中式系統,適合於較大的廳堂,由於只存在一個音箱群,因此不存在梳狀濾波器效應,也不存在採用“後補聲場”方式的分區式系統可能出現的時間差問題,,可以得到很高的清晰度。為了保證場區內聲壓的均勻並使後排有足夠的直達聲以滿足清晰度的要求,一般都使用指向特性好的恆定(常數)指向號筒式音箱,按距離分區復蓋聽(觀)眾區域(以輻射角度較大的復蓋前排,輻射角較小的用於復蓋後排)。將音箱系統裝置於舞台兩側的方式有助於進行立體聲擴聲。但在一般廳堂中,由於觀眾席上存在梳狀濾波器效應,立體聲音響效果好的區域並不大,因此即使採用舞台兩側放置音箱的廳堂,往往也不採用立體聲方式擴聲。
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