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1、音响系统的设计基础一、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
2、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 2530Db，报告厅为 3035dB，体育馆为 4756dB。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8085Db 平均声压级，语音扩音为 7075dB，背景音乐则为 6070dB，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
3、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
4、，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
5、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 D 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
6、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。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 1012dB 裕量，要求较高时应
7、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。 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 95100dB 为宜。 确定听音距离：音箱的最远供声距离 D，不宜超过 3 D ,即最远距离应小于倍临界距离 D 。声场总电功率：许多厅堂需要分区供声，
8、那么系统的总电功率应为所有声源所需电功率之和。（）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。一般厅堂，可取放大器功率与音箱功率相等。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13；这样可使音箱失真最小，保真度最好。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13；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。（）速算法在音响工程的
9、现场，常常采用速算法进行估算。对于采用灵敏度为 95100dB 音箱系统的厅堂，其功率可按 0.5Wm3来速算；要求较高的厅堂，其功率可按Wm3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
10、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
11、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
12、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
13、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
14、。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。
15、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。
16、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
