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1、第第7 7章章 扩声系统设计扩声系统设计 各类音响系统的基本单元是以各种电子线路为基础的多种音响设备，以及典型的电声器件拾音器和扬声器。因此在专业上我们也将音响系统称为电声系统。现代音响系统扩声系统录音制作系统广播系统1扩声系统是声源和听众在同一个时空里的声音增强的电子系统.什么是扩声系统?扩声系统的音响效果不仅与电声系统的综合性能有关，还与声音的传播环境建筑声学和现场调音使用密切相关。扩声系统设计的目的 以扩声为例，完整的系统设计应包括整套音响系统设备、信号传输、音箱的声场分布。扩声系统设计的最终目的是要保证声源和音箱处于同一个声场区域内，使听众能感受到声源的真实存在，达到高保真重放的扩声要
2、求。2 扩声系统设计通常都从声场开始，然后再向后推进到功率放大器、声音信号处理设备、调音台、直至话筒和其它声源。这种逐步向后推进的设计步骤是十分必然的。因为声场设计是满足系统功能和音响效果的基础，它涉及扬声器系统的选型、供声方案和信号途径等。只有确定扬声器系统才能进行功率放大器驱动功率的计算和驱动信号途径的确定，然后再根据驱动功率的分配方案进一步确定信号处理方案和调音台的选型等。扩声系统设计的步骤3 声场设计是扩声系统的基础，涉及系统最终的音响效果，但也是非常复杂繁琐的工作。由于计算机技术的飞跃发展，现在可采用相应的声学软件工具(EASE3.0)进行计算，声场设计过程可能需要反复多次才能达到要
3、求。一个好的扩声系统的设计在实际中如何能获得良好音质效果，精确的安装和调试将是同样重要的环节。如何设计声场?首先建筑结构中应该没有明显的缺陷其次不能在扩声范围内出现较大的声阴影区最后就是要合理地布置音响系统47.1 7.1 扩声系统设计概要扩声系统设计概要 系统设计主要是指室内扩声系统的功率要求，所需设备的选择和设备与设备之间的连接等。7.1.1室内扩声系统的功率要求扩声系统的输出功率取决于房间的体积、墙壁、地板、天花板的声学特性，平均噪声电平，系统和重放节目的频率范围以及扬声器系统的效率等许多因素。对其进行精确设计是一件相当复杂的工作。一般用近似公式对功率进行估算。5用近似公式估算功率 对不
4、同体积的房间，要得到高质量的重放声场，一般来说，需要有约96dB有效峰值的声压级。其中：W是以有效峰值声压为单位的发射声功率，V是以立方米为单位的房间体积。例如：为了在62m3的房间里重放声场达到96dB的有效峰值声压级，需要约100mW的声功率。如果扬声器系统效率为1%(一般扬声器系统的效率约为0.2%1%)，为了避免有效峰值被衰减，则至少需要10W的放大器功率。6放大器的功率还与扬声器的效率有关,如果扬声器系统的效率为0.5%，则需要放大器的功率还要增加一倍.此外与希望得到的音响效果有关,如果希望得到100dB的有效峰值声压级，所需要功率应为上述功率的2.5倍。7但是利用上述方法估算的扩声
5、系统功率，仅仅是满足使人能基本听清楚这个最低要求所需的功率值。对于现代音响扩声系统，要求其能应付音乐高潮到来时的峰值，以避免对瞬时峰值的削波而造成瞬态互调失真，因此在设计扩声系统时要有更大的功率容量，这是必须要考虑的。特别是歌舞厅(尤其是Disco舞厅)等娱乐场所。由于其背景噪声较大，另一方面人们要求有更强劲的音响效果，因此要求扩声系统功率在上述估算基础上必须大幅度增加。8 在设计扩声系统的功率容量时，音响技术人员习惯于将厅堂的三维空间简化为二维空间，即按厅堂的面积来估算功率容量。根据经验，按照有效峰值声压级的要求，一般每平方米选取3W5W的电功率(即扬声器系统的连续功率，纯低音音箱功率不计在
6、内)。如何设计扩声系统的功率容量?9 对音乐厅、剧院等专业演出场所，背景噪声较低，要求96dB有效峰值声压级，通常取3W即可；对歌舞厅等场所，背景噪声较大，且要有较强的音响效果，要求有105dB有效声压级，但由于其高度有限(高度尺寸小于宽度尺寸)，也可按3W或略大设计；对于高度较大的歌舞厅应适当增加功率；对Disco舞厅，因为要有强劲的动感效果，因此要求有110dB以上的有效峰值和声压级。通常其功率容量要在上述基础上加倍。应取到610W/m2左右。对于高度较低的Disco舞厅可适当减小功率容量。107.1.2音响设备的选择1.音箱和功率放大器的选择音箱：扩声系统用扬声器不同于监听用扬声器或高质
7、量家用扬声器。它要求在具有一定的声性能的前提下，着重考虑高效率、承受大的功率和需要的指向性特性。扬声器的选取与合理的布置对扩声系统的的质量是很重要的。111.近代观众厅的扬声器系统，几乎都是采用前期电子分频组合式扬声器系统。可以是2、3、4分频系统.其中中、高音单元多采用号筒扬声器。这种形式为扩声系统的设计、使用以及获得较高的质量提供更大的自由度。如何选择扩声系统中的扬声器系统(即音箱)?对于音乐厅、剧院、大型高档歌舞厅、Disco厅，主扩声音箱最好采用三分频音箱，并且可外接电子分频器。122.选用扬声器（或系统）时应注意的主要技术参数 1)频率范围是表示扬声器单元（或系统）重放声音的频带（或
8、频段）。在比较频率范围时，需要注意的是响应的不平坦度。2）由于扬声器有多种功率定义，不能以所标注的“功率值”简单地直接去比较，这要特别引以注意。13在进行扩声系统设计中考虑音箱的功率时，首先要根据扩声系统的功率容量来决定所用音箱的总功率，然后将总功率按比例分配到主扩声通道和辅助扩声通道的左、右两个声道。通常，所选主扩声通道音箱的功率应适当大于辅助扩声通道音箱的功率。如果需要，还可在主扩声通道配一对纯低音音箱，纯低音音箱的功率应大于主音箱功率，且不计入系统功率容量。14扬声器系统(音箱)的功率与音质的好坏并没有必然的联系，其功率大小仅仅决定了声音的大小.因此对于有限的房间面积而言，音箱的功率适用
9、就好.对于普通家庭用户的15平米左右的房间来说，音箱的实际输出功率在15W2或20W2就足够了，如果声音不够大，可以考虑30W2或50W2的音箱.而在实际应用中，功率增加一倍，声压才增加三分贝，因此，50W2的功率和20W2的功率在大多数情况下，声压的区别不会太大。153)平均特性灵敏度是衡量扬声器水平的重要标志之一。在扩声系统设计中，不少人往往忽视了所选用扬声器的平均特性灵敏度。我们知道，当两只平均特性灵敏度级（dB/1m.1VA）相差3dB的扬声器，要获得同样的声压级(dBspl)其馈给的功率要相差一倍。如果灵敏度相差6dB，要获得同样的声压级馈给它们的功率是4倍的关系。因而在选取扬声器时
10、，不仅要知道所承受的功率，同时要注意到它的平均特性灵敏度。16 4)扬声器的指向特性扬声器的指向特性是频率的函数，一般工作频率越高指向性越“尖锐”（即覆盖角度越小）。扩声系统扬声器的指向特性，主要是讨论在中、高音号筒（或声柱）的指向特性。指向特性对扩声来讲是很重要的，它涉及到扩声声场的均匀性和传输频率特性。173.扬声器系统的布置、扬声器选型与布局是厅内扩声系统设计的重要一环。几项重要的扩声系统声学特性指标将直接与此有关。这里介绍主扩声用扬声器的布置。1)在任何情况下，扬声器的布置应该保证有听众接收到均匀的声能；2)扩声应该得到自然的印象；3)扬声器的位置在建筑上应当是合理的。厅堂扩声扬声器可
11、以是集中的、分散的或两者的结合形式，对于中型观众厅（例如出2000人座席以下）集中式为好，扬声器的位置一般是在舞台的周围，在可能的情况下越集中越好。大多数情况下扬声器装在自然声源的上方，而两侧（如台边）相辅助。如何选择及设计扩声系统中的扬声器系统(即音箱)?18JBL音箱：力度大、穿透力强、中高音强劲。BOSE(博士)音箱：频响宽、动态大、功率足，专业扩声和娱乐扩声都有使用；PEAVEY(百威)音箱：音色结构坚实有力、清亮悦耳、低音弹性好、节奏感强，用于Disco舞厅比较理想；EV音箱：音色清晰、透明、自然，在扩声系统中也常使用。19以其主要用途来说,功放可以分做两个主要类别,这就是专用功放与
12、民用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声,以及录音监听等处所使用的功放,一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求,这类功放通常称之为专用功放或是专业功放。而用于家庭的Hi-Fi音乐欣赏,AV系统放音,以及卡拉OK娱乐的功放,通常我们称为民用功放或是家用功放。7.1.2音响设备的选择1.音箱和功率放大器的选择20Hi-Fi功放与AV功放是目前家用功放中的两个主要类别。这两类功放用于不同的用途,设计的侧重也不相同。Hi-Fi功放用于欣赏音乐,使用者追求的是尽可能的“原汁原味”。而AV功放的使用者追求的是与画面相配合的“现场”效果,甚至是夸张了的“现场”效果。21晶体管功放与电子
13、管功放 用于Hi-Fi欣赏的功放可以分作晶体管功放和电子管功放两大类。晶体管功放和电子管功放并不存在着优劣的差异,只不过应用的器件不同(一是晶体管,一是电子管),由于两类器件不同,其物理基理与电路特点也不相同。电子管功放与晶体管功放的音色确是有一定的差异,两者对瞬态信号的响应也不相同。这种不同都又分别适应了不同类别的音乐和不同的音乐欣赏者,所以目前的Hi-Fi功放中形成了晶体管功放和电子管功放并存的情况。不过,若是以品牌、型号、数量而言,晶体管功放所占的份额仍是绝对大于电子管功放。22根据晶体管功放输出级晶体管的工作状态,可以分做甲类功放与乙类功放。甲类功放不存在交越失真,而且不论实际输出功率
14、大小,输出级晶体的内阻均为恒定。而乙类功放总会有一定的交越失真(尽管这种失真可能极小），这些不同,造成听感上也有不同.甲类功放的声音相对乙类功放而言比较柔和,另外对音箱的低频控制力也比乙类功放强,尤其是在小音量时低音的质感要好一些。甲类功放的这些特点,使得甲类功放在实际应用中不需要很大的输出功率余量,一台20W30W的甲类功放已经能够把大多数的音箱推动得很好。23 纯后级功放与单声道功放 我们常见的功放都是把放大小信号的前置放大器(前级)与功率放大器(后级)做在一个机壳中,这种功放常被称为“合并功放”。合并功放使用方便,又有比较高的性能价格比。但这种合并功放有它一些固有的缺点,其中最不好克服的
15、就是前级与后级之间的相互干扰问题。为了解决这一问题,于是便把前级与后级分别做在两个机壳中,这样就有了纯后级功放。大多的纯后级功放都是双声道的结构形式,但这种结构形式使得两个声道相互干扰问题又不太好解决,为了解决两个声道相互间的干扰便又出现了把两个声道分开的单声道纯后级功放。24把功率放大器这样一块块地分割开，最主要的意义是要提高功放的素质，而不是追求这种形式。如果仅仅在形式上实现了相互分开，尽管可以解决相互干扰问题，但其它参数并未明显改善，那么这种分开对功放提高整体素质来说还是有限的。对于大多数的纯后级功放和单声道功放来说，都需要配接一台前级。因纯后级功放与单声道功放是为了提高功放素质出现的，
16、所以对前级的素质要求也应与其相适应。功率放大器有晶体管与电子管之分，前级同样也有晶体管和电子管之分。25与纯后级功放配接的前级对整个音响系统的优劣影响比较大。首先它必须具有一定的素质，否则，纯后级或是单声道的优点便发挥不出来，甚至有可能把一台劣质前级的“毛病”突出出来，整体音效反而更差了。再有，不同的前级后级配合其音色特点不同，使用者可以根据个人的偏爱选择不同的组合形式。26功率放大器的选择：首先要根据厅堂的性质、环境和用途来选择不同类型和功率的功率放大器。一般情况下，音乐厅、剧院及以演唱为主的歌舞厅，扩声系统应选用频率响应范围宽、失真度小、信噪比大、音色优美的高品质功率放大器，对于娱乐性的歌舞厅、Disco厅应选择大功率的功放。其次要根据音频功率信号传输的距离远近选用定压式或定阻式功放。对于背景音乐系统或会议系统等远距离分散式扬声器系统，需要选用定压式功放。对音乐厅、剧院、歌舞厅、Disco厅等扩声系统选用定阻式功放。注意，还应根据音箱的功率来配置功率放大器，功放功率应大于音箱功率。27传声器（Microphone）俗称话筒，音译作麦克风，是一种声电换能器件，可分电动和静电两类，目前
