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1、第9章 音响系统,9.1 室内声学设计考虑 9.2 音响设备配置选择 9.3 音响系统的组合原则 9.4 家庭影院AV系统 9.5 卡拉OK歌舞厅设计实例 思考题与习题,9.1 室内声学设计考虑,室内声场的显著特点是存在着直达声, 近次反射声, 混响声, 存在着声共振和声反馈现象。 室内声学设计应该考虑室内声学特性的基本要求及其室内声学环境的改造措施。,9.1.1 室内声学特性的基本要求 聆听音响系统重现的语言和音乐时, 一个优良的听音环境应具备下述的声学特性。 1. 具有合适的响度 在没有严重噪声干扰的情况下, 聆听来自扬声器重现的声音, 应具有合适的响度（声压级）, 使听者感到既不费力又不

2、震耳。,2. 声能分布均匀 在观众席的各个座位上听到的声音响度应比较均匀。通过音质设计, 应使观众席各个区域的声压级差别不要太大, 室内声场不均匀度约在3 dB之内。 3. 满足信噪比要求 噪声对人们的正常听觉产生干扰和掩蔽作用。不同用途的室内听音环境, 其允许的噪声级不尽相同, 通常在室内最小声压级的位置上, 信噪比应该大于 30 dB。,4. 选择合适的混响时间 在 2.4.2 节曾经讲到, 一个房间的混响时间不同, 其音响效果亦不同。 混响时间过短, 清晰度高, 但会使人感到声音干闷。 混响时间过长, 混响声会掩盖或干扰后面发出的声音, 从而降低了清晰度。 最佳混响时间的选择与听音场所及

3、用途有关 。,混响时间与房间的容积, 面积及吸声材料的吸声系数有关。 为使用方便, 这里再次列出 2.4.2 节给出的混响时间T60的估算公式（赛宾公式）: T60=0.16V/(S) (9 - 1) 式中V为房间的容积, 单位为m3; S为室内总表面积, 单位为m2； 为室内表面积的平均吸声系数, 可用下式求得:,(9 - 2),5. 保证室内各处频率响应均衡 室内音响系统应保证各处频率响应均衡。 要求 1254 000 Hz内起伏为 610 dB; 1008 000 Hz内起伏为 1015 dB。 如果室内存在声聚焦, 死声点, 驻波, 声共振等声学缺陷, 就会破坏频率均衡。,9.1.2

4、室内声学环境的改造措施 室内声学环境, 特别是家庭听音环境, 通常都是在建造好的房间内进行改造的。 一般可以采取下述措施。 1. 选择合适的房间形状与尺寸 房间的声共振会使某些频率被特别地加强了, 产生声染色现象。 此外, 这种房间声共振还表现为使某些频率（主要是低频）的声音在室内空间的分布不均匀, 产生驻波, 导致声能分布不均匀。,2. 装饰吸声材料 在室内装饰吸声材料, 可以改变吸声量, 把混响时间调节为最佳时间。 3. 采取隔音措施 进行适当的隔音处理, 如密封的双层窗, 特制的隔音门等, 可减小环境噪声的影响, 提高信噪比。 4. 合理选配功率放大器 功率放大器应输出足够的电功率, 使

5、室内声压级满足听音的响度要求。,5. 根据需要选配音频处理设备 适当选配房间均衡器等设备, 可以有效地补偿房间的声学缺陷。 6. 正确安放扬声器系统 正确地选配和安放扬声器系统, 是改善室内声学特性, 获得优质声音的重要环节。,9.2 音响设备配置选择原则,9.2.1 调音台, 房间均衡器 音响系统根据不同用途可配置不同的音频处理设备, 通过调整和补偿, 达到改善音质之目的。 调音台和房间均衡器, 是歌舞厅一类营业性音乐场所经常选配的音频处理设备。 下面简要介绍它们的基本功能。,1. 调音台 调音台是专业音响系统的主控设备, 具有多种控制功能。 它由输入单元和总控单元两部分组成。 2. 房间均

6、衡器 房间均衡器实际上也是一种图示均衡器, 只是它的频率均衡点可多达 1 点。,9.2.2 功率放大器配置方法 已经讲到, 人们在聆听音响系统重现的话音和欣赏音乐时, 要达到音质优美和高质量欣赏的程度, 应有合适的响度（声压级）。 从图 - 所示的等响曲线可知, 对于聆听优质话音, 要求基准声压级为 左右, 在 300500 Hz范围内具有比较平坦的等响曲线; 对于高质量欣赏音乐, 要求基准声压级为 8090 , 在 501 500 Hz 范围内具有比较平坦的等响曲线。,从表面看, 室内声音的响度决定于声压级, 其实它与音频功率放大器输出的电功率及扬声器系统的换能效率有关, 还与房间的容积和形

7、状有关。 那么, 功率放大器应该输出多大电功率, 才能保证室内具有合适的响度呢? 这涉及到功率放大器的配置问题。 通常有两种工程估算方法。,1. 用扬声器系统灵敏度计算功放应输出的电功率。 扬声器系统灵敏度是指它的电声换能效率, 定义为当向扬声器系统输入 1 W电功率时, 在有效频率范围内, 其正面轴线 1 m处所测得的声压级, 单位为dB/(Wm-1), 一般在80120 dB/(Wm-1)之间。 下面介绍用扬声器系统灵敏度估算功放所应输出功率的方法。 (1) 选择 1 m处最低基准声压级 通常选择在 1 m处高质量欣赏音乐所需的最低基准声压级为SPL1=90 dB。,(2) 考虑距离因素

8、若把室内声场近似为自由声场, 则根据自由声场中声压与距离的反比定律, 可算得距离每增加 1 倍时, 声压级将衰减 6 dB。 为了在距离d m处也获得 90 dB的基准声压级, 那么, 在距离 1 m处应增加的声压级为 SPL2=6log2 d dB (9 - 3),(3) 考虑声压级裕量 为补偿环境噪声对听音效果的影响, 通常应使基准声压级有 3 dB的裕量。 考虑到功率放大器的安全和信号的瞬态幅值范围, 一般还要留有余地, 折算为将基准声压级提高 1018 dB。 通常将上述两项裕量估计为SPL3=1320 dB。,(4) 计算功放所应输出的功率 考虑上述 3 个因素, 为保证在d m处基

9、准声压级达 90 dB, 1 m处的基准声压级应为 SPL=SPL1+SPL2+SPL3 =(90+6log2 d+18) dB =(108+6log2 d) dB (9 - 4) 式中取SPL3=18 dB。 设扬声器系统灵敏度为SPLA, 则功放应输出的功率可用下式估算:,(9 - 5),2. 用房间容积估算功放应输出的电功率 在一般中, 低档音响系统中, 可用房间容积简单地估算功率放大器应输出的电功率。 对于以语音扩声为主的音响系统, 可按每立方米容积为 0.3 W计算, 即 PE=V0.3 W (9 - 6) 式中V为房间容积, 单位为m3。,9.2.3 音响设备的配接方式 音响系统中

10、各设备之间须用接插件和传输线进行连接, 称为配接。 音响设备的配接十分重要, 如果配接不好, 就会明显影响整个系统的放声质量。 1. 平衡与不平衡传输 音响设备之间的信号传输方式有两种, 即平衡传输与不平衡传输。,平衡传输是指传输线的两根芯线对地阻抗相等, 可用中心抽头接地的传输线变压器或差分电路输入, 输出平衡信号。 当有共模干扰存在时, 由于两个端子上感应的干扰信号值相近, 在负载上可以互相抵消, 因而具有较好的抗干扰能力。 在专业音响系统中, 传输低电平的话筒信号时,通常采用这种平衡传输方式。 不平衡传输是指两根信号传输线中, 一根传输信号, 一根接地, 其抗干扰能力较差, 但价格便宜,

11、 在家用音响系统中采用较多。,2. 连接线 音响系统中的连接线主要有 3 种不同类型: (1) 低电平传输线: 也称为话筒线, 主要用于传送零点几到几个mV的低电平话筒信号。 (2) 标准电平传输线: 也称为音频线, 主要用于传输各种音频设备之间电平在 1 V左右的信号。 (3) 高电平大电流传输线: 也称为音箱线, 用于连接功率放大器与扬声器系统, 音箱线不需屏蔽层。,3. 接插件 音响系统中的连接线与接插件一起完成设备间的信号传输任务, 常见的接插件有以下几种: (1) 卡侬(CANNON): 是专业音响系统中常用的一种接插件, 分为公插与母插, 主要用于话筒信号这类平衡信号的传输。,(2

12、) 6.25 mm插头: 也称直插, 其二芯直插主要用于非平衡信号的传输连接, 如设备间短距离信号传输及扬声器系统的连接; 其三芯直插可与卡侬对应使用, 用于传输平衡信号的连接。 (3) 针形插头: 也称莲花头, 是一种常见的非平衡传输接插件。 4. 阻抗匹配和电平匹配 音响设备互连时, 应注意阻抗匹配和电平匹配, 否则会引起失真, 过载或无法推动。 国标GB9031-88规定了家用音响系统的配接要求。,9.3 音响系统的组合原则,9.3.1 音响系统的组合方式 音响设备的正确组合, 是十分重要的问题。 一般的组合方式是将房间均衡器置于功率放大器之前, 音质控制设备处于调音台与房间均衡器之间。

13、 图 9 - 1 所示的为一种组合方式。,图 9 - 1 音响系统的组合方式,9.3.2 扬声器系统的安放形式 扬声器系统安放形式一般分为 3 种, 如何选择安放形式要根据实际场地及用途而确定。 (1) 集中式: 即将音箱堆放在舞台两侧或悬挂于其两边。 这种方式多用于面积不太大的歌舞厅。,(2) 分散式: 分散式安放形式, 主要用于以扩声为主的语言音响系统中, 为保证语言清晰度, 使直达声的声压级大于混响声压级, 将扬声器系统分散悬挂在声场中各个位置, 每一扬声器系统均服务于指定的区域, 通过调节延时器, 使各区域的听众几乎同时听到从各扬声器系统传来的直达声。 (3) 混合式: 以上两种方式结

14、合的安放形式, 将主要的发声扬声器系统集中安放, 对主扬声器系统不能照顾到的区域, 用辅助扬声器系统进行补声。,无论采用何种安放形式, 都应注意以下几点: (1) 尽量使扬声器系统的辐射面倾向听众, 最好使高音扬声器与听众的耳际在同一平面上。 (2) 扬声器系统必须保持同相工作, 避免低频声波干涉相消。 (3) 超低音音箱因指向性不强, 可灵活安放。,9.4 家庭影院AV系统,9.4.1 家庭影院AV系统的组成 1. 家庭影院AV设备 家庭影院AV系统应包括以下基本设备: (1) 激光视盘机(VCD): 作为家庭影院的节目源设备, 激光视盘机(VCD)是首选设备。 它的价格适中, 图像质量与V

15、HS录像机的质量相当, 音质可与CD唱机的比美。,(2) AV功率放大器: AV功率放大器是一种新型高保真放大设备。 (3) 扬声器系统: 家庭影院应配置主音箱一对, 中置音箱一个及环绕音箱一对, 必要时可选配超低音音箱。 (4) 彩色电视接收机: 家庭影院中必须配备大屏幕彩色电视机一台。 (5) 其它设备: 家庭影院还可配置音质控制设备, 如均衡器, 数字混响器等, 以提高放音质量; 还可选配卡拉OK设备, 以组成卡拉OK演唱系统等。,2. 家庭影院系统组成 一个完整的家庭影院组成框图及其接线图如图 9 - 2 所示。,图 9 2 家庭影院典型接线图,9.4.2 家庭影院的扬声器系统 在家庭

16、影院中, 由于采用了多声道放音系统, 因而扬声器系统除配置一对主置音箱(L与R)外, 还需配置一对环绕声音箱S及防磁的中置音箱C, 更考究的还要配置一个超低音系统, 组成所谓的 5.1 声道扬声器系统。,1. 家庭影院扬声器系统的性能要求 满足家庭影院要求的扬声器系统应具有以下特征: (1) 主声道(左, 中, 右)扬声器系统频率响应必须平坦, 要有良好的功率承受能力和较小的失真。 最好是 3 个扬声器系统一致, 使得声像保持一致。 此外, 还需有良好的方向性, 即水平方向宽, 垂直方向窄。 (2) 超重低音扬声器系统要有足够低的频率响应, 及较大的功率承受能力。 (3) 环绕声音箱具有较平坦

17、的频响特性及一定的指向性。,2. 家庭影院扬声器系统的主要性能参数 其参数如表 9 - 1所示。,表 9 - 1,3. 家庭影院扬声器系统的安放形式 家庭影院AV系统经常摆设在客厅或卧室内, 尽管具体的情况有一定的差别, 但共同的特点是房间小(1030 m2), 室内高度低(H3 m), 四周墙壁及地面, 天花板均为混凝土结构, 且家具多。 (1) 主音箱安放的形式 在房间中安放主音箱L和R时, 应遵循的原则是保持其声学特性上的左右对称, 如图 9 - 3 所示的 3 种摆放形式均为对称形式。,(2) 中置音箱的安放形式 中置音箱作为家庭影院中播放以对白等有关声像定位信息的扬声器系统, 一般放

18、置在电视机上方。 (3) 环绕音箱的安放形式 环绕音箱播放的是有关三维空间后声场的声像信息, 所以一般悬挂在听音者的后墙壁上。 家庭影院典型分布图如图 9 - 4 所示。,图 9 - 3 主音箱 3 种摆放方式,图 9 - 4 家庭影院典型分布图,9.5 卡拉OK歌舞厅设计实例,9.5.1 混响时间与吸声材料的选定 1. 设计考虑 卡拉OK歌舞厅在建筑声学特性上的要求是: 室内声场尽可能均匀, 有适当的混响时间, 且室内无明显的死声点, 声聚焦, 驻波和颤动回声等缺陷。图 9 - 5 所示是某卡拉OK歌舞厅平面略图。,图 9 - 5 卡拉OK歌舞厅平面图,2. 混响时间计算 (1) 表面积计算

19、 地面和天花板面积: S1= R2140 m2 两侧面墙壁面积: S2=(15.6+16.3)4128 m2 窗帘表面积: S3= D = 3.14(15.6+16.3)2433 m2 灰墙面积: S4=S2-(15.6+16.3)1.2=90 m2 夹板墙裙面积: S5=S2-S4=38 m2 天花板舞池面积: S6=R21=3.142.5+2=20 m2 天花板纤维吸声板面积: S7=S1-S6120 m2,(2) 吸声量计算 地面: A1=1S1=0.01140=1.4 m2 窗帘: A3=3S3=0.4533=14.9 m2 灰墙: A4=4S4=0.02590=2.25 m2 墙裙:

20、 A5=5S5=0.0838=3 m2 天花板舞池: A6=6S6=0.520=10 m2 天花板吸声板: A7=7S7=0.38120=45.6 m2 总吸声量: A=A1+A3+A4+A5+A6+A7=77.15 m2 总表面积: S=S1+S3+S4+S5+S6+S7=441 m2 平均吸声系数: =A/S=0.175 总体积: V=1404=560 m3,(3) 混响时间计算,上述的计算表明, 所选定的吸声材料可保证T60在 1.2 s 附近, 这基本上符合设计要求。,9.5.2 音频视频系统设计及连接 1. 输出电功率估算 按简单计算公式可得: PE=V0.5=5600.5=280

21、(W) 按扬声器系统灵敏度计算: 选定 86 dB为最低基准声压级要求, 取声压级裕量为13 dB, 最远距离d=16 m, 则SPL=86+13+6log2 16=123 dB。 选定灵敏度级SPLA=102 dB/(W/m)的MARSHALL PSP8508扬声器系统, 则 PE=2(123-102)/3=27=256 (W),2. 功率放大器的选定 选定英桥 920 功率放大器, 在 8 负载下可输出两路 450 W的额定功率。 3. 音视频设备清单 传声器Shure58 近讲传声器 3 只 先锋CLD-1720影碟机 2 台 韵乐 8 路调音台(带数字混响器) 1 台 APHEXC型声

22、音激励器 1 台, 英桥 31 段房间均衡器 1 台 英桥 900 功率放大器 1 台 MARSHALL PSP8508音箱 1 对 松下M9000 摄像机 1 台 夏普AV-2000SC制转器 1 台 10 25英寸彩色电视机 5 台 11 夏普 14 英寸彩色监视器 1 台 12 音视频切换器,分配器各 1 台 13 VmS100P画中画处理器 1 台 14 5.5 英寸黑白监视器 1 台,4. 系统连接图 系统连接图如图 9 - 6 所示。,图 9 - 6 卡拉OK歌舞厅音频视频系统连接图,9.5.3 卡拉OK音响系统的安装与调试 1. 安装 卡拉OK音响系统的安装应在土建基本完成, 室

23、内装修开始之时进行。 首先要根据房间的具体条件, 确定扬声器系统的安放形式与扬声器系统的确切位置; 然后通过线管将所需连接的音频视频电缆, 音箱线, 话筒线等引送到位; 最后在室内装修基本完成之后, 安装各种音频视频设备。,2. 调试 音响系统的调试是一个十分重要而细致的工作, 其基本步骤如下: (1) 标定 标定就是在无噪声干扰的情况下, 综合测试整个音响系统的声压-频率响应特性, 使调试者对本音响系统的频响特性做到心中有数, 为以后的调试作好准备工作。,(2) 房间均衡器的调定 房间均衡器作为调整房间综合扩音频响特性的设备, 对其 均衡图案的调定是整个音响系统调试中最重要的一项工作。,其基

24、本方法是: 首先测试包括整个音响系统在内的房间综合扩声频响特性, 可在房间多取几个测试点, 反复测试, 找出频响特性的峰值与谷值频率; 然后根据这些数据确定均衡器的调整参数, 对峰值点要用房间均衡器加以衰减, 以避免产生共振现象, 对谷值点要加以提升, 以获得平坦的综合频响特性; 最后串接房间均衡器于音响系统, 且通过测试与反复调整, 直至达到房间频响特性基本平坦为止。,(3) 混响器的调定 混响器主要的作用是对人声或乐器的音质进行润色处理, 达到“美化”的目的。 (4) 传声增益的调试 将传声器接入调音台, 慢慢推起音量开关, 让歌手试唱, 逐渐加大歌声音量, 直至演唱者能较好地听到自己的声

25、音为限。,思考题与习题,9.1 音响系统对室内声学特性有何要求? 应如何改造室内声学环境? 9.2 设扬声器系统灵敏度LA=100 dB/(W/m)最低基准声压级L1=90 dB, 声压级裕量为 13 dB, 距离d=16 m, 试估算功放应输出的电功率PE值。 9.3 有哪些扬声器系统安放形式? 分别说明其应用场合?,9.4 杜比定向逻辑是属哪种多声道系统? 9.5 家庭影院的扬声器系统主要包括哪些部分? 其主要性能参数如何选定? 9.6 卡拉OK系统的设计步骤是怎样的? 如何计算房间的混响时间T60。 9.7 设有一个矩型面积为 200 m2, 容积约为 600 m3的卡拉OK歌舞厅, 试根据设计步骤进行卡拉OK系统设计。,