音响工程技术培训扩声系统.ppt

音响工程技术培训 扩声系统讲师 邓伟东 一 扩声系统基本概念 二 音响设备的配接 三 扩声系统设计工作内容 四 设计中应注意的问题 内容 一 扩声系统概念 扩声系统 包括设备和声场主要过程 将声信号转换为电信号 经放大 处理 传输 再转换为声信号还原于所服务的声场环境 主要设备 传声器 音源设备 调音台 信号处理器 功率放大器和扬声器系统 1 扩声系统的作用 1 提高声压 2 音质加工与处理 3 是音乐创作的一个环节 2 扩声系统的分类 1 按工作环境分类室外扩声系统 特点是反射声少 有回声干扰 扩声区域大 条件复杂 干扰声强 音质受气候条件影响 需要大功率扩声 室内扩声系统 特点是对音质要求高 存在近次反射声和混响声 要求建筑声学条件较高 扩声功率较小 2 扩声系统的分类 2 按工作原理分类单通道系统 适合体育馆 公共广播 迪斯科 会议双通道立体声系统 适合音乐厅 歌舞厅多通道扩声系统 影剧院 2 扩声系统的分类 3 按传输方式分类定阻式 特点是功率损失大 适合短距离传输定压式 特点是音质伤害 高电压 转低电压 适合长距离传输 2 扩声系统的分类 4 按使用功能分类专业文艺演出系统 特点是指标要求较高 功能配套较全 主要演出场所有 演唱会 主题剧院娱乐扩声系统 要求设备性能稳定耐用 操作方便 主要场所包括 夜总会 迪斯科 漫摇巴 KTV 2 扩声系统的分类 4 按使用功能分类多功能扩声系统 特点是要求设备或者系统的功能尽量多 能满足更多的使用要求 主要场所包括 剧院 礼堂 多功能厅 酒店宴会厅 会展中心 会议中心 2 扩声系统的分类 4 按使用功能分类会议类扩声系统 特点是要求系统强调简洁 方便 智能化控制管理 主要场所包括 指挥中心 会场 培训室 法庭 法院 2 扩声系统的分类 4 按使用功能分类公共广播背景音乐系统 特点是要求扩声的播放范围大 工作时间长 设备简单 主要场所包括 酒店 码头 机场 会展中心 主题公园 学校 2 扩声系统的分类 4 按使用功能分类体育场馆扩声系统 特点是扩声环境比较复杂 扩声功率大 设备工作环境比较恶劣 听音区域声学环境差民异大 难处理的特点 主要场馆包括 足球场 蓝球场 室内赛车 羽毛球馆等 1 集中布置扬声器指向 较宽 优缺点 声音清晰度好 声音方向感也好且自然 有引起啸叫的可能性 适宜使用声合 设置舞台并要求视听效果一致者 受建筑体型限制不宜分散布置者 设计注意要点 应使听众区的直达声较均匀 并尽量减少声反馈 3 扬声器的布置方式 2 分散布置扬声器指向 较尖锐 优缺点 易使声压分布均匀 容易防止啸叫 声音清晰度易变坏 声音从旁边或后面传来 有不自然感觉 适宜使用声合 大厅将高较低 纵向距离长或大厅可能被分隔成几部使用 设计注意要点 应控制靠近讲台第一排扬声器的功率 尽量减少声反馈 应防止听众区产生双重声现象 必要时采取延时措施 3 扬声器的布置方式 3 混合布置扬声器指向 主扬声器应较宽 辅助扬声器应较尖锐 优缺点 大部分座位的声音清晰度好 声压分布较均匀且没有低声压级的地方 有的座位会同时听到主 辅扬声器两方向来的声音 适宜使用声合 眺台过深或设楼座的剧院等 对大型或纵向距离较长的大厅堂 各方向均有观众的视听大厅 设计注意要点 应解决控制声程差和限制声级的问题 必要时应加延时措施以避免双重声现象 3 扬声器的布置方式 3 混合布置扬声器指向 主扬声器应较宽 辅助扬声器应较尖锐 优缺点 大部分座位的声音清晰度好 声压分布较均匀且没有低声压级的地方 有的座位会同时听到主 辅扬声器两方向来的声音 适宜使用声合 眺台过深或设楼座的剧院等 对大型或纵向距离较长的大厅堂 各方向均有观众的视听大厅 设计注意要点 应解决控制声程差和限制声级的问题 必要时应加延时措施以避免双重声现象 3 扬声器的布置方式 1 调音台与话筒的配接2 前后级设备音的配接3 功放与扬声器的配接4 功放与扬声器音阻尼系数配置5 设备配接线缆与接口6 平衡与非平衡信号传输的特点 二 音响设备的配接 阻抗匹配 调音台输入阻抗为话筒输出阻抗的5 10倍 电平匹配 前级输出电平与后级输入灵敏度要相当 合理设置插入衰减 PAD 通常对于MIC输入信号 PAD关闭 对LINE输入信号 PAD打开 1 调音台与话筒的配接 阻抗匹配问题 专业音响设备间采用低阻传输 匹配阻阬为600 民用音响设备间采用高阻传输 电平匹配问题 专业音响设备LINE电平为 4dB 民用音响设备LINE电平为 10 20dB 平衡与非平衡 专业扩声系统主通道采用平衡传输方式 民用音响设备通常采用不平衡传输方式 2 前后级设备音的配接 实例 1 若调音台MIC输入端的输入阻抗为2K GME150 200 600 10K 20K 五种阻抗类型话筒 选择哪一支话筒是最合适 2 压限器与调音台立体声主输出连接时 压限器灵敏度开关 10dB 4dB 哪一档 200 录音时LINE为 10dB 扩声时为 4dB 3 调音台主输出直接驱动家用功放时会出现什么问题 阻抗和电平 功率匹配方法 功放的额定输出功率 音箱的额定输入功率功放的最大输出功率 音箱的最大输入功率实际应用 对音乐动态要求不高的场合一般取1 2倍左右对音乐动态高的场合可以配置1 5倍甚至更高 但不要高于2倍 3 功放与扬声器的功率配置 思考 功放额定功率取得小些 有利于保护扬声器 对于专业扩声系统的阻尼系数应尽可能高些 阻尼系数 Df 通常选择20 50之间 对于家用音响系统而言 最佳阻尼系数 Df 约为10 20之间 阻系数对音乐扩声低频特性的影响很大 提高阻尼系数对改善低频的瞬态特性有利 阻尼系数计算 Df 扬声器阻抗 功放内阻 传输线阻抗 4 功放与扬声器间阻尼系数配置 实例 EV的CP2200功放驱动两只G115音箱 功放与音箱间选用长度50m 截面积4mm2音频功率传输线 那么阻尼系数 Df 为多大 铜的电阻率 0 0185 mm2 m CP2200功放内阻 R 8 300 0 027 线阻 R L S 0 0185 50 2 4 0 463 阻尼系数 Df 8 0 463 0 027 16 3结论 阻尼系数不够高 需增加传输线截面积或缩短长度 实例 信号传输线 损耗低 分布参数小 屏蔽好 柔软 抗拉强度高 功率传输线 阻抗低 损耗要小 高低频传输牧场生一致 柔软 音频接插件 莲花 JACK 卡侬 JACA接插件要注意平衡与非平衡的问题 卡侬接插件用于平衡传输 要注意英式和美式接的区别 易出现的问题 二芯 三芯JACA使用不规范 用三芯JACK替代二芯JACA信号线 5 设备配接线缆与接口 平衡传输的卡侬插头有四个接线端 1 地 线路地 2 热端 正信号端 3 冷端 负信号端 4 地 外壳接地 平衡传输能有效抑制各种共模干扰 适合长距离传输音频信号 非平衡传输易受外界电磁波干拢 传输距离一般不大于5米 平衡传输对共模抑制干扰的抑制能力受平衡信号的对称性影响 易出现的问题 信号地与机壳地的处理 6 平衡与非平衡的特点 三 扩声系统设计工作内容 1 了解和分折使用需求及建筑环境状况2 明确设计理念3 提出设计方案4 设计方案审核5 系统设计 建设方 使用方对扩声系统的功能定位 1 系统的性能指标 功能定位 2 建筑噪声控制 特殊区域的建筑结构荷载 配电情况 装饰形式及声学音质设计的指标 演员化妆间布置 扩声系统的预埋件 管道敷设与土建如何配合等问题 1 了解和分折使用需求及建筑环境状况 针对于文艺演出 休闲娱乐 多功能用途 公共广播和背景音乐 会议 1 在能实现功能要求的前提下 系统以简洁为好 降低操作复杂程度 2 系统的技术特性指标确定不应盲目追求高标准 否则将大大提高工程投资 3 除因建筑条件限制或特殊功能要求外 设计对设备性能 功能的确定要注意市场上主流产品的适应性 2 明确设计理念 3 提出设计方案 一 提出系统的特性指标方案 二 提出系统的功能设计方案 以国家标准规范为例讲解 一 提出系统的特性指标方案 GB50371 2006 厅堂扩声系统设计规范 GB T50356 2005 剧场 电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范 1 扩声系统技术指标分析 1 最大声压级 设计对不同使用需求的系统中扬声器最大声压级 数量 安装位置的确定 一 提出系统的特性指标方案 1 扩声系统技术指标分析 2 合适混响时间 听众认为音质合适的混响时间3 传输频率特性 听众席处各测量点稳态声压级的平均值相对于扩声设备输入端电平的幅频响应 4 传声增益 厅堂内听众席处各测量点稳态声压级平均值与扩声系统心形传声器处稳态声压级的差值 一 提出系统的特性指标方案 1 扩声系统技术指标分析 5 声场不均匀度 厅堂内听众席各测量点稳态声压级的差值 6 系统总噪声级 厅堂内各测量点所产生的各频带噪声声压级的平均值 扣除环境背景噪声影响 一 提出系统的特性指标方案 2 技术指标的确定1 最大声压级的确定2 最佳混响时间的确定3 传声增益 传声器指向特性分成 全方向性 心形 8字形 强指向型 超指向型等 在扩声系统设计中 对传声增益指标的保证取决于传声器的指向性和建筑环境声学状况指标 一 提出系统的特性指标方案 2 技术指标的确定4 声场不均匀度 建筑声学的一般技术处理手段包括 尽量不要在扩声区域设置大面积光面的凹形结构 包括天花板 墙面和舞台结构 这样可以避免声聚焦现象 尽量不要在声压较大的区域设置两个平行的反射性强的墙面 尤其是扩声区域狭长时更要注意 这样可以有效地避免声振颤 一 提出系统的特性指标方案 扩声系统扬声器的布置一般注意 需要根据建筑形式和观众席的布置情况选择合理的扬声器覆盖角度 同时根据所声器投射角度确定其安装位置 但只考虑声场不均匀度指标的实现 任意确定扬声器的安装位置又会造成声像定位错乱 在主要对语言进行扩声的会议或报告厅 可以适当在天花上设置吸顶扬声器来满足声场不均匀度指标 一 提出系统的特性指标方案 1 系统的功能要考虑实际的使用需求和其他系统的关联 包括视频 灯光系统的联动 信号互相调取 2 系统的功能要考虑今后的扩展 升级空间 3 系统的功能要考虑常规产品的功能适应性 二 提出系统的功能设计方案 审核应达到以下目的 1 应得到建设方 使用方对方案的明确意见 2 方案审核时应将扩声系统的设计条件提供给建筑 装饰 配电 空调等专业设计 并需要以上专业反馈意见 4 设计方案审核 一 进行专业的配合 二 声学设计 三 电声系统设计 四 绘制设计图样 五 编制设计说明 六 设计中需要注意的几个问题 5 系统设计 1 控制室 功放机房需要多大的面积 如何布置 2 配电形式 电量 配电点向电专业提出 3 扩声系统设备安装是否与其他专业存在冲突 如果有如何协调 4 管线敷设是否做到避让灯光 舞台机械干扰线路 一 进行专业的配合几个问题 5 空调噪声指标是否达到声学设计要求 配电室 泵房 机组隔声隔振措施是否得当 是否影响扩声环境 6 除了声学指标达到要求以外 装饰设计的工艺做法是否得当 例如 是否出现扩声系统工作时 装饰构造不牢固产生谐振 7 扩声系统设备安装与建筑荷载有关的数据是否得到结构认可 8 扩声系统对技术用房的环境温度要求是否得到满足 一 进行专业的配合几个问题 声场设计前应进行如下工作 1 厅堂的整体结构首先要避免驻拨波的产生 这就要求厅堂的长 宽 高比例要科学 为了更好地实现声音扩散和灯光投射 厅堂的净高要得到足够的保证 2 其次需要避免弧形墙面 狭长的平行光面结构等影响声音扩散的结构 3 装修材料的选取严格按照声学计算的结果进行 避免建筑装饰工艺采用支撑不牢固的材料或结构 二 声学设计 1 混响时间的计算2 声场均匀及反射面的处理3 声场缺陷的避免 尽量不要在扩声区域设置大面积光面的凹形结构 包括屋顶和墙壁 尽量不要在声压较大的区域设置两个平行的反射性强的墙面一般只要声场比较均匀 没有声的聚焦的话 扩声增益不大时反馈就不容易发生 二 声学设计 1 音质设计 4 扬声器指向性及布局在声场不均匀度指标中的作用 扬声器指向性 例如 某扬声器水平 40 600Hz 8kHz 6dB 说明该扬声器在水平方向的 40 范围内 600Hz 8kHz的声波 声压级下降小于6dB 扬声器的布局 音响的位置布局是关系系统扩声指标及厅堂声学指标能否得到保证的关键 二 声学设计 1 音质设计 1 环境噪音控制 隔声处理 噪声要求在35 40dB以下 一般不要高于平均值10 15dB为好 现场噪声的降低 空调和通风设备最好选择噪声低2 扩声系统噪声 保证扩声系统的设备选用 管线的敷设形式 扬声器安装位置达到良好的系统指标 从而保证厅堂的总噪声级技术指标 二 声学设计 2 噪色控制 1 扬声器的特征 数量 布置形式 采用有源还是无源方式 2 系统的基本组成 设备的连接形式 3 音频信号的处理 传输 控制方式 4 扩声系统与其他系统的关联关系 5 主要设备的性能及功能要求 三 电声系统设计 1 确定系统形式 构造 按照扩声系统的设计内容是声学和电声系统 在声学设计进行的同时电声系统需要同步进行 按照确定后的系统特征指标 功能要求确定系统形式 构造 一般包括以下内容 2 设备布局 布局设计要反复与建筑各专业 装饰 灯光 机械专业配合 1 配电量 固定设备的用电功率 临时用电设备或流动设备的用电功率 2 配电点扩声控制室配电箱 机柜控制台 功放机房 舞台插座箱 盒 舞台监督位 现场调音位 后台化妆间 舞台监督视频显示 3 配电形式及质量 一定要让扩声系统的电源取自供电线路中干扰较小的一路 凡有条件许可尽量让音响系统的供电线路和灯光线路分开 供电线路最好单独穿管 扩声系统设计始终不能忘记的就是安全性 电气设计中要检查设计的配电容量 供电形式是否合理 不容许超负载供电形式 埋设线缆不能底规格 三 电声系统设计 3 系统配电 对于管线设计 一定要严格按照电工手册中关于穿线数量和不同管线口径的关系执行 特别是电源线路管线的预埋 绝对要避免电源线的总截面积超过管线的规定的范围 否则容易给工程的安全造成极大的隐患 可选择防火的PVC管 JDC管和SC钢管 三 电声系统设计 4 管线敷设设计 1 设计人员对常见的设备性能要熟悉 2 遵循实用和适用的原则 3 保持设备档次性能一致的原则 4 设备的技术规格确定可以先确定音箱 功放 调音台几类设备 三 电声系统设计 5 确定设备技术规格或选型 1 图样语言的表达既要精练全面 又要准确清楚 2 系统连接图应该明确的表达出系统设备间的关联关系 信号的走向 线缆的走向 编号 采用的规格等内容 3 管线敷设图明确系统管线的走向 编号 位置 尺寸 敷设方式等内容 4 设备布置图需要明确所有设备的安装位置 间距 安装方式 包括标准或非标件的规格 指标 安装形式 四 绘制设计图样 一般在绘制设计图样是要注意 5 设计图样图中可包括反应出系统 环境预计预声学状况的声场模拟图系统声学设计的模拟 声学模拟设计通常需要在计算机软件中建立房间结构的数学模型 将环境装饰所涉及的房间结构 装饰材料 音箱布局 音箱参数的输入 经过一系列的计算 得到房间声学状况参数的大致预计结果 保证混响时间 声压级 声场的不均匀度以及声场覆盖情况的直观显示 四 绘制设计图样 一般在绘制设计图样是要注意 明确声学设计装饰设计及施工工艺包括材料上的要求 明确声学设计的原则 说明系统具有的功能和最终特性指标 明确设计依据和主要设备的功能 明确施工注意事项 强调重要环节的施工工艺 五 编制设计说明 设计说明应该包括以下内容 1 设计思路要表诉清楚 包括系统的功能 性能定位 2 设计说明的语言要简洁 以及系统功能 技术指标 设备安装位置 信号传输路由 控制关系 管道敷设方式 主要设备选型等问题表达清楚为原则 3 设计说明应采用规范话的用词 五 编制设计说明 在编制设计说明时要注意 工程是否规范合理 是否经受得起检验的就是工程的安全性和对环境的影响 环境影响方面包括 对周围单位工作的影响 对周围居民生活的影响 六 设计中需要注意的几个问题 1 工程的安全合理以及对环境的影响 有条件 可以考虑舞台和观众厅后面墙作强吸声或漫反射处理 传声器的使用位置尽量避开扬声器的有效覆盖范围 根据使用环境和系统类型适当选择传声器的指向特性 在系统中设置声音反馈抑制处理设备 或利用数字设备控制距离传声器位置最近的扬声器的声压级 六 设计中需要注意的几个问题 2 声反馈及处理 注意尽量在建筑声学设计阶段提高声场不均匀度指标 有表演区域或主席台的场所 剧场 会议厅 歌舞厅 尽量将控制室设置在观众厅的后部 以便让操作人员很好观察现场情况 控制室地面宜采用防静电地板 抬高20 30cm 以便控制室地面各种管线的敷设 扩声现场控制室不要设置为与现场声音隔离的形式 应保证操作人员能很好监听到扩声状况 控制室尽量不要与其他系统的设备机房毗邻 特别是灯光硅箱机房和电动机 分机机房 控制室内设备和机柜布局应该满足操作人员的有利观察 六 设计中需要注意的几个问题 3 控制室问题要注意 系统连接尽量避免信号线路过长 功放输出距离音箱距离较远时 应该选择线径较粗的音箱线 传声器信号线宜采用4芯屏蔽电缆对角焊接 扩声质量要求较高的场所一般需要选择前级电子分频或选择音箱控制器方式进行有源分频处理 涉及信号被多台设备利用时 应该采用信号分配器 扩声区域较大的场所 用一区域不同的音箱尽量不要连接在同一台功放上 避免该功能发生故障时造成同一区域大量失声 六 设计中需要注意的几个问题 4 系统连接 传导耦合 公共阻抗耦合 这时干扰源和被干扰设备往往是共用某些导体 电源线耦合 是指 电源受到干扰源的干扰后 通过共用的电源回路将干扰传输到其他设备的现象 六 设计中需要注意的几个问题 5 电磁干扰与接地 1 扩声系统工程应符合专业工程国家相关标准原则和工程设计确定原则2 扩声系统声压级计算3 实践中出现的问题4 提高传声增益的方法5 噪声控制6 声学音质设计7 功率8 灵敏度 四 扩声系统中应注意的问题 1 扩声系统工程应符合专业工程国家相关标准原则和工程设计确定原则 四 扩声系统中应注意的问题 国家与行业标准 GB50371 2006 厅堂扩声系统设计规范GYJ25 86 厅堂扩声系统声学特性指标GB3241 声和振动分析用1 1和1 3倍频程滤波器GB3661 测试电容传声器的技术条件GB3785 声级计电 声性能及测量方法GB3947 声学名词术语 2 扩声系统声压级计算 四 扩声系统中应注意的问题 室内声压级与那些因素有关 扬声器灵敏度 功率 距离 位置 混响等参数有关 自由声场中声压级计算公式 实例 四 扩声系统中应注意的问题 在自由声场中 当功放的输出功率为100W 扬声器的灵敏度为99dB 问离扬声器16米处听众的声压级为多大 结论 距离增加一倍声压级下降6dB 3 实际应用 四 扩声系统中应注意的问题 扬声器数量每增加一倍 声压级增加3dB 扬声器输入功率增加一倍 声压级增加3dB 扬声器最大输出声压级小于声压级的计算值 厅堂内实际声压级比自由声场中的计算值高3 9dB扩声系统调试中 应使用粉噪声测试信号测量声压级 调音台的额定输出电平与厅堂正常扩声声压级相对应 4 提高传声增益的方法 四 扩声系统中应注意的问题 提高扬声器系统的指向特性提高传声器的指向特性使用近声传声器选择优质传