室内音响系统的作用PPT课件.pptx

室内音响系统的作用 2020 3 18 1 1969年博纳在 声系统增益 的文章中 提出计算潜在系统增益的方法 现代声学系统设计的基础理论 优化系统的几何准则 传声器靠近讲话人 以接收讲话者的直达声 传声器距离扬声器足够远 处于扬声器的混响声场中 假如听音者处于扬声器的混响场中 就会使听音区域的声压级在声系统电路接通时不大于声系统电路断路时在传声器位置讲话人的声压级 系统 系统关闭时传声器处的声压级与系统打开时听众席处的声压级差 声反馈和潜在系统增益 2020 3 18 2 容积不足80m3的小型会议室平均吸声系数 0 2表面积111m2 小房间声场的计算 讲话人的指向性指数取为3dB 可以计算出一个讲话人的临界距离 临界距离为1m 房间常数为28平方米 2020 3 18 3 第一步 无扩声时 说话人在传声器和听音人处的声压级第二步 有扩声时 扬声器在传声器及听音人处的声压级第三步 考虑潜在声学增益 2020 3 18 4 0 6m的传声器距离处在直达声声场和混响声声场之间的过渡区域 假定只有直达声声场时声压级为70dB 那么传声器处总声压级为71dB 2020 3 18 5 将说 求临界距离处直达声声压级 听音人位置处声压级为65 4dB 听音人处于混响声场中 混响声声压级 临界距离处的直达声声压级 0 6m处声压级为70dB 那么1m处的声压级为 dB 10lg D1 D2 2 20lg D1 D2 听音人距离讲话人4 2m 处于说话人的混响声声场中 2020 3 18 6 假定扬声器的指向性指数为6dB 扬声器的临界距离 因为传声器出的总声压级为71dB 所以扬声器在听音人处的声压级68dB 扬声器的临界距离为1 4m 传声器处在扬声器的临界距离上 听音人距扬声器4 8m 所以听音人置于扬声器的混响声场中 扬声器在聆听者位置产生的声压级也为68dB 临界距离处测得的总体平均声压比单独由直达声声场或混响声声场产生的大3dB 2020 3 18 7 无扩声时 说话人在传声器处的声压级为71dB无扩声时 说话人在听音人处的声压级为65 4dB根据避免声反馈的要求 有扩声时扬声器在传声器处的声压级最大为71dB有扩声时 扬声器在传声器的直达声声压级为68dB有扩声时 扬声器在听音人处的声压级为68dB系统声学增益为2 6dB博纳强调 为了获得最大声系统增益 传声器必须处在讲话者的直达声场中 并在扬声器的混响声场中 音响系统没有存在的必要 2020 3 18 8 中等房间的声场计算 2020 3 18 9 计算说话人与扬声器的临界距离无扩声时 说话人在传声器及听音人处的声压级有扩声时 扬声器在传声器及听音人处的声压级计算声增益 2020 3 18 10 计算说话人与扬声器的临界距离 无扩声时 说话人在传声器及听音人处的声压级 2m 0 4 2m60 1m 70dB 60dB 传声器完全处在讲话者的直达声场之中 聆听者处在讲话者单独产生的混响声场中 2020 3 18 11 有扩声时 扬声器在传声器及听音人处的声压级 70dB 聆听者位于扬声器的主轴上 3倍于4 2m临界距离处 扬声器安置在距扬声器主轴角度为60 也是在此角度下 3倍于1m的临界距离处 聆听者和传声器都在扬声器的混响声场中 讲话者在聆听者位置产生的声压级在扩声系统断路时为60dB 声系统接通时为70dB 也就是说最大可能增益为10dB 我们说一般系统都要留有6dB的安全余量 那即便是留有安全余量以后 系统仍可在聆听者位置实现4dB的增益 虽然这个数值很小 但是对于聆听者来说还是可以感觉到声压级提高的 2020 3 18 12 考虑传声器的指向性后 如传声器的指向性在其主轴为5dB 则传声器接到讲话人的声压比混响声场大5dB 系统增益增加5dB的可能 在扬声器与传声主轴成75度时 传声器的指向性为3dB 而扬声器在此轴向为 3dB 所以此轴总合的指向性为0dB 可查扬声器和传声器沿它们的公共轴的总合临界距离约为1 3m 因二者间的距离大于这个临界距离的3倍以上 所以传声器仍是处于扬声器的混响声场中 因此使用这只指向性传声器 可以使系统反馈以前增加系统潜在声增益5dB 2020 3 18 13 不使用扩声系统空场 0 2R 110满场 0 4R 293讲话者 指向性指数为3dB 的临界距离空场2m满场3 4m 分布式扬声器系统 2020 3 18 14 40只扬声器以1 5m为中心间隔安装 在4KHz范围内平滑覆盖 作用于人耳的声压级在整个地面区域只有2 3dB的差异无扩声时 说话者在听音者处产生的声压级 空场时59dB 满场时55dB有扩声时 房间各处的最大声压级为70dB考虑到6dB的安全余量 最大声学增益 空场时5dB 满场时9dB 2020 3 18 15 在上面的例子中 计算增益时没有涉及频率范围大多数声系统中 主要考虑系统增益使讲话者的声音在整个聆听区域放大到适当的声压级因此 计算增益的最重要频段为讲话最清晰的频段 即500Hz 4000Hz在500Hz以下系统的响应可以衰减或切除 不会过多降低讲话的音质在高频段 由于物体 空气的强吸声及扬声器系统的指向性 2500Hz以上很难有什么反馈频率确定一个系统能否成功放大人的语言 最好在1000Hz及4000Hz的频率上进行计算 低于500Hz的区域不能简单忽略 而要在200 500Hz范围上检查房间常数 指向性等 系统增益与频率响应的关系 2020 3 18 16 传声器处于说话人的直达声声场传声器 听音人处于扬声器的混响声声场系统增益公式讲话者在传声器处产生的声压级为L 室内增益公式 Dct是说话人的临界距离 Ds表示说话人到传声器间的距离 2020 3 18 17 通常是在单一频带上进行1KHz中心频率的倍频程粉红噪声 测量音响系统的增益 思考 如何测量 2020 3 18 18 语言声压级远高于环境噪声声压级 尽量减小空调系统的噪声和外界噪声的影响 一般 噪声级应比最低语言声压级小25dB 但对于扩声声压级十分高的声级 噪声级可以比讲话者声压级低10 15dB混响时间 从清晰度讲混响时间短些为好 如1 5S或更低直达声与混响声之比 当混响时间超过1 5S时 语言清晰度就是混响时间与直达声和混响声之比两项的函数 对语言清晰度的一般要求 2020 3 18 19 评价语言可懂度的方法 辅音的清晰度损失可以当做可懂度的唯一指示标准辅音清晰度下降到15 是最大可接受的语言可懂度下降量辅音的损失是混响时间和直混比的函数当听音人远离讲话者 辅音清晰度损失增加 即随着直混比的下降 可懂度也下降 这种关系在 10dB内有效 2020 3 18 20 2020 3 18 21 根据座位席的大小 房间的声学特性常常会有很大不同 计算应以 最差情况 条件作为基础 局部声学条件的存在 并不在统计理论的考虑范围内在大的混响空间中 音响系统的设计始终要有足够的灵活性音响系统不能无限制的提高输出 当存在大背景噪声的情况下 可能影响使扩声系统性能的发挥 2020 3 18 22 教堂假定房间中频段的混响时间为4S方案一 在圣坛上方的高处设置单点扬声器组假定扬声器组包括两个双辐射号筒远区覆盖20 40度近区覆盖90 40度计算出观众席中所选点上的直混比 以决定可接受的可懂度条件能否被满足 有较长混响时间房间的扩声系统设计 2020 3 18 23 计算 当两只号筒分别加入1W的功率时 室内的混响声场 因为电声转换效率 20 所以混响声压级 10lg 2W 0 2 610 126 94dB可以计算出 号筒在远处45m处和26m处产生的声压级均为为85dB 室内总声场 室内混响声场 SPLr 10lgW R 126 dB 2020 3 18 24 直混比 85 94 9dB 要达到可接受的可懂度 直混比至少不低于 7dB 所设计的音响系统不能令人满意 2020 3 18 25 要想改善这样一个房间的清晰度 可以将扬声器分散布置 每只扬声器覆盖一个小区域 在此区域直达声与混响声之比较高方案二 将一些小型扬声器排列在教堂两旁 每个扬声器的覆盖距离不超过5 6m 并在系统中加入适当的延迟 可得到自然的放声 2020 3 18 26 2020 3 18 27 共有14只扬声器 每侧各7只 换能效率 1 2 灵敏度95dB 1w m 每只扬声器馈送1W功率总的声功率为0 17W混响声声压级92dB考虑每个扬声器最长覆盖4m4m处直达声声压级为95 12 83dB直混比为 9dB 2020 3 18 28 考虑到听者距离扬声器的距离可能小于4m且分布式扬声器对着听众 其吸声系数远大于0 12考虑用修正的房间常数R 平均吸声系数不再采用房间的平均吸声系数 而是使用针对观众坐席区 在1kHz频带上的平均吸声系数 重新计算后 混响声压级为80dB直混比为83 80 3dB系统能相当好的工作 2020 3 18 29 延时是取得分布式扬声器系统声音自然的方法 扩声中的延时作用 当对一个声道加入延时 听音人会明显的将声音定位于较早到达的扬声器一侧 两只扬声器产生等响度时电平和延时之间的关系 2020 3 18 30 处在挑台下面的部分坐席 从中央扬声器组得不到足够的覆盖 因此将小的扬声器安装到挑台下边 以提供足够的覆盖 但信号要延时 以便它们传到听众区的声音和由中央扬声器组传来的声音同时到达 实际上延时一般设定为20ms 扩声中的延时作用 2020 3 18 31 系统要均衡意思就是说输出信号的频率响应要符合一定的要求且要求抑制反馈 所有专业扩声系统中采用均衡有两个原因总体响应的调整反馈控制通过波段均衡及选择适当的扬声器 可以得到平滑的符合要求的频段曲线 当系统要求有高增益时 窄带滤波器就可以成功滤去系统在某一频率的啸叫 系统均衡和扬声器的功率响应 2020 3 18 32 音响系统通过馈入系统的粉红噪声 每倍频程等功率 来进行均衡 并且调整系统的响应 以便与房间某一点上的的响应曲线吻合 系统均衡和扬声器的功率响应 最常用的响应轮廓线 2020 3 18 33 在进行测量的房间某一点上 混响声声场是占主导的 利用均衡器进行的调整 实际上是改变由房间的边界吸收后产生的扬声器功率响应 如果扬声器的功率响应是平滑的 那么一切就成功了 如果扬声器的功率响应是起伏的 均衡会使情况恶化 系统均衡和扬声器的功率响应 功率响应 混响声响应轴向响应 直达声响应 2020 3 18 34 这样一个系统 想通过均衡产生平滑的功率响应 按照标准的中等房间均衡步骤 则系统轴上或直达声声场响应将在其响应上构成一对 起伏 量 使语言和音乐听起来不自然 2020 3 18 35 大会堂中整个频段R的变化 系统均衡和扬声器的功率响应 房间常数是频率的函数 声压级仅由房间内lW声功率产生 总声压级只有3dB的变化 最重要的是 如扬声器系统具有平滑的功率响应 会在厅堂内产生一个平滑的混响声压级 功率响应愈平滑 就愈不需要均衡 各种节目的声音愈自然 2020 3 18 36 列出覆盖面积的要求 一般从中心主扬声器开始 决定其中每一只扬声器的驱动要求计算