电影院音响系统

精品文档 1欢迎下载 电影院音响系统电影院音响系统 第一页 第二页 第三页 第四页 自 1995 年道尔比电影立体声引入我国以来 国内电影立体声事业获得长足发展 特别是数字电影的发展 极大地推动了我国的电影 科技进步 现在 我国的城市影院已绝大部分改造为 SR 型立体声或数字立体声声电影院 电影院声学环绕的改善 音响系统质量的提高 已日益受到重视 电影院音响系统涉及范围较广 它包含电影院内的建筑声学设计与全部还音系统及其设计 这里仅讨论电影还音系统 的 B 环部分 功放与扬声器的基本特性 以及声场设计方法 同时对我国目前影院内使用最多的音霸牌电影立体声功放与扬声器予以 介绍 第一章 功率放大器的基本技术特性与典型产品介绍 功率放大器的作用是将解码 均衡后的各路声频信号进行放大 并推动扬声器供声 在立体声电影重放技术中 对功率放大器的要 求是高效率 低失真 大功率 高保真 确保声音的重放有足够的功率 并能如实地反映声频信号的音质与音色 掌握功率放大器的各 项技术性能 是正确选择与使用功率放大器的必要条件 1 1 功率放大器主要性能指标及其评价 以定阻输出功率放大器为例 其主要性能指标见表 1 表 1 声频功率放大器基本参数 基本参数要求序 号 基本参数 名称 测量条件单位 I 类II 类III 类 1 赠益限制的有效 范围 正常工作条件 HZ 20Hz 20kHz 0 5dB 40Hz 16kHz 1dB 80Hz 8kHz 2dB 额定条件 正常工作条件 0 5 20Hz 20kHz 0 5 40Hz 16kHz 2 80Hz 12 5kHz 2总谐波失真 1 100 额定输出功率时 0 5 1 4 3 失真限制有效频 率范围 正常工作条件 Hz 20Hz 20kHz 0 5 40Hz 16kHz 0 5 80Hz 12 5kHz 0 5 宽带 94 81 71 4 信噪比 线路 输入A 计权 dB 99 86 76 5 过载源电动势与 额定源电动势之 比 线路输入额定条件 dB 26 12 12 6 阻尼系数额定条件 10 4 1kHz 60 40 30 7 串音衰减 额定条 件宽带 250Hz 10kHz dB 50 30 8 转换速率额定条件 30 9 增益差 音量控制器从最大位置到下降 46dB 范围 内 dB144 精品文档 2欢迎下载 10 稳定性额定条件 不应有自激和寄生振荡 1 1 1 频率响应 频率响应应考虑两个指标 增益 频率响应和失真 频率响应 增益 频率响应是指功率放大器各频率分量的放大能力 它表明功率放大器的整机频率特性 即放大器的通频带宽度以及在通频带内放 大量的不均匀度 图 1 为典型高保真功率放大器的频响曲线 尽管可闻声频响范围为 20 20kHz 但为了降低失真 放大器的频带宽度扩 展至 10 100 kHz 不均匀度小于 1dB 图 1 增益 频率响应曲线 失真 频率响应曲线亦称功率带宽 它是指功率放大器工作在 1 2 额定输出功率状态下 各频率成分均小于总谐波失真额定值的频 率范围 图 2 为高保真功率放大器的失真 频率相应曲线 为了保证大功率输出状态下放大器音质依然良好 其频响范围在总谐波失真 系数小于 0 1 的情况下 须在 10 60 kHz 范围内不均匀度低于 3dB 图 2 失真 频率响应曲线 1 1 2 失真度 失真度是指功率放大器非线性畸变状况 考虑静态指标有谐波失真 交越失真 削波失真 相位失真和互调失真 动态指标有瞬态互调 失真等 对于晶体管功率放大器 只要加入相当量的负反馈就可以达到相当高的谐波失真水平 目前已可降低到 0 01 以下 但是 即 使特别小的谐波失真 在主观听声中仍感到声音发硬 高频发毛 不如比它低两个等级的电子管功率放大器音质好 这是因为晶体管功 率放大器的过荷失真是硬的 如图 3 所示 在过荷点后 非线性畸变迅速增加 输出波形如刀削 而电子管功率放大器过荷曲线较平缓 输出波形失真虽扁但仍有弧度 由于现代音乐冲击成分多 为了获得良好的音质 晶体管功率放大器应有较大的输出功率 通常其输出 功率至少大于电子管功率放大器输出功率 2 倍以上才能达到相当效果 两种功率放大器的过荷曲线两种功率放大器的过荷失真输出波形 图 3 晶体管功率放大器与电子管功率放大器的过荷失真比较 精品文档 3欢迎下载 瞬态互调失真是晶体管功率放大器的严重弊病之一 它是由于放大器使用了深度负反馈而伴随着深度滞后补偿而引起的 为了避免 出现瞬态互调失真 应尽量采用全对称电路结构 提高晶体管的截止频率 fr 值 使放大器的开环频响好 降低整个放大器的开环增 益 只使用 20 25dB 的大环路负反馈 增加局部负反馈 使放大器的各级具有最大带宽和线性 将开环增益控制在 44 55dB 在放大器稳 定工作条件下 设法去掉消振电容 改滞后补偿为超前补偿等等 1 1 3 转换速率 功率放大器的转换速率的定义是放大器瞬时输出电压上升 或下降 的最大时间变化率 即输出电压对时间的最大导数 dv dt 它反 映了放大器跟随能力的大小 可用来作为评价放大器瞬态失真 亏损失真 的一种方法 由于现代立体声音乐节奏强烈 信号变化 量大 而且又有较多中 高频分量的打击乐器 这就要求放大器须有跟得上输入信号跃变的速率 功率放大器的转换速率可以用使放大器获得最大输出的 10kHz 大振幅方波信号作为源电动势测量 方波的上升 下降 沿要十分陡 然 后用示波器的纵轴刻度 V s 和横轴刻度 t div 计量放大器输出方波信号前沿 后沿 的 10 90 间电压变化值 t 计算 v 与 t 的比值 可得到功率放大器的转换速率 转换速率低的功率放大器瞬态响应差 而转换速率相当高 数百 V s 的功率放大器 稳定性差 而且还有可能引入噪声和干扰 转换 速率究竟以多大为最佳 目前尚无定论 根据信号源与听感要求 转换速率在 30 100 V s 的功率放大器比较符合需要 1 1 4 输出功率 功率放大器的输出功率是指在额定负载阻抗下 放大器不失真的输出功率 亦称额定输出功率 在额定输出电压不变时 降低负载阻抗 放大器不失真的输出功率称为放大器的最大输出功率 功率放大器的输出功率可根据使用场合 负载状态去选择 专业功率放大器可有 从 50 1200W 等各种系列 由于晶体管功率放大器过荷后将会产生迅速增加的非线性畸变 见图 3 为了保证节目的一定动态范围和音质 的明显改善 晶体管功率放大器的额定输出功率应远远大于实际使用需要的平均输出功率 通常应有 5 10 倍的功率储备传余量 这是与 电子管功率放大器实际使用的不同之处 1 1 5 阻尼系数 阻尼系数的定义为功率放大器的额定阻抗 即扬声器阻抗 与输出阻抗比值 它是指功率放大器对扬声器电阻尼的大小 也反映了功率 放大器与扬声器的配接关系 扬声器阻抗不能用纯电阻代替 它是随频率而变化的 实际放声时 各种频率成分都存在而且不断变化 扬声器振动自身产生的反电动势又回送给功率放大器 这种阻抗的变化 频率的波动和反电动势的 逆电效应 会使功率放大器产生 瞬态失真 严重影响音质 因此功率放大器必须有一定的阻尼系数 阻尼系数过小 放大器输出电阻大 低音扬声器在声音停止后仍留有阻尼余振 产生欠尼现象 音质不清脆 阻尼系数过大 放大器 输出电阻小 会产生过阻尼现象 瞬态特性变坏 声音发干 明显影响音质 为了获得各类扬声器的阻尼匹配 功率放大器应有较大 的阻尼系数 高保真功率放大器的阻尼系数设计在 20 100 1 1 6 信噪比 功率放大器的信噪比是由输入级晶体管和反馈电阻决定的 通常功率放大器的信噪比应高于前置系统的信噪比 较好的功率放大器信噪 比应达到 100 110dB 1 1 7 分离度 双通道立体声功率放大器的分离度可用左 右两通道的信号串音衰减来表示 理想状态下的串音衰减应为无穷大 保证左 右两通道完 全分离 实际的高保真立体声功率放大器的串音衰减应 70dB 1 2 EP CPA 系列影院功率放大器 EP CPA 系列影院功率放大器是南京音霸音响电子系统工程有限公司根据数字立体声还音的基本要求与 THX 系统的推荐而研制的新型 大功率 低失真功率放大器 1 2 1 产品性能指标 见表 2 表 2 CPA 系列影院功率放大器主要电性能指标 项目 CPA401CPA801CPA1201CPA2401CPA3601 额定输出功率 W 8 300300 2400 2600 2 850 2 额定输出功率 W 4 450450 2600 2900 21300 2 额定输出功率 W 桥接 8 监听 10W 900 120018002600 额定频率范围 Hz 20 20K 总谐波失真 0 2 输入灵敏度 V 1 1 精品文档 4欢迎下载 输入阻抗 20K 平衡输入 10K 不平衡输入 串音衰减 dB 50 信噪比 Db A 计权 100 注 所有技术指标均为实测结果 1 2 2 产品主要性能特点 功率放大器设计的重点是解决大功率与低失真的一对矛盾 并使其具有足够的动态余量并保证其工作可靠 该产品的所有关键元件 诸 如晶体管与大功率管 电解电容 运放集成电路等全部进口 并进行严格的筛选 严格的配对 严格的老化 在电路设计上全部采用国 外先进的设计理念与技术 其主要技术特点为 1 2 2 1 互补反馈对管群式 地输出 电路 让大功率晶体管体直接接触到散热器上 而其间不加任何绝缘云母片 并配合大型散热器及变速风 机 加速大功率管的散热能力 确保功率放大器在长期使用条件下温升很低 使可靠性提高 输出功率持续不断 1 2 2 2 采用先进的层压电源设计 每个声道均由独立电源供电 其中 CPA3601 设计为双变压器供电形式 这样能使输出电流供给有力 大大地 提高了声道的分离度 1 2 2 3 功放设计有直输出保护 输出短路保护 开机 关机冲电流保护及温度保护电路 1 2 2 4 在工艺结构设计上 力求简洁 精致 同时更注意其工作的长期稳定可靠 例如 采用性能优良的带状条形散热器 并在功放内部设计 了顺畅的散热器通道 控制变速风机转速 可产生较大的散热面 以利快速散热确保输出功放管的一致冷却效果 此外从产品的喷漆到 商标的印制 无一不作精雕细啄 第二章 扬声器的基本技术特性与典型产品介绍 2 1 扬声器的基本技术特性 扬声器的基本技术特性是衡量扬声器品质优劣的主要依据 对于音响系统设计人员来说 了解各类扬声器的基本特性 一是在选型 与功放的配接上有更多的主动性与灵活性 二是在声场设计时 可以根据扬声器的指向特性获得最佳的声覆盖和音响效果 确定扬声器 基本技术特性的主要性能指标有功率 灵敏度 频率响应 阻抗 非线性失真 指向性等 2 1 1 功率 扬声器的功率是衡量扬声器工作可靠性的重要指标 确定扬声器功率应有二个原则 1 扬声器应能承受此功率长期连续工作 2 馈给扬声器此功率 扬声器的非线性失真不应超过规定值 扬声器的功率是输入电功率的有效值 扬声器的功率应考核两个指标 1 额定噪声功率 这是指扬声器在额定频率范围内馈以长时间的粉红噪声信号进行负荷而不产生永久性损坏的功率 在扬声器商标上通 常标这种功率值 国外扬声器所标出的额定功率通常为馈以粉红噪声信号连续工作 2 小时的功率 2 长期最大功率 这是指扬声器在额定频率范围内馈以粉红噪声信号 扬声器承受持续时间 1 秒 时间间隔 2 秒 重复 10 次而不产生 永入性损坏功率 长期最大功率一般为额定功率的 2 4 倍 扬声器的额定功率与功率放大器的额定功率为截然不同的两个概念 功放的额定功率是指最大不削波 无削波失真 功率 特别是晶体 管功放 多为定阻输出 其输出功率随匹配阻抗而变化 由于其输出特性较硬 相对于电子管功放 过了过荷点 将出现明显失真 因此不能满输出功率使用 应留有 2 5 倍功率余量 这对降低失真十分有利 因此在进行功放与扬声器配接时 不必苛求二者功率完全 一致 应该要求功放输出功率要大些 有关功率的确定方法在系统设计部分讨论 精品文档 5欢迎下载 2 1 2 阻抗与阻抗曲线 扬声器的阻抗是扬声器音圈输入端电压与通过 音圈电流的比值 这一比值决定于音圈直流电阻 电感以及扬声器在幅射声波时引入的幅射阻抗 因 此 阻抗是随频率而变的 图 4 示出了扬声器在恒 流或恒压条件下 阻抗模量随频率变化的曲线 阻 抗曲线中低频范围内阻抗最大值处频率为扬声器的 谐振频率 用 fo 表示 在最大值后的最小值就定 义为扬声器的额定阻抗 Z 通常额定阻抗要高于音 圈直 图 4 扬声器阻抗曲线流阻抗 10 20 图 4 扬声器阻抗曲线 2 1 3 频率响应和有效频率范围 频率响应是指在馈给扬声器电压 一般为 1 10 额定噪声功率电压 不变情况下 扬声器在参考轴上距参考点为一定距离时输出声 压随频率变化特性 它反映了扬声器对不同频率声波的幅射能力 频率响应通常用扬声器输出声压级随频率变化曲线表示 称为频率 响应曲线 如图 5 所示 在频率响应曲线中找出声压级最大区域取一个倍频程带宽 测得声压级并下降 10dB 划一平行于横坐标直线 与频响曲线的高低两端分别交于 f1 和 f2 两点 f1 和 f2 对应频率间隔为有效频率范围 对于各值频率宽度小于 1 8 倍频程部分 不计 算在内 图 5 典型频率响应曲线 有效频率范围是表示扬声器重放声音的工作状态和调和音色能力 不同用途 不同场合下的扬声器应具有不同有有效频率范围 例如 作为立体声音响系统重放时 必须选用具有宽有效频率范围的扬声器 2 1 4 特性灵敏度 级 扬声器的特性灵敏度定义为在有效频率范围内 馈给扬声器以相当于在额定阻抗上消耗 1W 电功率的粉红噪声电压时 在参考轴上 距参考点 1m 处所产生的声压 用 dB 表示 其定义表示为 式中 Lp 为换算为 1m 1w 时的声压级 Pr 为在 r 处测得的声压 Po 2 10 5Pa 为参考声压 W 为测试时馈给扬声器的功率 Wo 1W 为参考功率 r 为测试距离 ro 1m 为参考距离 2 1 5 非线性失真 扬声器的失真是由振幅非线性引起的 通常也包括谐波失真 互调失真 差额失真和瞬态失真 2 1 6 指向特性 扬声器的指向特性是描述扬声器向空间各个方 向幅射声波的能力 其实质是表示扬声器所产生的 声压在空间的分布状况 一般以水平和垂直两个方 向的幅射角来表示 了解扬声器的指向性 对控制 扬声器声场十分重要 2 1 6 1 描述扬声器指向性方法 2 1 6 1 1 指向性图形 它为声压随声波幅射方向变化的一簇曲线 这 簇曲线中 每一条曲线分别描述某一频率的指向特 性 并以极坐标表示 见图 6 2 1 6 1 2 指向性频率响应 图 6 指向性图形 精品文档 6欢迎下载 它为在不同声波幅射方向 声压随 频率变化 而变化的一簇曲线 每一条曲线分别描述某一方向 的频率响应特性 并用对数坐标表示 见图 7 图 7 指向性频率响应 2 1 6 2 指向性因数 Q 和指向性指数 DI 在实际工程设计中常用扬声器的指向性因数 Q 和指向性指数 DI 来描述其指向特性 指向性指数是指扬声器在给定轴线方向上某一 点的声强级与在该点上由一全向点声源幅射相等的功率产生的声强级之比 指向性因数是指上述同一点上产生的两个声强级之差 指 向性因数 Q 和指向性指数 DI 之间关系如下 图 8 指向性指数与指向性因数 图 8 中 具有一定指向特性的扬声器与全向性点声源幅射功率相同 此时在相同距离处的声压级却不相同 由于扬声器的指向性 因数为 Q 因此扬声器的幅射声压级要较全向点声源高一个指向性指数 DI 值 当给定了扬声器声压级下降 6dB 的水平覆盖角 和垂直覆盖角 后 指向性因数 Q 和指向性指数 DI 值 可由莫罗依 C T Molloy 公式计算出 图 9 是 Molloy 公式水平覆盖角和垂直覆盖角 的示意 需要指出的是利用 Molloy 公式计算出的 Q 和 DI 仅在扬声器的实际水平与垂直覆盖角范围 内才有效 而且对于工作波长远大于扬声器本身尺 度情况 公式不成立 因此 利用 Molloy 公式计 算 Q 和 DI 大多用于高频号筒式扬声器中 例如 EP PH2311 PH2314 PH2318 型号筒 其水平指 向角 900 垂直指向角 400 由公式可以计 算出 Q 12 86 DI 11 09dB EP PH2319 型号筒 其水平指向角 900 垂直指向角 500 由公 式可以计算出 Q 10 35 DI 10 15dB 图 9 Molloy 公式角度图 精品文档 7欢迎下载 2 2 EP CPS 系列数字立体声扬声器系统 自音霸扬声器的系统进入市场以来 图 9 Molloy 公式角度图一直致力于电影还音系统 EP CPS 系列数字立体声扬声器系统以其 精湛的技术 卓越的性能 可靠的质量 优质的性价比 赢得了中国和世界众多国家电影院的信赖 在 2002 年 EP CPS 扬声器系统与 EP CPA 功率放大器一道 获得了国家科技成果鉴定和数字立体声影院还音设备的示范项目验收 2 2 1 EP CPS 系列数字立体声扬声器系统主要电声性能指标见表 3 表 3 CPS 数字立体声扬声器系统主要电声性能指标 指向特性类别型号阻抗 额定功率 W 最大功率 W频率范围 Hz灵敏度 dB失真 水平垂直 CPS42114600120040 16K100 CPS42124600120040 16K100 CPS4213830060040 16K97 主扬声器 CPS42144600120040 16K 290 40 106 CPS4241830060035 50095 次低频扬声器 CPS42424600120040 500 2 98 CPS4283810020050 16K91 环绕声扬声器 CPS4284815030050 16K96 2 100 100 注 所有技术指标均为实测结果 2 2 2 产品主要性能特点 根据数字立体声电影还音的基本要求与 THX 系统的推荐值 该产品在系统设计方面 低音追求大功率 低失真 而高音则注重 指向性的控制和功率承受能力 整个系统考虑平直的声压频率特性 功率的合理分配 2 2 2 1 全部主扬声器与次低频扬声器的单元均分别采用为 PW1503 型 15 低音扬声器与 PW1801 型 18 低音扬声器 低音的振动质量设计得 较大 磁路系统设计为具有对称特性的通风冷却式 VGC 磁路 大大改善了音圈散热条件 有效地抑制了低频失真 带加强筋的线性 纸盆与带阻尼胶的布质悬挂系统连接的振动组件 确保最大偏移线性和严密的受控瞬态响应 提高了低频扬声器的功率承受能力 改 善了阻尼特性 2 2 2 2 恒定指向性双径向号筒的应用 可以按设计的复盖角度在有效的频率范围内提供均匀的声盖 保证所有频率到达观众厅每个座位 以获得多声道数字立体声电影的还音声场效果 所设计的扬声器系统中 CPS4211 的高音号筒为 PH2311 尺寸 790 790 900 指向性 900 400 CPS4212 的号筒为 PH2318 尺寸 450 280 240 指向性 900 400 CPS4213 的高音号筒为 PH2319 尺寸 760 380 290 指向性 900 500 CPS4214 的中音号筒与高音号筒分别为 PH2331 尺寸 760 140 270 指向性 900 500 CPS4284 的高音号筒为 PH2104 尺寸 210 190 112 指向性 1000 1000 所有主扬声器的号筒均设计为方向可任意调节 以满 足不同影院声场条件的声覆盖需要 2 2 2 3 高音驱动器的设计指导思想为 大音圈 大振膜 大磁路结构 其中 CPS4211 CPS4212 的高音音圈为 4 CPS4213 CPS4214 的高音音圈为 3 轻如薄纸 比钢还硬的钻石纹钛合金振膜 KAPTON 骨架矩形截面铜包铝线音圈 这样可降低振动系统质量 提高驱 动器的功率承受能力 曲面导向均衡控制器的设计 有效地展宽了带宽和平滑的无峰响应 大大地改善高音的音质和音色 2 2 2 4 系统低频扬声器箱全部采用直接幅射式倒相结构 箱体容积与倒相口均采用了计算机辅助设计 箱体为硬质胶板 侧板厚 18 面 板厚 25 榫木联接结构 确保系统的低频响应平滑 延伸值低 均衡特性好 无共振现象 2 2 2 5 为确保数字立体声电影的还音要求 全部主扬声器系统均设计为电子分频 高 低音系统被分别驱动 除 CPS 4213 外 其余主 扬声器均为号筒外置结构 两种环绕声扬声器系统 CPS4283 4284 为内置分频结构 其分频网络可专门切换 对高频预加重 以符 合 ISO2969 X 特性曲线要求 其音箱结构设计为 150 的倾斜角 并配套设计贴挂墙面的安装支架 对安装与调节环绕声场十分方便 2 2 2 6 精品文档 8欢迎下载 考虑到国内目前专业扬声器的基础制造工艺条件较差 部分部件与材料尚不能过关 扬声器的主要关键另部件全部采用国际采购 方式 从国外进口 进口的另部件主要为 全部的高音音圈音膜组件 15 与 18 低音扬声器纸盆与音圈 大功率高 低音扬声器用磁 体 220 纸盆用阻尼软化胶 高音磁隙用磁流体 大功率低音扬声器用音圈编织线等等 从多年的设计生产与使用实践中 我们 深深地感受到这种做法对提高扬声器的音质 音色条件 提高的扬声器的可靠性十分有利 使产品能与国外进口产品相媲美 提高市 场竞争力 第三章 影院音响系统设计 3 1 影院音响系统设计的技术要求 3 1 1 足够的响度 声压级 影院观众厅内 在没有噪声干扰情况下 观众听到的重放声应既不感到费力 又不感到震耳 通常要求有 85dB 的平均声压级 考 虑到音乐高潮的不失真重放 可再留有 10dB 余量 SR 系统应有 15 20dB 余量 数字立体声系统应有 20 30dB 动态余量 3 1 2 均匀的声场分布 声场分布均匀 可保证整个厅堂内各点声能分布均匀 各区域内观众听到的响度基本一致 通常 均匀的声场分布应保证整个厅 堂内最大声压级和最小压级之间不超过 6dB 最大声压级 或最小地质压级 与平均声压级之间不超过 3dB 3 1 3 合适的混响时间 混响时间是影响影院观众厅音质的一个重要参数 混响时间控制合适就能提高语言清晰度和音色丰满度 有助声像定位 同时增 加响度和声扩散 对于电影立体声所要求的观众厅最佳混响时间 可按其实际容积 V 单位 立方米 由公式 求得 亦可由图 10 中 查得 均以 500 1000Hz 为基准 3 1 4 具有良好过渡特性的频率特性 厅堂内声场频率特性可以两个方面评价 一 个是混响时间频率行性 另一个是声场特性的频 率特性 混响时间频率特性是指厅堂内所要求考核的 各频段在各个频率的不均匀性 通常要求厅堂混 响时间频率特性具有平滑的过渡 没有较大的起 伏 并且允许低频混响时间稍有提高 高频混响 时间稍有降低 对于电影立体声要求的混 响时频率特性的允差范围可参见表 4 和图 11 图 10 观众厅内所要求的混响时间与其容积的对应关系 精品文档 9欢迎下载 2 1 3 频率响应和有效频率范围 频率响应是指在馈给扬声器电压 一般为 1 10 额定噪声功率电压 不变情况下 扬声器在参考轴上距参考点为一定距离时输出声 压随频率变化特性 它反映了扬声器对不同频率声波的幅射能力 频率响应通常用扬声器输出声压级随频率变化曲线表示 称为频率 响应曲线 如图 5 所示 在频率响应曲线中找出声压级最大区域取一个倍频程带宽 测得声压级并下降 10dB 划一平行于横坐标直线 与频响曲线的高低两端分别交于 f1 和 f2 两点 f1 和 f2 对应频率间隔为有效频率范围 对于各值频率宽度小于 1 8 倍频程部分 不计 算在内 表 4 混响时间倍频程段频率特性 频率 Hz 63125 2505001k2k4k8k 1 0 1 51 0 1 21 0 1 11 01 00 8 1 00 7 1 006 0 9 图 11 混响时间倍频程段频率特性表 声场特性频率特性 是指各声道在厅堂内的各个区域 各个频段内声级的不均匀度 理想的这一频率特性应为一条平直直线 实 际上由于受到厅堂声学条件和设备条理影响 不可能完全平直 但只能有 3dB 容差 对于电影立体声系统 其频率特性应符合 ISO2969X 曲线要求 见图 12 各声道的具体要求在第 3 2 节说明 图 12 ISO2969X 特性曲线 3 1 5 信噪比应满足要求 噪声对正常听觉会产生干扰和掩蔽作用 影院内噪声应低于 42dB A 或符合 NC35 噪声曲线要求 SR 型立体声影院内噪声应低于 38dB A 或符合 NC30 噪声曲线要求 数字立体声影院内噪声低于 35dB A 或符合 NC25 噪声曲线要求 以保证重放信号在最小声 压级位置上应大于 30dB 的信噪比 3 1 6 最大供声距离 为了保证电影还音直达声的主导作用 最大供声距离应为临界距离的 3 4 倍 式中 Q 为扬声器的指向性因数 R 为观众厅内的房间常数 3 1 7 消除音质缺陷 回声 颤动回声 声聚焦 强前次 长延迟反射声等音质缺陷会破坏电影重放的音质 应予以消除 3 2 观众厅电声技术特性 3 2 1 主声道 3 2 1 1 主声道宜采用电子分频网络 3 2 1 2 主声道的峰值声压级为 103dB 宜留有 3dB 的功率裕量 精品文档 10欢迎下载 3 2 1 3 主声道的频率特性应符合表 5 表 5 主声道的频率特性 倍频程中心频率 f频率特性要求允差 50Hz 以下 6dB 倍频程 50Hz 2KHz平直 2KHz 10KHz 3dB 倍频程 10KHz 16KHz 6dB 倍频程 3dB 3 2 2 环绕声道 3 2 2 1 左 右两边环绕声道的峰值声压级均为 100dB 并均宜留 3dB 功率裕量 3 2 2 2 环绕声道的频率特性应符合表 6 表 6 环绕声道的频率特性 倍频程中心频率 f频率特性要求允差 100Hz 以下 4dB 倍频程 100Hz 4KHz 平直 4KHz 8KHz 4dB 倍频程 8KHz 以上 9dB 倍频程 3dB 3 2 3 次低频声道 3 2 3 1 次低频的峰值声压级为 113dB 3 2 3 2 次低频的频率范围为 20 120Hz 3 3 影院音响系统的总体设计 根据上述要求 可对影院音响系统进行总体设计 其内容包括声源总功率的估算 设备选型 系统连接等方面内容 3 3 1 声源总功率的估算 实用声压级的计算 可近似表述为 其 中 Lp 电影厅内距离 r 处声场声压级 Ls 扬声器的灵敏度 W 扬声器的驱动功率 r 测试距离 对于主声道与次低频声道 r 可取放映距离的 2 3 对于环绕声道 r 可取电影厅的宽度 R 房间常数 n 放声扬声器的数量 式 是在各声道距离 r 处轴向测试的声压级 倘偏离轴向 角度 则应为 精品文档 11欢迎下载 其中 D 为扬声器的指向性函数 20 lgD 为偏离轴向 角度后的声压级衰减量 实际应用中 电影厅内各声道的指向性 覆盖必须保证均匀到位 因此只要在具有恒定指向性扬声器的覆盖范围内 其衰减量也必定在 6dB 之内 根据式 验算各声道峰值声压级的具体步骤为 根据电影厅的容积 按 标准 要求进行该电影厅的建声设计 求出电影厅的平均吸声系数 吸声量 S 同时计算出房间常数 R 由电影厅的放映距离 选择合适的主扬声器 次低频扬声器 环绕声扬声器及相应数量 并查出对应扬声器的灵敏度 功率及指向 性因数等项技术参数 同时选择与之相匹配的功率放大器 对于采用多数量扬声器的声场 应将其数量 n 统计上 如果采用多台功率放大器驱动 则其驱动功率也应乘以 n 倍 对于偏离轴向的声场 应将其指向性函数值 即偏离轴向倾斜角的衰减 dB 值 一并计入 由公式 或 可以计算出各声道扬声器的峰值声压级 然后对照 标准 验证 只要有 3dB 的余量就足够了 计算时须注意 主扬声器的左 中 右三路均分别覆盖整个电影厅声场 应单独进行计算 环绕声扬声器由多台构成左 右 或左 后 右后 声道 可按各声道分别计算 次低频扬声器可由多台构成 并由多台功率放大器分别驱动 计算时应考虑互耦效应 实际工程中 往往是知道了电影厅的几何尺寸与混响时间 如何根据标准中所规定的各声道声压级 去进行定性分析与定量估算 进而 选择对应功率值的扬声器与功率放大器 为估算方便 可对式 进行如下简化 设定扬声器为恒定指向性 其指向性有度为水平 900 垂直 400 根据 Molloy 公式可以计算出 Q 12 8 略去 4 R 视混响声场为直达声场 将略去部分作为功率余量的一部分 测试点在各声道的轴线上 与声源相距 r 将 Q 4 的比值近似为 1 由上述简化原则 式 可变为 为求出所需功率 数值 式 可变为 例如 电影厅内所用 EP CPS4211 型主扬声器的灵敏度为 100dB 测量点距主扬声器距离为 24m 求出获得 85dB 的平均声压级所需 要驱动功率 WP 与达到 103dB 的最大声压级所需要驱动功率 WD 精品文档 12欢迎下载 根据上述功率要求 可以确定主扬声器系统的功率要求 选择合适的功率放大器 同样也可以根据次低频扬声器和环绕声扬声器 的声场声级要求 采用同样计算方法可以先选定次低频扬声器和环绕声扬声器的型号和数量 由扬声器系统总的功率数量以及分布状 况 选用合适的功率放大器 确定放大器的功率及数量 包括备用数量 在确定了扬声器与功率放大器的型号 数量后 选定了控制机柜 最后作出各声道扬声器声场分部设计和以扬声器位置及管线分布为 主的施工工艺图 3 3 2 设备选型 一个优良的音响系统 应由优良的硬件 音响设备来支撑 下面简要介绍影院音响系统的设备选型原则 3 3 2 1 主扬声器 指向性恒定 指向性为水平 900 垂直 400 根据观众厅的大小以及所采用的立体声制试可选用 200w 400w 600w 1200w 功率的不同类型扬声器 频率响应平直 频响范围为 50 16KHz 失直度小于 2 3 3 2 2 次低频扬声器 低频谐振频率在 20Hz 左右 可选用 300W 600W 600W 1200W 功率的不同类型扬声器 根据观众厅的大小以及所采用的立体声制试 须选用 2 8 台相对应功率的扬声器 利用扬声器的互耦效应 提高其功率承受能力 3 3 2 3 环绕声扬声器 指向性以 100 度 100 度为佳 频率响应应达到 70 12 5KHz 根据观众厅状况可选用 6 32 台 分数路控制 3 3 2 4 功率放大器与功率分配 根据立体声处理器是器的输出要求 功率放大器的输入灵敏度以 0dB 4dB 为佳 输入阻抗须大于 10k 用于单声道影院的功率放大 器而应配置前置放大器 前置放大器的闭环增益应不低于 60dB 功率放大器的输出功率应大于扬声器的实际使用最大功率 其它技术指标应符合国家一级机的标准 其输出阻抗适应性要强 有过载和短路保护装置 保证机器的性能稳定 安全可靠 机架与接插件符合 IEC 标准 确保与标准 19 英寸机架配合 六声道立体声有左 中 右 左环 右环 次低频六路输出 由于环绕声与次低频扬声器还需分组驱动 须留有一定备用数量 理 想状况下 至少需配备 4 8 台功率放大器 采用电子分频的系统应配有 6 12 台功率放大器 3 4 电影厅声场设计 3 4 1 主扬声器系统 三组主扬声器置于银幕后构成阵面型立体声重放系统 使观众既有明确的方向感 又能随画面影像移动而感到声像称动 克服声 像空洞现象 三组扬声器的电声性能应基本一致 即 相位特性与频率特性应一致 经调整后声级相同 通道串音串减应大于 30dB 主扬声器系统的声场设计要点为 主扬声器的间距应尽可能大 为了扩大立体声声强平衡区 主扬声器间距至少应大于 5m 对于小型立体声影厅 其间距也不得小于 3 5m 扬声器的安装高度应以其高音号筒中心定位 其位置基本处于银幕的 2 3 高度处 扬声器应靠近银幕 但不触及银幕 高音的俯仰角调整应以在观众厅内获得 均匀的声扩散为原则 这就要借助扬声器和垂直 指向特性去控制 例如 EP PH2311 型恒定图 13 高音垂直覆盖角调整图指向性号筒 当偏离中心 轴为 130 时 其衰减为 3dB 偏高 20 度时 衰 减 6dB 偏离 30 度时 衰减 9dB 设计时 可 将扬声器中心辐射轴对准观众席最远区 利用 平方反比定律 使得扬声器的距离衰减差值与图 13 高音垂直覆盖角调整图 精品文档 13欢迎下载 偏轴衰减差值几乎接近 从而保证均匀的声场覆 盖 如图 13 所示 通常在影院中 可将扬声器 辐射轴线对准后墙中下部 注意到垂直辐射角外 沿对观众厅前区的声覆盖 这可通过作图法和实 际声场测量调整到最佳位置 左 右 路扬声器的水平覆盖范围调整原则 为 水平覆盖角外沿 6dB 应能包含第一 排右 左 侧座位 侧墙对主扬声器辐射声 波的反射要小 调整前可根据观众厅中心线间距 离 AR 以及 A 点到扬声器辐射轴线与中心线交点 的距离 AB 由下式计算出扬声器水平面与厅堂 水平线的夹角 arctg AR AB 计算 和调整水平覆盖角时 应尽量使扬声器 水平覆盖角外沿与侧墙平行 避免反射和回声出 现 图 14 主扬声器水平覆盖范围调整图 3 4 2 次低频扬声器 次低频扬声器担负 20 200Hz 频段还音 由于人耳听觉特性对低频特别不灵敏 低频 图 14 主扬声器水平覆盖范围调整图 扬声器 的效率又十分低 设计中应充分考虑 3 4 2 1 可根据影院大小及对低频效果声的要求 将二台 四台甚至八台扬声器组合在一块 用对应数台功放分别驱动 利用互耦效应 成倍地提高系统效率 3 4 2 2 扬声器可以集中置于银幕后舞台中心或中路扬声器一侧 有条件时也可利用障板固定连接 以使低频幅声能尽可能地向前辐射 减少声波的后辐射 造成不必要的声能损失 扬声器可以直接放在舞台地面 利用舞台地面 利用地面反射声加重次低频 第三章 影院音响系统设计 3 4 3 环绕扬声器 环绕声扬声器与主扬声器系统构成波阵面型平面环绕立体声系统 环绕声扬声器系统的良好设计可配合主扬声器的声像定位 增 强整个电影立体声信息的空间感 分布感和方位感 环绕声扬声器系统的声场设计应要求 在观众厅内有均匀的声波覆盖 要有足够 的功率余量 其位置确定 应保证主扬声器声场对环绕声声场的 优先效应 具体可从以下两个方面考虑 3 4 3 1 布置 环绕声扬声器的布置应根据影院观众厅的大小 长度 宽度和高度 来具体确定 即由观众厅中放映距离确定银幕前第一只扬声 器的位置以及各个扬声器之间距离 由观众厅的宽度和高度确定扬声器的悬挂高度和倾斜角度 水平位置确定 水平位置确定首先要确定第一只扬声器的安装位置 一般考虑以下两个条件 a 与银幕要有一定距离 避免前区扬声器产生 环 绕声从前方发出 效应 b 前区第一只扬声器与后墙扬声器间距的声延迟 应尽量控制在 优先效应 所规定的时域内 以利在整个 环绕声声场中 主扬声器声场 优先效应 的调整 鉴于 优先效应 环绕声扬声器的前后位置如果超过 18m 其前后声场的延时将 超过 50ms 这对主扬声器与环绕声扬声器的声场调整十分不利 安装高度调整 扬声器的安装高度应选取适当 通常较高的扬声器安装有利于扩大立体声聆听范围 而且易于形成空间感 扬声器的安装高度定量计算 可按下式 精品文档 14欢迎下载 式中 H 扬声器距地面高度 m D 观众厅宽度 m a 边走道宽度 若无边走道可取 1m 1 2m 倾斜角度确定 扬声器的声场均匀特性可以利用扬声器的距离衰减差值 符合 1 r2 定律 和偏轴衰减差值 指向特性 去相互补 偿获得 通常侧墙扬声器对称悬挂 只要安装高度符合式 其倾斜角度 值计算也十分方便 arctg H D arctg H D 对于悬挂在观众厅后墙上的扬声器 其倾斜角度也可 以按式 进行计算 只是在取 H 值时还要考虑观众厅后部 起坡高度 D 值可取观众厅后墙距银幕距离 2 3 处 有时为了安装方便 只要知道扬声器的高度 L 利用 计 算出扬声器上部距墙宽度 T 以宽度 T 去确定扬声器的倾 斜角度 图 15 环绕声扬声器安装高度与倾斜角 扬声器间距确定 扬声器应等距安装 为了保证若干只扬声器声束交迭 而创造均匀 宽阔的环绕声声场覆盖范围 应根据扬声器的指向性 按图 16 所 确定的它们 6dB 点重合相交位置 然后由式 计算出扬声器的间距 L 式中 y 观众耳朵高度 取 y 1 1m 对于侧墙扬声器 Z Z 2a tg 2a tg 对于后墙扬声器 Z Z 2b tg 2b tg a b 分别为侧墙和后墙走道宽度 通常可取 a 1m 1 2m b 1m 1 5m 为置于 H 高度扬声器指向性 角度 通对于 100 度 100 度指向性扬声器 可取 80 度 85 度 顶棚扬声器 在观众厅跨度较大 且没有楼座的影 院 其顶部可以适当布置 2 6 台扬声器 顶部扬声器可以 增强观众厅中部环绕声声级 以补偿观众厅环绕声声场的 均匀覆盖 顶棚扬声器宜采用 1000 1000 指向性扬声器 扬声器间距仍可利用式 进行计算 式 中应有 图 16 环绕声扬声器间距示意图 精品文档 15欢迎下载 3 4 3 2 匹配 环绕声扬声器可根据影院观众厅的体积以及扬声器的功率 灵敏度而适当选取 并串成若干组与功放配接 其选取原则为合适的功 率容量与声压级 恰当的并串方式 功率匹配 功率匹配是指当选取一定数量扬声器后 如何根据声场条件去选用合适的功放 功放的匹配功率可由式 求得 声级匹配 银幕后主扬声器直达声场 在较完善设计的厅堂中 一般前区的声级要高于后区约 2 3dB 为了使环绕声声场与主扬声器声场在观众厅 各部位声级基本一致 建议将环绕声道分成两路 分别由两路功率驱动 一路覆盖观众厅前区 一路覆盖观众厅后区 对应于主扬声器 声道的直达声场 环绕声扬声器前区声级可经略高于后区的 2 3dB 阻抗匹配 当多台扬声器与功放输出连接时 必须注意多台扬声器并串后的最终阻抗是否能和功放的输出阻抗相匹配 扬声器并串后的最终阻抗应 控制在 4 16 应注意过低阻抗将会使功放过载并失真 温升增高 可靠性下降 过高阻抗将使输出功率下降 不能获得正常额定功 率 均为设计所不能允许 为了达到阻抗匹配要求 扬声器可按表 7 所给连接方式进行配接 然后分一路或二路或三路去与功放馈接 表 7 中推荐采用先并后串方式的好处在于 当一台扬声器工作不正常时 整路扬声器仍可正常工作 阻尼匹配 作为高保真重放系统 还应注意扬声器连接线阻抗对阻尼系数的降低 最低应保证阻尼系数值大于 10 因此 环绕声扬声器的边接导 线应选择线路较大的多股导线 BVR 系列 选择要求为引线阻抗应不大于扬声器额定阻抗的 1 10 表 7 推荐扬声器连接方式表 单台阻抗台数连接方式最终阻抗在 250W 功率驱动下每台扬声器承受功率 4 2 并 2 串 4 62 5W 6 2 并 3 串 6 42W 8 2 并 4 串 8 31 2W 9 3 并 3 串 4 28W 10 2 并 5 串 10 25W 12 3 并 4 串 5 3 20 8W 4 16 4 并 4 串 4 15 6W 4 2 并 2 串 8 62 5W 6 2 并 3 串 12 42W 6 3 并 2 串 5 3 42W 8 4 并 2 串 4 31 2W 9 3 并 3 串 8 28W 12 3 并 4 串 10 6 20 8W 12 4 并 3 串 6 20 8W 8 16 4 并 4 串 8 15 6W 3 5 电影厅设备的配置 根据电影厅的容积 设计要求 所确定的立体声制式和所选用设备的技术性能 可以作一个比较合理的设备配置 表 8 为根据电影 厅放映距离 选用音霸牌数字立体声影院还音设备的基本设备配置 由于各个电影厅的容积差异较大 其中环绕声扬声器的数量应根据 实际需要量确定 图 16 图 17 图 18 图 19 分别示出四种不同放映距离电影厅的设备配置与连接 表 8 四种放映距离电影厅立体声电影还音设备基本配置参考表 精品文档 16欢迎下载 影厅放映距 离 电影立体声处理器电子分频器功率放大器主扬声器环绕声扬声器 次低频 扬声器 TAC 500CPA3601CPA801CPS4214CPS4284CPS4242 32m 以上 1 台5 6 台2 台3 台18 32 台4 台 TAC 800 CPA3601 或 CPA2401 CPA801CPS4211CPS4284CPS4242 24m 32m 1 台5 台2 台3 台16 24 台4 台