剧场扩声系统设计说明

1、剧场音视频系统方案说明1 系统概述1.1. 项目概况*大剧场，位于*,是表演歌剧、交响音乐会、舞剧和大型文艺演出等各 种文艺节目的主要表演场所，为了能够作好设备选型和优化设计工作，首先考虑大剧场的使用功能定位，经过综合分析该扩声系统以下几项使用功能是必不可少 的：满足交响音乐会、民族音乐会及合唱音乐会的演出需要；满足外国歌舞、中国民族歌舞、芭蕾舞演出需要；满足电视台、电台对各种文艺节目的直播和录播的基本需要； 满足群众性的报告会、演讲会等的使用需要；满足其它各类型艺术活动和群众活动的使用需要。1.2. 设计依据1.1.1收资情况1、招标文件中用户需求的各项要求；2、剧场建筑图、施工图等相关图纸

2、及相关建声条件；3、业主提出的使用功能需求。1.1.2设计标准现行的有关国家标准或行业标准：WH/T 18-2003演出场所扩声系统的声学特性指标；JGJ 57-2000/J 67-2001剧场建筑设计规范；GB50371-2006厅堂扩声系统设计规范；GB 4959-95厅堂扩声特性测量方法；GBJ 76-84厅堂混响时间测量方法；JGJ/T 16-92民用建筑电气设计规范；GB/T 14476-93客观评价厅堂语言可懂度的“RAST法;GB/T 14197-93声系统设备互连的优选配接值。GB 50198民用闭路监视电视系统工程技术规范GB 7401彩色电视图象质量主观评价方法JBJ 93

3、工业自动化仪表工程施工技术规范GY/T 106有线电视系统技术规范GY/T 121有线电视系统测量方法GBJ 79工业企业通讯接地设计规范通用的规范和标准：GBJ 16-92 （95年修订）建筑设计防火规范GB/T50314-200O智能建筑设计标准GB/T50311-200O建筑与建筑群综合布线工程设计规范GB/T50312-200O建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范GB50259-96 «电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范GB50169-92 «电气安装工程接地装置施工质量验收规范GBJ 232电气装置安装工程施工及验收规范GB 50300建筑工程施工质量验收

4、统一标准GB 50303建筑电气安装工程施工质量验收规范GB 50057建筑物防雷设计规范GB/T14549/93电能质量、公用电网谐波GB/T126661/6/90电缆的耐燃性考核标准GB50217/94电缆设计规范GB50258/96电缆敷设规范进口设备所遵循的标准和要求：各种进口设备要符合上述国家标准外，同时要符合以下国际标准，还要符合ISO （国际标准化组织）和CIE （国际电工协会）制定的国际通行标准规范。UL （美国）CUL （加拿大）CE （欧洲）TUV（德国）BS （英国）JIS （日本）CISPR（国际无线电干扰）引用相关声学计算资料1 .已知声波信号频率f = 50Hz,其

5、周期为0.02s o2 .已知声波信号频率f = 50Hz,其波长为6.8m。3 .已知声波信号波长为0.34m,其频率为1KHz4 .已知声波信号波长为0.34m,其周期为0.001s。5 .某功率放大器输入100mWj输出10w,其功率增益是20分贝。6 .某电流放大器，输入20mA寸输出200mA其电流增益是20分贝。7 .某分频器特性为6dB/oct表示每倍频程衰减6分贝。8 .某滤波器特性为6dB/oct表示每十倍频程衰减6分贝。9 .放大器输出功率的计算式等于（输出电压）平方 /负载阻抗。10 .放大器信号噪声比的计算式等于201g （输出信号电压/噪声电压）。11 .放大器接8

6、Q负载时测出输出电压为8v,此时放大器输出功率为8w。12 .语音和音乐兼用的厅堂扩声系统2级技术指标要求0.1254KHzm专声增 益为12dR13 .要求距扬声器16nfe的直达声扬声压为84dB,在距离扬声器1m处的声扬声 压级是108分贝。14 .声速 O 340m/s,声波波长 入=0.034m,声频f = 10KH五15 .声速C=340m/s,声波波长 入=0.068m,声频f=5KHz引用计算公式：直达声压级计算公式：Lp =SPL+10logW-20logr主扩声系统必要的声增益（NAG的计算：NAG （dB） =20logD0 20log EAD主扩声系统应用的声增益（PA

7、G的计算公式：PAG(dB) =20 log D0 +20 log D1 -20 log D2 -20 log Ds -10 log NOM -FSM输入电功率的计算公式：一(LSENS参考EPR=10X 其中：X= SPL+ 3dB+ ( A D2- A ref dist ) 距离处)/10临界距离(即混响半径)Dc的计算公式：Dc (m) = K V (Q V) / T60在%A Lconslht可懂度的有关计算：%A Lcons = 200 - D22 T260/V - Q人耳等响度曲线：TOO806040250100010 )01 日 QOH】需5002 fl 008 000糖率(M1

8、.2系统组成和需求1.2.1 系统组成根据使用要求，厅堂扩声系统应包括以下部分或全部子系统:1 .观众厅的扩声系统2 .舞台返送系统3 .观众厅效果声系统1.2.2系统需求我们从大剧场未来使用的功能入手，扩声系统应具备以下性能：1、系统所选设备合理、先进、具有长期工作的稳定性、安全可靠、可 扩展性，使用时简化操作程序2、系统采用知名品牌新技术，使系统管理与控制更精确、灵活、方便 且人性化；3、保证观众席有合适的响度及语音清晰度；拥有优美的音色；4、保证观众厅声场有良好的声场均匀度；5、频率范围内具有平滑的频率响应及相位响应， 满足人耳对音质主观 听音要求，6、系统传声增益高、有效解决由声反馈引

9、起的啸叫问题；7、系统应有良好的声音自然度、即电声与自然声的自然融合与转换， 保证声像的一致性；8、扩声系统能给演员一个真实的返送监听效果；1.3 设计思想和系统要点1.3.1 设计思想1、 观众厅主扩声扬声器系统采用左、中、右三声道扩声布置。主扩扬声 器采用全频扬声器，具有较好的指向性控制能力，能够更好地改善声 场的不均匀度，提供优良的语言清晰度；2、 次低频扬声器系统采用集中式布置方式；3、 设置传声器分配系统，各主要工作点均能同时获得足够数量的传声器 信号；4、 采用高品质的数字化设备；5、 功率放大器采用低失真、高品质的产品并具有具有检测功能；6、 在现场调音位和返送调音位设置较完备的

10、接口，方便使用；7、 采用的数字音频处理设备能够保证系统具有极高的处理性能及可靠 性；8、 无线传声器系统采用较为完整的天线信号分配系统，各主要工作点位 均能获得天线信号；9、 同时能够提供丰富的接口，具有良好的灵活性和可扩展性。10、预留足够的音频接口，外来演出需架设临时性系统时无需放置大量流 动电缆。1.3.2 系统要点扩声系统主要控制设备采用数字化设备。音频处理器、效果器、反 馈抑制器均采用数字设备。强大的信号交换功能。绝大部分传声器信号以及外系统信号均汇集 到信号交换机房。信号交换以交换机房为中心，交换机房与扩声机 房、返送调音位、现场调音位及其它系统均可方便地进行数字和模 拟信号的交

11、换。左、中、右三声道扩声布置，分别覆盖全场，并设有独立的次低频 通道的扬声器。设有独立的次低频通道的扬声器。台唇扬声器覆盖前排观众区，为前排观众提供清晰的声音。观众厅厅采用全频和低频的效果扬声器，为增加整个剧场内的效果 声。有线话筒分别采用用于人声和乐器的动圈、电容式话筒和会议鹅颈 话筒，为满足不同的拾音需求，同时会议鹅颈话筒还配备了自动混 音器，方便音量自动控制。无线传声器系统采用较为完整的天线信号分配系统，各主要工作点 位均能获得天线信号。系统具有很好的可扩展性，方便外来临时性扩声系统的安装和使用。1.4 设计指标主扩声系统在观众厅内的声学特性指标，按照国标厅堂扩声系统设计规范 GB 50

12、371-2006中文艺演出类扩声系统一级指标设计。等 级最大宙压圾<dB)1何愉独拿特性传由增益 (dll)稳态向场小均匀度"田早后期声能比(可选项MdB)系统总 噪声级级藕定谟 带“内：大 J或等J 106dB以 8<J r &JOOH工 的平均声压堪为 OdL在此算错内 允许植困：一 4dB + 4 d科工4。一 80Hz 和 8000 ：6M0Hh的允许落 围见图V2. 1-1100 800MHz 的平均值 大或等 于一 WdB)001 L时小于 或用于1041” lODCHi时小于 或等F bdRt AOOOHz时小于 或等于+ MB500-20001L

13、内1门倍频带 分析的平均值 大于或等干 +3dBNR-20端定通带 内：大于或 等于WJcBU 1OO-63OOHZ 的平均声压级为 做比.在此频带内 允许范围. - 4dH + 1 dB； 50 100Hz Ml 6300 L2500H1的允许范 困见图4. 2. 1-3此一 63gH 工 的平均值 大于.或等 于一 8dHKXVEk 4mLi小于或等于 1 AHH500- 3J0GHz 内1倍脓带 分析的平均值 大于或其干 + 3HHNR 20注：*额定带通是指优于图1-1中传输频率特性所规定的通道 主观听音：语言清晰、音质良好、无声缺陷。M 32 吊口 -63 5 I Do 12&

14、;250500 IK2K40其口期3E 口婕）IK & 3/Ki呢盛讯20K相对声压黑图1-1主观评价指标：声音清晰、音乐丰满、声像定位准确；声音分布均匀，视听一致性好；声音音色“冷暖”得兼，解析力强，优美动听;无声学缺陷，整体平衡感好2 系统详述2.1 系统描述2.1.1 房间简介剧场观众厅设有*层观众厅，观众厅台口至后墙约 X米，平均宽约X米，平 均高约X米，体积约X立方米。面积约600平方米，共可容纳观众700人。舞台分为主舞台、侧舞台和后舞台，舞台台口宽X米，高X米。面积约750平方米，台口宽30米，高14米。大剧场为各类歌剧、舞剧演出的大型场所，其音视频系统包括观众区主扩扬

15、声器系统、舞台扩声及返送效果声扩声系统、效果声扬声器系统；内通系统、视 频监控系统、背景音乐广播系统。2.1.2 扩声系统2.1.2.1 观众区扬声器系统2.1.2.1.1 需求和目的在大剧场舞台口上方的声桥和两侧耳光位置， 采用了 LCR问成像定位的方 式，布置了左、中、右三组扬声器。这种布局的特点是在台口上方中间设置中央 扬声器组，在台口两侧布置左、右立体声扬声器组的基础上，其音源由调音台左、 中、右三组各自分立的输出通道提供，左、中、右每组扬声器群能严格地覆盖整 个观众席区域。中央声道扬声器组、左、右声道扬声器组及台唇补声扬声器共同组成主扩声系统。 所有扬声器均采用专用数字多功能信号处理

16、器进行信号处理。处理器除对声音信 号进行各种功能的处理外，还具有动态控制、放大控制及对温度和相移的保护功 能，避免在最大的声压级下产生过量的失真，有力的保护扬声器系统。2.1.2.1.2 解决途径A.目前厅堂扩声常用的扩声形式:1 .中央单声道扩声方式：所有的信号通过处理后都经一个声道放大还原，其优点是清晰度较高，而观众听觉空间立体感较差，大部分早期厅堂扩声系统常采用这种形式；目前多数在语言扩声状态时也常选用这种方式。例图观众厅单声道扩声方式2 .左、右双声道立体声扩声方式：音频信号经舞台台口两侧的左右声道的同时兼顾扬声器还原，能在一定程度上提高观众厅部分区域的听觉空间立体感； 语音的清晰度。

17、例图观众厅双声道立体声道扩声方式3 .左、中、右三声道立体声扩声方式：将一个单声道或两声道的输入信号经过加、减运算等独特电路，通过处理系统将其转换成左、中、右三声道输出, 即三维空间成像系统，同时也可兼容SIS空间声音成像立体声扩声方式。三维空 问声像定位、移动的三通道输出形式扩声是将输入信号通过调音台内部声像处理 系统将其转换成左、中、右三声道输出，左右声道主要是音乐放送，中央声道关 键是还原人声、独奏，并在 80Hz以下迅速衰减。而当声音移动时则巧妙地利用 各声道的强度差来获得准确的声像感，这样三组扬声器协调工作，既达到准确的 声像定位，又大大提高语言可懂度及扩声增益。（声道次体声道扩声方

18、式4 .为了配合不同的演出需要，实现特殊声音的声场与效果声，在左、右立 体声扩声方式的基础上，能把原信号中各声源的方向再现。同时在多声道电影放 映时，还原其中的环绕声音效，使观众有身临其境的感受。在观众厅的天花顶、 墙面和舞台表演区等地方设置多通道效果声扬声器系统，使整个大剧场形成了一 个立体空间模式。例图群口观众厅三声道立体声道扩声方式经过多年实践经验，并根据剧场的实际情况，我们采用第2种和第4种方案 相结合的方式：主扩声采用左、右双声道立体声扩声，和前区台唇补声；效果环 绕声采用四通道两分频扩声系统。空间成像系统结合多通道效果声系统扩声效果 甚佳，较好的解决了双声道和多声道扩声的问题， 为

19、业界广泛运用；因此在本剧 场的扩声系统就采用这种方式，并采用基于数字DSPT频处理系统，可适应更多 的演出形式，扩大了舞台的创作空间。B .扬声器的选配原则扬声器是整个系统还音的最终环节，扩声的声压级、声场不均匀度、传输频 率特性、相位响应特性、扩声覆盖角度、传声增益等重大电声指标取决于扬声器 的特性和质量。而作为音色、音质及还原度等主观声学听音感受， 扬声器的品质 对聆听的影响就更大了。为了满足观众的听感欣赏要求，满足国内外交响乐团、 歌剧名家高质量、高水准演奏、演唱水平的真实再现。我们在扬声器的选型上， 以观众厅的声学特性为基础，本着“功能齐全、配置合理、技术先进、安全可靠、 操作简便”的

20、科学态度，既保证扬声器对声音的准确还原，也应考虑国内外演出 团体对扬声器品牌的美誉度和认同度。一般的扩声系统很多演出团体都望而却步， 或自备流动音箱到现场扩声，不 仅造成人力和物力的极大浪费，也让观众不能聆听到最佳的演出效果。以前这种 实例在北京、上海、广州等大城市屡有发生，我们不希望本剧院重蹈复辙。(1)为满足语言扩声时清晰度；同时又满足音乐扩声时丰满度的音质要求， 除 充分利用扬声器的指向性对观众席直达声有良好覆盖外，观众席(特别是后区及楼座包厢)得到的直达声能与混响声能比值 (声学比)要有一合适 的比值和余量。设计时考虑到观众厅的体积较大， 实际建成后有可能混响 时间较长，设计时按照6d

21、B考虑。(2)由于混响声能有利于减少声场的不均匀度和提高音乐的丰满度等积极因 素，但过大则会降低清晰度。混响半径公式：Dm= 0,141 q 父 R ,式中:d:混响半径；Q:扬声器的指向性因子。 由公式可以看出，增大扬声器指向性因子（Q值），混响半径d也相应增 大，由此直达声声能覆盖距离也得到了增大，远离主扬声器组的观众席 才可以获得较高的语言清晰度。（3）在扬声器的使用上选用高Q值，并且在水平、垂直两个方向都具有恒定可 控指向特性扬声器。只有这样才能加强混响声中有效部分的声能覆盖， 增 大50ms以前的声能密度、提高有效混响时间的声能量（有效声能）、减弱 声反馈、提高清晰度，才能保证扬声器

22、指向覆盖范围内对任何角度的听众 都能传送清晰的声音。（4）由于本扩声系统按照语言和音乐兼顾使用考虑， 在扬声器选型上除指标参 数达到要求外，对扬声器的主观评价的音色要求更应该重视 。演出中，扬 声器的音色更为重要。这也充分体现了在以多功能为使用目的剧场中 主 观音质评价标准的重要性，这在以往的相关工程中往往被忽略。C.扬声器的布置原则扬声器的位置应符合现场的实际安装位置条件；扬声器的重量应符合吊挂点承载的要求；扩声应该得到自然的效果（保持声像一致性）；扬声器的位置在建筑上是合理的；扬声器的安放应避免声反馈和产生回声干扰并提高传声增益； 保证利用扬声器的指向特性来覆盖观众席，所有听众接收到均匀的

23、 声能；效果扬声器的布置应符合重放特殊的效果声，如环绕声或其他相似 的效果；舞台返送监听扬声器应满足演员真实而灵活的监听需要；遵照上述原则，扬声器采用集中和分散结合的布局方式。主要技术特点表现在：来自扬声器的直达声和自然声源的声音声像大致相同； 有利于提高传声增益，不易产生由声反馈引起的啸叫； 有利于对观众席座位的直达声有良好覆盖；直达声强、声场均匀、空间方向感好，语言清晰度高。D.扬声器系统的布置左、中、右声道扬声器组及台唇前区补声扬声器共同组成主扩声系统，为全场观众提供优质的音响效果。在舞台口上方声桥，布置了左、中、右三组全频扬 声器，其音源由调音台主输出的左、右声道提供。全频扬声器能覆盖

24、前场和后场 全部观众区域，由于扬声器吊装，一层最前排观众会感觉声音位置较高， 在舞台 台唇内安装台唇补声扬声器，。舞台台唇及乐池前沿分别设置补声扬声器系统， 通过哈斯效应原理，利用数 字信号处理器对声桥上中央扬声器加延时和台唇扬声器补声的方法，提高前区听众的声像一致性，消除声音的压顶感觉，同时又可增强前排观众席的中高频直达 声能，使前排观众拥有较舒适的听感，提高声压级及语言清晰度。效果声扬声器，在观众厅以固定隐藏的安装方式，采用标准电影环绕声扬声 器布局，组成观众厅效果声扬声器系统：1 .在观众厅左右侧墙安装8只全频扬声器；2 .在观众厅后墙安装4全频只扬声器；3 .在观众厅左右侧墙安装6只低

25、频扬声器；4 .在观众厅后墙安装2只低频扬声器；观众厅效果声扬声器共计20只，并使用调音台数字矩阵输出的独立通道控 制，由数字信号处理器实现单点控制， 全部扬声器采用独立功放通道推动， 实现 观众厅千变万化的全方位大动态效果声还原， 使节目更具有观赏价值和更具有创 新性。线阵列扬声器声场覆盖图（侧视图）所有扬声器均采用专用数字多功能信号处理器进行信号处理。处理器除对声 音信号进行各种功能的处理外，还具有动态控制、放大控制及对温度和相移的保 护功能，避免在最大的声压级下产生过量的失真，有力的保护扬声器系统。2.1.2.1.3 设备选型2.1.2.2 舞台返送扬声器系统2.1.2.2.1 需求和解

26、决途径为了适应剧场举办各种文艺演出和会议、演讲、报告等，保证演员在表演 时的歌唱、舞蹈与伴奏节拍和谐一致、浑然一体，更准确地展示其歌唱和舞蹈的 独特风姿韵律和表演风格，更好地感染前来欣赏的观众情绪。 在举行会议时，则 为会议主持人和嘉宾们提供清晰的演讲内容，方便对会议主题的了解与主持，保证会议的正常进行。舞台扩声系统主要为在舞台上的人员服务，由于演出型式多变，情况差别 很大，需要满足多方面的使用需要。在舞台地面或墙面留有扬声器信号插座箱， 信号来自机房的功放，扬声器根据需要，在地面流动摆放。2.1.2.2.2 设备选型2.1.2.3 调音台2.1.2.3.1 需求和目的调音台是扩音系统的核心，

27、性能的好坏对整个系统有着举足重轻的地位， 直 接影响到整个系统的效果和质量，而操作的灵活性则可直接影响到音响师的发挥，因此在扩声系统中调音台的选型是关键。 因此根据扩声系统的分类布局及剧 场的功能要求，选配时，综合各方面的因素，为提高现场使用的灵活性，本方案 设计时从调音台的电声性能指标、音色、质量、功能、稳定性及兼容性等方面进 行全面优化配置，2.1.2.3.2 设备选型2.1.2.4 音频信号处理设备及周边设备2.1.2.4.1 需求和目的本剧场作为一个多功能的表演场所， 在不同时期、不同的演出状态，其对音 响系统的使用要求也相应不同；专业的音频处理设备在在音响系统中越来越受到 重视，音频

28、处理设备对信号的处理和系统的安全至关重要，因而在选型上应特别慎重，由于信号将通过周边设备进行处理，因而周边设备的品质同样影响到整个 系统的指标。2.1.2.4.2 设备选型音箱处理器由于主扬声器组担负着观众厅的主要扩声任务，对观众厅扩声质量起者至关 重要的作用。在观众厅复杂的声场环境里，要使全场取得较为一致的声场，是依 靠对扬声器的独立控制和输入能量的调校。所以，选择对扩声系统扬声器组的信 号处理和控制系统是保证扩声质量的重要环节，特别是对扬声器音色的校调。由于本扩声系统是采用两分频线阵列扬声器覆盖观众席声场的方法实现均 匀的声场覆盖，这就要求对输入给不同扬声器单元的音频信号不同的音频处理，

29、包括：均衡、压限、延时、相位调整等。因此，选用多路输入输出的数字音箱处理器系统是解决的最佳方案。随着计算机和电子技术的飞速发展和成熟， 数字音箱处理器系统在扩声系统 中得到了广泛的应用，并得到了广大操作人员的认同。效果器随着大规模集成电路技术的发展，人们对音乐、语音越来越高的处理要求终 于在现代的数字效果器上得到满足，这也使得效果器在音响系统中成为必不可少 的一件音频处理设备。效果器是模拟各种声学效果的音频处理设备，它们可以弥 补自然混响的不足以改变和美化音色，还可以产生各种特殊的音响效果以增强音 响艺术的感染力。现在的数字效果器无论从效果的多样性、 逼真性、操作的简便 性，还是价格的高低来看

30、，都要优于以前的金属或其他效果器。反馈抑制器反馈抑制器(Feedback Exterminator )在扩声系统中，如果将话筒音量进 行较大的提升，音箱发出的声音就会传到话筒引起的啸叫，这种现象就是声反馈。 声反馈的存在，不仅破坏了音质，限制了话筒声音的扩展音量，使话筒拾取的声 音不能良好再现；深度的声反馈还会使系统信号过强， 从而烧毁功放或音箱(- 般情况下是烧毁音箱的高音头)，造成损失。所以，扩声系统一旦出现声反馈现 象，一定要想方设法制止，否则，就会贻害无穷。2.1.2.5 功率放大器2.1.2.5.1 需求和目的功放是音响密不可分的设备，具作用是将来自前级的信号进行功率放大， 以推动扬

31、声器发声，而其系统的性能好坏，与二者之间的匹配设计有很大的关 系。功放要具备较高的可靠性。由于本系统的多功能应用，需要音乐等大动态 信号有出色的表现，所以选用的功放要求重量轻、性能稳定、一定的功率储备、 不能产生严重失真等。2.1.2.5.2 解决的途径选择专业功率放大器，保护电路设计周密，可靠性强，可长时间处于满负荷 工作状态，连续工作也不会导致设备损坏。并且专业功率放大器抗过载能力好， 可以在较差的环境条件下工作。2.1.2.5.3 设备选型2.1.2.6.1 需求和目的在音响整个系统链中一头一尾最关键，这是行业流传的一句名言，头即话筒、 尾即扬声器。传声器是第一道关口，也是整个音频系统链里关键的一环，传声器选用的好 坏，最终会影响系统的音质、音色，大剧场现场的演出又不同于录音棚，录音棚 只要求音质音色好，在乐队的排位上可根据录音工艺要求选择， 传声器相对声源 的位置、距离都可根据创作