音响工程设计毕业设计论文

./容摘要在建筑声学设计中,计算机辅助音质设计得到越来越广泛的应用。本说明通过参照声学设计软件EASE3.0,参考音响工程设计与实例等,介绍了音响系统的结构、设计、安装与调试,并给出了演出大厅的设计方案。本方案设计的是一个演出大厅,是一个带歌舞表演性质的场所,为双层演出大厅,要求具有舞蹈、唱歌、综合节目、播放20*6的LED显示屏以及小型电声乐队伴奏、钢琴弹奏等多种演出功能。通过用EASE3.0对装修吸音材料、扬声器指向及功率等方面进行辅助设计使其混响时间和声压级的各项指标都能达到国家文化部发布的一级演出大厅要求,从而完成本次多功能演出大厅的设计和仿真。关键字：EASE音响设计演出大厅ContentabstractInthearchitecturalacousticsdesign,computeraidedqualitydesigngetappliedmoreandmore.Thisshowthat,throughreferencetoacousticdesignsoftwareEASE3.0,referencesoundengineeringdesignandtheexample,thispaperintroducesthestructureofthesoundsystem,design,installationandcommissioning,andgivestheperformancehalldesignscheme.Theplanisaperformancehall,isadanceperformancewiththenatureoftheplace,fordoubleperformancehall,requiresadance,singandshows,played20*6oftheLEDdisplayandsmallelectro-acousticband,pianoandsoonmanykindsofperformancefunction.ThroughtheuseEASE3.0sound-absorbingmaterialsfordecoration,speakerandpowertoaspectsofcomputer-aideddesignmakeitsreverberationtimeharmoniclevelcanmeetalltheindicatorsofnationalministryofcultureofthelevelofperformancerequirementsissuedbythehallsoastocompletethemulti-functionperforminghalldesignandsimulation.Keyword:EASEsounddesignperformancehall目录TOC\o"1-8"\h\z\u容摘要IContentabstractⅡ目录III第一部分扩声系统设计的注意事项11、语言清晰度22、评价音质的各个指标23、音色—频率响应Tonalbalance2第二部分演出大厅的设计方案4一、演出大厅的设计4二、演出大厅结构分析3三、演出大厅主要音像设备的布局9四、选配音箱12五、选配功放13六、其他设备的选配14七、布线图15八、系统结构图16第三部分EASE仿真18一.查看RT及房间容积18二．查看演出大厅语言清晰度19三．查看声场声压级分布图22四.查看演出大厅模型渲染图24第四部分音响调试25总结27参考文献28.第一部分扩声系统设计的注意事项众所周知,自然声源〔如演讲、乐器演奏和演唱等发出的声音能量十分有限,其声压级随传播距离的增大而迅速衰减。由于环境噪声的影响,使声源的传播距离减至更短。因此除去正规的音乐厅,歌剧院和话剧院以外,某些公众活动场所可以用电声技术进行扩声,将声源信号放大,提高听众区的声压,保证每位听众能获得适当的声压级。近年来,随着电子技术、电声技术的快速发展,扩声系统的音质有了极大的提高,在这些场合能满足人们对系统音质越来越高的需求。扩声音响系统又称专业音响系统。社会上有一种误解,认为扩声系统非常简单,只要把话筒〔及其他声源、调音台、功放和扬声器箱连接在一起就能组成一项扩声工程。这种理解造成许多业主投入了不少资金,可得到的语言扩声效果却是声音模糊不清,反馈啸叫的干扰使声音无法开大,音乐重放时音质变调听之无味。扩声系统是一项系统工程,涉及电子技术、电声技术、建声技术和声学艺术等多种学科,同时还须与视频系统〔多媒体投影和摄像系统、舞台或舞厅灯光系统、消防广播系统、寻呼广播系统和安保系统等子系统的密切配合和协调。扩声系统的音响效果不仅与电声系统的综合性能有关,还与声音的传播环境——建筑声学和现场调音使用密切相关。扩声系统的使用功能和音响效果涉及正确合理的电声系统设计和调试、良好的声音传播条件和正确的现场调音技术三者最佳的配合。电声系统犹如公路上行驶的汽车,建声条件犹如公路,调音师犹如汽车司机。如果说汽车的性能是安全快速行驶的必要条件,那么公路路面的质量是平衡、快速行驶的重要基础,汽车司机的驾驶技术和经验是确保安全行驶的基本保证。三者相辅相成,缺一不可。扩声系统作为一个系统问题,在系统设计中必须综合考虑上述各种问题。在选择性能良好的电声设备基础上,通过周密的系统设计、仔细的系统调试和良好的建声条件,达到悦耳、自然的音响效果。扩声系统设计通常都从声场开始,然后再向后推进到功率放大器、声处理系统、调音台、直至话筒和其他声源。这种逐步向后推进的设计步骤是十分必然的。因为声场设计是满足系统功能和音响效果的基础,它涉及扬声器系统的选型、供声方案和信号途径等。只有确定扬声器系统才能进行功率放大器驱动功率的计算和驱动信号途径的确定,然后再根据驱动功率的分配方案进一步确定信号处理方案和调音台的选型等。我们采用计算机厅堂声学设计软件〔EASE,它是一种用于厅堂声场设计的计算机软件。存有各种房间体形、吸音材料、扬声器等资料,可以根据实际需要进行选择、设计,计算机房间的混响时间,描绘出声场分布图、声线图和各种声学特性曲线,为厅堂音质设计和音响工程设施提供了很大的方便。1、语言清晰度清晰度亦称可懂度,一个或几个发言人说话,经过音响系统后,被听音者听清楚的语言单位百分数。习惯上当语言单位间的上下文关系对决定听音者的确认不占重要地位时,就用清晰度这个词；当上下文关系占重要地位时,就用可动度这个词。室清晰度指脉冲响应中有益声能〔对清晰度有帮助的声能,取直达声能和50毫秒以的反射声能占全部声能的比例。2、评价音质的各个指标一般评价声音音质优劣的参数为频响、声场强度、残响和回音以及语言清晰度；当我们在进行音响设计时,为了保证音响系统能够充分满足其所在场地的使用要求,我们务必全面考虑这几个直接影响和决定音响系统声音再现品质的要素。3、音色—频率响应要获得均匀而平衡的频率呼应,首先当然设备本身要有足够的频率响应,这点是非常容易达到要求的,只选用够标准的器材即可。而重要的是观众在座位上实际听到声音的频率响应。在理想的情况下,不论观众是坐在哪个座位上,都应该听到相同的音响效果,这就要求在设计音响系统时必须要使每一频段的函盖面都非常均匀。扬声器间的相互干扰对频率响应应该有相当大的影响,驻波决定低频的频率呼应,空气的湿度对不同的衰减度等等,设计时必须要将它们全部考虑进去。第二部分演出大厅的设计方案一、演出大厅的设计双层演出大厅一间,要求具有舞蹈、唱歌、综合节目、播放20*6LED显示屏以及小型电声乐队伴奏、钢琴弹奏等多种演出功能,同时有可作学校"报告厅"、"讲座厅"等使用。其音响灯光系统的主要指标都是要达到国家文化部发布的一级演出大厅要求。二、演出大厅结构分析0.3m1m2.5m2.5m12.5m12m30m24m5.4m9m3.16m22m0.3m1m2.5m2.5m12.5m12m30m24m5.4m9m3.16m22m图1演出大厅框架结构图演出大厅的后端为22*30和12.5*30的一个双层观众区。前端是一个高出地面1m的舞台,地面铺地毯,供演员的演出和其他节目的演出使用。舞台上空净高9m。一楼观众区后区+二楼观众区一楼观众区前区走道舞台一楼观众区后区+二楼观众区一楼观众区前区走道舞台图2演出大厅平面图演出大厅的侧墙结构如图3所示。图3演出大厅两边侧墙图演出大厅的后墙部分如图4所示。大厅的后墙表面敷设2’’厚6#衬芯吸声板结构。图4演出大厅的后墙由于客户未提供混响时间测试数据,须进行计算,为计算方便,这里只计算500HZ和1000HZ两点,为此先根据以上的图的数据计算厅堂的体积V、各饰面的表面积S1、S2～S17,各表面积在500HZ和1000HZ的吸声系数。各饰面的吸声系数见下表1.1：吸声材料设置列表1.1面的标号面积㎡吸声材料材料说明在下列频率下的吸声系数备注1252505001000200040008000F175COLORSON22’’厚6#衬芯吸声板结构0.461.001.001.001.001.001.00大厅一楼后墙F275COLORSON22’’厚6#衬芯吸声板结构0.461.001.001.001.001.001.00大厅二楼后墙F3660PUBLICTNC坐在薄软座椅的听众0.380.600.800.900.900.900.90一楼观众区观众F481PARQUETFL镶木拼花木地板0.020.150.100.080.050.050.05走道F531.62CELOTEX1’’厚AP隔断墙0.070.150.150.150.150.110.10走道侧墙F631.62CELOTEX1’’厚AP隔断墙0.070.150.150.150.150.110.10走道侧墙F748.6NUBWALL1’’1’’厚Armstong表面有花纹的墙面材料0.080.290.680.920.980.930.88舞台侧墙F8130CARPTLPAD铺在40盎司毛毡或发泡橡胶背凃不透水乳胶的厚地毯0.080.270.390.340.480.630.63舞台地面F948.6NUBWALL1’’1’’厚Armstong表面有花纹的墙面材料0.080.290.680.920.980.930.88舞台侧墙F10216CLAYBRICK黏土砖0.160.130.150.110.130.140.15舞台后墙F1128ABSORBER理想全吸声材料1.001.001.001.001.001.001.00舞台与走道高出部分F12180.7PERFPANEL2w/4’’fg穿孔板穿孔率0.79%后空8’’安装0.980.780.520.200.170.140.12观众区侧墙F13180.7PERFPANEL2w/4’’fg穿孔板穿孔率0.79%后空8’’安装0.980.780.520.200.170.140.12观众区侧墙F14877MASONRYPT1/2厚纤维板,后空1’’安装0.120.280.190.180.190.150.16大厅顶墙F15372.58PUBLICTNC坐在薄软座椅的听众0.380.600.800.900.900.900.90二楼观众区的观众F169WOODGRID790/15mm木格栅,后空40cm填玻璃纤维安装0.440.900.800.850.620.600.60一楼观众区与二楼观众区衔接部分F17360PERFPANEL1w/4’’fg穿孔板穿孔率0.18%后空8’’安装0.780.580.270.150.140.120.10一楼观众区后区顶墙我们先计算出厅堂的体积：厅堂的体积V=7461立方米S1=75m2；a1=1.0,S1a1=75;a′1=1.0,S1a′1=75;S2=75m2;a2=1.0,S2a2=75;a′2=1.0,S2a′2=75;S3=660m2;a3=0.8,S3a3=528;a′3=0.9,S3a′3=594;S4=81m2;a4=0.10;S4a4=8.1;a′4=0.08,S4a′4=6.48;S5=31.62m2;a5=0.10;S5a5=3.162;a′5=0.10,S5a′5=3.162;S6=31.62m2;a6=0.10;S6a6=3.162;a′6=0.10,S6a′6=3.162;S7=48.6m2;a7=0.68;S7a7=33.048;a′7=0.92,S7a′7=44.712;S8=130m2;a8=0.39;S8a8=50.7;a′8=0.34,S8a′8=44.2;S9=48.6m2；a9=0.10,S9a9=4.86;a′9=0.10,S9a′9=4.86;S10=216m2;a10=0.10,S10a10=21.6;a′10=0.10,S10a′10=21.6;S11=28m2;a11=1.0,S11a11=28;a′11=1.0,S11a′11=28;S12=180.7m2;a12=0.52;S12a12=93.964;a′12=0.20,S12a′12=36.14;S13=180.7m2;a13=0.10;S13a13=18.07;a′13=0.10,S13a′5=18.07;S14=877m2;a14=0.10;S14a14=87.7;a′14=0.10,S14a′14=87.7;S15=372.58m2;a15=0.80;S15a15=298.064;a′15=0.90,S15a′7=335.322;S16=9m2;a16=0.80;S16a16=7.2;a′16=0.85,S16a′16=7.65;S17=360m2;a117=0.27;S17a17=97.2;a′17=0.15,S17a′16=54;以及总的表面积：S=S1+S2+…+S17=3405.42m2。由此得出500HZ的平均吸声系数=<S1a1+S2a2+…+S17a17>/<S1+S2+S3+…+S17>=<75+75+…+7.2+97.2>/3405.41=0.420920241≈0.420以及1000HZ的平均吸声系数=<S1a1’+S2a2’+…+S17a17’>/<S1+S2+S3+…+S17>=<75+75+…+7.65+54>/3405.41=0.422579953≈0.423根据艾润公式[T60=0.61V/-SLn<1-a>+4mV],并考虑到500Hz的空气吸声系数可以忽略,可计算得500Hz的混响时间：T60=0.161V/[-SLn<1-a>+4mV]=0.161×7461/[-3405.42Ln0.420+0]≈0.85s〔对于演出大厅混响时间还有所欠缺,这里加入效果器同理,我们从工具书中查得1000Hz的空气吸声系数4m值〔相对湿度取60%是0.003,则1000Hz的混响时间是：T60=0.161V/[-SLn<1-a’>+4mV]=0.161×7461/[-3405.42Ln0.423+0.003×7461]≈0.84s〔对于演出大厅混响时间还有所欠缺,这里加入效果器三、演出大厅主要音像设备的布局门我们设计的演出大厅布局如图5所示：门门舞台门舞台走道一楼观众区后区+二楼观众区一楼观众区前区图5演出大厅平面布局图作为多功能演出大厅,设备应按要求最高的功能配置,兼顾其他的功能,然后在使用的过程中适当关闭与当前使用功能无关的部分。对于本方案,应以非营业性演出大厅配置为基础。为此,应尽量把声音打响观众区,使观众区成为最高声压级的动区。这样可使观众区中的人充分感受到强劲音乐的冲击根据这样的设想,具体配置如图6所示：LED显示屏返送音箱LED显示屏返送音箱返送音箱主音箱主音箱一楼辅助音箱一楼辅助音箱二楼辅助音箱二楼辅助音箱LED显示屏主音箱一楼辅助音箱二楼辅助音箱二楼辅助音箱返送音箱LED显示屏主音箱一楼辅助音箱二楼辅助音箱二楼辅助音箱返送音箱图6演出大厅音箱及影像设备的排布由图可见,2只全频域的主音箱和4只全频域的辅助音箱,直射观众区的各个方位；两只返送音箱置于舞台两侧,反送音箱置于舞台口向舞台反送,这是常规,能够让舞台上演出的人员听见音乐。图6还给出了LDE显示屏的配置。LDE显示屏在舞台后部,是给观众区中较远的观众看的。四、选配音箱根据性能和要求,可考虑全部采用进口的音箱。可用POWELL系列的音箱。非常适合轻歌慢舞和狂歌劲舞的不同风格、不同气氛的要求。为了确定音箱的具体型号,需计算主音箱应有的实际功率。由于2只主音箱和4只辅助音箱分别配置,要计算它们的合成声场将会十分繁琐。为简单计,不妨大致的认为每只主音箱覆盖的观众区的六分之一,。每只主音箱的额定功率将和有关参数形成下列关系：10lgPe=SPL+20lgr-SPLs-10lgN式中SPL为听音区期望的声压级值。本方案按一级演出大厅的标准,应取103dB。r为音箱与听音区的距离。本方案中音箱掉在天花板上,与覆盖区的平均距离约为13m.SPLs为音箱灵敏生压级值。通常大型专业音箱灵敏度为85～105dB/W*m,本方案取95dB.于是有：10lgPe=SPL+20lgr-SPLs=103+20lg13-95-10lg2=27lgPe=2.7查对数表可知道每只主音箱的额定功率Pe=500W因此,选用POWELLJBLMRX525〔4欧姆音箱<如图4-1>,该音箱为双15"全频域音箱,额定功率为500W,整个厅堂用2只。辅助音箱选用15"POWELLJBLMRX515的音箱〔如图4-2,总功率是350*4=1400W,用计算模拟的主音箱声场分布得到,观众区的声场在103B以上,正负仅1Db.舞台反送音箱功率约为主音箱的1/10~1/2,返送音箱选用POWELLJBLMRX512M〔如图4-3,额定功率是250W。POWELLJBLMRX512M返送音箱图4-3POWELLJBLMRX515辅助音箱图4-2POWELLJBLMRX512M返送音箱图4-3POWELLJBLMRX515辅助音箱图4-2POWELLJBLMRX525主音箱图4-1五、选配功放具有不同的功能和需要单独切换的音箱都应有自己的功放。根据上文关于布局的设想,主音箱应用一台功放,辅助音箱应用两台功放,以便根据需要投入或者关闭对应的；反送音箱用一只功放。演出大厅音箱的关键是震撼力。市场评价一般认为美国功放的力度比较好,因此我们还是选用美国POWELL系列的功放〔如图5-1。已知功放的额定功率应为音箱功率的1.2~2.0倍,据此主音箱的功放选用POWELL〔8欧姆SX-1200〔2*650W,辅助音箱的功放选用POWELL〔8欧姆SX-700〔2*450W两个,反送音箱的功放选用POWELL〔8欧姆SX-500〔2*400W。POWELLSX系列功放图5-1六、其他设备的选配〔1、调音台：考虑到会有小型乐队演出,调音台需要有较多的通道,本案选用英国声艺24路调音台平衡输入,立体声输出。〔2、话筒：由于演员原有电吉他、BASS、架子鼓、等,为适合对各种乐器的拾音,本设计选用了美产SHURE传声器,其中SHURE2458无线话筒6只,适合人声；SHURE16L有线话筒3只,适合电子设备；SHURE10L1只,适合于鼓乐；SHURE565有线话筒2只,适合于弦乐；PEAEVYPM-16S两只,适合会议用。由于话筒是在舞台上使用的,应该在舞台上设置接插口,故需要配置信号盒两只,在舞台后面一边一只。〔3、均衡器；本方案选用了PEAEVYQ-231FX双31段均衡器,用于补偿厅堂的声学特性。〔4、效果器：鉴于本方案的混响时间偏短,效果器不能省。选用DOD290。它是一个低频激励器和立体声声像增强系统。〔5、其他音箱设备：选用了MOHAWKMX3i电子分音器一台；奥吉DSP3124T反馈仰制器一台,JVC双卡双录卡座一台。〔6、视频设备：选用联想计算机两台。七、布线图演出大厅系统布线图如图7所示。图7演出大厅系统布线图八、系统结构图根据系统的功能、布局结合所选定的音箱、功放并参考一些资料,决定系统的结构如图8所示。图8演出大厅系统结构图演出大厅音响方案价格一览表1.2序号品名规格,型号及产地单位数量单价<元>总价〔元1调音台声艺1602A英国台114000140002均衡器美国PEAEVYQ-231FX美国台1860086003效果器DOD290美国台1440044005音频分配器东科大众SDVGA*10台1260026006卡座JVC双卡双录卡座台1210021007LED显示屏三星9*24台160000600008主功放POWELL〔8欧姆SX-1200台1980098009反送功放POWELL〔8欧姆SX-500助功放POWELL〔8欧姆SX-700台288001760011主音箱POWELLJBLMRX525只298001960012辅助音箱POWELLJBLMRX515只498003920013反送音箱POWELLJBLMRX512M只23000600014话筒SHURE16L美国只41250500015话筒SHURE10L美国只182082016话筒SHURE565美国只21350270017话筒SHURE2458美国只61100660018话筒PEAEVYPM-16S美国只11150115019信号盒国产普通只215030020机柜国产18U个21000200021监视器创维14″台190090022电脑联想台23500700023合计21013024安装调试费按总造价的8%16810.425总计226940.4第三部分EASE仿真一.查看RT及房间容积执行View→RoomRT〔查看混响时间,显示如图9所示绘制混响时间曲线和房间容积计算数据〔7461立方米。图9计算混响时间RT在项目编辑器窗口,执行View→RoomRT命令打开DrawReverberationTime<混响时间>显示窗口,执行Tolerance〔容差→Standard〔标准容差命令,出现一个以RTdesired值为横线,具有一定容差围的黑线。把上面初步计算的RT曲线与RTdesired值横线对比,找出它们之间的差别。此时房间混响时间如图10所示。图10计算混响时间RT二．查看演出大厅语言清晰度演出大厅语言清晰度可以从辅助清晰度损失率Alcon%和快速语言传递指数RASTI两个方面来衡量。演出大厅辅助清晰度损失率Alcon%在听声面上的分布图如图11所示。Alcons百分数参考值EASE3.0PeutzLF参考值/〔%评价0~7非常好7~11良好11~15清晰15~18较差18~不能接受图11Alcon%分布图f=2000HZ演出厅快速语言传递指数RASTI分布图如图12所示。RASTI参考值表EASE3.0PeutzLF参考值评价0.60~1.00非常好0.45~0.60良好0.30~0.45较差0.00~0.30不能接受图12RASTI分布图f=1000HZ图13RASTI分布图f=2000HZ三．查看声场声压级分布图在EASE3.0S声学特性计算中,采用频率可以从100HZ～1000HZ共计21频率。计算声压极分布仅采用几个具有代表性的频率,如500HZ、1000HZ、2000HZ、4000HZ。计算结果如图14所示。可以看出,500HZ声场最均匀,4000HZ起伏稍大些,但与不超过4dB。图14f=500HZ图15f=1000HZ图16f=2000HZ图17f=4000HZ四.查看演出大厅模型渲染图在EASE3.0主程序窗口,单击图标,打开三维绘图模块,即可弹出如图18所示的剧场房间彩色渲染图。图18模型渲染图第四部分音响调试第一.将功放和音箱接入系统,逐一打开设备的电源,待它们工作稳定后,接入相位仪,在较小的音量下,逐一检查所有音箱的相位是否正确。第二.将噪声发生器和均衡器接入系统,准备好频谱仪,按照国家有关厅堂扩声质量测试要求,将频谱仪设置在相应的地方。然后以适中的音量对粉红色噪声信号扩声,在20-20kHz的音频围,细致微小地调节均衡器的各个频点,在保持音量一致的前提下,使得频谱仪显示的房间频响曲线在各个测试点处基本平直,并且记录好均衡器各频点的位置。同样在音量较小和额定的音量下,再对均衡器进行调试,并记录好,最后将这些记录好的均衡器频点进行相应的折中处理,再利用频谱仪的高一级的档位进行测试,适当修正后就可以确定好均衡器的频点位置了。注意,在进行均衡器的调试时,调音台的频率均衡点一定要在0处,其他周边处理设备要处在旁路状态。另外,考虑到普通人的听音习惯,可以将均衡器10k以上的信号适当做一些衰减。第三.将电子分频器接入系统,进行分频器的调试。对于仅作为低音音箱分频的分频器,可以在均衡器调试结束后,让低音系统单独工作,将分频器的分频点取在150-300Hz处,适当调整低音信号的增益,感觉音量适合即可,然后与全频系统一道试听,平衡低音和全频音量；对于作为全频系统的分频器,一定要尽量参照音箱厂家推荐的分频点进行设定,然后反复调整各频段信号的增益,直到听感比较平衡后,再参照后面的声压级测试对增益做进一步的微调即可。第四.声压级的测定。同样将粉红色噪声仪接入扩声系统,象调试均衡器一样选取几个测试点放置声压计,将音响系统的所有设置都调整完毕,最后打开系统的设备,逐渐提升噪声信号音量,要求在保证信号的最佳动态的前提下,调整各设备的增益,使得系统的扩声声压在各测试点都要达到设计的要求,同时需要参考声压级在高、中、低各频段的情况,再对均衡器和分频器略微做一些调整,当然高、中、低各频段的声压级不可能完全相同,一般为了考虑听感的特点都需要在高频的声压级上做一些降低,而DISCO系统的低音系统打开后又需要低频声压级更高些。在声压级的测试时,需要将各测试点的声压级比较一番,如果各点的结果偏差较大,即说明该声场的均匀度不好,就应该认真地进行分析和改进,这个问题将在后面讲述。第五.话筒和效果器的调试。对于话筒的调试一般要分类进行,人声、乐器用的有线话筒通常需要日常使用者配合完成,调试时需要了解好各人、各乐器最合理的话筒型号和使用距离,音质好,没有可闻的线路噪音即可；而无线话筒需要注意：天线的位置要合理,话筒使用时的死