现代音响与调音技术 第8章 扩声系统设计

第8章扩声系统设计8.1扩声系统设计概要8.2音乐厅、剧院扩声系统8.3歌舞厅、Disco厅扩声系统8.4背景音乐系统8.1扩声系统设计概要8.1.1室内扩声系统的功率要求扩声系统的输出功率取决于房间的体积、墙壁、地板、天花板的声学特性，平均噪声电平，系统和重放节目的频率范围以及扬声器系统的效率等许多因素。对其进行精确设计是一件相当复杂的工作，一般是很难做到的。这里仅简单介绍利用图表或近似公式对功率进行估算的简易方法。1.用曲线图决定放大器的功率图8―1所示的曲线可用来粗略估算在不同体积房间扩声时对放大器功率的要求。图中，曲线A适用于采用高效率号筒式扬声器的低噪声语言扩音；如果噪声电平高而又使用号筒式扬声器，则曲线B适用；曲线B也适用于使用纸盒式扬声器而电平不高的场合；当噪电平较高且使用纸盒式扬声器时，用曲线C；噪声电平低时，曲线C也适用于一般的音乐扩声；对于音质要求较高以及范围大的扩声，则选用曲线D。图8―1放大器输出功率容量和房间体积的关系2.用近似公式估算功率对不同体积的房间，要得到高质量的重放声场，需要有约96dB有效峰值的声压级(重放声场的动态范围约60dB)。利用下式可估算出扬声器系统发射的声功率：

式中：W是以有效峰值声压为单位的发射声功率，V是以立方米为单位的房间体积。上式是根据0.4s左右的混响时间来近似推算的。

例如：为了在62m+3的房间里重放声场达到96dB的有效峰值声压级，重放出60dB动态范围的音乐信号，需要约100mW的声功率。如果扬声器系统效率为1%(一般扬声器系统的效率约为0.2%~1%)，为了避免有效峰值被衰减，则至少需要10W的放大器功率；若是立体声系统，则左右声道中每一声道需要5W的电功率。但是两通道中的信号和功率对于立体声信号来说是不相同的，所以每个声道至少应有7.5W的电功率。在实际应用中，为了保证不削波，

每一通道应使用10~15W的功率放大器。如果希望得到100dB的有效峰值声压级，所需要功率应为上述功率的2.5倍。而且扬声器系统的额定功率要与之相适应。如果扬声器系统的效率为0.5%，则上述功率还应提高一倍。必须指出，利用上述两种方法估算的扩声系统功率，仅仅是满足使人能基本听清楚这个最低要求所需的功率值。对于现代音响扩声系统，要求其能应付音乐高潮到来时的峰值，

以避免对瞬时峰值的削波而造成瞬态互调失真，因此在设计扩声系统时要有更大的功率容量，这是必须要考虑的。特别是歌舞厅(尤其是Disco舞厅)等娱乐场所。由于其背景噪声较大，另一方面人们要求有更强劲的音响效果，因此要求扩声系统功率在上述估算基础上必须大幅度增加。

实际上，在设计扩声系统的功率容量时，音响技术人员习惯于将厅堂的三维空间简化为二维空间，即按厅堂的面积来估算功率容量。根据经验，按照有效峰值声压级的要求，一般每平方米选取3W~5W的电功率(即扬声器系统的连续功率，纯低音音箱功率不计在内)。对音乐厅、剧院等专业演出场所，背景噪声较低，要求96dB有效峰值声压级，通常取下限即可；对歌舞厅等场所，背景噪声较大，且要有较强的音响效果，

要求有105dB有效声压级，但由于其高度有限(高度尺寸小于宽度尺寸)，也可按3W或略大设计。对于高度较大的歌舞厅应适当增加功率；对Disco舞厅，因为要有强劲的动感效果，因此要求有110dB以上的有效峰值和声压级。通常其功率容量要在上述基础上加倍。应取到6~10W/m2左右。对于高度较低的Disco舞厅可适当减小功率容量。8.1.2音响设备的选择目前市场上流行的专业音响设备的品牌很多，而且各种品牌也有不同的档次。其价格差异也较大。在对设备进行选择时，可根据需要及经济条件来决定。

1.音箱和功率放大器的选择在进行扩声系统设计时，首先要根据扩声系统的功率容量来决定所用音箱的总功率，然后将总功率按比例分配到主扩声通道和辅助扩声通道的左、右两个声道(体积较小的厅堂可设计一个辅助扩声通道，体积大的且较长的厅堂可设计两个或两个以上的辅助扩声通道)，

从而确定音箱的数量。通常，所选主扩声通道音箱的功率应适当大于辅助扩声通道音箱的功率。如果需要，还可在主扩声通道配一对纯低音音箱(Disco舞厅还应在辅助扩声通道适当选用纯低音音箱)。纯低音音箱的功率应大于主音箱功率，且不计入系统功率容量。在有些品牌的音箱中，有专门与主音箱配对的纯低音音箱(参考产品说明)。此外，对于音乐厅、剧院、大型高档歌舞厅、Disco厅，主扩声音箱最好采用三分频音箱，并且可外接电子分频器。

不同国家不同厂家生产的不论是二分频或三分频的音箱，由于箱体设计结构及使用单元不同，各有其特点，例如：

JBL音箱：力度大、穿透力强、中高音强劲。其47、48系列产品为专业级设备，MR系列产品在一般歌舞厅中用得较多；

BOSE(博士)音箱：频响宽、动态大、功率足，专业扩声和娱乐扩声都有使用；

PEAVEY(百威)音箱：音色结构坚实有力、清亮悦耳、低音弹性好、节奏感强，用于Disco舞厅比较理想；EV音箱：音色清晰、透明、自然，在扩声系统中也常使用。此外，还有许多其它品牌的音箱，根据价位及其特点，亦可以考虑选用。功率放大器的选择是有一定要求的。首先要根据厅堂的性质、环境和用途来选择不同类型和功率的功率放大器。一般情况下，音乐厅、剧院及以演唱为主的歌舞厅，扩声系统应选用频率响应范围宽、失真度小、信噪比大、音色优美的高品质功率放大器，对于娱乐性的歌舞厅、Disco厅应选择大功率的功放。

其次要根据音频功率信号传输的距离远近选用定压式或定阻式功放。对于背景音乐系统或会议系统等远距离分散式扬声器系统，需要选用定压式功放。对音乐厅、剧院、歌舞厅、Disco厅等扩声系统选用定阻式功放。另外，还应根据音箱的功率来配置功率放大器，功放功率应大于音箱功率。目前，我国市场上优秀的功率放大器设备主要有CROWN(皇冠)、BGW、EV、PEAVEY(百威)、JBL、QSC以及日本的YAMMHA等品牌。功率放大器也是各类扩声系统中常用的设备。2.话筒和调音台的选择不同的话筒其指向性、频响特性和灵敏度等也不尽相同，在选择话筒时，要根据其拾音对象而定。一般，在没有特殊要求的情况下，大多使用动圈式心形或超心形指向话筒；对于话筒的频响特性则要参考乐器或歌唱者的频率特性，例如，男声与女声应使用不同的话筒，这样才能充分表现声源原有的特点。通常在话筒产品介绍中均列有其主要用途，以便选购者参考。在演出中，为得到合奏合唱的整体效果，除采用动圈话筒按乐器、声部拾音外，还应适当选用电容式话筒对整场进行拾音。

对于舞台上活动范围较大的演出，应配备手持式或领夹式无线话筒。目前，世界上优秀品质的话筒产品主要有奥地利的AKG系列和美国的SHURE(思雅)系列。SHURE还专门设计有卡拉OK话筒。其它像EV等品牌的话筒也经常使用。在选择调音台时，首先应根据演出规模确定调音台输入通道的路数，然后根据扩声环境来确定调音台的输出通道。通常，在音乐厅、剧院等专业演出场所，应选用有多个输入通道(至少二十四路以上)、带编组输出(并可考虑矩阵输出)及多路辅助输出的大型专业调音台；

在一些高档次的具有专业演出功能的大型歌舞厅等场所，也可以考虑使用上述调音台；在一般的娱乐场所，选用十二路以上不带编组输出的调音台即可。目前，专业扩声系统中常用的高档次调音台主要有英国声迹和声艺实况(LIVE)系列调音台；英国声艺百宝袋(FOLIO)系列，英国GGG、日本YAMAHA、美国EV及百威(PEAVEY)等调音台也是专业扩声系统或娱乐扩声系统常用的调音台。3.其它设备的选择调音台、功率放大器和音箱即可组成一个简单的扩声系统，但欲得到好的音响效果，还必须配以信号处理设备。首先，均衡器和效果器是必不可少的。在专业或大型扩声系统中应选用双31段图示均衡器和高档次的效果处理器；一般娱乐场所的扩声系统也可以选择15段均衡器和一般效果处理器。常用的图示均衡器主要有YAMAHA系列、DOD系列，EV、PEAVEY等品牌的均衡器在各类扩声系统中经常使用；

多效果处理器主要有YAMAHA和DSP系列，这两种效果器都有高档次的专业级设备，例如YAMAHASPX900和DSP—256。其次，大型和高档次的扩声系统还应使用压限器、电子分频器以及数字延时器等设备。常用的压限器主要有YAMAHAGC2020BⅡ型和DOD866型；电子分频器和数字延时器常用DOD系列产品。至于听觉激励器，主要用在歌舞厅等扩声系统；除非特殊需要，一般专业演出很少使用听觉激励器。目前使用的听觉激励器主要是APHEX系列。

对于其它信号处理设备，可根据需要进行选择。在特别大型的演出中，其扩声系统几乎囊括了所有信号处理设备。需要指出，在选择设备时，应依据设备的品质而定，而不应只选择同一品牌的设备，因为各厂家都有突出的产品，只有选择品质优良的产品，才能使系统有好的性能价格比。8.1.3设备之间的互连

1.效果器的连接扩声系统中大多数音响设备都采用串接的连接方式，但效果器通常有四种连接方式：

(1)利用调音台的AUX(辅助输出)和RTN(立体声返回)端口将效果器并接在调音台上，这是扩声系统中最常用的方式，就效果器而言，通常使用一入一出的工作方式，一入双出也行，但很少使用双入工作方式。(2)将效果器输入端口接在调音台AUX端口，其输出端接入调音台任一输入通道的LINE(线路)输入端，则成为调音台新的声源。这种连接方法，效果器一般也采用一入一出的工作方式，一入双出方式也可，但要占用两路输入通道。需要注意的是，在调音台上接效果器的输入通道与接效果器的辅助输出相对应的AUX旋钮应置于关闭状态，否则又会把信号送入效果器而形成正反馈，产生啸叫，以致损坏扬声器系统。(3)将效果器接入调音台的INSERT(插入)端口，只对演唱话筒进行效果处理。一入一出处理一路话筒，双入双出可处理两路话筒。这种联系方法，常在卡拉OK厅中用来对歌声进行处理，以免影响LD、VCD已在制作中处理过的音乐伴奏的效果。

(4)将效果器串接在扩声系统中，通常接在调音台与均衡器之间，这样全部音频信号都会经过效果器。这种方法一般只用在环境音乐的制作和播放系统中。2.连接线与接插件在专业扩声系统中，连接音响设备的连接线主要有两大类：一类是用于连接功率放大器与音箱的平行传输线，俗称“金银线”或“音箱线”、“喇叭线”；另一类是用来连接其它设备的双芯屏蔽电缆，俗称“话筒线”。两种线缆的芯线都由多股铜合金线组成，在专业上用导线截面积的平方毫米来衡量线缆的粗细，线缆越粗，阻抗越小，对信号的衰减也越小。

专业扩声系统所用的接插件也主要有两大类：一类为XLR型接插件，俗称“卡侬接插件”，分为K系列和J系列；另一类为1/4英寸直插件，有立体声和单声道两种。两类插件的结构图示于图8―2。图8―2接插件结构图

图(a)为XLR型插件结构，它是一种平衡式插件，其接线方法如下：端“1”(PIN1)接屏蔽(Screen)，即接地(Ground)；端“2”(PIN2)接热信号(Hot

signal)，即接信号“+”极(inphasa)；端“3”(PIN3)接冷信号(Cold

signal)，即接信号“-”极(antiphasa)。图(b)为立体声直插件结构，有两种用法，接线方法如下：

·用作平衡式(Balanced)连接插件：“尖”(TIP)接热信号，即接信号“+”极；“环”(RING)接冷信号，即接信号“-”极；“套”(SLEEVE)接屏蔽，即接地。·用作连接立体声信号：“尖”接左声道信号；“环”接右声道信号；“套”接屏蔽(地)。

图(c)为单声道直插件结构，也有两种用法，即用作非平衡(Unbalanced)或单声道插件，接线方法相同：“尖”为信号接线端；“套”为屏蔽端。目前，我国市场上的线缆和接插件既有进口产品也有国产产品，国内正规厂家生产的产品完全能够满足要求，而且价格较低。进口高档产品的品质优良，传输特性好，接触牢靠(接触损耗小)，但价格昂贵。在扩声系统中，所选线缆和接插件的价位一般应当占到设备总投资的10%左右。3.设备互连在扩声系统设计中(其它音频系统也一样)普遍存在设备的互连问题。如果连接不当，轻者会使系统指标下降，严重时甚至导致设备和系统不能正常工作。下面就互连中阻抗匹配、电平匹配、平衡与非平衡，以及连接线缆的屏蔽层接地等问题分别加以讨论。

1)阻抗匹配在音响系统中，几乎所有设备都采用跨接方式，即设备的输出阻抗设计得很小，输入阻抗却很大。

这是由于在系统中，除非信号作远距离传输外，一般都当作短线处理。而且信号电平低，要求信号能高质量地传输，且负载的变化基本不影响信号的质量。当将信号源设计为一个恒压源，或者说负载远大于信号源内阻抗时，能满足上述要求。这实际是电路中的恒压传输方式。信号源内阻低，信号源消耗的功率就小，输出同一电平值时，要求信号源的开路输出电压也较低。最主要的是，信号源内阻低，可以加大信号的有效传输距离，改善传输的频率响应。

事实上，专业音响设备的阻抗都是按上述原则设计的，设备互连采用跨接方式，这就是音响设备的阻抗匹配。在对扩声系统进行设计时，一般不必考虑阻抗问题。但当一台设备的输出端需要连接多台设备时，即一个信号源驱动几个负载时必须采用有源或无源音频信号分配器，以满足设备阻抗匹配的要求(若为两台设备，一般可直接并在前级设备的输出端)。现代音频功率放大器的输出阻抗都很小(指定阻式功放，以下若无特殊说明均为指定阻式功放)，以使功放能适应扬声器阻抗的变化，从而达到优良的瞬态响应。

许多优质功放的阻尼系数都在数十以上，有的达到几百(阻尼系数定义为负载阻抗与功放内阻抗之比)。实际上，功放与音箱是按照功放标称的输出阻抗和音箱标称的输入阻抗来连接的。功放的输出阻抗有4Ω和8Ω两种，即可接4Ω音箱，也可接8Ω音箱。接4Ω音箱时，功放的输出功率较8Ω时大(在产品说明书中有说明)。两只8Ω音箱可并接在功放输出端，此时为4Ω工作状态。必须注意，音箱并接时，阻抗会减小，其并联等效阻抗不得小于功放标称的最小输出阻抗(有些功放还标有2Ω阻抗)，否则会造成功放负载过荷而无法正常工作。

此外，功率放大器的4Ω输出与8Ω输出对传输线的阻抗要求是不一样的。当采用4Ω

负载阻抗时，所要求的传输线阻抗比8Ω的要低一倍。在高质量的扩声系统中考虑适当的储备，4Ω输出时的传输阻抗不得超过0.2Ω(不计放大器内阻)，若传输线小于100m，则要求其截面不小于9(mm)2。要减小其截面，需用8Ω输出来代替4Ω输出，或者在传输线截面减半情况下，才用4Ω输出，这时线缆截面积可减半。由于只允许传输线有0.2Ω，因此还应要求传输线两端的接触电阻更小。选用可靠性高和接触面大的接插件也相当重要。2)电平匹配音响设备互连时，电平的匹配也同样重要。如果匹配不好，或者会使激励不足，或者会发生过载而产生严重的失真。这两种情况都会使系统不能正常工作。音响设备一般都有额定输出电平或额定输入电平，最小输出电平或最小输入电平，最大输出电平或最大输入电平，通常按有效值计算。要做到电平匹配，就是不仅要在额定信号状态下匹配，而且在信号出现尖峰时，也不发生过载。优质系统峰值因数至少应按10dB来考虑(峰值因数定义为信号电压峰值与有效值之比，以分贝表示)。

音响系统中的电平，一般是指电压电平。所谓电压电平，是一个电压与一个参考电压之比的常用对数乘以20，单位为分贝，即：电压电平=参考

这里参考电压可以是不相同的，按照IEC规定，最好以1V为参考电压，也可以以1mV

或以1μV为参考电压，对应电压电平的单位分别记为dBV,dBmV,dBμV。此外，还使用dBm，即以在600Ω电阻负载上，产生1mV功率时的电压为参考电压，也就是以0.775V为参考电压。但dBm只限于负载为600Ω时的特定情况，这是需要注意的。有些厂家对于负载不是600Ω时，仍认为参考电平为dBm是不确切的。

国外有些厂家也有将dBm(dB0.775V)用dBs或dBu表示，在阅读产品说明书时需加以注意。如果电平不能直接匹配，就应采取适当的变换方法，使电平达到匹配。如采用变压器，或者电阻分压网络。变换时，也要同时考虑到阻抗匹配。实际上，现代音响设备都是按标准设计的，只需在设备选型及系统调音时加以注意，即可满足电平匹配的要求。3)平衡与不平衡音响设备通常有平衡和不平衡两种连接方式。如果一台设备的输入端或输出端对于一个参考点(通常是指“地”)具有相同的内阻抗，并且旨在传输对于该参考点来说数值相等但极性相反的信号，则这个端子是平衡的，称为平衡输入或平衡输出，否则就是不平衡。当有共模干扰存在时，由于两个平衡端子上所受到的干扰信号数值相差不多，而极性相反，所以干扰信号在平衡传输的负载上可以互相抵消。

因此平衡电路具有较好的抗干扰能力。在专业音响设备中，一般除音箱馈线外，大多采用平衡输入、输出。而非专业设备，为了降低成本，经常采用不平衡输入、输出。根据平衡与不平衡关系，音响之间的互连主要有下列几种方式：

(1)从平衡输出到平衡输入，如图8―3(a)所示。

(2)从平衡输出到不平衡输入，如图8―3(b)所示。

(3)从不平衡输出到平衡输入，如图8―3(c)所示。

(4)从不平衡输出到不平衡输入，如图8―3(d)所示。图8―3音响互连方式4)屏蔽为了安全，设备的金属外壳应当妥善接地。所谓妥善，一是接地电阻应尽量小，二是不能因为接地而引入干扰噪声。所以音响系统，不能与舞台灯光、照明、动力设备等共用地线系统。这样做的目的是防止发生公共阻抗干扰。此外，设备接地时应采用一点接地，或称为“星”形接地的方式，如图8―4所示；而不能像图8―5那样接成链形，也不能接成环形。

接成链形，会发生公共阻抗干扰；接成环形，不仅会发生公共阻抗干扰，还会产生“地环路”。因为当空间中的交变电磁场(主要是工频电磁场)穿过“地环路”时，按照法拉第电磁感应定律就会在环路中激发出感应电动势，形成干扰。检验设备接地是否正常的方法很简单，就是在设备接地线中串入一节干电池和一个小电珠(见图8―5(c))，看小电珠是否发亮。如果发亮，说明有多点接地或有地环路存在。

图8―4星形接地

图8―5

(a)链形接地；(b)环形接地;(c)接地检验

当设备互连用的信号电缆的屏蔽层接地时，应注意尽量避免或减小地环路电流的影响。一般对平衡输入、输出，只将屏蔽层在一端接地，这样可以避免由于互连而形成地环路。由于输入阻抗大于输出阻抗，故屏蔽层通常在输入的一侧接地，这样感应噪声电平较低。当输入输出都是不平衡的时候，则应将屏蔽层两端都接地，这样虽产生地环路电流，但该电流不流经负载，见图8―6所示。

图8―6

(a)变压器平衡输入、输出屏蔽层接地法；

(b)非平衡输入、输出接地法8.2音乐厅、剧院扩声系统8.2.1音乐厅扩声系统音乐厅主要用于交响乐、轻音乐、民族乐等音乐节目的演奏，所以对扩声系统的要求很高，必须保证有理想的音乐重放效果，因此，音响设备均采用高档次的专业级产品。图8―7为音乐厅扩声系统设计参考方案，它只表示各设备之间是如何跨接的。图8―7音乐厅扩声系统方案图8―7音乐厅扩声系统方案(2)

扩声音箱的布局是扩声系统设计的重要环节。音乐厅在建筑结构上是有严格要求的，一般比较宽，且长度不是很大。主扩声音箱应摆放在舞台口两侧，并根据音箱传声的指向性，使左右声道音箱摆放有一定角度，使中前排的中间听众席产生最佳听音区，如图8[CD*2]8所示。为了得到较好的立体声效果，通常还要在舞台下正中央布置辅助扩声音箱(见图8―8

)。这样，就使扩声系统具有左、中、右三个声道。辅助扩声所需信号一般取自调音台的编组输出，也可由矩阵或辅助输出提供。有些调音台还专门设有单声道(MONO)输出，供单声扩声通道使用。图8―8音箱布局

为了使舞台上的演出人员能够实时听到自己的演奏情况，还必须在舞台上设置监听音箱，专业上称之为舞台返送音箱(音箱产品中有专门的带有一定倾斜度的舞台返送音箱)。舞台返送音箱应按需要布置在舞台上，并且面向演出人员，以使每一位演奏者能清晰地听到整个乐队的演奏。每只音箱的功率一般为150W~250W，选用4~6只(根据乐队规模和舞台大小)，总功率不计入扩声功率，并为单声道传送。所需信号同样可由调音台的编组、辅助、矩阵或单声道输出提供。

音乐厅一般都是由大型乐队演奏的，使用乐器较多，并且要按不同乐器和声部进行拾音，这样就会用到较多的话筒。因此，调音台通常要选用24~32路或更多路数的大型调音台才能满足要求，而且多数情况下还要配以声反馈抑制器。此外，采用多台效果器的目的是为了满足对弦乐和管乐等不同乐器进行不同的效果处理，以得到更好的演出效果。音乐厅的音控室(或称调音室)通常设在厅堂的最后，距离舞台较远。为了便于话筒等设备连接，应在舞台前后左右的适当位置布置话筒连接器，使话筒或电子乐器等设备通过话筒连接器转接到调音台上。

方案1与方案2的区别主要在于压限器的接法不同：方案1采用两台压限器并联在调音台上的方法，可对不同声源设置不同的参数进行处理，但对调音台输出后的扩声通道无法设置噪声门限等处理参数，它比较适合于输出通道较多而又想节省压限器的系统。方案2是将压限器串接于扩声通道，可以接在均衡器之后，其输入是均衡和补偿的信号，不会使一些频率成分产生不必要的压缩。这种接法可以对扩声通道设置噪声门限，但它对所有声源的处理参数(压缩比等)是相同的，调整时应特别注意，尤其是不能将弱信号被限制在门限之外。

需要指出的是，当系统工作信号动态范围很大(例如交响乐演奏)，而又不好调节控制，或调音人员难以在过量的输入信号电平时跟随调节的情况下，为避免均衡器过载失真，应将压限器串在均衡器之前。当然，为了得到好的音响效果，在扩声系统中，还需使用其它信号处理设备，例如像扩展器、动态咝声处理器等等，此处不再一一列举。附图1是日本YAMAHA公司提供的YAMAHA系列产品在音乐厅扩声系统中的应用实例，供读者参考。8.2.2剧院扩声系统剧院通常是一个多功能专业演出场所，既有音乐歌舞类等节目演出，又有话剧、戏曲类节目演出。因此其扩声系统应兼具音乐扩声和语言扩声的功能，既要有一定的音乐动态范围，又要有一定的语音清晰度。图8―9为一般剧院扩声系统设计方案，也大多采用高档次专业音响设备，其系统较为复杂。图8―9剧院扩声系统方案

剧院的体积一般比较大，且大多设有两层观众席。为了保证观众能够有好的听音效果，就应合理布置扩声音箱的位置，如图8―10所示。主扩声左右声道音箱(包括纯低音音箱)摆放在舞台口两侧，除保持一定夹角外，还应有一合适的仰角，使两层观众基本上能听到主音箱的声音。为得到更好的立体声效果及语音扩声清晰度，通常还在舞台口的眉沿上方安装中置音响，使主扩声具有左中右三个声道。辅助扩声音箱一般安装在耳光室内侧或摆放在耳光室内，应使一层和二层观众均能听到其送出的声音。图8―10剧院音箱布局

(a)俯视图；(b)侧视图图8―10剧院音箱布局

(a)俯视图；(b)侧视图

如果剧院较长且一、二层之间较低，还应在一层观众席两侧适当位置和二层观众席前安装辅助扩声音箱，以保证听音效果。此外，有些大型高档剧院，还会按照前、中、后及左、中、右的布局，在顶棚上布置扬声器系统，用以提高立体声效果和语音扩声清晰度(本方案中未设计)。需要注意，由于剧院的扩声音箱布置比较分散，因此扩声通道中要使用数字式房间延时器，以确保各音箱送出的声音同时到达观众席。

在舞台上演出音乐、唱歌等节目时，剧院的舞台返送音箱与音乐厅的布局相似，但在演出舞蹈、话剧等节目时，应将返送音箱摆放在舞台两侧。由于剧院的舞台面积比较大，因此，一般要配置6~8只舞台返送音箱。剧院舞台正前下方与观众席之间一般都设有乐池，用来安置伴奏乐队，由于距离观众较近，为了不影响观众的听音效果，应使用50~100W的小型监听音箱供乐队听音。

此外，在设计剧院扩声系统时，还应考虑为演员休息室、化妆室等后台场所提供一路监听通道，以便后台人员及时掌握演出情况。它只需听到实况，不需要好的音响效果，因此一般选用廉价的低档设备即可。剧院的音控室一般设在二层观众席最后面。调音台应使用24路以上且有多路输出通道的大型调音台，舞台上和乐池内应安装话筒连接器(舞台上应暗装)。

此外，调音台还应为灯光控制台提供一路声控信号(应为立体声混合信号)，以备演出时制造声控灯光效果。并接在调音台上的数字延时器主要用来为歌声或语言声制造回声及其它特殊效果。以上只是简单介绍了音乐厅、剧院专业扩声系统设计方案，仅供参考，读者也可根据要求采用其它设计方案。至于音响设备的选型，前面内容中已经介绍，读者也可根据自己对设备的了解进行选择，当然以选用世界顶级产品为佳。8.3歌舞厅、Disco厅扩声系统8.3.1歌舞厅扩声系统大型高档歌舞厅一般都具有两种功能，即小型演出(主要是歌曲演唱)功能和跳舞娱乐功能。为了得到好的音响效果，应将两种功能的扩声系统(主要是扩声通道)分开设计，演出时声场的最大声压级应达到95dB，跳舞娱乐时声场的最大声压级应达到100~105dB，也就是说跳舞娱乐扩声系统的功率容量较演出扩声系统的功率容量大。

图8―11示出了歌舞厅扩声系统连接方案，其设备应选用专业级产品。由于歌舞厅通常都是改造的而不是专门设计的建筑结构，不会有理想的混响时间。在装修时应大量采用吸声材料，以减小原有混响时间，然后使用数字混响器或效果器的混响功能，来得到所需的混响时间。图8―11歌舞厅扩声系统

在歌舞厅，有些演唱者是业余歌手，为了取得好的演唱效果，应在主扩声通道配置一台听觉激励器(通常只需在扩声系统的主扩声通道配置一台听觉激励器即可)。歌舞厅应使用16路以上并有多个输出通道的调音台，以方便对演出扩声和跳舞娱乐扩声的控制。此外，调音台还应提供一路信号，作为灯光控制台的声控信号。

就声源设备而言，除配置卡座和CD机外，歌舞厅几乎都配有LD或VCD机。因此，除扩声系统外，歌舞厅还应设计一套视频重放系统，可将LD或VCD机视频信号通过大屏幕投影和彩色电视机播放出来(关于视频设备及其系统设计可参阅有关专著)。当然，作为乐器拾音，话筒是必不可少的。通常，歌舞厅还会配置1~2套无线话筒供主持或演唱使用。

为了较好地实现观众自娱演唱的卡拉OK功能，还应为扩声系统配置可对音乐进行变调处理的变调器。变调器通常串接在LD(或VCD)机与调音台之间，如图8―12所示。歌舞厅中，演出时的音箱布局与剧院类似，用于跳舞娱乐时的音箱应布置在舞池四周，如图8―13所示。图8―12变调器的跨接

图8―13大型歌舞厅音箱布局

主音箱包括纯低音音箱和可连接电子分频器的中高音音箱，摆放在舞台(或称歌坛)两侧，既作为演出主扩声音箱，也作为跳舞娱乐主扩声音箱。演出用辅助扩声音箱一般采用一组(两只)二分频或三分频音箱(不必使用电子分频器)，吊装在观众席两侧。如果厅堂很宽，还可以在舞台口上方设置中置音箱(图中未画出)。用于跳舞娱乐时的辅助扩声音箱应吊装在舞池上方，使用内置二分频音箱即可。演出时应关闭这组音箱，即关闭相应的扩声通道，以满足演出时对声像的要求。

至于舞台返送音箱，因为歌舞厅舞台一般比较小，采用2只100W返送音箱也就可以了。附图2是日本YAMAHA公司提供的YAMAHA系列产品在大型高档歌舞厅扩声系统中的应用实例，供读者参考。以跳舞娱乐为主的大众舞厅和以自娱演唱为主的卡拉OK厅，其音箱通常也采用周围布局的方式，如图8―14(a)和(b)所示。

图8―14

(a)舞厅音箱布局；(b)卡拉OK厅音箱布局

舞厅和卡拉OK厅的扩声系统比较简单，作为练习，读者可参考上述歌舞厅方案自行设计，此处不再举例。至于人们常说的KTV包房，其扩声系统就更简单了，一般只要在包房内配置一台有变调功能的卡拉OK功率放大器和一对高保真音箱即可。对于面积较大的豪华KTV，可使用一台卡拉OK伴唱机和两台纯功率放大器(也可只有一台，但要注意阻抗)，推动4只音箱，音箱按前面2只后面2只布置。当然，KTV中还应配置一套点歌系统。KTV设备的跨接方式如图8―15所示。图8―15KTV设备跨接8.3.2Disco厅扩声系统

Disco厅的主要功能是跳Disco舞，为了具有震撼的动感和强烈的节奏感，其最大声压级比歌舞厅的最大声压级要大，一般取到105~110dB。同时也会使用较多的纯低音音箱。图8―16为Disco厅扩声系统的设计方案，供读者设计时参考。

与歌舞厅一样，Disco厅基本也是在原有建筑上改造的，但应注意选择空间较高的厅堂，否则会感到有压抑感。Disco厅一般可选用12路左右的调音台作为主控调音台，同时还必须配置一台Disco调音台，串接在主控调音台上(见图8―16)。Disco调音台是一种Disco厅专用调音台，它的原理与一般调音台的基本原理相同，但其输入通道通常只有两组立体声输入，用来连接立体声电唱机和变速CD机，图8―16Disco厅扩声系统

而且两组输入可通过控制面板上专门设置的衰减器推子进行“软切换”(所谓软切换，就是通过调整切换推子可以使一组输入逐渐变弱的同时使另一组输入逐渐增强，直至替代那一组输入，这类似于视频技术中的“淡入淡出”)，这样可以方便地变换两组立体声输入的信号而不间断音乐。主控调音台主要用来连接有线和无线话筒，以及卡座等声源设备，同时，主控调音台还应提供一路信号作灯光控制台的声控信号。如果欲使Disco厅兼有演出功能，还必须专门设计一套演出扩声系统(包括舞台返送)，其设计方法与歌舞厅相似。

此外，为了连接多支话筒以满足演出需要，此时的主控调音台应选用具有更多输入通道的大型调音台。当然，也可以为Disco厅配置一套视频系统，这样可以加强娱乐的气氛。Disco厅的音箱也应布置在舞池四周，如图8―17所示，它与歌舞厅的音箱布局相似。所不同的是，Disco厅还应多使用2~4只(也可更多，视规模而定)纯低音音箱(一般应比主低音音箱功率小)作为辅助低音扩声音箱，并吊挂在舞池上方。图8―17Disco厅音箱布局8.4背景音乐系统

通常，人们在进入饭店、酒楼、商场等场所时，都会听到柔和的音乐声，它们大多是通过安装在顶棚上的吸顶式扬声器播放出来的，这就是所谓的背景音乐系统。一般的背景音乐系统是由吸顶式扬声器和扩音机作为主要设备组成的扩声系统。吸顶扬声器通常由安装在小型箱体内或开放式的全音域纸盆扬声器构成。

这里所说的扩音机实际是集前置电压放大和后级功率放大于一体的放大器设备，其前置放大器相当于一个小型调音台，具有音调控制功能和多个输入端口。后级功率放大器可分为两种输出方式，即定阻式输出和定压式输出，分别称为定阻式扩音机和定压式扩音机。有些扩音机还带有卡座和调谐器(调谐器实际上是不带功放和扬声器的“收音机”)，可直接播放磁带节目和接收无线广播节目。

对于要求有较高档次的背景音乐系统，可选用一台普通的小型调音台作为前置电压放大，使用定阻式或定压式纯功率放大器来推动扬声器工作，并选择独立的卡座、CD机和调谐器等设备作为声源。背景音乐系统设计的关键，在于扬声器在厅堂顶部合理布置和扩音机(或功放)与吸顶扬声器的连接，而且扬声器与扩音机有多种连接方式。下面我们分别加以讨论。8.4.1厅堂背景音乐系统的声场背景音乐系统均采用分散声场，即吸顶扬声器按一定间距均匀地安装在厅堂顶部，如图8―18所示。一只吸顶扬声器有5~25W的功率即可。对于厅堂顶部较低或扬声器间距较小的系统，可选用功率小一些的吸顶扬声器，而对于厅堂顶部较高或扬声器间距较大的系统，则选用功率大的吸顶扬声器。

其要求是使厅堂的声场均匀，同时不至使声音太大。选择吸顶扬声器时，还应考虑背景噪声影响。对背景噪声较大的场所，如酒楼、商场等，应使用较大功率的吸顶扬声器；对背景噪声较小的场所，如饭店大堂，可使用小功率的吸顶扬声器。图8―18吸顶扬声器布局8.4.2扩音机与扬声器的配接由于扩音机构造不同，扩音机输出一般有两种形式，即定阻式和定压式。

1.定阻式扩音机的匹配对于定阻式扩音机，它的匹配工作，必须满足下列条件。

(1)扬声器所得功率总和应等于或略小于扩音机额定功率，而扬声器额定功率总和必须大于(至少应等于)扩音机的输出功率，以防扬声器过荷而损坏。通常所说的负载总功率是指扬声器所得功率总和，而不是扬声器额定功率(标称功率)之和。(2)扬声器连接好以后，负载总阻抗应等于扩音机输出总阻抗。若条件有限，相差不得超过10%，此时，应使负载总阻抗稍大于而不是小于扩音机输出阻抗，以防扩音机因过载而使功放管衰老或烧毁。

(3)每只扬声器所得功率不超过其额定功率，最好不超过其额定功率的80%。这样声音虽然轻些(不很明显)但是音质优美，且不易使扬声器损坏。

对于扩音机来说，同样，在接负载时，其所需功率应考虑留有余量。也就是说，扬声器所需功率维持在扩音机额定功率的70%~80%。这样对扩音机有好处。当然所需功率等于扩音机额定功率也是可以的，而且对一般功率不太大的扩音机，实际中也是这样做的。

定阻式扩音机是采用变压器来决定其输出阻抗的。变压器抽头不同，得到的阻抗也不同。

一般有4Ω、6Ω、8Ω、12Ω、16Ω、32Ω、100Ω、125Ω、150Ω、200Ω、250Ω、500Ω等等，其中32Ω以下的通称为低阻抗输出，100Ω以上的通称为高阻抗输出，而且高阻抗输出扩音机比低阻抗输出扩音机的传输效率要高。为了说明这个问题，我们来看一个例子。

设有一只扬声器，阻抗为16Ω，接在距扩音机某一定距离时，每根传输导线的直流电阻为20Ω，如图8―19所示。此时，整个线路总阻抗为：Z总=20+16+20=50Ω在串联电路中，电流相等，则它们所消耗的功率为

P线=I2Z线=I2(20+20)=40I2

P扬=I2Z扬=16I2

所得总功率为

P总=P线+P扬=40I2+16I2=56I2图8―19扩音机负载阻抗

如果采用高阻输出，效率又将如何呢?还是上面的例子：当输出阻抗为250Ω时，总总扬即效率为86%。当输出阻抗为500Ω时，总扬总

即效率为93%。可见，在同样距离下，输出阻抗越高，效率越高。下面我们分别讨论低阻抗和高阻抗输出时，扬声器如何与扩音机配接。1)低阻抗输出

(1)一般情况下，扬声器与扩音机的匹配所谓一般情况，是指所用扬声器的功率或阻抗各不相同。

·串联：即各扬声器相互串联。此时，串串串

而且应该满足下面几个关系：

Z串=ZscP串≥PscPsi≤Pi

式中：Z串为整个线路扬声器总阻抗，Zi=Z1,Z2,:为每只扬声器的阻抗；P串为整个线路扬声器的额定功率总和，Pi=P1,P2,:为每只扬声器的额定功率；

Psi为每只扬声器在线路中实际所得的功率；

Psc为扩音机输出功率或输送到该线路的音频功率；

Zsc为扩音机输出阻抗。

例如：一台15W扩音机，输出阻抗为4Ω、8Ω、12Ω，有两只扬声器分别为P1=5W、Z1=4Ω、P2=10W,Z2=8Ω，接成串联，应如何连接?Z串=Z1+Z2=12Ω，即Z串=Zsc=12ΩP串=P1+P2=15W,P串=Psc=15W;串串

可以将两只扬声器串联，负载线接至0~12Ω，如图8―20所示。

·并联：即各扬声器相互并联图8―20扬声器串联

而且应该满足下面几个关系：

Z并=Zsc

P并≥Psc

Psi≤Pi

式中：Z并为整个线路扬声器总阻抗，P并为整个线路扬声器额定功率总和。并并并

对于前例，将两只扬声器接成并联是否可行呢?结论是不行。因为功率分配不平衡(读者可自己计算)。P2实际所得功率小于它的额定功率，可以使用，只是声音轻些；但P1实际所得功率远大于P1的额定功率，不满足Ps1≤P1的条件，所以不能并联使用。

·混联：上述两种方法的优点在于简单，但有时无法与扩音机匹配，必须串、并联同时使用，称为混联。其连接方式如图8―21所示。图8―21扬声器的混联混混混而且应该满足下面几个关系：

Z混=Zsc,P混≥Psc,Psij≤P

ij

式中：Z混为整个线路扬声器总阻抗，P混为整个线路扬声器额定功率总和。下角标i代表并联支路序号，j代表每支路内串联扬声器的序号。例如：有四只扬声器，各为

Z11=3Ω,Z12=5Ω,Z21=8Ω，Z22=16Ω，接在Psc=50W扩音机上，求总阻抗和各扬声器实际所得功率。混混混混混混混混混(2)特殊情况下，扬声器与扩音机的匹配所谓特殊情况是指各扬声器的功率P和阻抗Z完全相同。实用中这种情况使用较多。

·串联：此时，Z串=nZ

式中，n为所接扬声器的个数。串Ps为扬声器所得功率。

同时应满足：Z串=Zsc，P串≥Psc，Ps≤P。

·并联：此时，并并同时应满足：Z并=Zsc，P并≥Psc，Ps≤P。

·混联：各并联支路内所串接的扬声器个数相等，如图8―22所示。此时，混混式中，M为并联支路数；N为各并联支路串接扬声器个数。同时应满足：Z混=Zsc，P混≥Psc，Ps≤P。图8―22扬声器混联(4)分头连接利用上述各种方法计算出来的阻抗有时是一种特殊数值，扩音机上没有这样的输出阻抗，而且利用任意两抽头间阻抗也不容易恰好相配。在这种情况下，可采用分头连接。但需注意，分头连接只适用于扬声器个数不多的情况。同时应满足：

例如：一只15W16Ω和一只125W8Ω扬声器接至25W扩音机，应如何连接?取

可将15W16Ω扬声器接至扩音机的0~8Ω端，而将12.5W8Ω扬声器接至0~4Ω端，如图8―23所示。图8―23扬声器分头连接(5)假负载当扬声器所得总功率远小于扩音机额定输出功率时，为了使扩音机正常工作和保护扬声器的安全，应接假负载来消耗多余功率。如果扬声器总功率已达到扩音机额定输出功率的80%以上，就不需要再接假负载，只要把阻抗匹配好即可使用。在低阻情况下求假负载的公式：假假总

例如：有一台25W扩音机，只有一只10W8Ω扬声器，如何配接?

首先用分头连接公式计算扬声器应接的位置：

然后计算假负载。设将假负载接至扩音机的0~16Ω端，则

因此，可将扬声器接至扩音机的0~3.2Ω端，如果没有，也可接至3.5Ω或4Ω端；假负载接至0~16Ω端，其阻值为26.7Ω，可用30Ω代替，功率为15W以上，如图8―24所示。为了安全，一般实际所用假负载功率为计算功率P假的1.5~2倍。2)高阻抗输出与低阻抗输出一样，扬声器和高阻抗输出的定阻式扩音机配接时，也有串联、并联、混联等多种方式。所不同的是，高阻抗输出时，各扬声器是通过线间变压器与扩音机相连的。线间变压器的初级阻抗是通过计算得到的，而次级阻抗即为扬声器的额定阻抗，通过变压器进行阻抗变换，从而达到阻抗匹配的目的。

图8―24假负载的连接(1)一般情况下，扬声器与扩音机的配接·串联：各线间变压器初级串接串同时应满足：串串式中：Z为每个扬声器所接线间变压器的初级阻抗；Psi为每个扬声器所得功率；Pi为每个扬声器的额定功率；Zsc为扩音机输出阻抗；Psc为扩音机额定输出功率。

例如：一台30W扩音机，输出阻抗为500Ω，一只25W扬声器，一只5W扬声器，如何用串联法配接?根据上述公式可得，串并取则

因此，25W扬声器线间变压器的初级阻抗为417Ω，5W扬声器线间变压器的初级阻抗为83Ω，串接后接至扩音机0~500Ω端，如图8―25所示。

图8―25线间变压器串联

·并联：各线间变压器初级并接并

同时应满足：

将前例改为并联：并

因此，25W扬声器线间变