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日志

专业音响技术

已有 1733 次阅读2011-7-17 10:16

一、专业音响技术

学习专业音响工程技术首先必须认识了解有关的技术术语和相关的一些国家及行业标准,只有这样专业的设计和施工才能做到有的放矢,工程的质量才能得到充分的保证。可以进一步讲,所有和工程有关的专业标准和术语是工程工作的基础,是设计施工的依据和参照,是中心。下面就列出一些必须认真学习理解的术语和标准。

  声压级:指实际声压和基准声压之比的20倍对数值,单位是分贝。这是它的数学表达式。它的重要性就在于:所有的音响系统的发声情况,所有的扩声场所的声学质量,都需要有这项指标,在后面的设计计算中它还是一个计算基准。

  混响时间:指在一个稳定的声音信号突然中断后,厅堂内的声压级跌落60dB所需要的时间,单位是秒。它的数学表达式如下。可以发现,混响时间是和建筑装饰的结构和材料密切相关的参数。在实际的工程中,混响时间更是厅堂建筑声学效果的重要考证指标。

  扩声功率:指达到系统设计的额定扩声声压级时,扩声设备所需的额定功率,单位是瓦。这个参数在实际的音响调控中并不十分重要,但是在音响系统的设计和选型时,它却是声学指标在电声参数上的直接体现,而且它将关系到工程的最终造价,所以也特别重要。一般在工程中,它主要靠音箱的额定功率来反映。

  国标GB-3947,是专业的声学名词术语的解释:国标GB-4959,是厅堂扩声特性的测量方法;GYJ-25,是厅堂扩声系统的声学特性指标。它们是两个重要的国家标准,几乎所有的工程在设计、施工、验收时都需要把它们作为依据;国标GB/T14218-93,是电子调光设备性能参数与测量方法;SJ2112-82,是厅堂扩声系统设备互联的优选电气配接值。这两个标准在设备的选型和工程测试验收中能起到重要的作用。

●音响噪声产生的原因

在录音、现场扩音等音响系统中,噪声问题是一个普遍存在又非常令人头痛的问题。通常组成音响系统的设备越多,或传输出距离越长,系统的背景噪声就越大,甚至使得音响系统无法进行正常的录音或扩音工作。音响系统噪声形成的机理比较复杂,现就这些音响系统噪声的主要产生原因和解决办法做一分析探讨。

噪声的产生原因

1、电磁辐射干扰噪声

环境的杂散电磁波辐射干扰,如手机,对讲机等通讯设备的高频电磁波辐射干扰、周围环境的电梯、空调、汽车点火、电焊等电脉冲辐射、演播厅灯光控制采用可控硅整流控制设备所产生的辐射,都会通过音频传输线直接混入传输信号中形成噪声、或穿过屏蔽不良的机器设备的外壳干扰机内电路产生干扰噪声。实践表明,在一些特殊的场合,如大量使用可控硅调光设备的演播厅等,如果没有采取可靠的屏蔽和接地措施,噪声将会很严重。

2、电源干扰噪声

音响设备的外部干扰,除电磁车辐射方式外,电源部分引入干扰噪声将是另一个产生噪声的主要原因。城市电网由于各种照明设备、动力设备、控制设备共同接入,形成了一个十分严重的干扰源。如接在同一电网中的灯光调控设备、空调、马达等等设备会在电源线路上产生尖峰脉冲、浪涌电流,不同频率的纹波电压,通过电源线路窜入音响设备的供电电源,总会有一部分干扰噪声无法通过音响设备的电源电路有效的滤除,将必然会在设备内部形成噪声。尤其是同一电网中的电磁兼容性不达要求的大功率设备,是干扰音响设备的主要原因。

3、接地回路噪声

在音响系统中,必须要求整个系统有良好的接地,接地电阻要求小于4欧姆。否则,音响系统中设备由于各种辐射和电磁感应产生的感应电荷将不能够流入大地,从而形成噪声电压叠加在音频信号中。

如果在不同设备的地线之间由于接地电阻的不同而存在地电位差,或者在系统的内部接地存在回路时,则会引起接地噪声。两个不同的音响系统互连时,也有可能产生噪声,噪声是由两个系统的地线直接相连造成的。

4、设备内部的电路噪声

音响设备都有一项指标——信噪比。由于内部电子元件产生的电噪声,在一台设备单独工作时,可以达到要求的指标,但是当多台设备级连时,噪声就会积累增加。实践应用中,有些低档次的民用音响设备会因为内部电源滤波不好,使得设备本身的交流噪声很大,在音响系统中有时会形成很严重的噪声。

●音响技术与声学原

一》声 学 原 理

( 1)声学历史

当森林中有一棵树倒塌下来时,发出一阵轰然大响声音,但是没有人在这个原始森林中,所以就听不到这声音。这算不算有声音发出来呢?声音是肯定发出来了,因为当树干及树枝接触地面时,它们都会产生某些声音,但是没有人听见,但这声音对于人类或其他动物所听到的是有所不同,所以这就是声学上所说的心理(Psychoacoustics)。

我在这里讲的声学原理,最主要是让一个调音员能够了解声学的各方面,而不是进行声学研究,或是硕士、博士的声学论文,所以我在这书内讲的声学理论都是实际可以给在现场操作音响的人用得上的。

1915年,有一个美国人名叫 E. S. Pridham将一个当时的电话收听器套在一个播放唱片音响的号角上,而声音可以给一群在旧金山市庆祝圣诞的群众听时,电声学就诞生了。当第一次世界大战结束之后,在美国哈定总统(Harding)就职典礼上,美国贝尔公司把电话的动圈收听器连接在当时的唱片唱机的号角上,就能够把声音传给观看总统就职典礼的一大群群众,因此就产生了很多专业的音响研究及开发了扩声工程这门学问。音响研究人员不单纯是努力地把音响器材进行改进,也做了各类不同的实验来了解人类对听觉的反应。但最高级的音响研究人同都明白音响学是要整体的研究,要了解音响器材的每一个环节,及人类对听觉的生理反应,他们在过去多年内直至现在都作出了很大的贡献。早在1877年,英国的莱李爵士(Lord Raleigh)就已经做过声学的研究,他曾经说过:“所有不论直接或间接有关音响的问题,一定要用我们的耳朵来做决定,因为它是我们的听觉的器官,而耳朵的决定就应该算是最后决定,是不需要再接受上诉的。但这不是等于所有的音响研究都是单靠用耳朵来进行。当我们发现声音的根基是一个物理的现象时,我们探测这个音响境界就要转到另外一个领域范围,它就是物理学。重要的定率是可以从研究这方面而来,而我们的听觉感应也一定要接受这些定率。”我们可以从以上一段文字看到,就算在没有电声音响学产生的时候,老前辈科学家都认为这个是物理的领域。

著名科学家英国的卡尔文勋爵常常说:“当你度量你所述的事物,而能用数字来表达它,你对这事物已有些知识。但如果你不能用数字来表达它,那么你的知识仍然是简陋的和不完满的;对任何事物而言,这可能是知识的始源,但你的意念还未达到科学的境界。”卡尔文勋爵(1824—1907)是19世纪最出色的科学家之一,后世的科学家为了要纪念这位伟人,把绝对温度—273.16摄氏度命名为0度卡尔文度。

戴维斯夫妇(Don& Carolyn Davis)是《音响系统工程》(Sound System Engineering)这本书的作者。这书被称为音响圣经,几乎是每一个外国研究音响的人必读之物。我引述他书内这一段:“具有数学和物理学的知识,是实质上了解音响工程学的必要条件。对这两种科学认识越深,越能使你跨越从感觉上所得到的意念,而达到用科学来引证事实。著名音响家占士摩亚曾经说过:‘在音响学中,任何在表面看来很明显的事情,通常都是错误的’。”

我在以上引述了几位科学家及音响学家的训言,主要是因为现在大部分做音响的人士,他们当然是对音响及音乐很有兴趣,但是以为光靠他们的听觉就可以鉴定什么是好或不好的音响,不明白这是一门专业的工程学问,是做不好音响的。远在19世纪的莱李爵士已经指出这是一个科学的境界,现代的音响工程学也像其它科学学术一样正在努力地发展,所以音响●工程学是离不开数学及物理学的。

( 2)现场音晌与录音室音晌的分别

在这里所讲解的现场音响地操作,它与录音技术是有很多不同的地方,有很多人以为音响的最高境界就是录音技术,这是不全面的。在录音技术上,基本是没有碰到反馈的情况,因为在一个录音室内进行操作时,所有的外围因数都可以得到控制,但是在现场音响重播时,我们是不可以避免有很多现场音响的问题,所以现场音响和录音音响是两种不同的学问。现场音响跟录音室音响的要求是不同的,所以有很多器材也是不同的。例如在录音室内所用的调音台,它们的每路输入都有多个参数均衡,让录音师可以把每路输入的音源尽量做最精密地微调,务求达到最好的音源效果。一个用来做现场音响的调音台,通常在它的每路输入,均衡都是比较简单的。因为很多时候,现场调音师根本就没有很多时间把每路的音源做很仔细地微调,而在现场音响的调音台每路的音量控制推杆,它们除了可以把音量做衰减外,也可以增益10—14 dB。如果做录音室用的调音台,这推杆很多时候是不需要做增益的,所以这推杆的英文名称就是 fader,意思就是衰减器。用在现场音响的大功率功放,它们都会有风扇作为散热用途,因为现场音响的功放是常常在最大功率输出的情况下工作,并且有很多时候是在户外做现场音响时,周围的温度可能相当高。如果在录音室内,通常都一定会有空调,温度当然不会太高,而录音室内的功放,主要是用来推监听音箱用的,当然不需要输出很大的功率,所以功放只需要用普通的散热器,就可以把很小的热量散走。如果功放装有风扇的话,风扇发出来的声音反而造成噪音,所以在录音室内的功放基本上是不需要风扇的。

现场音响所用的音箱,为着要把很大的声压传播绘在远距离的观众,所以它们是需要很高效率的,但在录音室内所用的监听音箱,是录音师用来监听声源或录音的最后结果,录音师是坐在距监听音箱很近的地方来监听,所以监听音箱是一种近音场的音箱,不需要高灵敏度,作用跟现场音响音箱是完全不同的。

( 3)音频与波长的关系

很多现场调音师都没有理会到音频与波长的关系,其实这是很重要的:音频及波长与声音的速度是有直接的关系。在海拔空气压力下,21摄氏温度时,声音速度为344m/s,而我接触国内的调音师,他们常用的声音速度是34Om/s,这个是在15摄氏度的温度时声音的速度,但大家最主要记得就是声音的速度会随着空气温度及空气压力而改变的,温度越低,空气里的分子密度就会增高,所以声音的速度就会下降,而如果在高海拔的地方做现场音响,因为空气压力减少,空气内的分子变得稀少,声音速度就会增加。音频及波长与声音的关系是:波长=声音速度/频率; λ=v/f,如果假定音速是344 m/s时,100Hz的音频的波长就是3.44 m,1000hz(即lkHz)的波长就是34.4 cm,而一个20kHz的音频波长为1.7cm。

( 4)音箱的高、中、低频率

例如我们现在有一个18时的纸盆扬声器单元,装置在一个用木材造的音箱内,而这音箱的面板面积是 l平方米,即这面板的高度及宽度均是 l米。我们怎样计算这音箱的高、中、低频率呢?首先我们要计算这音箱面板的对角长度,是2的方根=1.414m,任何频率的 l/4波长是超过1.414m时,对这音箱来说它就是低频;如果一个频率的 l/4波长是1.414m时,波长就是4×1.414m= 5.656m,这频率=344m/s÷5.656m=60.8/s=60.8Hz,所以任何音频低于60.8Hz时,对这音箱来说就是它的低频率。当60.8Hz或更低的频率从这音箱传播出来时,它们的扩散形象是球型的,等于如果我们把这音箱悬挂在一个房间中间时,这些频率的音量在音箱的前后左右及上下所发出来的声压都是差不多的,放出来的声音变成没有方向性。当某频率的 l/4波长是小于音箱面板的对角长度,但这波长又大于扬声器的半径时,这段频率就是这音箱的中频率。例如我们现在是用一个18时单元,这单元的半径为9寸,就是22.86cm=0.2286m,这个音频为344m/s÷0.2286m=1505Hz,从60.8Hz-1505HZ频就是这音箱的中频率。中频率从这音箱所扩散出来的形状是半球形的,即如果我们把这段频率从刚才悬挂在房间中心的音箱放出来时,声音从音箱面板扩散出来的形状是半球形。在音箱后面是听不到这段频率的声音。1505Hz及更高的频率,对这音箱来说就是它的高频率。高频率从音箱扩散出来的声音形状是锥形的,频率越高,锥的形状越窄。通常如果频率超过开始高音频的4倍时,声音扩散出来的形状会慢慢变成一条直线而不扩散,如果不是坐在对正单元的位置,就听不到这些高频率。所以很多高频率单元如果是纸盆型的话,这纸盆的直径是很小的,把这音箱的高频下限尽量提高,希望能够使高频扩散的宽度增加。我们常常见到家庭音响音箱中的高音单元,通常会用 l—2时的纸盆单元,或半球状的单元,理由就是这个原因。而专业现场音响的高音单元,因为要发出很大的高频声压,所以说一定是采用号角处理的。

( 5)各类不同的音场

当一个纸盆扬声器接受了从功放传过来的信号后,纸盆就会作出前后的摇动,当纸盆向前推进时,纸盆撞击到它前面的空气分子,在纸盆前面的空气就会增加压力,这些分子就会继续向前推进,碰撞它们前面的空气分子,造成轻微的高气压。当纸盆向后退时,纸盆前面的空气分子就会产生轻微的真空,然后这些分子会跟着纸盆的后退,造成这里的空气有轻微的压力减少。但我们不要忘记,空气是有弹力的,但在纸盆前面的空气是刚刚被纸盆的动作摇动,不能达到空气本身的弹力,这时我们便要看这频率的波长,声音是要直到离开纸盆的距离有2.5倍波长时,这些空气才发挥出造成声音的弹力。例如一个100Hz的频率,它的波长是3.44米,所以声音要离开纸盆2.5×3.44米=8.6米之外,才是真正的这个100Hz的声音。如果用10OHz来算,离开纸盆的距离还没达到8.6米就为 lOOHz的近音场,而超过8.6米才是100Hz的远音场。为什么我们要了解远近音场呢?很多时候在一队乐队中的电贝司手,他往往都不了解近音场的效果,而在他的电贝司音箱上,有一个均衡旋钮就是写着贝司(Bass) ,正是这乐手的称号。电贝司手通常会站在离开电贝司音箱不远的地方做演奏,如果他站在近音场时,有时会觉得低音不足,就会把这Bass的均衡旋钮尽量调大,但听众在他们的位置就会听得到很强烈的低音,很多时候造成不好的效果。这些强烈的低音也会跑进歌手的话筒,如果调音师因为觉得歌手的声音不足够时,就会把歌手这一路的声音提高,但也同时把电贝司的低音量也提高了,调音就遇上了困难。电贝司的最低E弦是41Hz,但因为拾音器是放在弦的末段,所以41hz第一个谐音82Hz才是主要的电贝司低频率,82Hz的波长是 4.2米(344m/s 除以82/s=4.195m),所以差不多要离开电贝司音箱 10米左右才是这82Hz的远音场,而因为电贝司手不会站到离开他的音箱这么远的距离时,他听到的声音只是近音场,而不是听众所听得到的声音。所以我们当说到扬声器的远近音场时,最主要是注意到频率及它的波长,而不是单纯看离开音箱多远就是等于远或近音场,最主要就是记得我们当欣赏音乐时,是要在远音场的位置,而不是在近音场的位置。

(6)直接音场、反射音场、不直接音场

当扬声器在一个房间内发出声音,听众可以听到直接从扬声器传过来的声音,这就是直接音场(indirectfield),但也可以听到从墙、天花板及地板所反射过来的声音,这就叫做反射音场(reverberant field)。听众听到越多的直接音场的声音,反射音场的声音就越小时,这声音就越好,因为直接音场的声音是可以控制的,但反射音场的声音是不能控制的,只会把直接育场发出来的声音加上喧染,把原本声音的清晰度底减低,所以坐得离音箱比较近的听众就会感觉到好一点的音响效果,而坐在后面的听众很可能是他们听到的反射音场声音比直接音场声音更大,音响效果便会比较差及清晰度降低。有时候一队乐队在台上演出时,因为他们没有监听音箱,而两旁的主音箱是放在靠近台口的位置,乐队及歌手所听到的声音完全没有从直接音场放过来的,他们站立的位置就叫做不直接音场,声音效果当然不会好,这也会影响到乐队的表演水平,令观众听到不太好的演出声音。

(7)界面干扰

当我们选择放置音箱的位置时,很重要的一环是要注意到音箱所发出来的声音是会受到它旁边的界面影响而造成干扰。例如放在台口两旁的主音箱,它们的低音纸盆离开地面及旁边的墙壁如果是大约在1米的时候,一个4米波长的音频就会受到这两个界面的干扰。一个4米波长的频率是 86Hz(344m/s ÷ 4m= 86Hz),当 86HZ的声音从音箱放出来时,大的空气压力在1/4周内刚巧碰到地面及墙壁,再过l/4周就反射回到音箱的纸盆面前,但这个时候刚巧纸盆要后退,原来从地面及墙壁反射过来的大空气压力就会被纸盆后退的动作抵消很多,造成失去了很重要的低音。如果遇到这个情况,就应该把音箱向台后退0.5-1米,让音箱所发出来的声音不能直接射到地面上,而如果可以把音箱移到靠近两边的墙壁时,更可利用墙壁的反射制做出更大的音量。80-100Hz 这段频率是很重要的,它是我们肺部空间的共鸣点,也是低音鼓的共鸣频率,如果是因为不了解界面干扰而摆错了音箱放置的位置,实在是很不值得的。

声音听觉理论

由于人耳听觉系统非常复杂,迄今为止人类对它的生理结构和听觉特性还不能从生理解剖角度完全解释清楚。所以,对人耳听觉特性的研究目前仅限于在心理声学和语言声学。

人耳对不同强度、不同频率声音的听觉范围称为声域。在人耳的声域范围内,声音听觉心理的主观感受主要有响度、音高、音色等特征和掩蔽效应、高频定位等特性。其中响度、音高、音色可以在主观上用来描述具有振幅、频率和相位三个物理量的任何复杂的声音,故又称为声音“三要素”;而在多种音源场合,人耳掩蔽效应等特性更重要,它是心理声学的基础。下面简单介绍一下以上问题。

一、声音三要素

1.响度

响度,又称声强或音量,它表示的是声音能量的强弱程度,主要取决于声波振幅的大小。声音的响度一般用声压(达因/平方厘米)或声强(瓦特/平方厘米)来计量,声压的单位为帕(Pa),它与基准声压比值的对数值称为声压级,单位是分贝(dB)。对于响度的心理感受,一般用单位宋(Sone)来度量,并定义lkHz、40dB的纯音的响度为1宋。响度的相对量称为响度级,它表示的是某响度与基准响度比值的对数值,单位为口方(phon),即当人耳感到某声音与1kHz单一频率的纯音同样响时,该声音声压级的分贝数即为其响度级。可见,无论在客观和主观上,这 两个单位的概念是完全不同的,除1kHz纯音外,声压级的值一般不等于响度级的值,使用中要注意。

响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为0dB—140dB(也有人认为是-5dB—130dB)。固然,超出人耳的可听频率范围(即频域)的声音,即使响度再大,人耳也听不出来(即响度为零)。但在人耳的可听频域内,若声音弱到或强到一定程度,人耳同样是听不到的。当声音减弱到人耳刚刚可以听见时,此时的声音强度称为“听阈”。一般以1kHz纯音为准进行测量,人耳刚能听到的声压为0dB(通常大于0.3dB即有感受)、声强为10-16W/cm2 时的响度级定为0口方。而当声音增强到使人耳感到疼痛时,这个阈值称为“痛阈”。仍以1kHz纯音为准来进行测量,使 人耳感到疼痛时的声压级约达到140dB左右。

实验表明,闻阈和痛阈是随声压、频率变化的。闻阈和痛阈随频率变化的等响度曲线(弗莱彻—芒森曲线)之间的区域就是人耳的听觉范围。通常认为,对于1kHz纯音,0dB—20dB为宁静声,30dB--40dB为微弱声,50dB—70dB为正常声,80dB—100dB为响音声,110dB—130dB为极响声。而对于1kHz以外的可听声,在同一级等响度曲线上有无数个等效的声压—频率值,例如,200Hz的30dB的声音和1kHz的10dB的声音在人耳听起来具有相同的响度,这就是所谓的“等响”。小于0dB闻阈和大于140dB痛阈时为不可听声,即使是人耳最敏感频率范围的声音,人耳也觉察不到。人耳对不同频率的声音闻阈和痛阈不一样,灵敏度也不一样。人耳的痛阈受频率的影响不大,而闻阈随频率变化相当剧烈。人耳对3kHz—5kHz声音最敏感,幅度很小的声音信号都能被人耳听到,而在低频区(如小于800Hz)和高频区(如大于5kHz)人耳对声音的灵敏度要低得多。响度级较小时,高、低频声音灵敏度降低较明显,而低频段比高频段灵敏度降低更加剧烈,一般应特别重视加强低频音量。通常200Hz--3kHz语音声压级以60dB—70dB为宜,频率范围较宽的音乐声压以80dB—90dB最佳。

2.音高

音高也称音调,表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音高大小主要取决于声波基频的高低,频率高则音调高,反之则低,单位用赫兹(Hz)表示。主观感觉的音高单位是“美”,通常定义响度为40方的1kHz纯音的音高为1000美。赫兹与“美”同样是表示音高的两个不同概念而又有联系的单位。

人耳对响度的感觉有一个从闻阈到痛阈的范围。人耳对频率的感觉同样有一个从最低可听频率20Hz到最高可听频率别20kHz的范围。响度的测量是以1kHz纯音为基准,同样,音高的测量是以40dB声强的纯音为基准。实验证明,音高与频率之间的变化并非线性关系,除了频率之外,音高还与声音的响度及波形有关。音高的变化与两个频率相对变化的对数成正比。不管原来频率多少,只要两个40dB的纯音频率都增加1个倍频程(即1倍),人耳感受到的音高变化则相同。在音乐声学中,音高的连续变化称为滑音,1个倍频程相当于乐音提高了一个八度音阶。根据人耳对音高的实际感受,人的语音频率范围可放宽到80Hz--12kHz,乐音较宽,效果音则更宽。

3.音色

音色又称音品,由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音,各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音,具有谐波的音称为复音。每个基音都有固有的频率和不同响度的泛音,借此可以区别其它具有相同响度和音调的声音。声音波形各次谐波的比例和随时间的衰减大小决定了各种声源的音色特征,其包络是每个周期波峰间的连线,包络的陡缓影响声音强度的瞬态特性。声音的音色色彩纷呈,变化万千,高保真(Hi—Fi)音响的目标就是要尽可能准确地传输、还原重建原始声场的一切特征,使人们其实地感受到诸如声源定位感、空间包围感、层次厚度感等各种临场听感的立体环绕声效果。

另外,表征声音的其它物理特性还有:音值,又称音长,是由振动持续时间的长短决定的。持续的时间长,音则长;反之则短。从以上主观描述声音的三个主要特征看,人耳的听觉特性并非完全线性。声音传到人的耳内经处理后,除了基音外,还会产生各种谐音及它们的和音和差音,并不是所有这些成分都能被感觉。人耳对声音具有接收、选择、分析、判断响度、音高和音品的功能,例如,人耳对高频声音信号只能感受到对声音定位有决定性影响的时域波形的包络(特别是变化快的包络在内耳的延时),而感觉不出单个周期的波形和判断不出频率非常接近的高频信号的方向;以及对声音幅度分辨率低,对相位失真不敏感等。这些涉及心理声学和生理声学方面的复杂问题。

●声学的基本概念

人们之所以能够听到声音,是由于声波振动引起的,并通过传声媒质(如:空气、水、混凝土等弹性物质)传播进入人耳。从声源或振动源直接传入人耳的叫“直达声”,声音通过物体反射传入人耳的叫“反射声”。

人的双耳距离大约有15~17厘米,这个距离使人耳具有非常准确的判断声源位置的特性。比如说:声音从左方首先进入左耳,右耳听到的声音比左耳晚一些其时间差=双耳距离/声速,为0.44~0.5mS。这个时间差使听音者感觉声音来自左方。所以直达声对判别声源的位置起决定性作用。因此人们在欣赏音乐时具有立体感和空间感。

在反射声中较早到达人耳的声波较强,这个较强的反射波称之为早期反射声,在此之后的反射声的总和称为混响声。

人耳的听音范围是20Hz~20KHz。低于20Hz叫次声波,高于20KHz的叫超声波。

声波振动一周所传播的距离叫“波长”用λ表示

声波一秒钟传播的距离叫“波速”用c表示

声波一秒钟振动的次数叫“频率”用 f表示

它们之间的关系:λ=c/f

声波在传输过程中具有相互干涉作用。两个频率相同、振动方向相同且步调一致的声源发出的声波相互叠加时就会出现干涉现象。如果它们的相位相同,两波叠加后幅度增加声压加强;反之,它们的相位相反,两波叠加后幅度减小声压减弱,如果两波幅度一样,将完全抵消。由于声波的干涉作用,常使空间的声场出现固定的分布,形成波峰和波谷(从频响曲线上看似梳状滤波器的效果),即:音响术语中常说的----驻波现象。

在厅堂内扩声时由于墙壁的反射也会出现声波的干涉现象。如果是纯音(正弦波)信号,这种干涉现象必然会引起空间声场的很大差异,即:有的地方声波会加强、有的地方声波会减弱甚至完全抵消,成为“死点”(听不到声音)。好在语言和音乐不是正弦波而是复杂的波形,这种复杂的波形用傅立叶级数展开是多个不同频率、不同幅度的正弦波。所以有“此起彼落”“填平补齐”的效果,使干涉效应不太明显。但是!由于不同的频率信号所产生的干涉效果不同,某些频率信号加强,另一些频率信号减弱,所以常常导致房间传输特性不均匀,这就是为什么要使用“房间均衡”的道理。

由上所述,声音为一串串稀疏稠密交替变化的波,而疏和密就是空气压强的变化,再通过人的耳膜对空气压力的反映传入大脑,从而听到声音。声波是描述声音的物理现象,常用波形表示。注意!声波具有一切“波”的性质。所以产生声音的必要条件有两个:1、必须要有振动体或振动源。2、声波的传递必须依靠传播媒介。

●声频工程中的几个误区

随着文化事业的蓬勃发展和人们文娱生活的内容日益丰富,声频工程的数量迅猛增加,质量大幅度提高,从事声频工程的人员也越来越多。但是在声频工程设计领域内,一些人仍然对声学概念认识不清、界线模糊。这种现象对提高声频工程质量极为不利。本文想通过简单的描述,指出其中的问题,澄清一些概念,抛砖引玉,希望能引起大家的重视,进而作更深入的讨论,以利于提高声频工程设计的整体水平,提高工程设计的质量。

一、功率放大器的储备功率与扬声器标称功率之间的关系

在声频工程中功率放大器的主要功能是放大信号并提供负载(扬声器系统)足够的功率。功率放大器对音质的影响主要取决于输入信号能否在不失真的状态下得到放大与传输,给负载以足够大的功率。功率放大器放大和传输的节目信号不同于简谐信号,是一个瞬时变化的复杂信号。它具有很多尖峰,它们的能量不大,但是峰很尖、很高。这些尖峰对响度的贡献很小,但对音质的影响却很大。如果发生削波,则放大的声音听起来让人感到发燥、发硬。如果只注意能量的传输(对应的量为响度),而不注意传输过程中波形的变化,那么,我们有可能听到的声音很响,但是不好听。

根据多种乐器和不同剧种节目信号的调查结果[1],大部分节目信号的最大均方根功率(即节目信号的峰——峰值在负载上的功率)与平均均方根功率(即节目信号在负载上的平均功率)之比为3~10,最高达12.7。如果功率放大器的额定功率对应于节目信号的平均均方根功率,那么功率放大器的最大输出功率应为其3~10倍方能保证输出信号不出现削波。这就是为什么我们选用功率放大器的功率要比放大节目信号的平均均方根功率大得多的缘由,这也是我们通常说的功率储备。

我们在一些介绍声频工程设计的文章中常看到这样的一些说法:“为了保证功放所配接的扬声器系统的安全,要求功放的额定输出功率与所配接的扬声器系统的标称功率相当”,“为了保证足够的功率储备,通常选用扬声器功率的1.2~2倍的功率放大器”等。这样的提法是否表明该系统已经考虑了功率储备或功率储备已足够了,不会出现削波现象了?事实上,功率放大器的功率与扬声器的功率不是同一概念。

功率放大器的输出功率一般是指一定失真限制条件上的正弦输出功率。例如,厂家规定的总谐波失真为0.1%,当功放在额定负载上的输出信号达到该失真时的输出电压称为最大输出电压,用这电压来计算功率放大器的输出功率,就是功率放大器标称的输出功率,这也可以理解为该功放的最大输出功率。而扬声器的标称功率,厂家经常提供的是粉噪功率,它是指在扬声器额定频率范围内,馈给以规定的模拟节目信号,连续工作100小时而不产生热和机械损坏的功率。显然,这两个功率是从完全不同的角度作出的规定和测试的,两者是不可比的。如果厂家能提供扬声器的正弦功率(指用正弦信号作为测试信号时馈给的功率),则两者有可比性,然而,厂家一般不提供这一数据。那么,对扬声器而言,扬声器的粉噪功率与正弦功率是否有一定的对应关系呢?正确的答案是——没有!扬声器的粉噪功率和正弦功率对于不同结构、不同材料和不同规格的扬声器完全不同,后者还与频率有关。因此,我们可以说在声频工程中用功率放大器的功率与扬声器标称功率作比较以表征其功率储备的方法是不可取的。--

随着文化事业的蓬勃发展和人们文娱生活的内容日益丰富,声频工程的数量迅猛增加,质量大幅度提高,从事声频工程的人员也越来越多。但是在声频工程设计领域内,一些人仍然对声学概念认识不清、界线模糊。这种现象对提高声频工程质量极为不利。本文想通过简单的描述,指出其中的问题,澄清一些概念,抛砖引玉,希望能引起大家的重视,进而作更深入的讨论,以利于提高声频工程设计的整体水平,提高工程设计的质量。

一、功率放大器的储备功率与扬声器标称功率之间的关系

在声频工程中功率放大器的主要功能是放大信号并提供负载(扬声器系统)足够的功率。功率放大器对音质的影响主要取决于输入信号能否在不失真的状态下得到放大与传输,给负载以足够大的功率。功率放大器放大和传输的节目信号不同于简谐信号,是一个瞬时变化的复杂信号。它具有很多尖峰,它们的能量不大,但是峰很尖、很高。这些尖峰对响度的贡献很小,但对音质的影响却很大。如果发生削波,则放大的声音听起来让人感到发燥、发硬。如果只注意能量的传输(对应的量为响度),而不注意传输过程中波形的变化,那么,我们有可能听到的声音很响,但是不好听。

根据多种乐器和不同剧种节目信号的调查结果[1],大部分节目信号的最大均方根功率(即节目信号的峰——峰值在负载上的功率)与平均均方根功率(即节目信号在负载上的平均功率)之比为3~10,最高达12.7。如果功率放大器的额定功率对应于节目信号的平均均方根功率,那么功率放大器的最大输出功率应为其3~10倍方能保证输出信号不出现削波。这就是为什么我们选用功率放大器的功率要比放大节目信号的平均均方根功率大得多的缘由,这也是我们通常说的功率储备。

我们在一些介绍声频工程设计的文章中常看到这样的一些说法:“为了保证功放所配接的扬声器系统的安全,要求功放的额定输出功率与所配接的扬声器系统的标称功率相当”,“为了保证足够的功率储备,通常选用扬声器功率的1.2~2倍的功率放大器”等。这样的提法是否表明该系统已经考虑了功率储备或功率储备已足够了,不会出现削波现象了?事实上,功率放大器的功率与扬声器的功率不是同一概念。

功率放大器的输出功率一般是指一定失真限制条件上的正弦输出功率。例如,厂家规定的总谐波失真为0.1%,当功放在额定负载上的输出信号达到该失真时的输出电压称为最大输出电压,用这电压来计算功率放大器的输出功率,就是功率放大器标称的输出功率,这也可以理解为该功放的最大输出功率。而扬声器的标称功率,厂家经常提供的是粉噪功率,它是指在扬声器额定频率范围内,馈给以规定的模拟节目信号,连续工作100小时而不产生热和机械损坏的功率。显然,这两个功率是从完全不同的角度作出的规定和测试的,两者是不可比的。如果厂家能提供扬声器的正弦功率(指用正弦信号作为测试信号时馈给的功率),则两者有可比性,然而,厂家一般不提供这一数据。那么,对扬声器而言,扬声器的粉噪功率与正弦功率是否有一定的对应关系呢?正确的答案是——没有!扬声器的粉噪功率和正弦功率对于不同结构、不同材料和不同规格的扬声器完全不同,后者还与频率有关。因此,我们可以说在声频工程中用功率放大器的功率与扬声器标称功率作比较以表征其功率储备的方法是不可取的。--

随着文化事业的蓬勃发展和人们文娱生活的内容日益丰富,声频工程的数量迅猛增加,质量大幅度提高,从事声频工程的人员也越来越多。但是在声频工程设计领域内,一些人仍然对声学概念认识不清、界线模糊。这种现象对提高声频工程质量极为不利。本文想通过简单的描述,指出其中的问题,澄清一些概念,抛砖引玉,希望能引起大家的重视,进而作更深入的讨论,以利于提高声频工程设计的整体水平,提高工程设计的质量。

一、功率放大器的储备功率与扬声器标称功率之间的关系

在声频工程中功率放大器的主要功能是放大信号并提供负载(扬声器系统)足够的功率。功率放大器对音质的影响主要取决于输入信号能否在不失真的状态下得到放大与传输,给负载以足够大的功率。功率放大器放大和传输的节目信号不同于简谐信号,是一个瞬时变化的复杂信号。它具有很多尖峰,它们的能量不大,但是峰很尖、很高。这些尖峰对响度的贡献很小,但对音质的影响却很大。如果发生削波,则放大的声音听起来让人感到发燥、发硬。如果只注意能量的传输(对应的量为响度),而不注意传输过程中波形的变化,那么,我们有可能听到的声音很响,但是不好听。

根据多种乐器和不同剧种节目信号的调查结果[1],大部分节目信号的最大均方根功率(即节目信号的峰——峰值在负载上的功率)与平均均方根功率(即节目信号在负载上的平均功率)之比为3~10,最高达12.7。如果功率放大器的额定功率对应于节目信号的平均均方根功率,那么功率放大器的最大输出功率应为其3~10倍方能保证输出信号不出现削波。这就是为什么我们选用功率放大器的功率要比放大节目信号的平均均方根功率大得多的缘由,这也是我们通常说的功率储备。

我们在一些介绍声频工程设计的文章中常看到这样的一些说法:“为了保证功放所配接的扬声器系统的安全,要求功放的额定输出功率与所配接的扬声器系统的标称功率相当”,“为了保证足够的功率储备,通常选用扬声器功率的1.2~2倍的功率放大器”等。这样的提法是否表明该系统已经考虑了功率储备或功率储备已足够了,不会出现削波现象了?事实上,功率放大器的功率与扬声器的功率不是同一概念。

功率放大器的输出功率一般是指一定失真限制条件上的正弦输出功率。例如,厂家规定的总谐波失真为0.1%,当功放在额定负载上的输出信号达到该失真时的输出电压称为最大输出电压,用这电压来计算功率放大器的输出功率,就是功率放大器标称的输出功率,这也可以理解为该功放的最大输出功率。而扬声器的标称功率,厂家经常提供的是粉噪功率,它是指在扬声器额定频率范围内,馈给以规定的模拟节目信号,连续工作100小时而不产生热和机械损坏的功率。显然,这两个功率是从完全不同的角度作出的规定和测试的,两者是不可比的。如果厂家能提供扬声器的正弦功率(指用正弦信号作为测试信号时馈给的功率),则两者有可比性,然而,厂家一般不提供这一数据。那么,对扬声器而言,扬声器的粉噪功率与正弦功率是否有一定的对应关系呢?正确的答案是——没有!扬声器的粉噪功率和正弦功率对于不同结构、不同材料和不同规格的扬声器完全不同,后者还与频率有关。因此,我们可以说在声频工程中用功率放大器的功率与扬声器标称功率作比较以表征其功率储备的方法是不可取的。--

●声场的设计

一个专业音响工程的重要工作就是声场的设计,对于工程的最终质量来说,声场设计也是一个关键点。声场设计的目的就在于:利用科学的计算做指导,为音响设备建造一个理想的扩声空间,将设备的性能充分地发挥。在少数严格的建筑装饰设计中,一般都要进行必要的声场设计,但是为了规范地按照步骤进行专业音响的工程工作,杜绝任何的不合理因素,为下面的其它设计作出指导,还是有必要全面地进行声场的设计,下面就分步骤进行讲解。

  隔声处理——这是声场设计的第一步,也是许多技术人员容易忽略的步骤。隔声的目的就是在特定的工程区域内创造一个不受外界影响也不影响外界的安静声场。它包括与外界的隔声,扩声房间之间的隔声;隔声的部位有墙壁、门窗与天花板。首先来看看与外界的隔声,这项工作的任务就是不让外界的噪音传入室内,也不让室内的声音传到外面。进行这项工作时,有必要对建筑设计施工单位进行该工程建筑结构隔声情况的咨询,进一步可以向环保部门了解有关的情况。具体实施中,外界噪音传如室内可以通过室内的总噪声来控制,通常高等的实用音响工程要求在35-40dB以下;室内声音传到外界可以考察对外界的环境影响,按照环保部门的规定,一般不要高于平均值10-15dB为好。实际工程中需要处理的部位是墙壁、门窗和天花板几个地方。通常的厅堂与外界的隔墙多数都能满足一般的音响工程,但是如果音响系统的声压级比较大,工作时间多在夜间,就应该让建筑部门考虑增加墙壁厚度了;门窗是隔声的重要部位,往往一个小小的窗户处理不当,就会造成隔声失败,一般要注意:1.尽量不要让门窗产生缝隙,遇到经常开关而室内外的声音都比较大时,可以考虑设置声隔离通道的结构,这就是它的示意图。2.尽量加大门窗结构和材料的厚度,有必要时可以使用皮革门和双层玻璃窗。3.如果隔声效果需要更好,在门窗上悬挂厚重的窗帘和门帘是比较经济可行的办法。天花板的隔声也不容忽视,特别是房顶不是混凝土结构,而是采用棚架结构时,天花板的声泄露就比较严重,这时需要对天花板的材质和安装质量提出比较高的要求,如果需要可以考虑在天花板上增加隔层或在天花板上铺设吸音棉的办法来满足隔声的要求。其次是室内房间之间的隔声,它的任务就是让房间之间在音响系统工作时互相间的干扰影响为最小。虽然各种标准和规定对这项指标没有要求,但是却对音响工程的质量有很大的影响。实际工程中需要处理的部位还是墙壁、门窗和天花板,不过处理的要求与前面有所不同。一般室内一定厚度的混凝土或砖结构墙壁隔声要求还是能够满足的,需要注意的就是额外增加的一些房间隔断,它们一般都采用简单的轻钢龙骨填充一定量的防火吸音石棉的方法,这对于音响工程来说是绝对不够的,遇到这种情况,就需要音响设计人员向建筑装饰单位提出解决的方法,比如可以采用下面这种增加隔层的解决方法。但是对于大功率低音的隔离就非要采用厚重的砖墙来解决了;门窗的隔声也不要忽视,特别是要注意门窗的制作质量,因为大量的声音干扰都来源于质量欠佳的门窗的缝隙,当然,必要时也可以考虑采用悬挂窗帘和门帘的办法来隔声;天花板的隔声在室内房间之间的隔声上,反倒更为重要,大家可以看看这个比较常见的娱乐城房间布局示意图,可以发现大厅的天花板上面的空间是和周围包厢的顶部是相通的,这样在大厅进行娱乐或演出时,一定会影响到包厢,这就一定要对天花板进行隔声了。一般来讲我们可以在大厅天花板和包厢顶上各增加一层吸音板的隔层,或者在天花板上覆盖一定厚度的防火吸音矿棉来进行隔声。

现场噪音的降低——在多数实用的专业音响工程中,为了空调和通风的考虑,都要安装一些设备,这些设备的工作噪音都会在一定程度上影响声场的质量,所以在设计时要有针对地解决。空调和通风设备最好选择噪音低,工作稳定的产品,在安装时尽量让空调的压缩机远离门窗,通风机的功率较大噪音难以控制时,可以采用将通风机安装在风道内的结构,如下图所示。

  声场均匀度的实现——声场均匀度的指标要求在整个扩声区域内,各处的平均声压值偏差要在很小的范围内,一般要求在10-12dB以下,否则就会造成声场不均匀,反映出来就是有的地方声压大,有的地方又较小,听感非常不好。在实际的工程中可以在建筑装饰结构和音响系统的布局方面来实现声场的均匀性。在建筑结构上,应该尽量避免扩声区域出现较大的立柱,避免较大的凹形结构,在建筑装饰上要尽量让整个区域的装饰结构和材料基本一致,特别是在资金有限的情况下,墙面采用水泥拉毛结构可以很好地实现声场的均匀性,当然,如果在装饰设计时能象音乐厅一样经过计算采用各种不同的扩散体,既省钱又能达到很好的效果;在音响系统的布局上也可以在很大程度上解决声场不均匀的问题,一般说来,狭长厅堂的扩声一定要音箱的扩声区域尽量沿长边展开,如下图所示,空间较高的扩声场合要尽量将音箱位置抬高,最好是略微向后场倾斜,如下图所示,如果是在空间和面积都较大的地方进行扩声,就应该考虑将音箱集中悬挂成圆弧形形成均匀的声音扩散,如下图所示。可见音响系统的布局也可以解决声场不均的问题,如果声场要求严格,还可以利用音箱厂家提供的声场设计软件进行模拟和修正,当然最好的办法还是在建筑装饰设计施工时就尽量使声场均匀。

  声场缺陷的避免——在很多音响工程中都不同程度地存在各式各样的声场缺陷,有声聚焦,有声振颤,有声反馈,还有声音共振,这些问题都给声场带来了缺陷,而且这些缺陷引起的问题在实际的使用中很难解决。比如声场出现的反馈和共振就有可能使系统无法正常工作。有效地解决它们,最好的时间是在建筑装饰设计施工的时候。通常我们可以在下面的方面考虑,1.尽量不要在扩声区域设置大面积光面的凹形结构,包括屋顶和墙壁,尤其是舞台上就更要忌讳了,如果迫不得已,可以在凹形面的前面悬挂厚重的帘布或放置物件,这样声聚焦就不容易发生了,2.尽量不要在声压较大的区域设置两个平行的反射性强的墙面,尤其是扩声区域狭长时更要注意,这样可以有效地避免声振颤,3.一般只要声场比较均匀,没有声聚焦的话,扩声增益不大时声音反馈不容易发生,另外我们还可以在系统的布局中利用均衡器和频谱仪来修正,这样实际使用中就更不会发生声反馈了,4.声音的共振与装饰工程的选材和施工有密切的关系,一定要避免在扩声区域设置较大的空腔体,一定要求装饰工艺合理,特别不要让材料连接处松动,比如:石膏天花板如果不加胶垫就安装在铝质龙骨上时,扩声声压一大,就容易发生共振,尤其是低频信号的共振肯定经常发生。

  混响时间的计算——对声场的所有技术指标中,大家最熟悉的就是混响时间了,它也是设计中比较容易控制的量化指标。如果设计控制得当,声场的效果表现就会非常出色,声音会圆润、饱满,不拖沓,不干瘪。混响时间控制的关键就是:利用相应的计算,指导装饰结构的设置和材料的选取,以便能达到相应的混响时间目标值。对于不同类型的音响工程,混响时间的要求有所不同;同类型的工程,不同的声场大小,混响时间的指标也有不同,在设计中我们可以参照下面的图表来确定混响时间的取值,它是根据工程类型和扩声区域容积的大小来给定的混响时间,在接近于该推荐值范围内,声场就会达到比较好的效果。这里还需要指出的是:现在有不少的设计人员将混响时间的取值设定得较小,然后利用设备里的混响器来加大声音的混响时间,这样做不仅不能产生悠美的自然混响效果,而且在一定程度上破坏了原有的录音信号里的直达声信号,是绝对不可取的。

  一般在工程设计计算中采用的公式有下面两个,公式的下面是各个参数的内容,一般来讲我们可以在500Hz和1000Hz两个地方计算声场的混响时间。计算前我们要将现场所有的材料大致确定,并且统计好它们各自的面积,再从有关的建筑手册或产品说明书中分别查取它们在500Hz和1000Hz的吸声系数,即可计算出声场的平均吸声系数,再根据面积、体积、声能系数和这个平均吸声系数计算出声场在500Hz和1000Hz时的混响时间,如果计算的结果和推荐的混响时间值有比较大的差距,就要和装饰单位协商,减少或更换某些材料,然后再进行计算,直到满意时为止,在计算时一定要将建筑材料的面积和吸声系数统计正确,特别是某些穿孔的吸声板,穿孔率不同吸声系数悬殊较大,对最终的计算结果影响也较大。另外,对演出用工程的混响时间的计算还要考虑空场时和观众满场时的区别。

  声压级的计算——声压级是专业音响系统工作的一个重要指标,一个合理科学的声压级对声场的影响、设备的选型、实际的操作都有重要的作用,同时也为制造良好的听音环境创造了好的条件。

  在进行声压级计算前,同样也要先确定一个相应环境下合适的基准声压级,而且这个基准声压级和工程的类型也有密切的联系。确定基准声压级前,还要看看这个正常人耳的听感曲线,我们可以发现:在不同的频率上,人们对同一声压级的声音的感受能力是不一样的,这个感受能力在专业上称为响度,单位是Phono,有了这个衡量值,我们就可以根据实际工程的类型,按照它们在扩声时信号的频率特点,就可以确定一个合适的基准声压级。通常对于音乐重放为主的系统,取85-90dB为基础,对于以语言扩声为主的系统可以取70-80dB,加上12-18dB的峰值余量,再加上1-3dB的环境噪音余量,就可以得到平均听音位置的额定声压级了。这个声压级是系统要在平均听音距离需要达到的声压级,那么这个声压级又怎样转换为设备本身的额定声压呢?这就需要一个声音传播时的声压级变化示意图了,大家可以看看,我们要求的平均听音距离的声压级在这个位置得到的,而设备本身的额定声压级是在这里得到的,计算的时候就需要一个这样的声压级公式,这样最后计算出来的声压级就是音箱在离它1m处所需要达到的声压级,它也就是后面电气计算和设备选型的依据了。

  通过以上的声场设计我们可以发现:专业音响工程的声场设计内容比较多,结果也对工程的质量、设备的选型及系统的正常工作非常重要。具体在设计中,需要涉及的建筑装饰内容也比较多,有些还是密切联系的,可见音响工程在设计开始就需要建筑装饰单位的密切配合,所以我们要尽早地取得协助,尽早地开展相应的设计,以便能达到较好的效果。

●赛宾反馈抑制器的应用

在会议、演出、演讲、报告会等众多场合,扩声系统都必不可少。良好的扩声效果,是成功举办这些活动的先决条件和有力保障。好的扩声效果应当是声音清晰,频响均衡,声功率分布均匀,无回声现象,从而能满足听众对响度、清晰度的要求。不过,在实际应用中,我们经常会遇到这样那样的问题,其中回授导致的啸叫现象是最常碰到也最令人头痛的。它不但刺耳难听,而且可能对扬声器乃至功放系统产生巨大的危害。

一.声反馈产生原因

扩声系统中之所以产生声反馈现象是由于传声器将扬声器重放出来的声音反复拾取且音量超过一定限度时,这种同频声信号就会引起放大电路回授,产生啸叫。出现啸叫现象主要有三个方面的原因:一是传声器拾音入射角度与扬声器辐射角度接近,直接拾取了重放声;二是扬声器与传声器距离较近,传声器间接拾取重放声;第三个原因是室内频响特性不好,存在驻波点,当按额定功率输出时,这一频率的声场就会高出其它频率许多,只要节目频率与其相同时,就会造成传声器间接拾取过多的此频率信号,形成啸叫。

二.抑制声反馈的手段

早期,人们常利用分段均衡器(EQ)作为声反馈抑制设备。由于EQ滤波器是固定不可变的,无法将其精确定位到回授点。另外,由于EQ滤波器的带宽较宽,陷波深度较深,使用过程中将损失不少声功率。FBX的出现克服了均衡器作为声反馈抑制设备的很多不足。与分段图形均衡器相比,它有三大优势:首先是FBX具有自动功能,设置好后,无须音响师手动调整;其次是FBX能够自动搜索、精确定位回授频点;第三个也是最重要的优点是FBX的宏滤波器不必做得很深或是很宽,它比多段EQ滤波器窄数十倍,这意味着音响师可以在保证不发生啸叫的情况下将系统增益推得更高。FBX与31段图形均衡器(EQ)的频响特性比较如图1所示。

  三.FBX的使用方法

1.理解固定和动态滤波器

操作FBX之前,先要理解两种类型的FBX滤波器:固定的和动态的。固定滤波器是在设置过程中自动设定的,在回授发生前完成初始化。它们之所以被称为固定滤波器是因为它们在用户重新设定前保持其中心频率不变。回授发生前的系统增益受固定滤波器数目所限制。也就是说,固定滤波器数目越多,回授发生前的系统增益就可以越高。FBX的动态滤波器通过抑制间歇性串入节目的回授来达到抑制节目中声反馈的目的。这些滤波器根据需要自动释放、移动新的反馈频点。实际上,2020Plus的固定和动态滤波器在制造时是完全相同的,设定之后才有所区别。对于大多数应用场合来说,最佳设置是每个声道9个固定滤波器和3个动态滤波器。这也是厂方设定的缺省值。

2.怎样设置FBX-2020Plus

下面的一些步骤能够使系统在不改变系统音调质量的前提下,在回授发生之前得到最大的增益(注意:不能同时设置两个声道)。

步骤1:放置音箱和传声器在需要的位置,注意传声器不要直接对着音箱;

步骤2:按“Bypass”按钮,设置FBX通道在直通模式;

步骤3:把调音台输出电平拉至最低位置,打开调音台,然后是FBX和其它附属设备,最后是功放。然后调整调音台每个声道的平衡,把扩声系统的主输出设至最小;

步骤4:按下复位RESET键直至所有指示灯熄灭以清除前一次的滤波器设置,目前处在Turbo增强模式,Clip电平指示灯将闪烁;

步骤5(可选项):设置FBX滤波器的总数(厂方缺省设置为每声道12个滤波器,如果缺省设置已能满足你的应用要求,就跳至步骤7)。你能限制有效的FBX滤波器数量。按下“Set Total No.”按钮4秒钟,LED将闪烁4次,放开“Set Total No.”按钮,LED将开始一个接一个地点亮。当对应于滤波器目的数量的LED点亮时,按下“Set Total No.”键。你已经成功设置了滤波器总数;

步骤6(可选项):设置固定滤波器的数目。(厂方默认值是每通道9个固定滤波器和3个动态滤波器棗如果对于你的应用已能满足要求,跳至步骤7)。按下“Set Fixed”按钮4秒钟。滤波器指示灯(LED)将闪烁4次然后熄灭。放开“Set Fixed”按钮,LED将开始一个接一个点亮,当相应固定滤波器数目的灯点亮时,按下“Set Fixed”按钮。固定滤波器已被成功设置,剩下的滤波器将是动态滤波器;

步骤7:按下“Bypass”按钮,红色LED熄灭,该通道进入Active激活模式;

步骤8:慢慢提升扩声系统中所要设置的通道的主输出电平,直到回授发生。FBX将快速去除回授。第一个滤波器灯将闪烁,表明一个滤波器已被设置。重复上述过程直到所有的固定滤波器和一个动态滤波器被设定。TurBo增强模式将自动关闭;

步骤9:慢慢拉低主输出电平,别让系统处于另一个回授点的边缘,这时候的音量电平就是FBX所能提供的最大音量电平。电平过高将导致无法控制的回授;

步骤10:按下“Lock Fixed”来锁定固定滤波器的当前深度;

步骤11:通道A和通道B(左右声道)必须单独、分开设定。设置第二通道时,一定要关闭第一通道音量,用“Bypass”按钮跳通第一通道,重复系统的初始化过程;

步骤12:准备完毕。确信TurBo增强模式是关闭的(Clip的LED不闪烁),FBX将自动匹配输入电平来取得最好的内部动态范围。

3.怎样运用FBX-2020Plus的一些特殊功能

1)使用“Lock Fixed”功能键:

在极少情形下FBX可能错误理解音乐并驱动固定滤波器工作在超深状态,比如教堂里的管风琴演奏或是电吉他表演中故意制造的持续的啸叫。这些情况可以按下前面板上的“Lock Fixed”键防止固定工作深度超出预置的深度。“Lock Fixed”灯点亮就表明FBX处于“Lock Fixed”模式。直到再次按下“Lock Fixed”键固定滤波器才能解除锁定。而动态滤波器不受任何影响。

2)选择滤波器宽度:

如果在制作音乐节目时使用FBX,标准1/10音阶常量“Q”滤波器效果最好。然而在语言类节目中,如演讲、电话会议等,建议使用1/5音阶宽度的滤波器来更有力地抑制回授。可以通过按下“Fifth Octave”键激活1/5音阶滤波器,这时内部的LED将点亮。再次按键,随后的滤波器又被设成标准的1/10音阶滤波器了。

四.FBX的现场应用效果

购入FBX-2020Plus双声道反馈抑制器后,我们已在大、小会议、演出、报告会等许多场合多次使用过它,实践证明,使用FBX-2020Plus对提高扩声质量有很大帮助。由于不再时刻担心发生啸叫,音响师可以充分利用扩声系统提供良好的音质和足够的音量,让现场的每一个听众都能听清楚每一个字,而且声音更加自然、清晰。

另外,在其它一些场合FBX也有着广泛的用途。比如,没有音响师的小乐队通过使用FBX可以开大他们的监听音量,清晰、高保真地听到他们自己的声音棗而不用担心节目是否会受到回授的损害。各种类型的酒店和会议中心都能通过安装FBX,向客户提供拥有会议过程中不会啸叫的扩音系统的会议室。FBX-2020Plus还能被安装在剧院、学校、体育馆、法庭棗任何使用多路话筒的场所。它也能用于电子电话会议、远程交互会议等场合

●如何制造观众厅的最佳效果

剧场建筑的功能是满足观众欣赏舞台上的艺术表演,因此剧场建筑设计的主要任务就是解决观、演关系,而观众厅就是要为观众创造一个视、听效果俱佳的环境。简而言之,就是要让每个观众都能看得清楚、听得悦耳。然而要解决好视、听这两个关键问题并不是一件容易的事,因为它受许多方面的限制和约束,只有充分认识与视、听相关方面的客观因素,按照实事求是的态度,利用相关的自然规律,采用科学的手段,才能建成比较理想的剧场。

从视觉方面讲,就是要让观众尽可能多的看到舞台上的表演区,视线不被遮挡,减少偏坐,而且还能看清演员的表情。

从听觉方面讲,不仅要让观众能听到有足够响度和清晰的声音,而且还要求有音色优雅和环绕亲切的感觉。保持演奏者的原有风格,准确的传达给观众。

如果能让观众, 无论从视觉上和听觉上都能很舒适地品味舞台上的艺术表演,无疑,这个观众厅是成功的。

一. 观众厅的基本尺寸

1. 观众厅的长度

观众厅的长度直接与观众坐位的排数有关,很明显,要在观众厅内多设几排坐位,就必须增加观众厅的长度。然而人眼受生理条件所限,视力是有一定范围的。一般在距离25m以内能看见演员的脸部表情。所以话剧和戏曲剧场,无论池座或楼座,最后一排观众离台口线的距离不应超过28m。演歌舞的剧场主要看形体动作,最远视距可以大一些,但也不应超过33 m。因此观众厅的长度是受人的视力制约的,不能盲目主观地确定。

视距远了不好,视距太近也不行。尤其当演员走出台口线在台唇或升起的乐池上表演时,前几排观众就要随着演员表演的范围,来回转动头部看表演,时间长了太累,因此有经验的观众是不会买前几排戏票的。

2. 观众厅的宽度

声学实验证明:在50毫秒(1/20秒)以外出现的反射声,属长延迟反射声,可能成为直达声的再现——回声。如果观众厅出现回声,将会大大降低清晰度。为了消除厅内的回声缺陷,就应使到达观众耳朵的直达声与反射声之间的时差小于50毫秒。按声速340m/s计算,直达声与反射声之间的声程差应小于17m。若大于17m就会形成有害的回声。

从图1 可以看出,宽度为34m的观众厅。

(b1+ c1)- a = (21 + 19)-20 = 20m(大于17m)

因此肯定会有回声。

从图1 还可以看出,宽度为24m的观众厅。

(b2+ c2)- a = (22 +12.3)-20 = 14.3m(小于17m)

因此不会产生回声。

从图1 还可以看出,宽度为30m的观众厅

(b3+ c3)- a = (21+16)-20 = 17m(正好等于17m)

因此宽度大于30m的观众厅,对声学是不利的。

另外,耳光室侧墙的角度,射光口的宽度,都与观众厅声学侧墙反射面有关, 需要按声学要求进行处理。

3.观众厅的高度

观众厅的顶部,特别是靠近台口附近的顶部,是加强中前区观众席早期反射声最好的反射面,因此不能太高,也不能太低,倾斜角度、形状、材质等,都应当由室内声学设计提出具体要求和做法。

另外,面光桥是观众厅上空不可缺少的设施,面光桥的高度,距离台口的位置,射光口的大小和倾斜角度,都与观众厅顶部的做法有密切的制约关系。

还有楼座观众席的俯角,以及楼座后排坐位的标高都与观众厅的高度和顶部的形状有相互制约关系。

4.观众厅的容积

从上面的论述中可以得出,观众厅的容积是受观众厅的长度,宽度和高度制约的,而观众厅的容积与声学的混响时间,是声学设计中能定量估算的重要评价指标,它直接影响观众厅的音质效果。

混响时间与观众厅的容积成正比,与厅内的吸声量成反比,适当长的混响时间有助于提高音质和丰满度,混响时间短则有利于提高声音的清晰度。

每个观众所占用观众厅内部空间的平均容积,是达到最佳混响时间的重要手段和主要指标。

二.观众厅的坐位排列

1.最远视距和最近视距

观众的视线距离,通常是指观众坐位到台口线的距离。视距太远,看不见演员的表情,视距太近观众会感到疲倦。

最远视距前面已有论述。

最近视距:话剧戏曲不宜小于3.5m。

歌剧舞剧不宜小于4.5m。

2.水平控制角

为了使坐区两侧的偏座观众也能看到不小于80%的表演区,尽可能减少偏坐数量,所以在进行观众厅座席设计时,普遍采用水平控制角的办法来控制观众坐位的范围和数量。

在舞台深处的中轴线上选一个点,引出两条直线经台口边沿伸向观众厅,这两条直线的夹角即水平控制角。全部观众座席都应当布置在此水平控制角的范围以内。

从图2可以看出,在中轴线上选的这个点,离台口线越远,水平控制角越小,偏坐越少,观众厅的坐位数也少。反之,如在中轴线选的这个点,离台口线越近,水平控制角越大,虽然观众厅的坐位数增多了,但偏坐数量更多,视线也不好。 将水平控制角设在离台口线两倍台口宽度的位置,其夹角约为28°,在此水平控制角范围以内的观众坐席,绝大部分能看到表演区的全部,少数偏坐也能看到80%的表演区,显然在28°水平控制角范围内布置观众坐席最好。因此高标准的剧场,水平控制角应选用28°。

另外,水平控制角的大小与舞台进深和台口宽度有关。进深浅和台口宽的舞台,水平控制角也大,为了适当增加观众坐席的数量,将水平控制角的位置向前移到天幕后墙的中点是可行的,这样做既便于设计、施工时很容易确定水平控制角的位置, 又能增加一些不太偏的坐位, 其角度最好不要大于38°

●如何使用激励器改善音频质量

随着广播电视事业的发展,对节目声音质量的要求越来越高,提高声音质量是专业工作者不懈追求的目标。

在现有电子现场制作(EFP)音频系统中,如何增强无线话筒音频的活性、提高模拟磁带声音的清晰度、改善人声的消咝声处理等,是音频专业工作者十分关注的问题。在实践中,我们利用听觉激励器提高系统的处理能力,达到改善EFP音频质量的目的。

激励器及其系统接入

听觉激励器

目前,在激励方式进行音频信号处理方面,有听觉激励器(Aural Exciter)、激励处理软件和激励电路。其中专业听觉激励器比较适合EFP。

听觉激励器激发的谐波信号是经过仿真设计的,可以类比于人工混响模拟厅堂声学特性。因此,不应简单地把这种人工谐波的产生看作原信号“失实”并等同于失真。激励器的设计目的是恢复音频信号所丢失的谐波成份,有效地扩展高频带宽并提高信噪比,从而提高声音还原的清晰度和表现力。而且,这些谐波的电平非常低,对信号的功率几乎不产生影响。由于激励器具有上述优点,利用它对信号进行处理,可以提高声音质量。

实践中我们采用Aphex Aural Exciter-Ⅲ-250 (简称Ax-Ⅲ-250)专业听觉激励器。Ax-Ⅲ-250为双通道处理器,每一个通道均包括相同的两个音频路径,即主信号路径(Main Path)和旁链受激励信号路径(Sidechain Path)。主路径把来自输入级的音频信号直接送到输出级,基本上不加任何处理;旁链路径则包含激励器的所有“心脏”电路。两路音频信号在加法电路级上混合,混合比例由Mix功能控制。Ax-Ⅲ-250具有较强的音频处理能力,且可以有效地消除噪声和失真。

调控参数

激励器的主要调控参数有门限、调谐点、谐波量、音品和混合比等,它们联动产生所要恢复的高频谐波。Ax-Ⅲ-250的主要控制有:

(1)降噪门限(NR Threshold)。该控制提供的门限设置范围为-60~+30dB,目的是将噪声电平拦在激励处理电路之外,并进行降噪。

(2)调谐点(Tune)。该控制设定旁链路径中的二阶高通滤波器的上升沿频率点,并建立激励的工作频段,频率控制范围为700Hz~7kHz。

(3)峰化(Peaking)。该控制为调谐点提供一缓冲效果。其控制量由最小达到最大时,调谐点频率的预加重逐步增大。同时,在调谐点预加重之前,还会出现一个小小的陷波,它会随峰化控制的加大而加深。如图1所示。

(4)零值补偿(Null Fill)。零值补偿控制的作用是调节一个带通信号,此信号加到旁链路径中的高通信号上,补偿“相位失落”。

在旁链路径中信号存在一定的时延,这会造成瞬态波形畸变,使声音更响。同时,也会在输出均衡曲线上的调谐点附近出现小的陷波,这种陷波会对调谐点附近频率去加重,使得更高频段的信号加重。这种效果常常是需要的。但有时为了补偿相位失落,用零值补偿控制进行去加重,从而提高声音的表现力和真实感。

(5)谐波量(Harmonic)。调谐控制是用于调节谐波的发生量。谐波是通过旁链路径中的VCA调制处理而产生的,它不会对旁链路径中的信号电平产生影响。内部谐波发生器产生的谐波分量依据一套复杂的仿真运算,要考虑瞬态和稳态音质及相应的原信号幅值等。

若该控制量加大,谐波成份将按音品控制的奇偶次谐波比例得到提高。而且,所产生的谐波并非谐波失真,因为它们是智能产生的,并形成一个功率包络,使得最终的音质提高而不是劣化。

(6)音品(Timbre)。音品控制用来设定谐波的类型和排列情况,即奇、偶次谐波的比例。偶次谐波多的声音听起来柔和一些,奇次谐波多的声音听起来尖硬一些。

(7)混合比(Mix)。混合比控制的作用是,将经过激励增强的信号混入原信号,控制范围从0dB(即零增益)到+14dB (表示门限之上的信号得到14dB的提升)。

此外,Ax-Ⅲ-250还提供一个单选旁链路径(Solo)功能。

系统接入

激励器的接入一般有两种形式:串接式(In-Line)和旁链式(Sidechain)。如图2所示。多数场合采用串接法将激励器接入两个装置之间。采用旁链式接法时,要使用Solo功能断开主路径的音频信号,只让纯激励信号进入混音台,在调音台上混合原信号和纯激励效果信号。这一点十分重要。这种接法相当于把激励器的Mix控制搬到调音台上使用,而调音台本身就是一个混音台,所以操控起来更为方便、灵活,有利于精确地跟踪控制听觉效果。

实践中利用一台Ax-Ⅲ-250的双通道,同时处理EFP中的多路音频信号。按图3所示方法将激励器接入音频系统。其中CH1声道分配给人声使用,CH2声道分配给音乐使用。此时听觉激励器处于一种旁链接入的形式,节目信号原流程并未改变,信号按照原有的通道传送和混合;同时提供两路纯激励效果,这些谐波与送入激励器的源信号在音乐和动态方面密切相关。原信号和纯激励信号只在调音台上进行混合调配。

其具体做法是:用CH1的一套控制参数处理来自无线话筒的FM音频或人声,用CH2的另一套控制参数处理那些音质有待改善的音乐或其它声音(如电声乐队等)。由于这些节目源的声音质量不一致,因此要根据素材的情况决定激励添加量,跟踪调节混合比。


路过

鸡蛋

鲜花

握手

雷人

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