音响系统增益的计算与模拟---6年前发表的老文章摘录

xycad · 发表于 2008-8-23 09:41

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看到wangjiansen版主摘录的国外的系统增益的测量一文，特发上本人6年前发表的文章中的一段摘录，特供大家参考。

系统增益的计算
系统增益想必大家都已经很熟悉了，但用CADP2计算系统增益是件很有意义和有趣的事情。我们知道通常反馈发生的条件是由于系统扬声器输出声压的一部分反馈到传声器的声压强度，则此时便会产生声反馈，当声反馈刚刚发生时，立即衰减6dB的能量，此时所得到的系统总增值增益便是系统最高可用增益，与此同时，厅内各测点处稳态声压级的平均值与扩声系统传声器处声压级的差值就是传声增益；当然与声源声压的差值就是系统增益----这就是我们今天要讨论的主要内容。
我们来举例说明如何用CADP2来计算系统增益的。如本文第①幅图，首先假设此大厅的声场特性设计是比较理想的状态：平直的频率响应，声场不均匀度优良，相位畸变为最小。虽然实际不可能有如此理想的声场，但在此有利于我们对系统增益计算的理解（这一点，我想不用作太多的解释，大家都知道反馈的发生原因比较复杂）。我们利用LTP计算中的Listener position来代替系统中的传声器，声源用CADP2中提供的一个设备名Talker来代替，Talker站在舞台前中央距离传器的位置是0.5英尺，并且高度大致在talker的嘴部通常的多功能演艺厅中的使用情况来看，话筒与嘴之间的距离往往不不足0.5英尺，（对口形者除外），更有甚者，有的演员的嘴都快把话筒给吞下了。不难理解，演员的嘴离话筒越近，则系统增益与传声增益越高，越不容易发生反馈，所以我们把此距离定为0.5英尺已经是比较坏的情况了。你若把此话筒换成超心型并且频率特性很平直灵敏度也较高，这样你所获得的系统增益将更高。另外，关于设备目录中的talker的固定灵敏度为74dB（1w/m），相当于一个人正常说话的平均声压。
的
在这个演艺厅中的关音箱是由三只JBL4735A组成一个组，（低音箱没有显示，为方便我们讨论的内容范围忽略了低音箱）。在这里提醒大家，在进行此计算的过程中，所有扬声器最好编成一组（cluster）形成一个整体尺寸无论音箱的布局摆位，并且在计算方式中选Average complex sum，这样，既保证了计算的准确性，又免去了手工计算的麻烦。因为如果有很多只音箱而又没有编成一组的话，当你计算出LTP的结果后，所得到的声压只是没只音箱到传声器的声压，而不是整体声压，这当然不是我们所期望的。
现在点击Compute-LTP选项，同时弹出LTP计算选项窗口和Listener Position两个窗口，其中LTP Calculation窗口中的设置如图6 ，由于在这里Listener Position代替的是虚拟的传声器，而且它的位置与Talker的位置密切相关，所以最好在Listener Position窗口中手动输入其三维坐标更准确。一切设定好后点击Compute键。
现在，双击Windows/show
Layer中刚计算完项目前的序号，打开LTP
Summary和
LTP Echogram两个窗口，如图 7，

LTP Summary窗口中可以看到计算结果。

扬声器组到话筒声压级是75.77dB
Talker到话筒的声压级是90.28dB
前面说过，扬声器的声压是不能等于和大于Talker到话筒的声压的，不仅如此，为了防止发生啸叫，扬声器还必须额外减少6dB。我们从上面计算来看，系统要得到最高可用系统增益，扬声器功率还可以再增加8.51dB（90.28dB-75.77dB-6dB），打开Arrays and Devices窗口，调整扬声器组的总功率把1W改成7.09W即可(计算方法不用再讲了吧？)。
完成以上步骤后，下面我们可以计算出大厅内任意一位置点的系统增益了。方法同上，调用LTP命令，其它设置不变，只把Listener Position的三维坐标改在大厅任一观众区域即可，如图8，

我们选中观众区域的中间位置，计算结果如下：
扬声器组到听众声压级是85.66dB
Talker到听众声压级是51.05dB
由于到达观众区域的合并声压包括扬声器和Talker，那么用扬声器的声压85.66dB减去Talker51.05dB----即得此点的系统增益34.61dB。
值得讨论一下，在Array and Device中我们设置的扬声器组的功率是7.09W，可能大家觉得奇怪，既然JBLSR4735A的功率是600W，为何这里最大只能输入7.09W？这个问题其实不难理解，也并非程序有问题，大家仔细观察一下设备窗口中的Cluster和Talker的功率数值：
Talker=1w
Cluster=7.09w
注意：当Talker=1W时，在话筒上所获得的声压级是90.28dB。我们说过，此时90.28db是话筒与Talker之间相距0.5尺寸情况下得到的声压级，事实上正常演出时，一个演艺人员的嘴与话筒往往在5cm左右，甚至更近，而且声压级很高，此时话筒点所获得的声压级往往可以到一百一二十分贝（Talker在CADP2里的声压级是74dB/m），大家若以此值再算一遍你会发现扬声器上所需的驱动功率已远远超出7.09W!当然了，无论你提升（或衰减）多少功率，最终系统增益仍然是不变的。Talker到话筒上的声压大小与大厅里扩出的声压所需的驱动功率，他们两者只是成比例增加和减少罢了，这一点很重要！理解了此问题，那么，平时既使大厅内很安静的情况下（比如说在话筒上的声压级只有三四十分贝），当话筒的推子推到一定高度后，也同样会啸叫这一现象也就能找到理论依据了。强调一下，我们在这里讨论的是系统增益，至于整个系统中所需音箱的选型及功放的搭配该遵循的原则与此并不矛盾。