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发表于 2008-3-29 20:45
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3.计算要点
(1)计算音箱的驱动功率
根据各类场所需要的平均声压级,选定音箱灵敏度和听音距离。按照上述公式便可算出系统所需的声场电功率。也就是音箱所需的驱动功率。
① 确定声压级
对于一般厅堂的语言扩声而言,要求达到 75dB左右的平均声压级;对音乐节目的扩声则要求达到85dB左右的平均产压级。考虑到音频信号的动态范围,对语言扩声应考虑留有6dB的裕量、音乐扩声则应考虑10~12dB的裕量,要求较高时应更大一些,一般可考虑18dB的裕量。
对于歌舞厅扩声,一般以原广播电影电视部部颁标准GYJ25-86表中最大声压级值为依据。
声压级LP的确定须充分考虑扩声系统的动态余量。
② 确定音箱灵敏度
计算之前,首先要确定音箱灵敏度。需要指出的是,音箱灵敏度往往和音箱的型号有关。
灵敏度一旦确定,音箱型号也基本确定了,不宜随意改动。音箱灵敏度高低对系统所需电功率的影响很大,灵敏度相差3dB,电功率则相差一倍。因此,专业音箱的灵敏度不宜太低,一般应在95~100 dB左右为宜。
③ 确定听音距离
音箱的最远供声距离D,不应超过3Dc。即最远距离D应小于3倍临界距离Dc
④ 声场总电功率
许多厅堂需分区供声,那么系统的总电功率应为所有声源所需电功率之和。
例题
某多功能厅堂(一级),其混响时间T60=1.2s,房间常数R=1860,采用2只灵敏度为100dB的组合音箱供声,所有音箱的指向性因数Q=12.8,其最远传输距离为30m,那么,在最远传输距离内;可否保证语言可懂度,音箱的驱动功率为多大?假定场声器偏离水平角度30°的指向性函数20lgD(θ)=-3dB,那么在偏离轴线30°,同样距离接收点要获得相同声压级,需多大的音箱的驱动功率?
解:
D=30<3Dc
∴在30m以内可以保证语言可懂度。
∵P=10(Lp-S-10lgN+20lgD)/10
查表可得LP=98dB
∴需要最大驱动功率为285W。
∵20lgD(θ)=-3dB
P(θ)=10(Lp-S-10lgn+20lgrθ-20lgD(θ))/10=567(W)
答:偏离30°角后,需要最大驱动功率应为567(W)。
(2)确定放大器的功率和数量
音箱所需电功率计算完成后,根据音箱的数量和功率,便可确定放大器的功率和数量。总的原则是放大器功率应以音箱功率匹配。在实际工程中,也常常采用以下方法确定。
① 一般厅堂,可取放大器功率与音箱功率相等。
② 对报告厅、音乐厅等以语言扩声为主的厅堂,放大器的功率可小于音箱功率的1/3;
这样可使音箱失真最小,保真度最好。
③ 对电影院、舞厅等音响效果扩声为主的厅堂,放大器的功率可大于音箱功率的1/3;
这样可使音箱的音量充沛,节奏强劲,功率得到充分发挥。
放大器的功率确定后,即可根据所定型号的单台放大器功率确定放大器的台数。
例如,上题两只音箱的功率为567W,单只音箱功率为284W。
如用于舞会扩声:放大器的功率为567 × 1.33 = 754 W;单只音箱的驱动功率为377W。
如果音箱阻抗为8欧,可选美国皇冠GSL-800功放1台,功率为400W×2。
如果音箱阻抗为4欧,可选美国皇冠GSL-460功放2台,接为BTL形式,单台功率为430W。
由音箱灵敏度声压级值出发,根据功率每提升一倍声压级增加3dB,距离每增加一倍声压级衰减6dB等规律,不难推出音箱满功率时在声音射线直击点上的声压级。例如,250W的音箱,在大约8m的距离上,最大声压级比灵敏度声压级值大6dB左右。推算过程如下:
该音箱满功率运行时的输入功率(250W),约相当于灵敏度测试功率(1w)倍升8次:
1W*2*2*2*2*2*2*2*2=256W
如前所述,功率每倍升一次,声压级会提升3dB,因此满功率时灵敏度测试点上的声压级应比其灵敏度值大: 3dB*8=24dB
另外,8m处相当于灵敏度测试距离(1m)倍增3次的距离:1M*2*2*2=8M
而距离每倍增一次声压级会衰减6dB,因此该处的声压级应比灵敏度测试点低:6DB*3=18dB
由功率增加所引起的声压级增益与由距离增加所引起的声压级衰减互相抵扣,净增益为:
24dB-18dB=6dB
(3)速算法
在音响工程现场,常常采用速算法进行估算。
对于采用灵敏度为95~100 dB音箱系统的厅堂,其功率可按0.5W/m3来速算;要求较高的厅堂,其功率可按1W/m3来速算。速算法也可以作为公式法的参考。
例如:某多功能厅室内面积为400m2,高5m,平时作为一般厅堂使用。选择灵敏度为98 dB的音箱,按0.5W/m3速算,需要功率1000W。此时,可选250W×2或275W×2的放大器两台,按阻抗匹配的原则,选择4只额定功率250W,灵敏度98 dB的音箱,即可满足需要。
经验表明,如果厅堂没有特殊的结构、厅堂高度约3m-4m左右、混响时间在1.5ss~2.0s之间,则为使最高声压级达到103dB(一级歌舞厅标准),主音箱的总功率可按每平方米场地约2W~5W估算。所要求的声压级每增加 3dB,音箱功率就须加倍(翻一番)。例如100m2的厅堂,根据每平方米5W的标准,初步决定主音箱的总功率为500w。现在希望声压级由103dB增大到106dB则主音箱的总功率应由500W增至1000w;如果希望声压级增大到109dB,则主音箱的总功率应再加倍至1000w*2=2000W。另一方面,如果厅堂的高度增大,则尽管音箱的高度不变,所需的总功率也要加大,大约是高度加倍功率加四分之一(高度无限增大时则不能这样推算)。这是由于这时厅堂顶部的反射声减少了的缘故。如果随着厅堂高度增大而把音箱挂高,则应按平方反比定律(详见第一章)推算,即距离加倍声级减少6dB;若要保持声级不变,则距离加倍时功率须增大6dB(4倍)。此外,混响时间过短时,总功率也要酌情增加。必须指出,由于各种音箱的换能效率差别很大,不同厅堂的建声特性也极不相同,所以估算数据会有很大出入。虽然如此,但由于功率以几何级数增减才能引起声级的显著变化,而在大功率的水平上,声级的相对变化量随功率的变化更小,所以估算的功率数据尽管出入很大,而听觉效果则不会有那么大的出入。至于取上限抑或下限,或是否适当加一些裕量,当根据档次的高低以及资金的宽裕程度进行取舍。
4.功率分配
(1)主音响系统的功率分配
扩声用主音箱系统的功率分配应根据所确定的组合台数,依照功率放大器不失真功率条件,选择适当的台数。对于音箱的驱动,可以采用前级分频方式,也可以采用功率分频方式。为了保证厅堂内音箱系统工作的合理性与可*性,在功率分配的分组与布线技术上,须作专门处理。在大型厅堂,为了使音箱系统有较好的方位感,最好能使观众“看到”音箱,使视觉与听觉方位基本一致,因为对于听觉来说,水平方位感比较灵敏,而垂直方位感比较迟纯。如果在主音箱系统中插入适当延迟,利用哈斯效应,使声象下移,使音箱放声系统与声源的方位更加趋于一致,那么聆听效果将更有所改善。
主音箱系统以外的辅助音箱系统一般有不同的类型,例如走廊与休息室内要用吸顶音箱作背景音乐放声用,小型贵宾会议室内要用组合音箱或小音柱等。此时应根据所选择音箱的功率、阻抗(或电压)、数量进行适当分组,并作必要的并联与串联处理后与功率分配板相联接。根据总的功率分配情况,设计与功率放大器可切换的联接电路,选择备用放大系统,使得在扩声控制室内能方便地控制与操作。此外,还需确定返听系统和监听系统的功率
(2)返听系统及所需功率
返听系统是为了解决舞台上演员与乐队的听感问题而专门建立的音响系统。演出时,演员与乐队位于主声场音箱的背后,如果他们不能听清自己的发声效果,就无法找准演出感觉,所以,对于剧院和歌舞厅的音响系统来说,除主声场的音响系统外,返听系统也是必不可少的。
此外,当主声场的音响系统出现故障时,返听系统还可以作为应急音响系统使用,以避免出现冷场局面。在一般场合下,返听系统功率取主声场功率的20 %。例如,主声场功率为2000w,那么,返听系统功率应选的400w。在返听系统中,为了使返听响度适宜,效果清晰, 返听放大器的功率应大于返听音箱功率的1.3倍左右,在实际使用时,返听放大器的输出功率还要在现场进行调整。返听系统功率过小,会使返听系统失去意义,返听系统功率过大,又会产生喧宾夺主,并且容易造成声反馈的不良效果。因此,对于返听系统音量和效果的调节应当特别加以注意。
(3)监听系统及所需功率
监听系统是为了解决控制室内音响操作人员的听感问题而专门建立的音响系统。演出时,主音箱位于与控制室隔音的主声场,音响操作人员不能直接听清主音箱发声效果和自己调音的情况,这样就无法进行工作。因此,必须在控制室安装一套与主声场音响同步的监听系统,帮助音响操作人员了解主声场的音响效果,以便随时进行调音。所以,对于各类厅堂的音响系统来说,监听系统也是必不可少的。在一般场合下,监听系统功率取主声场功率的10 %即可。例如,主声场功率为2000w,那么,监听系统功率可选的200w。在监听系统中,为了监听到不失真的音响效果, 监听放大器功率可等于监听音箱的功率。在实际使用时,监听放大器的输出功率还要在现场进行调整。监听系统功率过小,会使监听系统失去意义;监听系统功率过大,又会使控制室过于喧闹,影响音响操作人员工作。因此,应在节目开始前,将监听系统调整到合适的响度。
超低音箱的总功率可取主音箱总功率的0.5~1.5倍。迪斯科舞池应取上限,多功能会堂可取下限;仅限于语言扩声的场合,可不配置超低音箱。其他环绕声音箱。后场音箱、反送音箱等,其功率可取主音箱的1/10至l/2(对于AC-3系统则要求环绕声音箱与主音箱相同)。
三、厅堂声场清晰度的验算
在扩散声场中,决定供声清晰度的重要因素是混响声能密度与直达声能密度之比——声学比。当声学比不大于5dB时,可以保证在供声区域内有较高的语言清晰度。即:
声学比=10lg混响声能密度/直达声能密度≤5dB
以Ω代表声学比,Lp(H)代表混响声声压级,Lp(θ)代表偏离供声点轴线某点直达声声压级,那么有:Ω = Lp(H)- Lp(θ)≤5dB
经推导可得:
101g4n/R - 101g Q/4π+ 201grθ一201gD(θ)≤5(公式推导略)
式中:n为相同电功率扩声扬声器数
R为房间常数数
Q为音箱的指向性因数
rθ为偏离扬声器轴线角时借声点的轴射距离
D(θ)音箱的指向性函数。
假定在扩散声场中有n组同功率音箱供声,那么可以设定几个数据来确定供声面清晰度条件。
在1000Hz时, R=0.161V/T(1一α) ,式中V为厅堂体积,T为混响时间,α为吸声系数。取α=0.68(1000Hz),取Q=8(1000Hz);
那么可以算得:
101g4n/R-101gnT/V+9
101g Q/4π=一2
综合可得:
101gnT/V十201grθ一201gD(θ)<6(dB)
由公式可知,清晰度与n、T、V、rθ、D(θ)等值有关,如果验算时发现有1/3以上点不能满足上式要求时,应当适当调整上述各值。
四、系统的选型
在扩声音响系统中,音响质量的优劣完全依赖整个音响系统设备中每一个环节的良好工作状态。设备性能的优劣是衡量整个系统能否优质和稳定工作的重要标志。因此音响系统的选型与声场音质设计、扩声系统设计一样,十分关键。
专业音响系统的扩音形式有单声道扩声、立体声扩声和环绕立体声扩声等几种形式。只有扩声形式选定后,才能进行音响系统的设备选型。
[ 本帖最后由 杨炎晓 于 2008-3-29 20:46 编辑 ] |
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