長混響及擴聲系統(tǒng)解決技術(shù)方案

1、長混響及擴聲系統(tǒng)解決方案1 較長混響時間的聲學環(huán)境大型會堂、會展中心、教堂和體育場館等大容積場所，其聲學環(huán)境常常表現(xiàn)為混響時間較長的特點。 混響時間過長會造成語言清晰度、 音樂明晰度明顯下降，因而帶來聽聞困難。以體育場為例， 一個可容納近十萬個坐席的典型體育場， 空場混響時間在 5s 左右，滿場帶觀眾時的 混響時間也會有 3s 左右。顯然，要使觀眾坐席具有良好的聽聞條件，這對擴聲系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)配置提出了新的挑戰(zhàn)。2 采用電聲系統(tǒng)彌補或改善聽聞的基本途徑在大容積混響時間長的聲學環(huán)境下， 采用電聲系統(tǒng)彌補或改善聽聞的方法主要是加強擴聲的直達聲能量 （擴聲主要是提供直達聲） 。最直接和有效的辦法是采

2、用具有較高 Q 值（指向性因數(shù)）的揚聲器系統(tǒng)（或音箱），它可以將擴聲的直達聲送得更遠。下面舉例計算揚聲器指向性因數(shù)Q與混響半徑 Dc 的數(shù)值：(1) 揚聲器指向性因數(shù) QH揚聲器水平角度；V揚聲器垂直角度。(2) 混響時間公式 Eyring （伊林）T60混響時間， s；平均吸聲系數(shù)；3V觀眾廳容積， m；2S觀眾廳總表面積， m。(3) 房間常數(shù)1 / 62R 房間常數(shù)， m；2S觀眾廳總表面積， m；平均吸聲系數(shù)。(4) 混響半徑Dc混響半徑， m；Q 揚聲器指向性因數(shù)；2R房間常數(shù)， m?；祉懓霃剑喾Q臨界距離。在離開聲源一定距離之后，混響聲能密度逐漸加強，直達聲與混響聲能密度（或聲壓級

3、）相等之處的距離即混響半徑。表 1 Q 值與 DC對應(yīng)值圖中的合成曲線是直達聲和混響聲兩條直線的漸進線， 它代表了聲音在室內(nèi)傳播即聲壓級隨距離變化的實際情況。2 / 6圖 1 歸一化曲線圖 2 不同房間常數(shù)聲音在室內(nèi)傳播的展示這里以一個大型的體育館為例進行計算：33。體育館的容積 V=168，000m;室內(nèi)總面積 S = 37，5 00 m；混響時間 T =2.5s60將這些數(shù)據(jù)帶入上面的公式進行計算，近似結(jié)果如下：3 / 6平均吸聲系數(shù)= 0.25; 房間常數(shù) R= 12,500從以上計算結(jié)果可以看出，當房間常數(shù)為一定值時，揚聲器的指向性因數(shù) Q 越大（即指向性角度越?。?，混響半徑也就越大，

4、所以擴聲的直達聲就能送得更遠，有利于提高語言清晰度。例如，美國 BOSE公司的 LT3202型中高頻揚聲器系統(tǒng)，有人把它稱作“長沖程”音箱。所謂“長沖程”，就是可以把擴聲的信號送得更遠。從原理上講，主要是它的指向性角度?。ㄋ?270 ，垂直 200 ），即揚聲器指向性因數(shù) Q值高(Q=78)。從典型的計算中可以看出，它要比通常的 600×400 號筒的混響半徑 Dc 大一倍。梵蒂岡羅馬大教堂就采用線形聲柱分散式擴聲來解決混淆時間長所帶來的聽聞困難。其使用的線形聲柱為德國揚聲器廠家DURAN-AUDIO生產(chǎn)的 1608 型。DURAN-AUDIO 主要從事專業(yè)級帶有功率驅(qū)動的揚聲器系

5、統(tǒng)和相關(guān)的數(shù)字信號處理設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)，采用 DDC( Digital Directivity Contral) 來解決室內(nèi)（如教堂、機場等場所） 長混響時間和室外大面積、 遠距離的擴聲問題具有一定的經(jīng)驗和技術(shù)優(yōu)勢。1 608 型線形聲柱主要技術(shù)參數(shù)如表2 所示。表 2 1608 型線型聲柱技術(shù)參數(shù)3 擴聲聲場控制擴聲聲場控制是擴聲系統(tǒng)設(shè)計的根本。擴聲屬于應(yīng)用聲學的范疇， 無論是室內(nèi)還是 室外擴聲 都不能脫離使用擴聲所處的聲學環(huán)境（或聲場），擴聲的最終效果是建聲與電聲綜合效果的體現(xiàn)。擴聲系統(tǒng)設(shè)計的基本問題是聲學問題， 它是在建聲的基礎(chǔ)上完成擴聲聲場的分析與計算。擴聲系統(tǒng)設(shè)計首先應(yīng)從擴聲聲場人手，

6、 亦即揚聲器系統(tǒng)的布局 （空間位置）、產(chǎn)品選擇（含組合）以及饋給的功率等，通過對多種方案反復(fù)比較與分析，得出擴聲系統(tǒng)聲學特性的相關(guān)數(shù)據(jù)。 在此基礎(chǔ)上，最后完成擴聲系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)備 （或器材）的配置。4 / 6無論是室內(nèi)或是室外擴聲， 其擴聲聲場都或多或少存在聲干涉現(xiàn)象。 擴聲聲場聲干涉現(xiàn)象的存在， 會影響到擴聲的語言清晰度和音樂的明晰度， 有損于擴聲重放的音質(zhì)效果。 現(xiàn)代擴聲設(shè)計已不再 “滿足” 于一般意義上的擴聲聲壓級和聲場不均勻度，而十分注重擴聲聲場的聲干涉問題， 在設(shè)計中力圖把聲干涉降低到最小，這是現(xiàn)代擴聲設(shè)計的重點。在擴聲系統(tǒng) 的設(shè)計中經(jīng)常遇到使用延時器的情況，這里加延時的作用主要是為

7、了修正來自不同音箱聲音的“時差”，以取得聲像的一致。但是，它并不能補償來自不同音箱聲音的聲干涉。理論上聲場內(nèi)某一點， 可以通過延時的方法經(jīng)仔細調(diào)整，來“修補”該點由于聲干涉所帶來的梳狀濾波效應(yīng)以改善聽聞。但是，當偏離此點很小一段距離 （與波長可比時） 梳狀濾波效應(yīng)會依然存在。 這說明用延時來“修正”擴聲聲場其作用是有限的。4 揚聲器系統(tǒng)布局下面以體育場館為例簡要討論揚聲器系統(tǒng)的布局。4.1體育館揚聲器系統(tǒng)布局體育館內(nèi)揚聲器系統(tǒng)的布局基本上有兩種方式，即分散式和集中式，采用何種方式要依據(jù)具體環(huán)境（或條件）而定。只要設(shè)計得當，兩種方式均可達到良好的聲場特性。現(xiàn)就兩種方式的優(yōu)劣比較如下：分散式系統(tǒng)揚

8、聲器系統(tǒng)單元特性容易滿足，亦即相對要求較低，可選擇的范圍較大；揚聲器系統(tǒng)易進行分區(qū)控制；揚聲器距觀眾坐席較近，擴聲直達聲較強，有利于提高語言清晰度；到達觀眾坐席聲音的時間順序不易控制，可能存在多聲源的聲場干涉；揚聲器（或音箱）使用的數(shù)量較多，相應(yīng)的管線也較多。集中式系統(tǒng)集中式系統(tǒng)與分散式系統(tǒng)相比較， 其優(yōu)劣恰好相反。 由于近代揚聲器系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)代體育館廣泛使用集中式系統(tǒng)。對于容積較大的體育館揚聲器系統(tǒng)也可以采用集中與分散相結(jié)合的方式。4.2體育場揚聲器系統(tǒng)布局5 / 6同樣，現(xiàn)代體育場揚聲器系統(tǒng)的布局也有集中式和分散式兩種布局，具體實施亦應(yīng)根據(jù)具體環(huán)境（或條件）而定。一般來說，集中式較分散式

9、聲音“外溢”較大，有資料表明，大約高出 15dB 左右。5 揚聲器系統(tǒng)的指向性控制無論是室內(nèi)擴聲還是室外擴聲， 可以把同時工作的擴聲音箱看成是 “多點聲源”。由于它們安裝在空間中的幾何位置的不同， 在擴聲時聲信號到達觀眾坐席的時間就會不同， 即有時差。時差帶來擴聲相位的變化形成典型的聲干涉， 同時會出現(xiàn)梳狀濾波效應(yīng)。 在擴聲中可能形成聲干涉的形式歸納起來有： 非有源音箱揚聲器單元之間相位的不同形成的聲干涉；單只音箱在所處的聲環(huán)境下擴聲時，除直達聲外一般都會有反射聲存在，這時直達聲和反射聲會形成聲干涉；再有，即上文提及的多只音箱同日寸工作所形成的聲干涉。 擴聲聲場聲干涉會影響到擴聲的語言清晰度和音樂明晰度，有損擴聲重放的音質(zhì)效果。體育場館觀眾席的供聲， 通常采用分組音箱來覆蓋。 這些分組擴聲音箱所形成的擴聲聲場 （含可能存在的反射聲） 常常會形成明顯的聲干涉。 當聲干涉較嚴重時，一些坐席上的觀眾會聽不清楚。 減少聲干涉最有效的辦法就是嚴格控制分組音箱的指向性特性。所謂“邊緣”效應(yīng)好是指揚聲器在規(guī)定的指向性角度以外， 聲能（或聲壓級）要形成很快的衰