音響擴(kuò)聲知識

音響擴(kuò)聲學(xué)問專業(yè)音響擴(kuò)聲學(xué)問一、擴(kuò)聲系統(tǒng)的電聲設(shè)計(jì)擴(kuò)聲設(shè)計(jì)的指標(biāo)依據(jù)聲場的建筑環(huán)境，節(jié)目類型及音源動(dòng)態(tài)要求，現(xiàn)行的多功能廳，報(bào)告廳、會議室等，都依據(jù)《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)特性指標(biāo)》GYJ25-86的語言兼音樂擴(kuò)聲一級指標(biāo)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的指標(biāo)如下：最大聲壓級〔空場穩(wěn)態(tài)，準(zhǔn)峰值〕125～4000Hz≥98dB傳輸頻率特性：125～4000Hz，≤4dB傳聲增益：125～4000Hz，≥8dB聲場不均勻度：100Hz≤8dB，1000Hz～6300Hz≤6dB噪聲級：≤NR25〔擴(kuò)聲系統(tǒng)〕專業(yè)術(shù)語的解釋由于電子技術(shù)的進(jìn)展，擴(kuò)聲系統(tǒng)中電子設(shè)備的頻率響應(yīng)和相位響應(yīng)處理技術(shù)已經(jīng)到達(dá)很高的水平，影響擴(kuò)聲系統(tǒng)復(fù)原性能的主要瓶頸是換能器〔揚(yáng)聲器〕的失真，因此揚(yáng)聲器是打算擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo)和品質(zhì)因素的重點(diǎn)，換言之，擴(kuò)聲系統(tǒng)的預(yù)期指標(biāo)與揚(yáng)聲器的規(guī)格參數(shù)息息相關(guān)。頻響范圍：頻響范圍由頻率范圍與頻率響應(yīng)組成：頻率范圍指電子設(shè)備最低有效重放信號頻率與最高有效重放信號頻率之間的范圍，一般承受圖表形式表示音箱的相對幅度和頻率的函數(shù)關(guān)系〔頻率響應(yīng)圖〕。上圖60Hz～20KHz@-3dB；頻率響應(yīng)指將一個(gè)恒壓輸出的音頻信號與系統(tǒng)相連接時(shí)，音箱產(chǎn)生的聲壓隨頻率變化而發(fā)生增大或衰減，相位隨頻率發(fā)生變化的現(xiàn)象，這種聲壓，相位,頻率的相關(guān)變化關(guān)系稱為頻率響應(yīng)，單位為分貝〔dB〕。聲壓與相位滯后隨頻率變化的曲線稱為頻率特性。這是考察音箱性能優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，它與音箱的性價(jià)有著直接的關(guān)系，其分貝值越小說明音箱的頻響曲線越平坦、失真越小、性能越高。人耳可區(qū)分的頻響不平坦程度因人及節(jié)目內(nèi)容而異，大多數(shù)人對同一節(jié)目的頻2～4dB選擇音箱時(shí)應(yīng)是頻響范圍越大越好，但也必需是平坦的，兩端衰3dB根底：聲樂的頻率分布：聲壓SoundPressure：有聲波產(chǎn)生時(shí)，傳播媒質(zhì)中的壓力與靜壓的差值。單位為帕斯卡，簡稱帕〔Pa〕。聲功率：單位時(shí)間內(nèi)通過某一面積的聲能，單位為W〔瓦〕。聲壓級SoundPressureLevel：聲壓與基準(zhǔn)聲壓的比值以10為2，通常以分貝〔dB〕為單位，基準(zhǔn)聲壓必需指明。功放的功率Power：功放的單位是W〔瓦〕，容量的大小與重放信號的大小、頻率范圍、負(fù)載阻抗、以及可承受的失真電平有關(guān)。為了制定功率的測試標(biāo)準(zhǔn)，聯(lián)邦貿(mào)易委員會〔FTC〕公布了以輸入信號為20Hz～20KHz，失真低于1%的長時(shí)間測試標(biāo)準(zhǔn)，一種是使用“單音短脈沖觸發(fā)”的方法在以下頻率進(jìn)行：20Hz-0.05秒脈沖信號50Hz-0.02秒脈沖信號*1000Hz-0.001*7000Hz-0.0014秒脈沖信號最大平均功率：〔0.1%THD，1KHz〕FTC〔0.1%THD，20Hz-20KHz〕雙通道模式2Ω550WattsRMS4Ω475WattsRMS400WattsRMS8Ω300WattsRMS250WattsRMS橋接模式4Ω1100WattsRMS8Ω950WattsRMS800WattsRMS總諧波失真〔THD〕TotalHarmonicDistortion8Ω0.01%，1kHz8Ω0.05%，20Hz8Ω0.1%，20kHz另一種是以 1000Hz信號，失真分別低于 0.05%和0.1％，20Hz～20KHz正弦波掃頻，失真低于0.1%的長期“連續(xù)平均功率”測試法，在這種標(biāo)準(zhǔn)下測試的功率稱為“最大平均功率”，以其他方式標(biāo)稱的功率都視為非標(biāo)。下面以ASHLYFTX2023功放的參數(shù)進(jìn)展說明：從上表不難看出，功放容量的大小與重放信號的大小、頻率范圍、輸入阻抗、以及可承受的失真電平存在以下關(guān)系：負(fù)載阻抗越小，功放輸出功率越大，失真越高。負(fù)載阻抗越高，功放輸出功率越小，失真越低。頻率范圍越大，功放輸出功率越小，失真越高。頻率范圍越窄，功放輸出功率越大，失真越低。工作時(shí)間越長，功放輸出功率越小，失真越高。音箱的功率：音箱的單位是W〔瓦〕，涉及的內(nèi)容與功放類似，但更加簡單。音箱功率容量的大小也與重放信號的電平、頻率范圍、以及可承受的總諧波失真有關(guān)。目前已經(jīng)有很多組織制定了音箱功率的測試標(biāo)準(zhǔn)，他們分別是：AES〔音響工程師協(xié)會AES-1984〕、EIA〔電子工業(yè)協(xié)會〕、ANSI〔美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ANSI-S4.26-1988〕，測試內(nèi)容如下：粉紅噪音信號源連續(xù)2小時(shí)，每倍頻程10點(diǎn)的頻寬，12dB倍頻程濾波斜率。但未為全部廠商承受，業(yè)界最為廣泛使用的是以下三種測試方法：連續(xù)、長期或有效值〔RMS〕功率：粉紅噪音信號源，測試時(shí)間連續(xù)1小時(shí)以上，給出最低功率值。節(jié)目或音樂功率：帶音樂特色的測試信號源，測試時(shí)間約1秒，3dB〔2〕峰值或瞬時(shí)功率：帶音樂特色的測試信號源，測試時(shí)間約0.1秒，6dB〔4〕音箱的最大聲壓級SPL：指音箱在肯定聲功率工作狀態(tài)下，在距離揚(yáng)聲器平面垂直中軸前方一米的地方所測得的最大聲壓級。音箱的靈敏度：給音箱輸入1W/1KHz信號時(shí)，在距音箱喇叭平面垂直中軸前方一米的地方所測得的聲壓級。靈敏度的單位為分貝dB。音箱的指向性：聲波中心是在發(fā)聲器上或四周的一個(gè)點(diǎn)，在遠(yuǎn)處觀測時(shí)，類似從該點(diǎn)發(fā)出的球面發(fā)散聲波。音箱的指向性是指音箱輻射聲壓的強(qiáng)弱隨方向不同而產(chǎn)生變化的特性，也稱為掩蓋范圍，一般用聲壓級SPL相對于軸線處下降6dB的夾角來定義。指向性受頻率的影響很大，頻率越高，指向性越窄，頻率越低，指向性越寬。聲場的最大聲壓級：單位為dB，與音箱的最大聲壓級、靈敏度、指向性和功率有著親熱的關(guān)系。通過理論和實(shí)踐證明，聲場的最大聲壓級與音箱上述的幾個(gè)主要指標(biāo)存在以下的關(guān)系：距離不變，功率增加一倍，聲壓級增加3dB功率不變，距離增加一倍，聲壓級衰減6dB同等距離，射角外沿比軸心聲壓級降低6dB聲波距離衰減表聲速傳播時(shí)間表〔聲速=340米/秒〕功率分貝表10-20dB1029.41W0dB15米-24dB20米58.810W10dB20米-26dB30米88.215W12dB30米-30dB40米117.620W13dB40米-32.2dB50米147毫秒25W14dB50-34dB6017650W17dB60-35.8dB70205.8100W20dB70米-37dB80米228.6200W23dB80米-38dB90米264.7300W25dB90-39dB100294.1400W26dB100-40dB150441.1500W27dB150-43.5dB200588.2600W28dB200-46dB300882.3800W29dB300-49.5dB40011761000W30dB400-52dB5001470500-54dB處理系統(tǒng)的作用調(diào)音臺調(diào)音臺在音響系統(tǒng)中主要用于對信號源的處理：將話筒微弱的信號進(jìn)展放大，對各種不同的音源進(jìn)展阻抗匹配、相應(yīng)的音色修飾和集成調(diào)控。在專業(yè)錄音及舞臺演出中，調(diào)音臺還具備多路編組輸出、數(shù)模格式轉(zhuǎn)換、聲像定位編輯等多種功能。一臺優(yōu)質(zhì)的調(diào)音臺，根本技術(shù)規(guī)格的指標(biāo)應(yīng)到達(dá)如下的參數(shù)：*總噪聲：-86.5dBu〔20Hz~20kHz〕* 總諧波失真 THD：<0.0007%〔1kHz@+14dBu，20Hz~20kHz〕通道串音：-84dBu〔1kHz@0dBu，20Hz~20kHz〕*頻率響應(yīng)：-1dB@20Hz~60kHz，-3dB@20Hz~100kHz〔話筒輸入至任一輸出〕等效輸入噪聲〔EIN〕：-129.5dBm〔話筒輸入處于最大增益，150?終端〕共模抑制比CMR：>90dB@1KHz最大輸入電平：+22dBu主輸出最大電平：+28dBu其他輸出最大電平：+22dBu話筒輸入阻抗：1.3kΩ線路輸入阻抗：10kΩ輸出阻抗：120Ω均衡器由于聲場的共振特性、吸聲材料對聲音頻率的吸聲系數(shù)不同，以及揚(yáng)聲器頻率響應(yīng)特性不均勻等緣由，會導(dǎo)致消滅某些頻率聲音過強(qiáng)和某些頻率聲音缺乏的問題。但一般調(diào)音臺上的均衡器僅能對高頻、中頻、低頻三段頻率電信號分別進(jìn)展調(diào)整，達(dá)不到精細(xì)的頻率均衡。均衡器的作用是用于分別調(diào)整各種頻率成分電信號放大量，通過對各種不同頻率的電信號的調(diào)整來補(bǔ)償揚(yáng)聲器和聲場的缺陷，補(bǔ)償和修飾各種聲源及其它特別作用〔頻率均衡〕。均衡器依據(jù)電路的不同，主要分為圖示均衡器和參量均衡器二類，且圖示均衡器構(gòu)造簡單，直觀明白，在專業(yè)音響中應(yīng)用格外廣泛。圖示均衡器，亦稱圖表均衡器，通過面板上推拉鍵的分布，可直觀地反映出所調(diào)出的均衡補(bǔ)償曲線，各個(gè)頻率的提升和衰減狀況一目了然。圖示均衡器承受恒定Q值技術(shù)，每個(gè)頻點(diǎn)設(shè)有一個(gè)推拉電位器，無論提升或衰減某頻率，濾波器的頻段帶寬始終不變。20Hz~20kHz的信號分成10段、15段、27段、31段來進(jìn)展調(diào)整。用戶可以依據(jù)不同的要求選擇不同段數(shù)的圖示均衡器。一般來說10段均衡器的頻率點(diǎn)以倍頻程間隔分布，使用在一般場合下；15段均衡器以2/3倍頻程間隔分布，使用在專業(yè)擴(kuò)聲上；31段均衡器以1/3倍頻程間隔分布，多數(shù)在需要精細(xì)補(bǔ)償?shù)膱龊舷率褂?。一臺優(yōu)質(zhì)的均衡器，根本技術(shù)規(guī)格的指標(biāo)應(yīng)到達(dá)如下的參數(shù)：總噪聲：-92dBu〔20Hz~20kHz〕總諧波失真THD：<0.01%@+20dBu通道串音：<-80dBu〔20Hz~20kHz〕頻率響應(yīng)：±2.5dB最大輸入電平：+23dBu最大輸出電平：+23dBu輸入阻抗：平衡式20kΩ，非平衡10KHz輸出阻抗：平衡式200Ω，非平衡100?*斜率：±3%倍頻程：1/3倍頻程增益范圍：≥±6dB二、擴(kuò)聲系統(tǒng)的電聲計(jì)算最大功率容量與最大電壓容量的計(jì)算公式一：最大電壓容量V=√最大功率W×負(fù)載阻抗Ω公式二：最大功率容量W=最大電壓V2×負(fù)載阻抗Ω假設(shè)一個(gè)音箱的最大持續(xù)功率〔AES/ANSI〕和標(biāo)明的負(fù)載阻抗，則可以計(jì)算出此音箱的最大電壓，例如 A音箱的最大功率是600WRMS〔ES/ANSI〕，阻抗是8Ω，期望通過系統(tǒng)的壓限器或者音箱掌握器設(shè)定功放的最大輸出電壓值，對A音箱進(jìn)展保護(hù)，把相關(guān)的數(shù)據(jù)套進(jìn)公式一：最大電壓容量V=√600W×8Ω=√4800=69.28V69.28V8Ω600WRMS的功率，所以我們要在壓限器或者音箱掌握器上設(shè)定功放的最大69.28V，才能有效保護(hù)A功放電壓增益的計(jì)算公式三：電壓增益=輸出電壓V/輸入電壓V增益由音頻電路的輸入和輸出之間的關(guān)系打算，增益表示為倍數(shù)〔×〕，或者用單位dB表示，假設(shè)我們想知道一臺功放的增益〔稱為電壓增益〕，則必需知道輸入信號電平和其相應(yīng)的輸出信號電平。例如從系統(tǒng)前級輸入至A功放的信號電平是0.775V，輸出信號是31V，把相關(guān)的數(shù)據(jù)套進(jìn)公式三可以得知A電壓增益=輸出電壓V/輸入電壓V=31V/0.775V=40×〔倍〕又如從系統(tǒng)前級輸入至B功放的信號電平是0.5V，輸出信號是20VB功放的電壓增益：電壓增益=輸出電壓V/輸入電壓V=20V/0.5V=40×〔倍〕留意，從以上兩例可以看到A、B兩臺功放的電壓增益一樣是40×，所以電壓增益大小與輸入信號的大小無關(guān)。輸入靈敏度與電壓增益公式四：輸入靈敏度V=最大電壓容量V/電壓增益×與習(xí)慣的說法相反，功放不能自我產(chǎn)生功率。功放使輸入信號電平放大某一倍數(shù)輸出，輸出的電平大小由放大倍數(shù)打算，標(biāo)準(zhǔn)的說法應(yīng)當(dāng)是：功放的輸出電壓驅(qū)動(dòng)了音箱的負(fù)載阻抗并由此轉(zhuǎn)成電聲功率。一臺功放能承受的最大輸入電壓又稱為輸入靈敏度，假設(shè)輸入電壓超過了最大輸入電壓，功放的輸出容量也將會超出最大范圍，并產(chǎn)生較大的頻響失真。所以假設(shè)用最大電壓容量除以電壓增益，即可得到最大輸入電壓〔輸入靈敏度〕。例如A功放與A音箱連接，二者的相關(guān)參數(shù)如下：A功放：FTC550W@8Ω，40倍；A音箱：600WRMS〔AES/ANSI〕，8Ω〔50W〕。計(jì)算步驟1：A功放的最大電壓容量計(jì)算AV=√550W×8Ω=√4400=66.33V計(jì)算步驟2：A功放的輸入靈敏度計(jì)算AVV/電壓增益=66.33V/40×=1.65V〔最大輸入限制閥值〕計(jì)算結(jié)果：A功放在輸入有1.65V時(shí)，輸出電壓為66.33V，加在阻抗為8Ω負(fù)載上時(shí)，相當(dāng)于產(chǎn)生550W的功率，意味著假設(shè)我們想避開過度驅(qū)動(dòng)A功放，就應(yīng)避開輸入電壓到達(dá)1.65V〔本系統(tǒng)的最大輸入限制閥值〕。我們可以確信在A功放之前接上限制值為1.65V的限制電路之后〔音箱處理器或數(shù)字分頻器〕，A功放的輸入就不會超過1.65V1.65V至A功放時(shí)，A功放會輸出66.33V至音箱〔66.33V=550W@8Ω〕，假設(shè)音箱處理器或數(shù)字分頻器輸出大于1.65V的電壓至功放，將導(dǎo)致功放產(chǎn)生失真和輸出更大的電壓，并會轉(zhuǎn)化成更大的功率和線圈熱量，極有可能會對音箱產(chǎn)生破壞。為了保護(hù)音箱，需要將音箱處理器或數(shù)字分頻1.65V〔6.5dBu〕。又如A功放與B音箱連接，二者的相關(guān)參數(shù)如下：A功放：FTC550W@8Ω，40倍；A音箱：400WRMS〔AES/ANSI〕，8Ω〔150W〕。計(jì)算步驟1：B音箱的最大電壓容量計(jì)算BV=√400W×8Ω=√3200=56.56V計(jì)算步驟2：A功放的輸入靈敏度計(jì)算AVV/電壓增益=56.56V/40×=1.41V〔最大輸入限制閥值〕計(jì)算結(jié)果：A功放在輸入有1.41V時(shí)，輸出電壓為56.56V，加在阻抗為8Ω負(fù)載上時(shí)，相當(dāng)于產(chǎn)生400W的功率，意味著假設(shè)我們想避開超過音箱的最大承受功率，就應(yīng)避開功放輸入電壓到達(dá)1.41V〔本系統(tǒng)的最大輸入限制閥值〕。我們可以確信在A功放之前接上限制值為1.41V的限制電路之后〔音箱處理器或數(shù)字分頻器〕，A功放的輸入就不會超過1.41V放。因此，當(dāng)音箱處理器或數(shù)字分頻器輸出1.41V至A功放時(shí)，A功放會輸出56.56V至音箱〔56.56V=400W