剧院音频系统的设计指南

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剧院音频系统的设计指南

剧院音频系统的设计，实际上包含了建声与电声两个方面，由于这两个方面密不可分，互相影响，因而在剧院体形一旦确定，装饰材料选定，装修声学结构不再改变后，其声学环境就基本定形了。在假定剧院的建声无重大缺陷的情况下，电声系统设备的配置、系统功能的体现，到最终扬声器数量的确定、位置与投射角度的调整，对整个剧院的扩声效果起着决定性的作用。





在多功能剧院音频系统的设计时，我们要关注以下几方面：



1、足够的声功率及相应的音箱推动功率

由于剧院演出形式的多样化，其声音的动态范围给扩声系统提出了必须提供相当的声功率，为此音频系统必须首先确定系统的额定的额定较大声压级。经过计算机声场模拟及公式演算，本系统总的额定较大声压级达到了112dB。如何来保证这样大的声压级的获得？利用大功率的音箱及数个音箱同相阵列叠加，才能达能如此高的声压级。为此，我们在主声道总共采用了10个音箱，其额定总功率达到了6000W（不包括2000W的超低音箱、返听音箱），达到每平方米覆盖10W音箱输出功率的水平。相应的系统配置了功放（不包括超低音箱、返听音箱的推动功放）总输出额定功率达到10000W，音箱与功放的功率配比达到了1：1.7。这样，既满足了国家相关技术规范，又具有一定的功放输出功率储备，提高了整个系统的扩声质量，保证了功放的运行安全。



2、 系统能提供的较大声压

为剧院各类的演出活动提供有效的扩声功能。扩声系统的基本功能就是放大声音信号，其衡量的指标就是整个系统所能提供的较大声压级。根据设计规范及相关标准，其较大声压级须大于103dB。经计算机声场模拟，我们设计的系统最终要能提供的平均较大声压级为103dB，并留有3dB的余量。也可由公式LP＝LS+10lgW+10lg(Q/4πr2+4/R)演算，并考虑多声道及多个音箱的综合效果，验证剧院扩声系统提供的较大声压级。公式中



LP：距音箱r处的声压级

Ls：所用音箱的灵敏度

W：所用音箱的额定输入电功率

R：剧院的房间常数

Q：音箱指向性因数



3、好的房间（厅堂）频率响应

由于厅堂的几何尺寸、装饰材料的吸声特性及结构的不规则性，加之扬声器单元电声转换的固有缺陷，其频率特性不可能做到平直。为此，本系统中采用了双31段频率均衡器，通过粉红噪声、频谱分析仪的调整，可大大弥补厅堂的频率特性，使之在40—18KHZ频率范围内为±3 dB内，其二是广泛采用电子分频技术，根据扬声器单元各自的频率特性，分别承担高频、中频、低频的还音，既改善了音箱的频率响应，也避免了扬声器单元的互调失真。





4、足够的传声增益

显然，室内扩声系统的传声增益，很大程度上取决于其建声特性，但与电声系统也有一定的相关性，由于本系统大都采用了指向强的话筒，并且，音箱的辐射角均采用较小的品种，由公式



Gx=10Lg[QLRL2L(Ф)2/4πD2+4(1-α)Sα]r-10Lg[QLRL2(Ф)R2M(θ)/4πr2+4(1-α)/Sα平QM]r-10Lgδ-A



其中D：扬声器与供声共之间的距离

R：声源与传声器之间的距离

S：室内表面积

α平：平均吸声系数

S：室内传输响应的较大值与平均值之差

QL：扬声器指向性因数

RL（Ф）：扬声器在角Ф方向的指向性因数

Ф：扬声器声轴与传声器指向的夹角

QM：传声器指向性因数

RM（Ф）：传声器在角Ф方向的指向性因数

θ：传声器指向与扬声器声轴的夹角

根据公式，参考剧院的建声条件及扬声器传声器的指向性，估算平均传声增益达到-6dB，达到厅堂扩声一级标准。



5、足够的语言清晰度

语言清晰度实际上是一个声学概念，它很大程度上取决于厅堂的混响时间，也与扬声器陈列时的相位关系、音箱声轴的辐射角度等有相关性。由计算机声场模拟也证实了上述结论，这就为较大声压级的提供与扬声器箱的数量找到了一个平衡点。本系统考虑多功能剧院，建议T60（500HZ）=1.3秒左右，其语言清晰度能在70-80%。当然这必须用专门的快速语言传输指数(RASTI)测试方法验证。





6、确保各音箱的摆放位置及辐射角度

这是为了确保声场的均匀分布。多功能剧院扩声系统一般采用集中供声的方式，音箱的布置主要是在舞台口两侧左、右声道（拉声像）及台口上沿音桥处。通过调整中高频单元的声轴投射角，对剧院座位区的楼座， 池作后区，前区等进行均匀覆盖。具体地说,就是在舞台口的上沿音桥中部,布置4只全频箱,作为剧院中区及后区声场的覆盖，在音桥两侧布置2只全频箱子作为投射角度的补充，在台口两侧2.8米高处布置两只全频箱，作为左右拉声像，再在台口两側1.5米的台唇处布置2只全频音箱，弥补音桥音箱在剧院座位前区的声场覆盖。



7、利用计算机结合音频矩阵，以“汉化的人机界面”方便信号的自由组合

系统中采用了BIAMP AUDIA 8 X 8数码音频矩阵，使得调音台主输出、编组输出、辅助输出等方便地馈送到各功放系统，大大提高了调音台的输出能力，可以向系统外提供多路音频信号。该设备利用计算机中文专用调试软件，界面友好，功能丰富，调试方便，使音频系统的信号处理进入了电脑时代。为此，我公司提供调试用笔记本电脑和汉化专用软件，确保本系统发挥较佳性能。



8、采用多台数字声音处理系统简化了系统

由于剧院音频系统通道多、场地复杂，采用了数字声音系统处理器是必须的，一般数字音频综合处理器具有均衡、延时、压限、分频等功能，可代替多台周边设备，简化了系统构成，提高了系统可靠性，加上处理器采用单片机技术，调试简单、快速、准确，功能齐全，具有多级密码、多重模式，是现代多功能剧场优先配置的设备。





总之，剧院的音频系统设计，要体现处“满足多功能用途、科学合理、运行可靠”的设计理念。