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剧院音频系统的设计指南

摘自:慧聪音响灯光网|2019-03-15 08:49|作者:慧聪音响灯光网

文章摘要: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...

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。


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