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长混响和扩声系统解决方案
% m# v7 @/ R9 y/ C7 z
6 e2 S8 Y5 B# q t5 ` \- m- V 1. 较长混响时间的声学环境
0 A8 c- c8 C. t- |) A8 A3 ^大型会堂、会展中心、教堂和体育场馆等大容积场所，其声学环境常常表现为混响时间较长的特点。混响时间过长会造成语言清晰度、音乐明晰度明显下降，因而带来听闻困难。
6 ~' V- B. x7 N/ `1 k. ]以体育场为例，一个可容纳近十万个坐席的典型体育场，空场混响时间在5s左右，满场带观众时的混响时间也会有3s左右。显然，要使观众坐席具有良好的听闻条件，这对扩声系统设计与系统配置提出了新的挑战。
) Y# @0 y) Y& P* V9 `. s2. 采用电声系统弥补或改善听闻的基本途径+ N# _3 r7 ]& @# x4 }
在大容积混响时间长的声学环境下，采用电声系统弥补或改善听闻的方法主要是加强扩声的直达声能量（扩声主要是提供直达声）。最直接和有效的办法是采用具有较高Q值（指向性因数）的扬声器系统（或音箱），它可以将扩声的直达声送得更远。
/ \& Z5 C# a2 y8 I下面举例计算扬声器指向性因数Q与混响半径Dc的数值：1 }, p2 V! [: G7 Q% o0 @
(1)扬声器指向性因数Q: `) Y3 q) u3 L$ z/ K2 W+ }
H——扬声器水平角度；
C4 K+ w q7 _- \, }% G, E7 h V——扬声器垂直角度。: L3 F, ^/ k3 a7 `' P% ]9 t# n
(2)混响时间公式——Eyring（伊林）
0 m. b+ |6 |. v1 E! t T60——混响时间，s；
( o& E+ Y8 X( e0 M3 e ā——平均吸声系数；# E9 S$ @ z, I1 Y V9 u G- M u
V——观众厅容积，m3；
+ m- q! G& C! q S——观众厅总表面积，m2。
& E8 K, }9 E5 m. ? (3)房间常数+ D4 ]6 n4 F" k! ~; r
R——房间常数，m2； D! u X1 d) T6 G# A1 ~6 O
S——观众厅总表面积，m2；
% n6 _' U) x8 T6 n/ @& ~1 T ā——平均吸声系数。4 e. C2 N; ?# `, k
(4)混响半径
3 g9 R* [) C( p Dc——混响半径，m；2 L7 p4 n$ Y" @; u) w# u
Q——扬声器指向性因数；
: L, p {) {: n4 u6 \ e R——房间常数，m2。
. P3 _- T |, ]5 d+ x6 L 混响半径，亦称临界距离。在离开声源一定距离之后，混响声能密度逐渐加强，直达声与混响声能密度（或声压级）相等之处的距离即混响半径。
8 B1 I' C& ]1 g b t* } }
6 g$ \! n1 S. J. w) {表1 Q值与DC对应值 G1 b) t3 I# |$ J4 f
v |7 W, K2 p2 @" H9 f8 H2 W* t) I- s: U$ W
6 o* |, K% r+ D; H, {1 t2 G
图中的合成曲线是直达声和混响声两条直线的渐进线，它代表了声音在室内传播即声压级随距离变化的实际情况。( q$ {# ~, r, Z
* S/ I6 W# | _) T
图1 归一化曲线" m* `- G C* ]" c5 b
5 m9 w0 F0 ~+ F7 A
图2 不同房间常数声音在室内传播的展示+ E: v8 G' ^8 t9 I& ~
这里以一个大型的体育馆为例进行计算：
4 c3 E( }# k4 F4 A; V1 Q* u5 }9 f 体育馆的容积V=168，000m3;室内总面积S = 37，5 00 m3；混响时间T60=2.5s。$ H" o1 {& Q. s1 r$ y
将这些数据带入上面的公式进行计算，近似结果如下：% N r8 N+ L8 p' F
平均吸声系数ā= 0.25;房间常数R= 12,5009 m& w; C8 n* H' I
从以上计算结果可以看出，当房间常数为一定值时，扬声器的指向性因数Q越大（即指向性角度越小），混响半径也就越大，所以扩声的直达声就能送得更远，有利于提高语言清晰度。/ O" u" g$ N' X+ `, U
例如，美国BOSE公司的LT3202Ⅱ型中高频扬声器系统，有人把它称作“长冲程”音箱。所谓“长冲程”，就是可以把扩声的信号送得更远。从原理上讲，主要是它的指向性角度小（水平270，垂直200），即扬声器指向性因数Q值高(Q=78)。从典型的计算中可以看出，它要比通常的600×400号筒的混响半径Dc大一倍。9 `$ E6 [1 Q: `) ^+ T& v6 e" [9 K
梵蒂冈罗马大教堂就采用线形声柱分散式扩声来解决混淆时间长所带来的听闻困难。其使用的线形声柱为德国扬声器厂家DURAN-AUDIO生产的1608型。8 L0 A% O. Z$ O8 m" f2 S
DURAN-AUDIO主要从事专业级带有功率驱动的扬声器系统和相关的数字信号处理设备的研发生产，采用DDC( Digital Directivity Contral)来解决室内（如教堂、机场等场所）长混响时间和室外大面积、远距离的扩声问题具有一定的经验和技术优势。
( i9 B7 l* K8 |8 u. ^0 J1 608型线形声柱主要技术参数如表2所示。
) n. B; q) L/ h- B表2 1608型线型声柱技术参数& h( D* J( }. U
$ g. P. }* Y. |+ ]8 w# P3 扩声声场控制
( p* l9 E( g( J" L# d' s 扩声声场控制是扩声系统设计的根本。
5 r! B' N& p/ O' J) [" \扩声属于应用声学的范畴，无论是室内还是室外扩声都不能脱离使用扩声所处的声学环境（或声场），扩声的最终效果是建声与电声综合效果的体现。扩声系统设计的基本问题是声学问题，它是在建声的基础上完成扩声声场的分析与计算。扩声系统设计首先应从扩声声场人手，亦即扬声器系统的布局（空间位置）、产品选择（含组合）以及馈给的功率等，通过对多种方案反复比较与分析，得出扩声系统声学特性的相关数据。在此基础上，最后完成扩声系统的构成和设备（或器材）的配置。
1 `' ]6 ^! O6 E* T" P无论是室内或是室外扩声，其扩声声场都或多或少存在声干涉现象。扩声声场声干涉现象的存在，会影响到扩声的语言清晰度和音乐的明晰度，有损于扩声重放的音质效果。现代扩声设计已不再“满足”于一般意义上的扩声声压级和声场不均匀度，而十分注重扩声声场的声干涉问题，在设计中力图把声干涉降低到最小，这是现代扩声设计的重点。
) ~( a B1 ~7 P& W在扩声系统的设计中经常遇到使用延时器的情况，这里加延时的作用主要是为了修正来自不同音箱声音的“时差”，以取得声像的一致。但是，它并不能补偿来自不同音箱声音的声干涉。理论上声场内某一点，可以通过延时的方法经仔细调整，来“修补”该点由于声干涉所带来的梳状滤波效应以改善听闻。但是，当偏离此点很小一段距离（与波长可比时）梳状滤波效应会依然存在。这说明用延时来“修正”扩声声场其作用是有限的。 |
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发表于 2007-9-12 18:03:50
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发表于 2007-9-12 18:05:28
