音響擴聲學問專業(yè)音響擴聲學問一、擴聲系統(tǒng)的電聲設計擴聲設計的指標依據(jù)聲場的建筑環(huán)境，節(jié)目類型及音源動態(tài)要求，現(xiàn)行的多功能廳，報告廳、會議室等，都依據(jù)《廳堂擴聲系統(tǒng)聲學特性指標》GYJ25-86的語言兼音樂擴聲一級指標設計，設計的指標如下：最大聲壓級〔空場穩(wěn)態(tài)，準峰值〕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〔擴聲系統(tǒng)〕專業(yè)術語的解釋由于電子技術的進展，擴聲系統(tǒng)中電子設備的頻率響應和相位響應處理技術已經(jīng)到達很高的水平，影響擴聲系統(tǒng)復原性能的主要瓶頸是換能器〔揚聲器〕的失真，因此揚聲器是打算擴聲系統(tǒng)設計指標和品質(zhì)因素的重點，換言之，擴聲系統(tǒng)的預期指標與揚聲器的規(guī)格參數(shù)息息相關。頻響范圍：頻響范圍由頻率范圍與頻率響應組成：頻率范圍指電子設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)關系〔頻率響應圖〕。上圖60Hz～20KHz@-3dB；頻率響應指將一個恒壓輸出的音頻信號與系統(tǒng)相連接時，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,頻率的相關變化關系稱為頻率響應，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)劣的一個重要指標，它與音箱的性價有著直接的關系，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選擇音箱時應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，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：聲壓與基準聲壓的比值以10為2，通常以分貝〔dB〕為單位，基準聲壓必需指明。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、負載阻抗、以及可承受的失真電平有關。為了制定功率的測試標準，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%的長時間測試標準，一種是使用“單音短脈沖觸發(fā)”的方法在以下頻率進行：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，在這種標準下測試的功率稱為“最大平均功率”，以其他方式標稱的功率都視為非標。下面以ASHLYFTX2023功放的參數(shù)進展說明：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系：負載阻抗越小，功放輸出功率越大，失真越高。負載阻抗越高，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。目前已經(jīng)有很多組織制定了音箱功率的測試標準，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〔美國國家標準協(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，每倍頻程10點的頻寬，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，測試時間連續(xù)1小時以上，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，測試時間約1秒，3dB〔2〕峰值或瞬時功率：帶音樂特色的測試信號源，測試時間約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，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點，在遠處觀測時，類似從該點發(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系。通過理論和實踐證明，聲場的最大聲壓級與音箱上述的幾個主要指標存在以下的關系：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展放大，對各種不同的音源進展阻抗匹配、相應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，根本技術規(guī)格的指標應到達如下的參數(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：-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，以及揚聲器頻率響應特性不均勻等緣由，會導致消滅某些頻率聲音過強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展調(diào)整，達不到精細的頻率均衡。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)整來補償揚聲器和聲場的缺陷，補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，且圖示均衡器構造簡單，直觀明白，在專業(yè)音響中應用格外廣泛。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)出的均衡補償曲線，各個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，每個頻點設有一個推拉電位器，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)在需要精細補償?shù)膱龊舷率褂?。一臺優(yōu)質(zhì)的均衡器，根本技術規(guī)格的指標應到達如下的參數(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：±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、擴聲系統(tǒng)的電聲計算最大功率容量與最大電壓容量的計算公式一：最大電壓容量V=√最大功率W×負載阻抗Ω公式二：最大功率容量W=最大電壓V2×負載阻抗Ω假設一個音箱的最大持續(xù)功率〔AES/ANSI〕和標明的負載阻抗，則可以計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定功放的最大輸出電壓值，對A音箱進展保護，把相關的數(shù)據(jù)套進公式一：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定功放的最大69.28V，才能有效保護A功放電壓增益的計算公式三：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系打算，增益表示為倍數(shù)〔×〕，或者用單位dB表示，假設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，把相關的數(shù)據(jù)套進公式三可以得知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。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，標準的說法應當是：功放的輸出電壓驅(qū)動了音箱的負載阻抗并由此轉(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，二者的相關參數(shù)如下：A功放：FTC550W@8Ω，40倍；A音箱：600WRMS〔AES/ANSI〕，8Ω〔50W〕。計算步驟1：A功放的最大電壓容量計算AV=√550W×8Ω=√4400=66.33V計算步驟2：A功放的輸入靈敏度計算AVV/電壓增益=66.33V/40×=1.65V〔最大輸入限制閥值〕計算結果：A功放在輸入有1.65V時，輸出電壓為66.33V，加在阻抗為8Ω負載上時，相當于產(chǎn)生550W的功率，意味著假設我們想避開過度驅(qū)動A功放，就應避開輸入電壓到達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，A功放會輸出66.33V至音箱〔66.33V=550W@8Ω〕，假設音箱處理器或數(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，二者的相關參數(shù)如下：A功放：FTC550W@8Ω，40倍；A音箱：400WRMS〔AES/ANSI〕，8Ω〔150W〕。計算步驟1：B音箱的最大電壓容量計算BV=√400W×8Ω=√3200=56.56V計算步驟2：A功放的輸入靈敏度計算AVV/電壓增益=56.56V/40×=1.41V〔最大輸入限制閥值〕計算結果：A功放在輸入有1.41V時，輸出電壓為56.56V，加在阻抗為8Ω負載上時，相當于產(chǎn)生400W的功率，意味著假設我們想避開超過音箱的最大承受功率，就應避開功放輸入電壓到達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，當音箱處理器或數(shù)字分頻器輸出1.41V至A功放時，A功放會輸出56.56V至音箱〔56.56V=400W