第4章室外擴聲系統我們從分析簡單的室外擴聲系統入手來研究擴聲系統。第一節室外擴聲系統的質量要求室外擴聲的基本要求與一般擴聲要求相同，即能正確、清晰地傳播聲音信息。一個簡單的室外擴聲系統如下圖所示。室外擴聲系統可以看成是沒有反射的，它近似于自由空間。因此聲壓級將按平方反比定律衰減，不考慮反射聲及混響聲，即距離每增加1倍，聲壓下降6dB。自由聲場聲音的衰減距離平方反比：

衰減量（dB）＝10lg(Dl／D2)2=20lg(Dl／D2)圖6.2所示即聲壓級增量隨距離比衰減的簡明表，使用圖6.2可以很方便讀出不同距離的衰減值。對于室外擴聲，當聲源與地面保持適當距離時，可由圖6.2按平方反比定律計算。當聲源與地面距離較近時，由于地面是不規則的，當距離增加1倍，不會正好衰減6dB。換句話說，只要不存在大的反射面和吸聲面，室外可適用平方反比衰減定律。聲反饋引起的嘯叫問題擴聲系統的基本組成包括講話者、話筒、揚聲器和收聽者。此系統的示意圖如圖6.3所示，虛線代表系統的聲學反饋路線，當系統工作時，放大器的增益大到一定程度會使系統出現嘯叫。當電聲信號的通道增益等于1，揚聲器在傳聲器處產生的聲音與原信號相位一致時，這種嘯叫就會持續下去。無論如何嘯叫都是令人不愉快和難以容忍的，因此對所有節目信號的正常擴聲，為防止反饋，在達到發生嘯叫的增益之前應留有6dB～10dB的安全余量。第二節擴聲增益的概念擴聲增益定義為：聽音區域內一聽眾在系統工作時所收聽到的聲壓級與放聲系統不工作時所聽到的講話者聲壓級的增量，寫成公式為擴聲增益=LON-LOFF式中，LON為系統打開時聽眾處的聲壓級；LOFF為系統關閉時聽眾處的聲壓級。擴聲增益的計算

假設揚聲器和傳聲器均是無方向性的，主軸聲壓級比DI=0dB，指向性因素Q=1，傳聲器處（1m）產生的聲壓級為70dB，去掉反平方損失，則在聽音人處的聲壓級將為：70dB-20log(7／1)=70-17=53(dB)現在打開擴聲系統，調整到反饋正好開始就不再提高放聲系統的增益。當揚聲器沿D1途徑在傳聲器處產生相當于講話者聲壓級，即70dB，就屬于這種情況。揚聲器在傳聲器處產生70dB聲壓級，則在聽眾處產生的聲壓級為

70－20log(6／4)=70-3.5=66.5(dB)不考慮安全余量，該系統可能產生的最大增益是66.5–53=13.5(dB)重新列出方程式：最大增益=70-20log(D2／D1)-[70-20log(Do／Ds)]=20logDo-20logDs+20logDl-20logD2式中，D0為傳聲器與收聽者距離；D1為揚聲器與傳聲器距離；D2為揚聲器與收聽者距離；Ds為講話者與傳聲器距離。再考慮6dB的安全系數，則

最大增益

=20logDo-20logDs+20logDl-20logD2-6

這種形式的最大增益公式說明：

(1)最大增益與講話者聲壓級無關；

(2)Ds減小，則增益增大；

(3)Do增大，則增益增大。第三節指向性對系統最大增益的影響我們仍然分析上面的例子，這時若揚聲器的指向性圖如圖下所示。由圖揚聲器指向性圖可以看出，沿著D1方向傳到傳聲器的聲音比無指向性揚聲器減少6dB，使系統的潛在聲增益增加。傳聲器的指向性對系統最大增益的影響上述分析同樣適用于指向性傳聲器，如圖所示，傳聲器6dB下降軸對準揚聲器，在這種情況下不難看出系統的潛在聲增益增加6dB。如果同時使用指向性傳聲器和指向性揚聲器，就能更進一步增大系統潛在聲增益。過分依賴揚聲器和傳聲器的指向性來提高系統的增益是不明智的。大部分設計師只期望從使用指向性器件中獲得不高于6dB的增益，這是因為不論傳聲器或者揚聲器，它們的指向性是隨頻率變化的，大部分指向性揚聲器在低頻時表現為無指向性。若想加大增益，最直接的方法還是減少Ds或加大D1。以上所述都是一只傳聲器的情況，有時會有若干只獨立的傳聲器，它們對增益的影響必須仔細考慮。兩只相同的傳聲器時擴聲增益在使用兩只相同的傳聲器時，系統增益會衰減，從理論上講，傳聲器數增加1倍，衰減為3dB。由此可知，在有若干個獨立傳聲器時，潛在聲增益(PAG)為下式：

PAG=20logDl+20logDo-20logD2-20logDs-6-10logN式中，N為傳聲器數量。圖6.9是10logN的值的直讀尺，用它可直接查出dB值。第四節傳聲增益的計算一個給定的擴聲系統的增益，可能比實際需要的大，我們最好能預先確定出所需的最大增益，這正是設計的任務。設計一個最佳系統，一種方法是指定一等效或有效聲學距離(EAD)，如圖6.10所示。有效聲學距離可以看成是由于擴聲系統的存在，其作用相當于講話者向聆聽者靠近了的距離。有效聲學距離比如，在安靜環境中，可以認為談話者與聆聽者距離為3m左右時可以滿足聽音要求。可以簡單認為，對于遠處的聽音人而言，擴聲系統產生的響度和3m處的講話人響度相當。就是相當于放聲系統對位于Do處的聽眾所產生的響度級。達到這一要求的必要增益可以由平方反比規律計算出：必要聲增益=20logDo-20logEAD在前面的例子中，若Do=7m，EAD=3m，則必要聲增益=20log7-20log3=17-9.5=7.5dB上面的例子中，假設揚聲器和傳聲器都是無方向性的，我們希望的最大增益為最大增益=20log7-20log1+20log4-20log6-6=17-0+12-15.5-6=7.5(dB)有效聲學距離由此看到，需要的增益和最大增益都是7.5dB，所以該系統可以使用。如果為一個要求較短EAD的噪聲環境選定一擴聲系統，那么該系統就不具有足夠的增益了。假如有效聲學距離為EAD=1.5m，這種情況下的所需增益：20log7-20log1.5=17-3.5=13.5(dB)13.5-7.5=6(dB)，說明由于EAD由3m減至1.5m，所需增益加大6dB。為此可以使用指向性揚聲器和指向性傳聲器，產生所需要的6dB增益。更簡單的辦法是將Ds由1m減至0.5m，則20log0.5=-6dB，亦相當于增加6dB的增益。等效聲距離的取值一般情況下，對于室外系統，當講話者的峰值比周圍噪聲的A計權聲級高出大約25dB時就有良好的清晰度。一般談話在1m處需要產生60dB～65dB的聲壓級。因此在50dB的噪聲環境中，我們講話峰值只有達到75dB～80dB才能聽得清楚，這需要將有效聲距離EAD縮短。我們知道：

1m處的講話者需要聲壓級=65dB；0.5m處的講話者需要聲壓級=71dB；0.25m處的講話者需要聲壓級=77dB。等效聲距離不是一個計算值，而是一個經驗值，如表6.1所列。計算所需的聲增益在這些條件要求下，我們再來研究對室外系統的要求。首先計算所需的聲增益：所需聲增益=20LgD0-20LgEAD=20Lg7-20Lg(0.25)=17+12=29(dB)前面已經計算過，除了6dB的安全系數只具有7.5dB的最大增益。如果使用指向性揚聲器和指向性傳聲器可增大約6dB的增益，最大增益總共為13dB，這比我們所需要的增益還差16dB。解決這個問題的辦法之一是采用一個手持傳聲器，減少Ds以增加16dB的增益，此Ds可按下式計算：16=20Lg(1／X)16／20=Log(1／X)．

100.8=1／XX=1／100.8=0.16m手持傳聲器提高了增益，但是講話者難以長時間維持這個固定距離。為此只有將傳聲器固定到講話者身上，如采用頭戴式等方法。第五節功率的確定對于一個擴聲系統而言，由它所需聲壓級可以推算所需的功率級，由功率級可以推算出系統的規模，并最終推算出系統的造價。效率較高的揚聲器，可以降低工程造價，良好的設計亦可以降低工程造價。例如環境聲為75dB，要有足夠的清晰度，聲壓級要比周圍噪聲高出25dB，這樣聆聽者位置所要求的聲壓級(SPL)就要達到100dB。再假定聆聽者與揚聲器距離為30m，根據前述平方反比定律，揚聲器1m處的聲壓級與30m處聲壓級之差為

L(dB)=20log(30／1)=29.5(dB)選取揚聲器的靈敏度為110dB／m·W，轉換成30m處聆聽者的聲壓級為110dB一29.5dB=80.5dB／1W·30m而聆聽者處要求的為100dB，兩者相差：

100dB（希望的聲壓級）-80.5dB（1w輸入的聲壓級）=19.5dB（必要的聲壓級）所要求的揚聲器輸入功率：

19.5dB=10logP／1P＝89W因此，使用110dB／m·w的揚聲器要在30m處產生100dB，則揚聲器要求輸入89W高保真揚聲器不能用到擴聲系統中如果采用的揚聲器不是高靈敏度的擴聲用揚聲器，而是一般高保真揚聲器，揚聲器的靈敏度為89dB，此時距30m的聲壓級為