擴聲基礎知識與系統操作

（一）上海邦建電子工程有限公司廣州威聯音視技術有限公司（內部培訓教材）李力天第一頁，共66頁。一、諸論音響技術涉及的面越來越廣，其包括：電聲技術、樂器聲學、建筑聲學、生理聲學、心理聲學、音樂素養、電子技術、計算機技術等等。第二頁，共66頁。當你度量你所述的事務，而能用數字來表達它，你對這事物已有些知識。但如果你不能用數字來表達它，則你的知識仍然是簡陋的和不圓滿的；對任何事物而言，這可能是知識的始源，但你的意念還未達到科學的境界。具有數學和物理學的知識是實質上了解音響工程學的心要條件。對這兩種科學的認識越深，越能使你跨越從感覺所得的意念，而達到用科學來印證事實。第三頁，共66頁。舉例(1)有二個音箱A：400WRMS：B：200WRMSA、B的失真相同A比B好(2)有兩臺功放A：失真率0.05%(20Hz~20KHz)B：失真率0.025%(DC~50KHz)B比A好

(3)功放的輸入靈敏度旋鈕開在12點或3點鐘位置能保護揚聲器(4)低音音箱附近有障礙物如桌子、椅子、柱子等使低音出不來(5)在播放CD時，系統不用均衡器，能保證更高的保真度，來表現錄音師的創作意圖。第四頁，共66頁。舉例(6)設計時選用音箱的功率應遵循：A：根據房間的面積來確定功率即？W/平方米B：根據房間的體積來確定功率即？W/立方米

(7)人的聽覺范圍雖然在20Hz~20KHz，但可以用皮膚來感覺聲音A：用皮膚來聽高音B：用皮膚來聽低音B對

(8)用電容話筒容易出現反饋，是因為采用電容話筒和動圈話筒相比————會降低擴聲系統的傳聲增益。(9)房間混響太大，最好的解決辦法就是鋪地毯和貼墻氈，因為地毯和墻氈是很好的吸音材料，這樣才能———————有效減少反射，縮短混響時間。第五頁，共66頁。著名的音響家占士摩亞曾經說過：“在音響學中，任何表面看來很明顯的事情，通常都是錯誤的。”第六頁，共66頁。在實際生活中我們知道：一條鎖鏈最強也不會強過它最弱的一環，音響鎖鏈也符合這一自然規律。作為一個音響操作員應該了解他掌握的鎖鏈中每一個環節，即每一器材的弱點和它的應用范圍與技術指標。否則，就會產生失真甚至破壞器材。音響鎖鏈第七頁，共66頁。二、擴聲系統及其作用擴聲系統的特點：聲源和設備終端的揚聲器處于同一局限的聲場中，因此擴聲系統是有反饋的系統。擴聲系統包括：1、聲源至傳聲器所處的聲學環境；2、傳聲器至揚聲器的擴聲設備；3、揚聲器和聽眾區的聲學環境(即聲場)三個部分。擴聲系統的作用：1、增強聽眾區域聲音的響度2、改善廳堂音質3、完成音色的美化或加工、情節氣氛的渲染第八頁，共66頁。三、對擴聲系統的要求聽眾區的直達聲要有合適的響度語言：平均在70dB－80dB左右音樂：平均在80dB－95dB左右搖滾樂、流行音樂：95dB－105dB以上一般應比背景噪聲大10dB－25dB以上系統應有良好的穩定性一般取典型值為6dB以上聲音要有良好的自然度（真實感）1、聲像的一致性2、聲音信號的真實重放自然聲和擴聲的巧妙結合第九頁，共66頁。對擴聲系統聲音真實重放的要求第十頁，共66頁。預備知識要了解擴聲系統的設備和正確的操作方法，就必須掌握一些基礎知識dB的意義波長聲音的三要素關于人耳的聽覺特性第十一頁，共66頁。dB(分貝）（1）、dBm在600Ω電阻上消耗0.001W功率，電阻兩端的電壓為0.775V稱為標準錄音室參考電平，在器材上標出0dBm則為0.775V，要注意只有跨接在600Ω的線路上測量才是0dBm。（2）、dBV是以1V為參考電平，不考慮阻抗為多大，在器材上標出0dB則為1V。使用dB的優越性在于使很大的數值縮小，又使很小的數值擴張耳朵和對數的關系第十二頁，共66頁。dB(分貝）電壓比功率比dBdBmdBVV0.320.1-100.710.5-311001V1.412+324+6+62V2.88+93.1610+10416+12+124V5.632+15864+18+188V10100+2031.621000+30第十三頁，共66頁。dB(分貝）的快速簡易計算已知：揚聲器的靈敏度是100dBspl（1m.1W）問：想要得到114dBspl的聲壓，揚聲器要從功放獲得多大的功率？第十四頁，共66頁。c（聲速）f（頻率）波長λ=————聲波傳播的特點聲音是以聲波的形式進行傳遞和存在的。聲波是一種機械波，具有縱波一般的波動特性，例如，反射、折射、繞射、干涉等。關于聲速c的定義1、海平面，21攝氏度，c=344m/s2、海平面，15攝氏度，c=340m/s第十五頁，共66頁。聲音的三要素聲音是客觀存在的，而人耳的聽覺是一種主觀感覺，兩者之間既有著密切的聯系，又存在一定的區別。人的聽覺是一個復雜的物理—生理—心理過程，常用音量（響度）、音調、音色三種量來描述，這三種量是人對聲音的主觀感覺的要素。（1）音量（幅度）（2）音調（頻率）（3）音色（泛音成分）第十六頁，共66頁。我們的聽覺特性人耳不但有很大的響度動態范圍，而且還是一個很完美的分析儀，它有判斷響度、音調、音色的本領，還具有極強的選擇性，可以把聽力集中在想聽的聲音上。音響的最后結果是給人耳聽的，我們應該了解一下自己的耳朵。世界上還沒有任何一種物理儀器，能有耳朵那樣的驚人的特性。第十七頁，共66頁。聽覺的方位感

雙耳效應

人們是用兩只耳朵同時聽聲音的，當某一聲源至兩只耳朵的距離不同時，此時兩只耳朵雖然聽到的是同一聲波，但卻存在著

1、時間差（相位差）

2、強度差（聲級差）

它們成為聽覺系統判斷聲源方向的重要客觀依據。由于不同方向上的聲源到達兩耳處的聲波狀態的不同，造成了聽覺的方位感和深度感。從而使人能由此判斷聲源的方向位置。第十八頁，共66頁。聽覺判斷聲音的方向性第十九頁，共66頁。人的聽覺的范圍教科書上都說人的聽覺范圍在20Hz～20KHz，也稱為“聲域”。高頻低頻用身體聽聲音第二十頁，共66頁。注意保護我們寶貴的耳朵第二十一頁，共66頁。對聽覺保護的相關法律（美國）聲壓級dBspl工作時間90dB8小時95dB4小時100dB2小時105dB1小時110dB30分鐘115dB15分鐘第二十二頁，共66頁。人耳的隱蔽效應

一個較弱聲音的聽覺感受被另一個較強的聲音所影響的現象，稱為人耳的“隱蔽效應”。第二十三頁，共66頁。等響度曲線第二十四頁，共66頁。頭頂空間的概念Headroom=頭頂空間（動態余量）失真：1、波形（示波器）2、頻譜（頻譜儀）3、聲音（耳朵）第二十五頁，共66頁。聲場的概念近聲場：聽音位置到揚聲器的距離短于聲音波長的2.5倍（S≤2.5λ)遠聲場：聽音位置到揚聲器的距離大于聲音波長的2.5倍（S≥2.5λ)第二十六頁，共66頁。不同頻率聲波的衰減第二十七頁，共66頁。四、擴聲系統中的主要設備功率放大器分頻器揚聲器（喇叭）頻率均衡器壓縮/限幅器擴張/噪聲門激勵器混響器/延時器調音臺傳聲器（話筒）第二十八頁，共66頁。功率放大器1、基本結構與特點，專業功放是一個純后級放大器。（1）有很好的頻響（功率帶寬）（2）十分低的諧波失真（THD）和互調失真（IM）（3）較靈活的輸入靈敏度開關（4）精密的峰值指示和特殊指示如超溫，壓縮、瞬時電平等（5）良好的散熱系統（6）完善的保護系統如短路、超溫、過荷、喇叭保護等第二十九頁，共66頁。功率放大器2、功率放大器的技術特性（1）功率額定值如功率、阻抗、頻率特性、失真率；（2）失真度（諧波失真和互調失真）小信號時的失真和在額定功率進的失真；（3）頻率響應一般標出20Hz~20KHz±dB；（4）信噪比（S/N）表示設備本身的輸出噪聲是輸出信號的百分之比，即額定輸出時的信號大小與輸入端短路進的噪聲大小之比，用dB表示一般在90dB以上；（5）阻尼系統數(DF)DF＝揚聲器的阻抗/功放的輸出阻抗一般專業功放都>100,在使用時最低不應<20;當采用又細又長的線作為音箱線時,就會將系統的阻尼系數降低;（6）輸入靈敏度表示為得到的額定輸出功率需要輸入的最小信號電壓,通常用V或dBV來表示；（7）轉換速率（SR）它描述了放大器在大信號時的響應能力。即輸出電壓對輸入電壓的追隨能力。與“幅度過載”一樣，功放也可能出現“頻率過載”。因而SR是衡量放大器的一個重要參數，也必須留有一定的余量。余量典型值可取50V/μs。第三十頁，共66頁。功率放大器與揚聲器的配接按照功率的配接按照阻抗的配接第三十一頁，共66頁。功率放大器的橋式接法按照功率的配接按照阻抗的配接第三十二頁，共66頁。分頻器分類無源分頻（被動分頻）有源分頻（電子分頻）使用電子分頻器的優點功放到揚聲器之間無其它器件，能減少損耗；將頻率分配，避免互相失真，功率分配避免限幅失真；分頻點變化率大，可達到-18dB/OCT至-24dB/OCT能減少干擾，提高擴聲質量；保護高音揚聲器。分頻頻率點的選擇：第三十三頁，共66頁。分頻器曲線無源分頻（被動分頻）分頻變化率6dB/OCT有源分頻（電子分頻）分頻變化率18dB/OCT以上第三十四頁，共66頁。揚聲器系統(音箱)揚聲器系統的分類按結構分類：密閉式、倒相式、號角式、陣列式、矩陣式按用途分類：主擴聲、監聽、返送、會議音箱由揚聲器單元、箱體或號角、分頻網絡組成。單元一般是電動式，高頻也有用壓電式。第三十五頁，共66頁。揚聲器系統的技術特性（1）頻率范圍：有的廠家為-3dB時，有的條件為-10dB甚至-20dB（2）額定功率（標稱功率、不失真功率）：是揚聲器的正常工作功率，用W或VA來表示（3）最大功率（峰值功率、設計功率）：是揚聲器系統在短時間內所能承受的峰值功率，其一般是額定功率的4倍（4）特性靈敏度：它的定義是輸入1瓦的粉紅噪聲信號，在參考軸上1米處所產生的聲壓級，以dBspl（1m.1w）表示，靈敏度越大，從電轉換成聲的效率越高第三十六頁，共66頁。揚聲器系統的技術特性（5）阻抗：它由三種成分組成。A.直流成分，與頻率無關。B.線圈感抗部分，頻率越高，感抗越高。C.反電勢部分，也是頻率的函數。也就是不同的頻率，阻抗不同；（6）指向特性。它是指揚聲器系統向空間各方向發生的聲壓分布狀況，一般用方向圖來表示，它與頻率有關。第三十七頁，共66頁。恒指向性揚聲器系統恒指向性揚聲器1974年問世，是在較寬的頻率范圍內（2Khz~18Khz）,其指向性都是較均勻的，只是輻射角邊緣比主軸上的聲壓級降低6dB第三十八頁，共66頁。揚聲器系統距離增加一倍聲壓級降低6dB第三十九頁，共66頁。揚聲器系統的布置應該保證聽眾區聲場的均勻。充分利用揚聲器的指向特性，把聲音只輻射到需要的地方；在聲像一致性上應較自然。利用人耳辨別聲音方向的能力在垂直方向不如水平方向靈敏。和使用延時器，利用哈斯效應將偏離自然聲源方向的揚聲器系統的聲音延遲20ms左右；避免由于與傳聲器發生反饋和揚聲器系統之間的相位問題使總傳聲增益降低。如果反相，或因為后墻，地面反射而形成的反相都屬于相位問題。第四十頁，共66頁。揚聲器系統的選擇按用途音樂擴聲、會議擴聲、輔助擴聲、監聽、公共廣播、特殊環境按安裝方式懸吊、掛壁、吸頂第四十一頁，共66頁。音箱的高、中、低頻段的劃分低頻（球形波）λ/4≥音箱對角線中頻（半球形）φ/2≤λ/4≤音箱對角線高頻（錐形波）λ/4≤φ/2第四十二頁，共66頁。頻率均衡器（EQ）頻率均衡器的作用作為擴聲系統的總均衡，改善廳堂的頻率傳輸特性。即保證聲場的頻率均衡。改變音質。通過均衡器將所需的頻率成分的信號電平增加，將不需要的頻率的信號電平減少或切除。抑制擴聲中的聲反饋。由于建筑聲學的缺陷和擴聲設備的性能帶來某些頻率上出現自激震蕩，可用1/3倍頻程均衡器來抑制而又不影響音質。第四十三頁，共66頁。頻率均衡器的種類圖示頻率均衡器參數頻率均衡器第四十四頁，共66頁。頻率均衡器的調整房間均衡器的調整，作為整個系統的總均衡，應采用1/3倍頻程的均衡器，才能保證聲場整段頻率的均衡，而系統總均衡的調整應用儀器調定，在內部裝修不變，音箱位置不變，功放和揚聲器數量和型號不變的情況下，均衡器一經調定就應該封好，不得隨意調動。舞臺返送系統均衡器的調整，均衡器用來防止聲反饋時，更應采用1/3倍頻程均衡器。由于人耳聽覺的生理特性，在使用1/3倍頻程EQ降低寬帶反饋點增益時，人耳的頻率響應將聽不來，這不但可以防止聲反饋，而且也不會過分地改變聲色。會議系統防反饋均衡器的調整，與舞臺返送系統均衡器的調整類似。第四十五頁，共66頁。1/3倍頻程均衡器與聽覺的關系第四十六頁，共66頁。1/3倍頻程均衡器與聽覺的關系第四十七頁，共66頁。1/3倍頻程均衡器與聽覺的關系第四十八頁，共66頁。壓縮器/限幅器壓縮器的特性1、壓縮門限（閾值）常在0dB附近可調；2、壓縮比常見1.5:1、2:1、3:1、4:1、8:1、∞:1；3、啟動時間信號超過門限時是壓縮器起作用所需的時間；4、恢復時間信號低于門限時使壓縮器恢復到閾前正常的增益所需的時間；第四十九頁，共66頁。壓縮器/限幅器壓縮器的特性圖第五十頁，共66頁。壓縮器/限幅器的連接和調整1、2是壓縮器的靜態特性，一般可連續調整，應根據不同的節目源和不同設備而異。3、4是壓縮器的動態特性，不同的節目源和不同的樂器有異的參數，其可以連續調整，一般宜采用短啟動時間和長恢復時間。這樣，失真較小，減少抽氣或喘息效應，使被處理的信號更接近原始音源。當壓縮比大于20：1時，就變為一臺限制器，有的壓縮器另設有限制門限調整。壓縮器/限幅器應串接在回路中使用。第五十一頁，共66頁。聽感激勵器激勵器的特性激勵器從物理上分析，就是一臺失真產生器（或叫高次諧波發生器），它用原來的音頻信號激勵產生出原音沒有的高次諧波，使人們在音色上感覺有變化來達到其目的。根據激勵要求采用并或串均可，但要獲得好的聲音就要花一定的工夫。激勵器的連接：當作為某個音源（樂器、放音設備）激勵時應串接在該通道中，當作為人聲激勵時，為了演出便于控制，就可考慮并接。第五十二頁，共66頁?；祉懫骰祉懫鞯奶匦匝訒rDELAY回聲ECHO混響REVERB混響器的連接：為了演出便于控制，應并接。第五十三頁，共66頁。延時器系統延時器的特性依據哈斯效應，做輔助揚聲器的系統延時，使得聽覺上的“聲像一致”。作為電視臺、廣播電臺的信號延時播出，防止意外播出事故。延時器的連接：作為系統延時，應串接。第五十四頁，共66頁。調音臺調音臺是擴聲系統的控制中心，是演出過程中操縱最頻繁的設備。在舞臺演出聲音各部分比例關系的調整，對聲樂、器樂音色的美化與加工均通過調音臺來完成。第五十五頁，共66頁。調音臺的結構輸入組件。由前置放大器、均衡器、開關矩陣、輸入信號接出與控制等組成。輸出組件。由編組輸出母線、混合輸出母線、輔助輸出母線與各母線上的電平控制和輔助信號的返回控制等組成。監聽組件。各輸入、輸出組件中的PFL預聽信號控制。電源系統。包括各組件的供電和幻象供電系統。指示系統。包括VU表，LED指示。VU表指示響度（音量），他與聽眾主觀響度感覺較一致，但有一定的惰性，不能響應短時出現的峰值。從-20VU上升到0VU需要300ms時間。峰值指示現常用LED，用LED能顯示出1~10ms內出現的峰值信號，也有調音臺將二者“合二為一”?，F場擴聲，最好使用LED發光排（也稱竹節燈）來監視信號電平，因這樣保證視覺較寬，方面觀察。其他附屬專用部分。包括機內混響、延時、照明系統、對講系統等。第五十六頁，共66頁。話筒傳聲器的分類按換能原理分：A.電動式。動圈切割磁力線，將聲能轉換為電能；B.電容式。聲壓改變電容量，將電勢能轉換為電能。按作用原理分：A.壓強式。聲波只作用在振膜的一面，也就是無指向性；B。壓差式。振膜兩面都受聲波壓力的作用，受聲壓之差的控制，帶有特定的指向特性。按使用范圍特點分：近講式、歌唱用、講話用、樂器用等等。按指向特性分：Ο無方向，8字形，心形，超心形，超指向。第五十七頁，共66頁。話筒傳聲器的主要技術特性靈敏度。表示電聲轉換效率，在一定聲壓作用下，輸出端電壓值。頻率響應。指向特性。用極座標的方向圖描述。輸出阻抗。指交流內阻，以Ω為單位。最高允許聲壓。強聲壓作用下傳感器會產生非線性畸變，畸變達到允許值時的聲壓級稱為最高允許聲壓。信噪比等效噪聲。傳感器所能接收的最低聲級。第