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扩声系统设计


第7章 扩声系统设计
各类音响系统的基本单元是以各种电子线路为基础的 多种音响设备,以及典型的电声器件——拾音器和扬声 器。因此在专业上我们也将音响系统称为电声系统。 扩声系统

现代音响系统

录音制作系统 广播系统

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众所周知,自然声源(如演讲、乐器演奏和演 唱等)发出的声音能量

十分有限,其声压级随传播 距离的增大而迅速衰减。由于环境噪声的影响,使 声源的传播距离减至更短。因此除正规的音乐厅, 歌剧院和话剧院以外,其他公众活动场所都可以用 电声技术进行扩声,将声源信号放大,提高听众区 的声压,保证每位听众能获得适当的声压级。近年 来,随着电子技术、电声技术的快速发展,扩声系 统的音质有了极大的提高,也基本能满足人们对系 统音质越来越高的需求。
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扩声音响系统又称专业音响系统。社会上有一 种误解,认为扩声系统非常简单,只要把话筒(及 其它声源)、调音台、功放和扬声器箱连接在一起 就能组成一项扩声工程。这种错误理解造成许多人 投入了不少资金,可得到的语言扩声效果却是声音 模糊不清,反馈啸叫的干扰使声音无法开大,音乐 重放时音质变调听之无味。

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什么是扩声系统? 扩声系统是声源和听众在同一个时空里的声音增 强的电子系统.这个空间是个大空间,听众听不到直 接来自声源的声音,需要通过增强进行传输。并且 这个过程是实时的,并且在一个共用的空间内。它 区别于有线公共广播系统(声源同听众不在一个空 间)、放声系统(其声源是存储在磁带或唱片中的 节目信号,非实时的)。而且正是由于扬声器和传 声器在同一个时空里,由声信号相耦合而组成一个 闭环系统,由于声音的正反馈,当满足系统不稳定 条件时,系统出现啸叫,并且在临界点附近的传输 会产生失真。
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扩声系统是一项系统工程,涉及电子技术、电声技 术、建声技术和声学艺术等多种学科,同时还须与视频 系统(多媒体投影和摄像系统)、舞台或舞厅灯光系统、 消防广播系统、寻呼广播系统和安保系统等子系统的密 切配合和协调。扩声系统的音响效果不仅与电声系统的 综合性能有关,还与声音的传播环境——建筑声学和现 场调音使用密切相关。正确合理的电声系统设计和调试、 良好的声音传播条件和正确的现场调音技术三者最佳的 配合可以使扩声系统的功能和音响效果最优。

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扩声系统设计的目的 扩声系统作为一个系统问题,在系统设计中必须综 合考虑各种问题。在选择性能良好的电声设备基础上, 通过周密的系统设计、仔细的系统调试和良好的建声条 件,达到悦耳、自然的音响效果。以扩声为例,完整的 系统设计应包括整套音响系统设备、信号传输、音箱的 声场分布 。扩声系统设计的最终目的是要保证声源和 音箱处于同一个声场区域内,使听众能感受到声源的真 实存在,达到高保真重放的扩声要求。

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扩声系统设计的步骤 扩声系统设计通常都从声场开始,然后再向后 推进到功率放大器、声音信号处理设备、调音台、直 至话筒和其它声源。这种逐步向后推进的设计步骤是 十分必然的。因为声场设计是满足系统功能和音响效 果的基础,它涉及扬声器系统的选型、供声方案和信 号途径等。只有确定扬声器系统才能进行功率放大器 驱动功率的计算和驱动信号途径的确定,然后再根据 驱动功率的分配方案进一步确定信号处理方案和调音 台的选型等。

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如何设计声场? 声场设计是扩声系统的基础,涉及系统最终 的音响效果,但也是非常复杂繁琐的工作。由于 计算机技术的飞跃发展,现在可采用相应的声学 软件工具(EASE3.0)进行计算,声场设计过程可 能需要反复多次才能达到要求。 最后,一个好的扩声系统的设计在实际中如何能获 得良好音质效果,精确的安装和调试将是同样重要 的环节。

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扩声系统设计的条件
1 要求有低的背景噪声 噪声过高会造成电扩声系统的清晰度、可懂 度下降,难以使音响系统达到希望的音质, 而提高设备输出功率以提高输出声压级又可 能导致声反馈而使系统无法稳定工作。所以 室内噪声控制问题,必须考虑采用必要的隔 音措施。 2 应具有均匀合理的声压级 室内的声压级按照不同类型的扩声需要达到 一定的值。且不均匀度控制在正负4分贝。 这就要求扩声系统应具有一定足够的输出功 率,并且室内声场应均匀扩散.
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怎样实现一个均匀的声场呢? 首先建筑结构中应该没有明显的缺陷,例如:房间 中不能有太多的立柱,墙壁应避免有圈套的弧形,尤 其是舞台一侧的墙面不能有较大凹结构(当声波撞在 凹形界面时,声音就会产生声聚焦现象。造成声音在 某点上特别的响,室内的声压产生不均匀的现象,严 重的在此区域内无法唱歌,话筒拿到这里就会产生啸 叫。);其次不能在扩声范围内出现较大的声阴影区 (声阴影区是指由于包间内的物体(障碍物)阻隔声 音应该辐射的区域。这个区域内的声压级明显的低于 其他区域,造成声音扩散不均匀的现象 )。

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怎样实现一个均匀的声场呢? 最后就是要合理地布置音响系统,尤其是音箱 的摆位一定要严格要求,最好在设计中能采用某 些音箱厂商提供的电脑设计软件进行声场模拟就 最好,如果没有,就应该再实际调整,直到现场 声场最佳为止。

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3 保证清晰度 扩声系统应保证声音的清晰度和语言的可懂度 4 保证系统能稳定工作 音响系统在达到规定的平均声压级时,保证 不会因为反馈而造成系统啸叫。 5 应具有良好的频率特性和较低的失真度

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扩声系统设计概要

系统设计主要是指室内扩声系统的功率要求, 所需设备的选择和设备与设备之间的连接等。 7.1.1 室内扩声系统的功率要求

扩声系统的输出功率取决于房间的体积、墙壁、 地板、天花板的声学特性,平均噪声电平,系统和 重放节目的频率范围以及扬声器系统的效率等许多 因素。对其进行精确设计是一件相当复杂的工作。 一般用近似公式对功率进行估算。

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用近似公式估算功率 对不同体积的房间,要得到高质量的重放声场, 一般来说,需要有约96dB有效峰值的声压级。

其中:W是以有效峰值声压为单位的发射声功率, V是以立方米为单位的房间体积。 例如:为了在62m3的房间里重放声场达到96dB的有效峰 值声压级,需要约100mW的声功率。如果扬声器系统效 率为1%(一般扬声器系统的效率约为0.2%~1%),为了避 免有效峰值被衰减,则至少需要10W的放大器功率。
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放大器的功率还与扬声器的效率有关,如果扬 声器系统的效率为0.5% ,则需要放大器的功率还 要增加一倍. 此外与希望得到的音响效果有关,如果希望得到 100dB的有效峰值声压级,所需要功率应为上述功 率的2.5倍。

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扬声器系统(音箱)的功率与音质的好坏并没有必然的 联系,其功率大小仅仅决定了声音的大小.因此对于有限 的房间面积而言,音箱的功率适用就好.对于普通家庭用 户的15平米左右的房间来说,音箱的实际输出功率在 15W×2或20W×2就足够了,如果嫌声音不够大,可以 考虑30W×2或50W×2的音箱.而在实际应用中,功率 增加一倍,声压才增加三分贝,因此,50W×2的功率 和20W×2的功率在大多数情况下,声压的区别不会太 大。

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但是利用上述方法估算的扩声系统功率,仅仅是 满足使人能基本听清楚这个最低要求所需的功率值。 对于现代音响扩声系统,要求其能应付音乐高潮到来 时的峰值,以避免对瞬时峰值的削波而造成瞬态互调 失真,因此在设计扩声系统时要有更大的功率容量, 这是必须要考虑的。特别是歌舞厅(尤其是Disco舞厅) 等娱乐场所。由于其背景噪声较大,另一方面人们要 求有更强劲的音响效果,因此要求扩声系统功率在上 述估算基础上必须大幅度增加。

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如何设计扩声系统的功率容量? 在设计扩声系统的功率容量时,音响技术 人员习惯于将厅堂的三维空间简化为二维空间, 即按厅堂的面积来估算功率容量。根据经验, 按照有效峰值声压级的要求,一般每平方米选 取3W~5W的电功率(即扬声器系统的连续功率, 纯低音音箱功率不计在内)。

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对音乐厅、剧院等专业演出场所,背景噪声较低, 要求96dB有效峰值声压级,通常取3W即可;对歌舞 厅等场所,背景噪声较大,且要有较强的音响效果, 要求有105dB有效声压级,但由于其高度有限(高度 尺寸小于宽度尺寸),也可按3W或略大设计;对于高 度较大的歌舞厅应适当增加功率;对Disco舞厅,因 为要有强劲的动感效果,因此要求有110dB以上的有 效峰值和声压级。通常其功率容量要在上述基础上 加倍。应取到6~10W/m2左右。对于高度较低的Disco 舞厅可适当减小功率容量。

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7.1.2 音响设备的选择 1. 音箱和功率放大器的选择

音箱:扩声系统用扬声器不同于监听用扬声器或 高质量家用扬声器。它要求在具有一定的声性能 的前提下,着重考虑高效率、承受大的功率和需 要的指向性特性。扬声器的选取与合理的布置对 扩声系统的的质量是很重要的。

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如何选择扩声系统中的扬声器系统(即音箱)? 1. 近代观众厅的扬声器系统,几乎都是采用前期电子 分频组合式扬声器系统。可以是2、3、4分频系统.其 中中、高音单元多采用号筒扬声器。这种形式为扩声 系统的设计、使用以及获得较高的质量提供更大的自 由度。 对于音乐厅、剧院、大型高档歌舞厅、Disco厅, 主扩声音箱最好采用三分频音箱,并且可外接电 子分频器。

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2. 选用扬声器(或系统)时应注意的主要技术参数 ? 1) 频率范围是表示扬声器单元(或系统)重放声 音的频带(或频段)。在比较频率范围时,需要注意 的是响应的不平坦度。 ? 2)由于扬声器有多种功率定义,不能以所标注的 “功率值”简单地直接去比较,这要特别引以注意。

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在进行扩声系统设计中考虑音箱的功率时,首先要 根据扩声系统的功率容量来决定所用音箱的总功率, 然后将总功率按比例分配到主扩声通道和辅助扩声通 道的左、右两个声道。通常,所选主扩声通道音箱的 功率应适当大于辅助扩声通道音箱的功率。如果需要, 还可在主扩声通道配一对纯低音音箱,纯低音音箱的 功率应大于主音箱功率,且不计入系统功率容量。

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扬声器系统(音箱)的功率与音质的好坏并没有必然的 联系,其功率大小仅仅决定了声音的大小.因此对于有限 的房间面积而言,音箱的功率适用就好.对于普通家庭用 户的15平米左右的房间来说,音箱的实际输出功率在 15W×2或20W×2就足够了,如果声音不够大,可以考 虑30W×2或50W×2的音箱.而在实际应用中,功率增 加一倍,声压才增加三分贝,因此,50W×2的功率和 20W×2的功率在大多数情况下,声压的区别不会太大。

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? 3) 平均特性灵敏度是衡量扬声器水平的重要标志之 一。在扩声系统设计中,不少人往往忽视了所选用扬 声器的平均特性灵敏度。我们知道,当两只平均特性 灵敏度级(dB/1m.1VA)相差3dB的扬声器,要获得同 样的声压级(dBspl)其馈给的功率要相差一倍。如果灵 敏度相差6dB,要获得同样的声压级馈给它们的功率是 4倍的关系。因而在选取扬声器时,不仅要知道所承受 的功率,同时要注意到它的平均特性灵敏度。

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? 4) 扬声器的指向特性扬声器的指向特性是频率 的函数,一般工作频率越高指向性越“尖锐”(即 覆盖角度越小)。扩声系统扬声器的指向特性,主 要是讨论在中、高音号筒(或声柱)的指向特性。 指向特性对扩声来讲是很重要的,它涉及到扩声声 场的均匀性和传输频率特性。

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如何选择及设计扩声系统中的扬声器系统(即音箱)? 3. 扬声器系统的布置、扬声器选型与布局是厅内扩 声系统设计的重要一环。几项重要的扩声系统声学特 性指标将直接与此有关。这里介绍主扩声用扬声器的 布置。 1) 在任何情况下,扬声器的布置应该保证有 听众接收到均匀的声能; 2) 扩声应该得到自然的印 象; 3) 扬声器的位置在建筑上应当是合理的。厅堂 扩声扬声器可以是集中的、分散的或两者的结合形式, 对于中型观众厅(例如出2000人座席以下)集中式为 好,扬声器的位置一般是在舞台的周围,在可能的情 况下越集中越好。大多数情况下扬声器装在自然声源 的上方,而两侧(如台边)相辅助。
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JBL音箱:力度大、穿透力强、中高音强劲。 BOSE(博士)音箱:频响宽、动态大、功率足,专业扩 声和娱乐扩声都有使用; PEAVEY(百威)音箱:音色结构坚实有力、清亮悦耳、 低音弹性好、节奏感强,用于Disco舞厅比较理想; EV音箱:音色清晰、透明、自然,在扩声系统中也常 使用。

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7.1.2 音响设备的选择 1. 音箱和功率放大器的选择 以其主要用途来说,功放可以分做两个主要类别,这 就是专用功放与民用功放。 在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场 所扩声,以及录音监听等处所使用的功放,一般说在 其技术参数上往往会有一些独特的要求,这类功放通 常称之为专用功放或是专业功放。 而用于家庭的Hi-Fi音乐欣赏,AV系统放音,以及 卡拉OK娱乐的功放,通常我们称为民用功放或是家用 功放。

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Hi-Fi功放与AV功放是目前家用功放中的两个主 要类别。这两类功放用于不同的用途,设计的侧 重也不相同。Hi-Fi功放用于欣赏音乐,使用者追 求的是尽可能的“原汁原味”。而AV功放的使用 者追求的是与画面相配合的“现场”效果,甚至 是夸张了的“现场”效果。

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晶体管功放与电子管功放 用于Hi-Fi欣赏的功放可 以分作晶体管功放和电子管功放两大类。晶体管功 放和电子管功放并不存在着优劣的差异,只不过应用 的器件不同(一是晶体管,一是电子管),由于两类器 件不同,其物理基理与电路特点也不相同。 电子管功放与晶体管功放的音色确是有一定的差 异,两者对瞬态信号的响应也不相同。这种不同都又 分别适应了不同类别的音乐和不同的音乐欣赏者,所 以目前的Hi-Fi功放中形成了晶体管功放和电子管功 放并存的情况。不过,若是以品牌、型号、数量而言, 晶体管功放所占的份额仍是绝对大于电子管功放。
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根据晶体管功放输出级晶体管的工作状态,可以分做 甲类功放与乙类功放。 甲类功放不存在交越失真,而且不论实际输出功率大 小,输出级晶体的内阻均为恒定。而乙类功放总会有 一定的交越失真(尽管这种失真可能极小),这些不 同,造成听感上也有不同.甲类功放的声音相对乙类 功放而言比较柔和,另外对音箱的低频控制力也比乙 类功放强,尤其是在小音量时低音的质感要好一些。 甲类功放的这些特点,使得甲类功放在实际应用中不 需要很大的输出功率余量,一台20W—30W的甲类功放 已经能够把大多数的音箱推动得很好。
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纯后级功放与单声道功放 我们常见的功放都是把 放大小信号的前置放大器(前级)与功率放大器(后级) 做在一个机壳中,这种功放常被称为“合并功放”。 合并功放使用方便,又有比较高的性能价格比。但这 种合并功放有它一些固有的缺点,其中最不好克服的 就是前级与后级之间的相互干扰问题。为了解决这一 问题,于是便把前级与后级分别做在两个机壳中,这样 就有了纯后级功放。大多的纯后级功放都是双声道的 结构形式,但这种结构形式使得两个声道相互干扰问 题又不太好解决,为了解决两个声道相互间的干扰便 又出现了把两个声道分开的单声道纯后级功放。
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把功率放大器这样一块块地分割开,最主要的意义 是要提高功放的素质,而不是追求这种形式。如果仅 仅在形式上实现了相互分开,尽管可以解决相互干扰 问题,但其它参数并未明显改善,那么这种分开对功 放提高整体素质来说还是有限的。 对于大多数的纯后级功放和单声道功放来说,都 需要配接一台前级。因纯后级功放与单声道功放是为 了提高功放素质出现的,所以对前级的素质要求也应 与其相适应。功率放大器有晶体管与电子管之分,前 级同样也有晶体管和电子管之分。

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与纯后级功放配接的前级对整个音响系统的优劣影 响比较大。首先它必须具有一定的素质,否则,纯后 级或是单声道的优点便发挥不出来,甚至有可能把一 台劣质前级的“毛病”突出出来,整体音效反而更差 了。再有,不同的前级后级配合其音色特点不同,使 用者可以根据个人的偏爱选择不同的组合形式。

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功率放大器的选择: 首先要根据厅堂的性质、环境和用途来选择不同类 型和功率的功率放大器。一般情况下,音乐厅、剧 院及以演唱为主的歌舞厅,扩声系统应选用频率响 应范围宽、失真度小、信噪比大、音色优美的高品 质功率放大器,对于娱乐性的歌舞厅、Disco厅应 选择大功率的功放。 其次要根据音频功率信号传输的距离远近选用定压 式或定阻式功放。对于背景音乐系统或会议系统等 远距离分散式扬声器系统,需要选用定压式功放。 对音乐厅、剧院、歌舞厅、Disco厅等扩声系统选用 定阻式功放。 注意,还应根据音箱的功率来配置功率放大器,功 放功率应大于音箱功率。 36

2. 话筒和调音台的选择 话筒的分类 传声器(Microphone)俗称话筒,音译作麦克 风,是一种声-电换能器件,可分电动和静电两 类,目前广播、电视和娱乐等方面使用的传声器, 绝大多数是动圈式和电容式。 静电传声器是以电场变化为原理的传声器,常 见的有电容式和压电式两种。电动传声器是用电 磁感应为原理,以在磁场中运动的导体上获得输 出电压的传声器,常见的有动圈式和带式两种。 动圈式传声器以悬浮于磁路系统中的音圈切割磁 力线而产生电压输出。它的结构牢固,性能稳定, 电声性能良好,能承受强音而不失真,价格较便 宜,是一种耐用的传声器,广泛应用于一般语言 传声音响系统。
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带式传声器的特点:振动系统是一条悬挂在强磁 场中的波状合金箔。它的频率响应极好,特别是瞬态 特性好,音色柔和自然,指向性为双向,但输出电平 极低,而且防风耐震性差,易损坏,不宜在室外使用。 目前除特殊用途外,已很少使用。 压电式传声器属于静电传声器,其特点是灵敏度 和输出阻抗高,成本低,但温度、湿度稳定性差、 频率响应不够平坦,不适合高质量的音频传送。已 趋淘汰。 电容式传声器的特点是频率响应平坦,传声质量 非常好,但成本较高,主要供专业场合使用。

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驻极体传声器是利用驻极体材料制作的电容传声 器,音质接近电容式,无需极化电压,阻抗变换 用前置放大器使用低噪声场效应管,由电池供电。 这种传声器结构简单,电声性能好,体积小,耐 振动,价格较低,有较广泛的应用。 炭粒式传声器的特点是灵敏度高,结构简单,价 格低,但频率特性较差。

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近讲传声器的前后进声孔距只有普通动圈式传声器 的1/3~1/4,在近用(嘴与话筒的距离低于5cm)时, 也不会出现低频失真。其内部安装了防震系统和防 风罩,可防止使用者手持传声器时产生的振动噪声 及近用时使用者的呼吸气流影响音质。 近讲传声器的特点是灵敏度高,频率特性好,噪声 低,失真小。

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无线传声器 无线传声器也称微型无线话筒,由小 型话筒极头和无线发射电路组成,其工作频段为 78~82MHZ、88~108MHZ、155-167MHZ。 无线传声器佩带在演员或播音员、主持人身上 (一般在领口附近),当使用者讲话时,话筒及头 将声音转换成电信号,再经无线发射电路调制在某 一载频上发射出去。接收系统收到此信号后,需经 过放大解调处理后,才能还原成音频信号,送入放 大器中进一步放大处理。

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2. 话筒和调音台的选择 不同的话筒其指向性、频响特性和灵敏度等也不尽 相同,在选择话筒时,要根据其拾音对象而定。 一般,在没有特殊要求的情况下,大多使用动圈式 心形或超心形指向话筒;对于话筒的频响特性则要参 考乐器或歌唱者的频率特性,例如,男声与女声应使 用不同的话筒,这样才能充分表现声源原有的特点。 换能器原理:大膜片和电容膜片系统相结合 指向特性: 心形和超心形 频率响应:20Hz~2KHz 话筒类型:动圈话筒 - 指向性:心型 奥地利AKG话筒 42 - 频率响应:30Hz--13KHz

在演出中,为得到合奏合唱的整体效果,除采用动 圈话筒按乐器、声部拾音外,还应适当选用电容式话 筒对整场进行拾音。 调音台的作用是:? 1、拾取信号,进行放大;? 2、按需要进行高、中、低音的音调均衡;? 3、将信号按需要送入左右母线或进行编组控制; 4、对送入辅助母线的信号进行艺术处理;? 5、按要求进行输出控制。

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调音台分为:录音室专用和舞台舞厅专用两种。? 调音台的选择: 首先应根据演出规模确定调音台输入通道的路数, 然后根据扩声环境来确定调音台的输出通道。通常, 在音乐厅、剧院等专业演出场所,应选用有多个输入 通道(至少二十四路以上)、带编组输出(并可考虑矩 阵输出)及多路辅助输出的大型专业调音台;在一些 高档次的具有专业演出功能的大型歌舞厅等场所,也 可以考虑使用上述调音台;在一般的娱乐场所,选用 十二路以上不带编组输出的调音台即可。
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3. 其它设备的选择 在音响系统中加入信号处理设备通常有两种目的: 一是对信号进行修饰求得音色美化,达到更为优美 动听或取得某些特殊效果; 二是为了改进传输信道本身的质量,以求得改善信噪 比和减小失真或弥补某些环境的声缺陷等。 首先,均衡器和效果器是必不可少的。在专业或 大型扩声系统中应选用双31段图示均衡器和高档次 的效果处理器;一般娱乐场所的扩声系统也可以选 择15段均衡器和一般效果处理器。
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均衡器的作用:通过对不同频率或频段的信号分别进 行提升、衰减或切除,以达到加工美化音色和改进传 输信道质量的目的。

在音响系统中有广泛的应用,但大多数场合,它并 没有发挥应有的作用。 误区:把均衡器仅当作音调控制器 如均衡器的频点的电位器被 整齐的设置成两头高、中间 底的形状
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效果器:包括延时器和混响器。通过模拟闭室内声音 信号的延时和混响的特性,使乐音更加丰富和亲切, 并可制造一些特殊的音响效果。

对于其它信号处理设备,可根据需要进行选择。 在特别大型的演出中,其扩声系统几乎囊括了所有 信号处理设备。 听觉激励器,主要用在歌舞厅等扩声系统.除非特 殊需要,一般专业演出很少使用.

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7.1.3 设备之间的互连 1. 效果器的连接 通道1的声音
主立体声总线(母线) 没有任何效果的 添加效果的声音 原始声音

辅助发送旋钮(AUX) 辅助母线

效果器输入

效果器的输出效果信号

1) 利用调音台的AUX(辅助输出)和RTN(立体声返回) 端口将效果器并接在调音台上,这是扩声系统中最 常用的方式.
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2)将效果器接入调音台的INSERT(插入)端口,只对演 唱话筒进行效果处理。一入一出处理一路话筒,双入双 出可处理两路话筒。这种连接方法,常在卡拉OK厅中 用来对歌声进行处理,以免影响LD、VCD已在制作中处 理过的音乐伴奏的效果。

效果器(混响器)

插入插座 当需要使用其他音频信号处 理设备对话筒或线路输入信 号进行加工处理时便可将此 外接到其他音频设备 49

3)将效果器输入端口接在调音台AUX端口,其输出端接 入调音台任一输入通道的LINE(线路)输入端,则成为调 音台新的声源。 4)将效果器串接在扩声系统中,通常接在调音台与均 衡器之间,这样全部音频信号都会经过效果器。这种 方法一般只用在环境音乐的制作和播放系统中。

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2. 连接线与接插件 在专业扩声系统中,连接音响设备的连接线主要有 两大类:一类是用于连接功率放大器与音箱的平行传输 线,俗称“金银线”或“音箱线”、“喇叭线”;另一 类是用来连接其它设备的双芯屏蔽电缆,俗称“话筒 线”。线缆越粗,阻抗越小,对信号的衰减也越小。 专业扩声系统所用的接插件也主要有两大类:一类为 XLR型接插件,俗称“卡侬接插件”,另一类为1/4英 寸直插件,有立体声和单声道两种。

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a)XLR型插件结构,它是一种平衡式插件 端“1”(PIN1)接屏蔽(Screen),即接地(Ground); 端“2”(PIN2)接热信号(Hot?signal),即接信号“+”极 端“3”(PIN3)接冷信号(Cold?signal),即接信号“-”极 b)为立体声直插件结构,有两种用法: 用作平衡式(Balanced)连接插件时: “尖”(TIP)接热信号,即接信号“+”极; “环”(RING)接冷信号,即接信号“-”极; “套”(SLEEVE)接屏蔽,即接地。
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(b)用作连接立体声信号时: “尖”接左声道信号; “环”接右声道信号; “套”接屏蔽(地)。 图(c)为单声道直插件结构,也有两种用法,即用作非 平衡(Unbalanced)或单声道插件,接线方法相同:“尖” 为信号接线端;“套”为屏蔽端。
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3. 设备互连 1)阻抗匹配 在音响系统中,几乎所有设备都采用跨接方式, 即设备的输出阻抗设计得很小,输入阻抗却很大。 因为在系统中,除非信号作远距离传输外,一般都当作 短线处理。如果要求信号能高质量地传输,而且负载的 变化基本不影响信号的质量,就将信号源设计为一个恒 压源,此时负载远大于信号源内阻抗时,能满足上述要 求。这就是电路中的恒压传输方式。信号源内阻低,信 号源消耗的功率就小,输出同一电平值时,要求信号源 的开路输出电压也较低。最主要的是,信号源内阻低, 可以加大信号的有效传输距离,改善传输的频率响应。
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事实上,专业音响设备的阻抗都是按上述原则设 计的,设备互连采用跨接方式,这就是音响设备的阻 抗匹配。在对扩声系统进行设计时,一般不必考虑阻 抗问题。但当一台设备的输出端需要连接多台设备时, 即一个信号源驱动几个负载时必须采用有源或无源音 频信号分配器,以满足设备阻抗匹配的要求(若为两 台设备,一般可直接并在前级设备的输出端)。

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功放与音箱是按照功放标称的输出阻抗和音箱标 称的输入阻抗来连接的。功放的输出阻抗有4Ω和 8Ω两种,即可接4Ω音箱,也可接8Ω音箱。接4Ω 音箱时,功放的输出功率较8Ω时大(在产品说明书 中有说明)。两只8Ω音箱可并接在功放输出端,此 时为4Ω工作状态。必须注意,音箱并接时,阻抗会 减小,其并联等效阻抗不得小于功放标称的最小输 出阻抗(有些功放还标有2Ω阻抗),否则会造成功放 负载过荷而无法正常工作。

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并且要注意,功率放大器的4 输出与8 输出对 传输线的阻抗要求是不一样的。当采用4 负载阻 抗时,所要求的传输线阻抗是8 的1/2.在高质量 的扩声系统中考虑适当的储备,4 输出时的传输 阻抗不得超过0.2,若传输线小于100m,则要求 其截面积不小于9mm2.要减小其截面积,需要用 8 输出来代替4 输出。由于只允许传输线的传 输阻抗为0.2,因此还应要求传输线两端的接触 电阻更小。此时选用可靠性高和接触面大的接插 件也相当重要。
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2)电平匹配 音响设备互连时,电平的匹配也同样重要。如果 匹配不好,或者会使激励不足,或者会发生过载而产 生严重的失真。这两种情况都会使系统不能正常工作。 音响设备一般都有额定输出电平或额定输入电平,最 小输出电平或最小输入电平,最大输出电平或最大输 入电平,通常按有效值计算。要做到电平匹配,就是 不仅要在额定信号状态下匹配,而且在信号出现尖峰 时,也不发生过载。 音响系统中的电平,一般是指电压电平。所谓电 压电平,是一个电压与一个参考电压之比的常用对 数乘以20,单位为分贝,即:
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这里参考电压可以是不相同的,按照规定,最好以1V为 参考电压,也可以以1mV?或以1?V为参考电压,对应 电压电平的单位分别记为dBV,dBmV,dB?V。 此外,还使用dBm,一种功率衡量的单位。是以1mw为 参考对象,然后取10为底的对数再乘10,结果即以 dBm为单位的值,但dBm只限于负载为600Ω时的特定 情况,这是需要注意的。 功率单位dBm是功率的对数表达方式,如下: dBm=10*lg(功率值mW/1mW)
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如果电平不能直接匹配,就应采取适当的变换方法, 使电平达到匹配。如采用变压器,或者电阻分压网络。 变换时,也要同时考虑到阻抗匹配。实际上,现代音 响设备都是按标准设计的,只需在设备选型及系统调 音时加以注意,即可满足电平匹配的要求。

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3) 平衡与不平衡 音响设备通常有平衡和不平衡两种连接方式。如 果一台设备的输入端或输出端对于一个参考点(通常 是指“地”)具有相同的内阻抗,并且旨在传输对于 该参考点来说数值相等但极性相反的信号,则这个端 子是平衡的,称为平衡输入或平衡输出,否则就是不 平衡。当有共模干扰存在时,由于两个平衡端子上所 受到的干扰信号数值相差不多,而极性相反,所以干 扰信号在平衡传输的负载上可以互相抵消。

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因此平衡电路具有较好的抗干扰能力。在专业音 响设备中,大多采用平衡输入、输出。而非专业设备, 为了降低成本,经常采用不平衡输入、输出。

图7―3 音响互连方式

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4)屏蔽 为了安全,设备的金属外壳应当妥善接地。所 谓妥善,一是接地电阻应尽量小,二是不能因为接 地而引入干扰噪声。所以音响系统,不能与舞台灯 光、照明、动力设备等共用地线系统。这样做的目 的是防止发生公共阻抗干扰。此外,设备接地时应 采用一点接地,或称为“星”形接地的方式.

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电阻指的是在直流状态下导线对电流呈现的阻抗,而阻 抗指的是交流状态下导线对电流的阻抗,这个阻抗主要 是由导线的电感引起的。任何导线都有电感,当频率较 高时,导线的阻抗远大于直流电阻。 当两个电路共用一段地线时,由于地线的阻抗,一个电 路的地电位会受另一个电路工作电流的调制。这样一个 电路中的信号会耦合进另一个电路,这种耦合称为公共 64 阻抗耦合;这种干扰就称为公共阻抗干扰。

接成链形,会发生公共阻抗干扰;接成环形,不 仅会发生公共阻抗干扰,还会产生“地环路”。因为 当空间中的交变电磁场(主要是工频电磁场)穿过“地 环路”时,按照法拉第电磁感应定律就会在环路中激 发出感应电动势,形成干扰。
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图8―5? (a)链形接地;(b)环形接地 由于地线阻抗的存在,当电流流过地线时,就会在地 线上产生电压。当电流较大时,这个电压可以很大。例 如附近有大功率用电器启动时,会在地线在中流过很强 的电流。这个电流会在两个设备的连接电缆上产生电流。 由于这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的, 因此成为地环路干扰。地环路中的电流还可以由外界电 66 磁场感应出来。

检验设备接地是否正常的方法很简单,就是在设 备接地线中串入一节干电池和一个小电珠(见图 8―5(c)),看小电珠是否发亮。如果发亮,说明有多点 接地或有地环路存在。

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当设备互连用的信号电缆的屏蔽层接地时,应 注意尽量避免或减小地环路电流的影响。一般对 平衡输入、输出,只将屏蔽层在一端接地,这样 可以避免由于互连而形成地环路。由于输入阻抗 大于输出阻抗,故屏蔽层通常在输入的一侧接地, 这样感应噪声电平较低。当输入输出都是不平衡 的时候,则应将屏蔽层两端都接地,这样虽产生 地环路电流,但该电流不流经负载.

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