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专业音响工程中不可忽视的声场设计
发布时间:2021-6-8 12:28:40   浏览次数:
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专业音响工程中不可忽视的声场设计

     大家都知道音箱中喇叭单元和箱体的关系,很多人将国外有名的原厂喇叭单元包括分频器买回来,可是却无论如何也做不出来一只好听的音箱,主要原因就是箱体的声学结构问题没有解决好。

     专业音响工程中,声场的设计就好比制作音箱时设计箱体一样重要。一个好的声场会将音响设备的优点充分发挥出来,让人听起来非常舒服;而一个不合理的声场不仅不会给人以美妙的声音感受,还会使设备的表现水平降低。



     声场设计是工程最终质量的一个关键点,因为声场设计的目的在于利用科学的计算做指导,为音响设备建造一个理想的扩声空间,将设备的性能充分地发挥。为了规范地按照步骤进行专业音响的工程工作,杜绝任何不合理因素,以便为下面的其它设计作出指导,有必要全面进行声场设计。
     一个基本的声场设计包括:隔声的处理,现场噪音的降低,建筑结构的要求,声场均匀度的实现,声颤动、声聚焦、声反馈等声场缺陷的避免,声压级的计算等等。

 

 
 


隔声的处理


      为了创造一个安静的声场,避免对周围环境中的单位和居民造成影响,在声场设计的开始,首先应该考虑隔声的处理,以便为声场提供一个好的先天条件。而这恰恰也是许多技术人员容易忽略的。

隔声的处理包括:与外界的隔声,扩声房间之间的隔声;隔声的部位有:墙壁、门窗与天花板等。

与外界的隔声


      这项工作的任务就是不让外界的噪音传入室内,也不让室内的声音传到外面。进行这项工作时,有必要对建筑设计施工单位进行该工程建筑结构隔声情况的咨询,进一步可以向环保部门了解有关的情况。

具体实施中,外界噪音传如室内可以通过室内的总噪声来控制,通常高等的实用音响工程要求在35-40dB以下;室内声音传到外界可以考察对外界的环境影响,按照环保部门的规定,一般不要高于平均值10-15dB为好。实际工程中需要处理的部位是墙壁、门窗和天花板几个地方。


     通常的厅堂与外界的隔墙多数都能满足一般的音响工程,但是如果音响系统的声压级比较大,工作时间多在夜间,就应该让建筑部门考虑增加墙壁厚度了。

门窗是隔声的重要部位,往往一个小小的窗户处理不当,就会造成隔声失败。一般要注意:

❶ 尽量不要让门窗产生缝隙,遇到经常开关而室内外的声音都比较大时,可以考虑设置声音隔离通道的结构。

❷ 尽量加大门窗结构和材料的厚度,有必要时可以使用皮革门和双层玻璃窗。

❸ 如果隔声效果需要更好,在门窗上悬挂厚重的窗帘和门帘是比较经济可行的办法。
     天花板的隔声也不容忽视,特别是房顶不是混凝土结构,而是采用棚架结构时,天花板的声泄露就比较严重。这时需要对天花板的材质和安装质量提出比较高的要求,如果需要可以考虑在天花板上增加隔层或在天花板上铺设吸音棉的办法来满足隔声的要求。

室内房间之间的隔声

    它的任务就是让房间之间在音响系统工作时互相间的干扰影响为最小。虽然各种标准和规定对这项指标没有要求,但是却对音响工程的质量有很大的影响。

实际工程中需要处理的部位还是墙壁、门窗和天花板,不过处理的要求与前面有所不同。一般室内一定厚度的混凝土或砖结构墙壁隔声要求还是能够满足的,需要注意的就是额外增加的一些房间隔断,它们一般都采用简单的轻钢龙骨填充一定量的防火吸音石棉的方法。

墙壁、门窗、天花板隔音处理:
增加隔层或采用厚重的砖墙

这对于音响工程来说是绝对不够的,遇到这种情况,就需要音响设计人员向建筑装饰单位提出解决的方法。比如可以增加隔层,但是对于大功率低音的隔离就非要采用厚重的砖墙来解决了。

❷ 减小门窗缝隙和悬挂窗帘、门帘

门窗的隔声也不要忽视,特别是要注意门窗的制作质量,因为大量的声音干扰都来源于质量欠佳的门窗的缝隙,当然,必要时也可以考虑采用悬挂窗帘和门帘的办法来隔声。

❸ 增加一层吸音板的隔层或者在天花板上覆盖防火吸音矿棉

天花板的隔声在室内房间之间的隔声上,反倒更为重要。例如,KTV有些大厅的天花板上面的空间和周围包厢的顶部是相通的,这样在大厅进行娱乐或演出时,一定会影响到包厢,这就一定要对天花板进行隔声了。一般来讲我们可以在大厅天花板和包厢顶上各增加一层吸音板的隔层,或者在天花板上覆盖一定厚度的防火吸音矿棉来进行隔声。
 

总之,工程的隔声处理意义重大,既得提高工程的质量又利于用户的正常使用,同时应该注意慎重考虑隔声处理是否必要,处理方法是否可行,否则会增加一些不必要的工作和开销。
现场噪音的降低
     对于现场的背景噪音许多人不为重视,而在国家有关标准中却都提出相应的要求,如:一级歌厅应小于35dB,一级迪厅应小于40dB级。原因就在于:背景噪音的增大相应就降低了扩声系统的信噪比,从而影响了工程质量。

     要想有效地解决这个问题,就是对前面提到的隔声进行限制。例如:中央空调的风口噪音是否让安装单位帮助解决;排风机的噪音、大小、安装位置是否得当等等。
     空调和通风设备最好选择噪音低,工作稳定的产品,在安装时尽量让空调的压缩机远离门窗,通风机的功率较大噪音难以控制时,可以采用将通风机安装在风道内的结构。
建筑结构的情况
应该说,一般的音响是没有能力让建筑结构完全按照自己的意图设计的,但是对于工程质量要求严格、建筑工程属于改建结构上进行处理的部分情况,音响设计人员都有必要尽量提出相应的要求。

❶ 必须征得建筑单位对音响工程中需要吊装设备的墙面或房顶的承重能力的认可,尤其是灯棚的份量较大时,吊装安全性就更为重要。

❷ 需要对已有建筑中的房间结构,预埋管线位置,出口有较为细致的了解,以利于可能进行的穿插管、布线施工。

❸ 对建筑内部结构的薄弱环节进行了解,弄清什么地主可以改动,什么地方不行。

声场均匀度的实 现

举个例子:你遇然去一个娱乐厅,发现现场各处声音情况不同,有的地方音乐很动听,有的地方又好象缺点什么似的,声音飘忽不定。又比如:前面舞台区音量很大,而后面的观众却说声音小。当然,有些娱乐厅是专门设计后区让观众轻松的。

这些现象的发生都是由于声场均匀度不好造成的。声场均匀度的指标要求在整个扩声区域内,各处的平均声压值偏差要在很小的范围内,一般要求在10-12dB以下。在实际的工程中,可以在建筑装饰结构和音响系统的布局方面来实现声场的均匀性。

建筑结构

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形结构,不能在扩声范围内出现较大的声阴影区等。

但是由于在建筑结构施工后期装饰完工后无法进行大量的改动来满足这些要求,所以在音响工程中应该尽量利用经验,巧妙地安排扩声区,避开较大的缺陷结构,将它们带来的影响降到最低。

 

 
 
 

建筑装饰

在建筑装饰上,要尽量让整个区域的装饰结构和材料基本一致,特别是在资金有限的情况下,墙面采用水泥拉毛结构可以很好地实现声场的均匀性。

当然,如果在装饰设计时能像音乐厅一样经过计算采用各种不同的扩散体,既省钱又能达到很好的效果。

音响系统的布局

一般说来,狭长厅堂的扩声,一定要音箱的扩声区域尽量沿长边展开;空间较高的扩声场合,要尽量将音箱位置抬高,最好是略微向后场倾斜;如果是在空间和面积都较大的地方进行扩声,就应该考虑将音箱集中悬挂成圆弧形形成均匀的声音扩散。

可见音响系统的布局也可以解决声场不均的问题。如果声场要求严格,还可以利用音箱厂家提供的声场设计软件进行模拟和修正,当然最好的办法还是在建筑装饰设计施工时就尽量使声场均匀。

声场缺陷的避免

在很多音响工程中都不同程度地存在各式各样的声场缺陷,有声聚焦、声振颤、声反馈,还有声音共振,这些问题都给声场带来了缺陷,而且这些缺陷引起的问题在实际的使用中很难解决。比如声场出现的反馈和共振就有可能使系统无法正常工作。

 

通常我们可以作以下几个方面的考虑:
❶ 尽量不要在扩声区域设置大面积光面的凹形结构,包括屋顶和墙壁,尤其是舞台上就更要忌讳了,如果迫不得已,可以在凹形面的前面悬挂厚重的帘布或放置物件,这样声聚焦就不容易发生了。❷ 尽量不要在声压较大的区域设置两个平行的反射性强的墙面,尤其是扩声区域狭长时更要注意,这样可以有效地避免声振颤。❸ 一般只要声场比较均匀,没有声聚焦的话,扩声增益不大时声音反馈不容易发生。另外我们还可以在系统的布局中利用均衡器和频谱仪来修正,这样实际使用中就更不会发生声反馈了。❹ 声音的共振与装饰工程的选材和施工有密切的关系,一定要避免在扩声区域设置较大的空腔体,一定要求装饰工艺合理,特别不要让材料连接处松动。比如:石膏天花板如果不加胶垫就安装在铝质龙骨上时,扩声声压一大,就容易发生共振,尤其是低频信号的共振肯定经常发生。

混响时间的计算

 

对声场的所有技术指标中,大家最熟悉的就是混响时间了,它也是设计中比较容易控制的量化指标。如果设计控制得当,声场的效果表现就会非常出色,声音会圆润、饱满,不拖沓,不干瘪。

混响时间控制的关键就是:利用相应的计算,指导装饰结构的设置和材料的选取,以便能达到相应的混响时间目标值。

 

而在具体的取值上,多数设计从员偏向于将推荐的声场混响时间再取得偏小些,理由是:声场混响时间长了后无法调控。因此,有人建议,让厅堂自然声越干越好,希望在调试和使用中,在系统中加入人工混响来达到混响的要求。

同时,近年来室内装饰材料的日益更新,吸音系数较高的材料被广泛应用,使得大量厅堂的混响时间普遍偏小。由此可以看出,这种设计原则的出发点和受客观条件的影响都是不必怀疑的。

但是要知道,声场院中的混响声指的是声源产生的自然混响声,它是靠衬托直达声来显示其特殊性的,是声场中的重要特性。

而在系统使用时加入人工混响,等于把信号中的直达声也一道另入了混响,这时再由音箱播放出来的声音里,已经没有了录音师希望你听到的直达声,尽管录制节目时通常都会加入不同程度的混响,等于破坏了节目源(声源)。

所以这种方法不仅打乱直达声和混响声之间良好的衬托关系,而且违背了声场混响是为了使房间拥有恰当的“堂音”的目的。

对于不同类型的音响工程,混响时间的要求有所不同;同类型的工程,不同的声场大小,混响时间的指标也有不同。一般来讲,我们可以在500Hz和1000Hz两个地方计算声场的混响时间。

 

具体步骤:
❶ 计算前我们要将现场所有的材料大致确定,并且统计好它们各自的面积。❷ 然后从有关的建筑手册或产品说明书中分别查取它们在500Hz和1000Hz的吸声系数,即可计算出声场的平均吸声系数。❸再根据面积、体积、声能系数和这个平均吸声系数计算出声场在500Hz和1000Hz时的混响时间。如果计算的结果和推荐的混响时间值有比较大的差距,就要和装饰单位协商,减少或更换某些材料。❹ 最后再进行计算,直到满意时为止,在计算时一定要将建筑材料的面积和吸声系数统计正确,特别是某些穿孔的吸声板,穿孔率不同吸声系数悬殊较大,对最终的计算结果影响也较大。

另外,对演出用工程的混响时间的计算还要考虑空场时和观众满场时的区别。



声压级的计算

 

声压级是专业音响系统工作的一个重要指标,一个合理科学的声压级对声场的影响、设备的选型、实际的操作都有重要的作用,同时也为制造良好的听音环境创造了好的条件。

在进行声压级计算前,必须选择一个相应环境下合适的基准声压级,而基准声压级的选择必须了解正常人耳的等响曲线,即“Fletcher-Munson curves(弗莱彻芒森曲线)”。

 

该曲线反映了人耳对不同频率、不同声压的听感响度反应,曲线上的数字表示相应频率和声压下的响度值,单位是:Phono。

人耳对相同声压不同频率的声音的反应是不一样的,同样声压级的低频声音在人耳里产生的响度感觉要低于同声压级的高频声音。

要想各频段的声音在人耳里产生的响度基本一致,不出现某些频段听感的不足,就必须使声压达到足够的声压级,这就是声压计算时基准声压选取的依据。



用以语言扩声的工程,由于语言信号主要集中在中频段,这里的等响应曲线度相关较小所以基准声压级可以取70~80dB;用于一般音乐重放的音响工程,这个基准声压可以取85~90dB作为计算的依据;同时为系统的扩声留下12~18dB的峰值的余量及1~3dB的环境噪音余量。

那么在平均的听音距离上,设计的额定扩声声压级应该是:P额=(85~90)dB+(1~3)dB;然后需要根据厅堂的实际扩声范围确定平均的听音距离L,额定的声压级就应该是在此位置的实际声压级。

依此可以通过计算得出音箱的1m位置声压级P:根据前面提及的,距离变化一倍,声压相应变化6dB的关系,则音箱在1m处需要提供的声压级为:P=P额+6LogL。至此,声扬的设计便基本结束,其后的工作就是与建筑装饰单位密切配合将设计要求付诸实际。
通过以上的声场设计我们可以发现:专业音响工程的声场设计内容比较多,结果也对工程的质量、设备的选型及系统的正常工作非常重要。具体在设计中,需要涉及的建筑装饰内容也比较多,有些还是密切联系的,可见音响工程在设计开始就需要建筑装饰单位的密切配合,所以我们要尽早地取得协助,尽早地开展相应的设计,以便能达到较好的效果。


 
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