会议室扩声系统的吸顶扬声器设计(2)

2018-11-19 22:38

问题的根源是由于空间的物理分布和声波传递的特性造成的,而与扩声系统无关,所以我们要对房间进行声学处理,也就是通常说的增加吸声材料、改变反射结构等。我们这里所讨论的会议室扩声,一般都是很规正的房间结构和装修,这对声学特性的处理来说是非常不利的。如果我们能在装修之前提出声学装修建议的话,很多后面的调试就不会那么辛苦。但多数工程都是内部装修方案已经确定甚至已经装修完毕了才让我们介入,所以我们很难去控制房间的声学环境了。 我们在布置扬声器的时候,要尽量避免的就是颤动回声,所谓颤动回声也是一种简正波,就是声音在两个硬质平行反射面之间来回反射,而能量却衰减很少,见图九。

图九 颤动回声

颤动回声可以在顶棚和地面之间形成,也可以在两个平行的侧墙之间形成,而且这种驻波是很容易激发电声系统的自激形成正反馈,所以我们在系统设计的时候要尽量避开颤动回声,当安装吸顶扬声器的时候,扬声器的轴向最好避开坚硬的水平桌面,可以落在人的头顶或其它空白区域。另外地面应该铺设尽量厚重的地毯,座位也要尽量选择软布包的软椅。对于顶棚有可能的话也要在照顾美观的同时做进一步的声学设计(充分利用顶棚的空腔吸声结构是对低频共振的最好解决方法,但要请专业的声学设计师做设计指导)。

四、 扬声器的带宽、功率和指向角对清晰度的影响

在会议扩声系统中,我们没有必要去追求象音乐重放所需要的带宽。通常来说,我们可以在电子控制部分,将滤波器带宽限制在100Hz——8kHz已经足够用了。可能有人要提出会议室可能还要放音乐之类的音源,我们不要忘记,这个扩声系统是为开会使用的,音乐只是附加的、次要的东西(何况8kHz的带宽对于一般的音乐播放也是足够的了),我们不能为了这个次要的东西去冒啸叫的危险,因为电声系统开放的带宽越宽,则发生啸叫的概率就越大。实际工作中,有时为了达到足够的传声增益,我们甚至把带宽压缩到150Hz——4.5kHz仍然能得到足够的语音清晰度。对于扬声器,我们不建议使用定压方式的吸顶扬声器(在下一

部分我们也提到为了进一步增加系统增益,必须采用多通道分区传输信号,这样就需要多台功放去推动全部的吸顶扬声器,在这种应用中也就没有必要使用定压扬声器了);第二个原因就是会议系统使用的扬声器并非是背景音乐中使用的小功率扬声器,而采用的多为100W以上的全频扬声器或扬声器组(可以是组合形式,但最优是同轴全频带吸顶扬声器),对于这种大功率扬声器若要配接更大容量的变压器也会进一步提高成本,却收不到任何好处;其三就是普通的音频变压器会劣化扬声器的频响特性,但加装昂贵的音频变压器可能变压器本身的价格已经超过了扬声器本身了。

在会议扩声系统来说,功率的问题是比较矛盾的。一方面设计了足够大的输出功率,另一方面却又推不起来音量(因为啸叫)。以至于工程验收的时候,工程商乐道于播放流行音乐,那个声压级足可以和Disco媲美。但另一方面呢?一推起话筒就傻眼,声音小的可怜,推杆一动就啸叫,然后就把责任一鼓脑的推到建声上面去了,仿佛我们工程商都是窦娥一样,声音不好我们也是受害者。有多少设计师是真正的从自己身上找出毛病又解决了呢?现在很多的设计师在设计会议室功率的时候还采用“辐射距离每增加一倍,声压级衰减6dB”这个理论,结果就是在一个百十来平方米的会议室用了上千瓦的功率音箱。要知道这个“倍距衰减6dB”的理论是在自由声场中才使用的,我们在会议室里面是封闭的混响声场,声能的衰减在倍距上可能还不足1dB(在一个120平方米的阶梯教室里,教师只要有一只2瓦的扩音器就可以让全部的学生听的清清楚楚的)。在圆桌型的会议室里,若扩声系统的平均声压级比本底噪声高3dB,听众就能听的非常清楚了。所以会议扩声系统设计师需要做的不是“需要多大功率”的事情,而是“能输出多大功率”的事情。

我们在第二部分讨论了一些关于吸顶扬声器的辐射角对声音覆盖范围的影响。其实辐射角度影响不仅仅是覆盖特性,而更重要的是它的传输特性,对于一个宽指向角的扬声器,相应的临界距离会缩小的非常小,使得听众的耳朵高度很容易就进入到混响区域,这会大大降低语音清晰度指标,为了避免这些问题,就必须降低天花的高度,这在现实中是不能被接受的。所以选择适当的辐射角是非常关键的,在国内的大部分工程,选择60o或90o的指向角都是值得推荐的。

五、 利用Mix Minuses提高传声增益

对于Mix Minuses的概念可能大部分音响工程师还比较生疏,其实这只是一种技术手段而已,实现的方法可以是多样的。具体来说,就是在吸顶扬声器构成的会议系统中,某只话筒正上方对应的扬声器,应该尽量的衰减由该只话筒输出的信号。换句话说就是头顶的每只喇叭都在播放全部的音频信号,但是对于这只喇叭下面的那只话筒,应该从总音量中减掉大部分。这样做的目的就是尽量减少相互靠近的扬声器和话筒之间的放大倍数,用以提高传声增益,还有一个原因就是因为讲话本人(及左右“邻居”)也没有必要听太多的“自己”的声音。 因此我们在实现Mix Minuses的系统中,必须仔细调校每一只扬声器所对应的下面的话筒(以及邻近的话筒)的反相插入电平。见图十。

图十 Mix Minuses原理

这只是一个示意图,其中的混音台可以是一个调音台,也可以是一个电子处理器。反相输入就是利用类似调音台上面的反相按钮(Invert)将其相位翻转180o以后和总线电平叠加。

实现Mix Minuses要具备两个主要条件:一是吸顶扬声器必须是多通道系统,调音台的每个输出通道对应一个扬声器通道,我们要在这个通道上进行该区域话筒的反相叠加;第二个条件就是要求图十中的两个输入信号必须具有严格的相同的相位延时,如果两个信号并非同步到达混音器,那么反相信号就不能准确地从合成电平中“减掉”,也就达不到Mix Minuses的目的了。

六、 工程案例

在国务院某总理会议室,采用了吸顶扬声器的安装方式,会议为圆桌形式。该会议室长约18米,宽约10米,吊顶高约5.5米,共使用了10只独立通道的扬声器,每只扬声器的功率是150瓦。控制系统以媒体矩阵为核心并应用了Mix Minuses技术。在最终的使用中,该系统可以长时间保持70只话筒同时打开、最多11人同时讲话而不出现啸叫。而这个系统只是在输出端总共加入了15段参量均衡器,而且没有使用图表均衡器和反馈声抑制器。


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