扩声基础知识与系统操作

单击此处编辑母版标题样式,主讲：李力天,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,扩声基础知识与系统操作,（一）,上海邦建电子工程有限公司,广州威联音视技术有限公司,（内部培训教材） 李力天,一、诸论,音响技术涉及的面越来越广，其包括：电声技术、乐器声学、建筑声学、生理声学、心理声学、音乐素养、电子技术、计算机技术等等。,主讲：李力天,当你度量你所述的事务，而能用数字来表达它，你对这事物已有些知识。但如果你不能用数字来表达它，那么你的知识仍然是简陋的和不圆满的；对任何事物而言，这可能是知识的始源，但你的意念还未达到科学的境界。,具有数学和物理学的知识是实质上了解音响工程学的心要条件。对这两种科学的认识越深，越能使你跨越从感觉所得的意念，而达到用科学来印证事实。,主讲：李力天,举例,(1),有二个音箱,A,：,400WRMS,：,B,：,200WRMS,A,、,B,的失真相同,A,比,B,好,(2),有两台功放,A,：失真率,0.05% (20Hz20KHz),B,：失真率,0.025%(DC50KHz),B,比,A,好,(3),功放的输入灵敏度旋钮开在,12,点或,3,点钟位置,能保护扬声器,(4),低音音箱附近有障碍物如桌子、椅子、柱子等,使低音出不来,(5),在播放,CD,时，系统不用均衡器，能保证,更高的保真度,，来表现录音师的创作意图。,主讲：李力天,举例,(6),设计时选用音箱的功率应遵循：,A,：根据房间的面积来确定功率 即,？,W/,平方米,B,：根据房间的体积来确定功率 即,？,W/,立方米,(7),人的听觉范围虽然在,20Hz20KHz,，但可以用皮肤来感觉声音,A,：用皮肤来听高音,B,：用皮肤来听低音,B,对,(8),用电容话筒容易出现反馈，是因为采用电容话筒和动圈话筒相比,会降低扩声系统的传声增益。,(9),房间混响太大，最好的解决办法就是铺地毯和贴墙毡，因为地毯和墙毡是很好的吸音材料，这样才能,有效减少反射，缩短混响时间。,主讲：李力天,著名的音响家占士摩亚曾经说过：,“,在音响学中，任何表面看来很明显的事情，通常都是错误的。,”,主讲：李力天,在实际生活中我们知道：一条锁链最强也不会强过它最弱的一环，音响锁链也符合这一自然规律。,作为一个音响操作员应该了解他掌握的锁链中每一个环节，即每一器材的弱点和它的应用范围与技术指标。否则，就会产生失真甚至破坏器材。,音响锁链,主讲：李力天,二、扩声系统及其作用,扩声系统的特点：,声源和设备终端的扬声器处于同一局限的声场中，因此扩声系统是有反馈的系统。,扩声系统包括：,1,、声源至传声器所处的声学环境；,2,、传声器至扬声器的扩声设备；,3,、扬声器和听众区的声学环境,(,即声场,),三个部分。,扩声系统的作用：,1,、增强听众区域声音的响度,2,、改善厅堂音质,3,、完成音色的美化或加工、情节气氛的渲染,主讲：李力天,三、对扩声系统的要求,听众区的直达声要有合适的响度,语言：平均在,70dB,80dB,左右,音乐：平均在,80dB,95dB,左右,摇滚乐、流行音乐：,95dB,105dB,以上,一般应比背景噪声大,10dB,25dB,以上,系统应有良好的稳定性,一般取典型值为,6dB,以上,声音要有良好的自然度（真实感）,1,、声像的一致性,2,、声音信号的真实重放,自然声和扩声的巧妙结合,主讲：李力天,对扩声系统声音真实重放的要求,主讲：李力天,预备知识,要了解扩声系统的设备和正确的操作方法，就必须掌握一些基础知识,dB,的意义,波长,声音的三要素,关于人耳的听觉特性,主讲：李力天,dB(,分贝）,（,1,）、,dBm,在,600,电阻上消耗,0.001W,功率，电阻两端的电压为,0.775V,称为标准录音室参考电平，在器材上标出,0dBm,则为,0.775V,，要注意只有跨接在,600,的线路上测量才是,0dBm,。,（,2,）、,dBV,是以,1V,为参考电平，不考虑阻抗为多大，在器材上标出,0dB,则为,1V,。,使用,dB,的优越性在于使很大的数值缩小，又使很小的数值扩张,耳朵和对数的关系,主讲：李力天,dB(,分贝）,电压比,功率比,dB,dB,m,dBV,V,0.32,0.1,-10,0.71,0.5,-3,1,1,0,0,1V,1.41,2,+3,2,4,+6,+6,2V,2.8,8,+9,3.16,10,+10,4,16,+12,+12,4V,5.6,32,+15,8,64,+18,+18,8V,10,100,+20,31.62,1000,+30,主讲：李力天,dB (,分贝）的快速简易计算,已知：扬声器的灵敏度是,100dBspl,（,1m.1W,）,问 ：想要得到,114dBspl,的声压，扬声器要从功放,获得多大的功率？,主讲：李力天,c,（声速）,f,（频率）,波长,= ,声波传播的特点,声音是以声波的形式进行传递和存在的。声波是一种机械波，具有纵波一般的波动特性，例如，反射、折射、绕射、干涉等。,关于声速,c,的定义,1,、海平面，,21,摄氏度，,c=344m/s,2,、海平面，,15,摄氏度，,c=340m/s,主讲：李力天,声音的三要素,声音是客观存在的，而人耳的听觉是一种主观感觉，两者之间既有着密切的联系，又存在一定的区别。,人的听觉是一个复杂的物理,生理,心理过程，常用音量（响度）、音调、音色三种量来描述，这三种量是人对声音的主观感觉的要素。,（,1,）音量（幅度）,（,2,）音调（频率）,（,3,）音色（泛音成分）,主讲：李力天,我们的听觉特性,人耳不但有很大的响度动态范围，而且还是一个很完美的分析仪，它有判断响度、音调、音色的本领，还具有极强的选择性，可以把听力集中在想听的声音上。,音响的最后结果是给人耳听的，我们应该了解一下自己的耳朵。,世界上还没有任何一种物理仪器，能有耳朵那样的惊人的特性。,主讲：李力天,听觉的方位感,双耳效应人们是用两只耳朵同时听声音的，当某一声源至两只耳朵的距离不同时，此时两只耳朵虽然听到的是同一声波，但却存在着,1,、时间差（相位差）,2,、强度差（声级差） 它们成为听觉系统判断声源方向的重要客观依据。由于不同方向上的声源到达两耳处的声波状态的不同，造成了听觉的方位感和深度感。从而使人能由此判断声源的方向位置。,主讲：李力天,听觉判断声音的方向性,主讲：李力天,人的听觉的范围,教科书上都说人的听觉范围在,20Hz,20KHz,，也称为“声域”。,高频,低频,用身体听声音,主讲：李力天,注意保护我们宝贵的耳朵,主讲：李力天,对听觉保护的相关法律（美国）,声压级,dBspl,工作时间,90 dB,8,小时,95 dB,4,小时,100 dB,2,小时,105 dB,1,小时,110 dB,30,分钟,115 dB,15,分钟,主讲：李力天,人耳的隐蔽效应,一个较弱声音的听觉感受被另一个较强的声音所影响的现象，称为人耳的,“,隐蔽效应,”,。,主讲：李力天,等响度曲线,主讲：李力天,头顶空间的概念,Headroom=,头顶空间（动态余量）,失真：,1,、波形（示波器）,2,、频谱（频谱仪）,3,、声音（耳朵）,主讲：李力天,声场的概念,近声场：听音位置到扬声器的距离短于声音,波长的,2.5,倍,（,S2.5,),远声场：听音位置到扬声器的距离大于声音,波长的,2.5,倍（,S2.5,),主讲：李力天,不同频率声波的衰减,主讲：李力天,四、扩声系统中的主要设备,功率放大器,分频器,扬声器（喇叭）,频率均衡器,压缩,/,限幅器,扩张,/,噪声门,激励器,混响器,/,延时器,调音台,传声器（话筒）,主讲：李力天,功率放大器,1,、基本结构与特点，专业功放是一个纯后级放大器。,（,1,）有很好的频响（功率带宽）,（,2,）十分低的谐波失真（,THD,）和互调失真（,IM,）,（,3,）较灵活的输入灵敏度开关,（,4,）精密的峰值指示和特殊指示如超温，压缩、瞬时电平等,（,5,）良好的散热系统,（,6,）完善的保护系统如短路、超温、过荷、喇叭保护等,主讲：李力天,功率放大器,2,、功率放大器的技术特性,（,1,）功率额定值如功率、阻抗、频率特性、失真率；,（,2,）失真度（谐波失真和互调失真）小信号时的失真和在额定功率进的失真；,（,3,）频率响应一般标出,20Hz20KHz,dB,；,（,4,）信噪比（,S/N,）表示设备本身的输出噪声是输出信号的百分之比，即额定 输出时的信号大小与输入端短路进的噪声大小之比，用,dB,表示一般在,90dB,以上；,（,5,）阻尼系统数,(DF),DF,扬声器的阻抗,/,功放的输出阻抗,一般专业功放都,100,在使用时最低不应,20;,当采用又细又长的线作为音箱线时,就会将系统的阻尼系数降低,;,（,6,）输入灵敏度 表示为得到的额定输出功率需要输入的最小信号电压,通常用,V,或,dBV,来表示；,（,7,）转换速率（,SR,） 它描述了放大器在大信号时的响应能力。即输出电压对输入电压的追随能力。与,“,幅度过载,”,一样，功放也可能出现,“,频率过载,”,。因而,SR,是衡量放大器的一个重要参数，也必须留有一定的余量。余量典型值可取,50V/s,。,主讲：李力天,功率放大器与扬声器的配接,按照功率的配接,按照阻抗的配接,主讲：李力天,功率放大器的桥式接法,按照功率的配接,按照阻抗的配接,主讲：李力天,分频器,分类,无源分频（被动分频）,有源分频（电子分频）,使用电子分频器的优点,功放到扬声器之间无其它器件，能减少损耗；,将频率分配，避免互相失真，功率分配避免限幅失真；,分频点变化率大，可达到,-18dB/OCT,至,-24dB/OCT,能减少干扰，提高扩声质量；,保护高音扬声器。,分频频率点的选择：,主讲：李力天,分频器曲线,无源分频（被动分频）分频变化率,6dB/OCT,有源分频（电子分频）分频变化率,18dB/OCT,以上,主讲：李力天,扬声器系统,(,音箱,),扬声器系统的分类,按结构分类：,密闭式、倒相式、号角式、阵列式、矩阵式,按用途分类：,主扩声、监听、返送、会议,音箱由扬声器单元、箱体或号角、分频网络组成。单元一般是电动式，高频也有用压电式。,主讲：李力天,扬声器系统的技术特性,（,1,）频率范围：有的厂家为,-3dB,时，有的条件为,-10dB,甚至,-20dB,（,2,）额定功率（标称功率、不失真功率）：是扬声器的正常工作功率，用,W,或,VA,来表示,（,3,）最大功率（峰值功率、设计功率）：是扬声器系统在短时间内所能承受的峰值功率，其一般是额定功率的,4,倍,（,4,）特性灵敏度：它的定义是输入,1,瓦的粉红噪声信号，在参考轴上,1,米处所产生的声压级，以,dBspl,（,1m.1w,）表示，灵敏度越大，从电转换成声的效率越高,主讲：李力天,扬声器系统的技术特性,（,5,） 阻抗：它由三种成分组成。,A.,直流成分，与频率无关。,B.,线圈感抗部分，频率越高，感抗越高。,C.,反电势部分，也是频率的函数。也就是不同的频率，阻抗不同；,（,6,）指向特性。它是指扬声器系统向空间各方向发生的声压分布状况，一般用方向图来表示，它与频率有关。,主讲：李力天,恒指向性扬声器系统,恒指向性扬声器,1974,年问世，是在较宽的频率范围内（,2Khz18Khz,）,其指向性都是较均匀的，只是辐射角边缘比主轴上的声压级降低,6dB,主讲：李力天,扬声器系统,距离增加一倍,声压级降低,6dB,主讲：李力天,扬声器系统的布置,应该保证听众区声场的均匀。充分利用扬声器的指向特性，把声音只辐射到需要的地方；,在声像一致性上应较自然。利用人耳辨别声音方向的能力在垂直方向不如水平方向灵敏。和使用延时器，利用哈斯效应将偏离自然声源方向的扬声器系统的声音延迟,20ms,左右；,避免由于与传声器发生反馈和扬声器系统之间的相位问题使总传声增益降低。如果反相，或因为后墙，地面反射而形成的反相都属于相位问题。,主讲：李力天,扬声器系统的选择,按用途,音乐扩声、会议扩声、辅助扩声、监听、公共广播、特殊环境,按安装方式,悬吊、挂壁、吸顶,主讲：李力天,音箱的高、中、低频段的划分,低频（球形波）,/4,音箱对角线,中频（半球形）,/2 /4 ,音箱对角线,高频（锥形波）,/4 /2,主讲：李力天,频率均衡器（,EQ,）,频率均衡器的作用,作为扩声系统的总均衡，改善厅堂的频率传输特性。即保证声场的频率均衡。,改变音质。通过均衡器将所需的频率成分的信号电平增加，将不需要的频率的信号电平减少或切除。,抑制扩声中的声反馈。由于建筑声学的缺陷和扩声设备的性能带来某些频率上出现自激震荡，可用,1/3,倍频程均衡器来抑制而又不影响音质。,主讲：李力天,频率均衡器的种类,图示频率均衡器,参数频率均衡器,主讲：李力天,频率均衡器的调整,房间均衡器的调整，作为整个系统的总均衡，应采用,1/3,倍频程的均衡器，才能保证声场整段频率的均衡，而系统总均衡的调整应用仪器调定，在内部装修不变，音箱位置不变，功放和扬声器数量和型号不变的情况下，均衡器一经调定就应该封好，不得随意调动。,舞台返送系统均衡器的调整，均衡器用来防止声反馈时，更应采用,1/3,倍频程均衡器。由于人耳听觉的生理特性，在使用,1/3,倍频程,EQ,降低宽带反馈点增益时，人耳的频率响应将听不来，这不但可以防止声反馈，而且也不会过分地改变声色。,会议系统防反馈均衡器的调整，与舞台返送系统均衡器的调整类似。,主讲：李力天,1/3,倍频程均衡器与听觉的关系,主讲：李力天,1/3,倍频程均衡器与听觉的关系,主讲：李力天,1/3,倍频程均衡器与听觉的关系,主讲：李力天,压缩器,/,限幅器,压缩器的特性,1,、压缩门限（阈值）,常在,0dB,附近可调；,2,、压缩比,常见,1.5:1,、,2:1,、,3:1,、,4:1,、,8:1,、,:1,；,3,、启动时间,信号超过门限时是压缩器起作用所需的时间；,4,、恢复时间,信号低于门限时使压缩器恢复到阈前正常的增益所需的时间；,主讲：李力天,压缩器,/,限幅器,压缩器的特性图,主讲：李力天,压缩器,/,限幅器的连接和调整,1,、,2,是压缩器的静态特性，一般可连续调整，应根据不同的节目源和不同设备而异。,3,、,4,是压缩器的动态特性，不同的节目源和不同的乐器有异的参数，其可以连续调整，一般宜采用短启动时间和长恢复时间。这样，失真较小，减少抽气或喘息效应，使被处理的信号更接近原始音源。,当压缩比大于,20,：,1,时，就变为一台限制器，有的压缩器另设有限制门限调整。,压缩器,/,限幅器应串接在回路中使用。,主讲：李力天,听感激励器,激励器的特性,激励器从物理上分析，就是一台失真产生器（或叫高次谐波发生器），它用原来的音频信号激励产生出原音没有的高次谐波，使人们在音色上感觉有变化来达到其目的。根据激励要求采用并或串均可，但要获得好的声音就要花一定的工夫。,激励器的连接：当作为某个音源（乐器、放音设备）激励时应串接在该通道中，当作为人声激励时，为了演出便于控制，就可考虑并接。,主讲：李力天,混响器,混响器的特性,延时,DELAY,回声,ECHO,混响,REVERB,混响器的连接：为了演出便于控制，应并接。,主讲：李力天,延时器,系统延时器的特性,依据哈斯效应，做辅助扬声器的系统延时，使得听觉上的“声像一致”。,作为电视台、广播电台的信号延时播出，防止意外播出事故。,延时器的连接：作为系统延时，应串接。,主讲：李力天,调音台,调音台是扩声系统的控制中心，是演出过程中操纵最频繁的设备。在舞台演出声音各部分比例关系的调整，对声乐、器乐音色的美化与加工均通过调音台来完成。,主讲：李力天,调音台的结构,输入组件。由前置放大器、均衡器、开关矩阵、输入信号接出与控制等组成。,输出组件。由编组输出母线、混合输出母线、辅助输出母线与各母线上的电平控制和辅助信号的返回控制等组成。,监听组件。各输入、输出组件中的,PFL,预听信号控制。,电源系统。包括各组件的供电和幻象供电系统。,指示系统。包括,VU,表，,LED,指示。,VU,表指示响度（音量），他与听众主观响度感觉较一致，但有一定的惰性，不能响应短时出现的峰值。从,-20VU,上升到,0VU,需要,300ms,时间。峰值指示现常用,LED,，用,LED,能显示出,110ms,内出现的峰值信号，也有调音台将二者,“,合二为一,”,。现场扩声，最好使用,LED,发光排（也称竹节灯）来监视信号电平，因这样保证视觉较宽，方面观察。,其他附属专用部分。包括机内混响、延时、照明系统、对讲系统等。,主讲：李力天,话筒,传声器的分类,按换能原理分：,A.,电动式。动圈切割磁力线，将声能转换为电能；,B.,电容式。声压改变电容量，将电势能转换为电能。,按作用原理分：,A.,压强式。声波只作用在振膜的一面，也就是无指向性；,B,。压差式。振膜两面都受声波压力的作用，受声压之差的控制，带有特定的指向特性。,按使用范围特点分：近讲式、歌唱用、讲话用、乐器用等等。,按指向特性分：,无方向，,8,字形，心形，超心形，超指向。,主讲：李力天,话筒,传声器的主要技术特性,灵敏度。表示电声转换效率，在一定声压作用下，输出端电压值。,频率响应。,指向特性。用极座标的方向图描述。,输出阻抗。指交流内阻，以,为单位。,最高允许声压。强声压作用下传感器会产生非线性畸变，畸变达到允许值时的声压级称为最高允许声压。,信噪比,等效噪声。传感器所能接收的最低声级。,主讲：李力天,拾音技术,拾音技术也就是传声器的运用技术。其包括：传声器的选择、数量的确定、传声器与声源的相对位置，以及正确处理传声器与室内声学特性的关系。,拾音技术不能只停留在,“,有声音,”,和,“,不反馈,”,的水平上。拾音是围绕着声音的三要素：音量、音调、音色（幅度、频率、泛音成份）来进行的。我们不但要掌握传声器的原理和性能，还应了解声源的声学特性。,主讲：李力天,拾音技术,舞台上需拾音的声源是乐器和人声。乐器包括：弦乐器、管乐器、打击乐器、电子乐器。,拾音方法虽然各异，可有些原则还是应该遵循的。,当使用多只传声器对多声源拾音时，传声器之间的距离应大于或等于声源到传声器距离的,1.5,倍，这是一条十分重要的拾音原则，国为这时声源直达最近传声器的信号强度将明显大于该声源到达邻近传声器的信号强度；当使用多只传声器拾取一个声源时，应将各传声器靠拢，使它们之间的距离远远小于传声器到声源的距离，是则各传声器之间会有严重的相位干涉现象。,主讲：李力天,拾音常见问题,话筒拾音的“梳状滤波器效应”,主讲：李力天,拾音常见问题,“,梳状滤波器效应”的曲线,主讲：李力天,五、系统设备的连接,电压匹配,平衡与非平衡,噪声的引入和解决方法,抑制声反馈的方法,主讲：李力天,电压匹配,后级设备的输入阻抗（,5,10,）前级设备的输出阻抗的,Ri=,（,5,10,）,Ro,或者设备信号源输出阻抗与负载阻抗之比小于或等于,1:,（,5,10,）,恒压源的带负载能力,阻抗匹配和电压匹配的频率传输特性,主讲：李力天,声反馈的原理,最高可用增益,(dB)=20LgDo-20LgDs+20LgD1-20LgD2-6,D1,Ds,D2,Do,MIC,演讲者,听众,扬声器,放大器,主讲：李力天,抑制声反馈的方法,移频器,移相器,反馈抑制器,1/3,倍频程均衡器,自动增益控制抑制声反馈的方法,自动调音台、媒体矩阵,（待续）,主讲：李力天,