扩声系统设计的要点和实例
推送年月日：2018-08-19 浏览访问量：1464次
一般从严格意义上说 ，一套完整的音响扩声系统设计应包括厅堂音质设计和电声系统设计 ，其系统参数是由建筑声学参数和电声系统参数两大部分组合而成的 。
我从事的主要是现场演出租赁的工作 ，由于演出的场地一般大部分都已经过了声学上的处理 ，因此在这里建筑声学上的参数 ，如混响时间、频率响应、本底噪声等就不再另外讨论了 。
我主要谈的是具有实际可操作性的与现场扩声有关的声压级设计和电声系统的配置 。
要得到好的声音 ，建筑声学参数达标是重要的前提 ，虽然有些建筑声学参数 ，如频率响应、混响时间等,可通过电声设备进行补偿 ，但这种补偿是有限的 ，是以电声系统参数的变差为代价而换取的（如失真等） 。
因此以下所谈到的设计和配置都是在建筑声学参数达标的情况下进行的 。
作为一名音响高级技师常常有同行问我 ，为什么他们单位里用的设备档次并不低 ，但就是出不来好的声音？这个问题还真不容易回答 ，很多人会说是调音师的水平不行 ，但真的是这样吗？用的设备档次再高 ，但功放满功率运行时喇叭的声压级还是不够 ，不能让全场听众都听清 ，又或是系统调试错误 ，喇叭反相、限幅阈值设置过低或过高 ，如此这般会有好的声音出现吗？归根到底我认为问题还是主要出在扩声系统的前期设计配置和后期的系统调试上 。 因此扩声系统的前期设计配置是否合理以及后期的系统调试是否到位是一个音响工程成败的关键所在 。
现在很多工程公司在音响系统的配置上往往有两个极端 ，一是客户很有钱 ，配置的设备（特指音箱和功放）大大超过实际所需；二是客户预算有限 ，配置的设备根本无法满足声压级的基本要求 。 第一种情况 ，如果系统调试合理 ，对调音师来说到还算幸运 ，只是存在着资源浪费的问题；如果不幸遇到第二种情况 ，没有其他办法 ，只有进行改造 ，但这势必又会造成一定的浪费 。 因此我崇尚的做法是在接到工程之初应合理的去配置扩声系统 ，在工程的最后阶段应进行科学的系统调试 。
扩声系统的合理配置与调试离不开科学的理论依据 ，下面我列出一些要点 ，作为后面具体实例分析的依据 。
(一) 扬声器的灵敏度在扬声器输入端加上额定功率为1W的电信号时 ，距离扬声器正面0度主轴方向1米处所产生的声压级 。 它体现了电能转换为声能的效率 ，灵敏度越高 ，扬声器越容易被功放驱动 。
(二) 扬声器的可承受功率：平均功率、节目功率（Program）和峰值功率（Peak） 。
1.平均功率（噪声功率）
平均功率是以RMS电压计算而确定的功率 。 国际上比较普遍的是采用粉红噪声来对扬声器进行功率测试 ，因此平均功率又可称为噪声功（Noise） 。 噪声功率的测试标准又分为AES、IEC和EIA三种 。
1）AES2-1984标准：由美国音频工程师协会颁布 ，采用10倍频带宽、6dB峰值因数的粉红噪声作为测试信号 ，测试时间为2小时 ，测试后单元在声学、电学和机械性能上不应产生大于10%的永久性的改变 。 美国著名的扬声器厂家JBL就采用AES标准 。
2）IEC60268-5标准：由国际电工委员会颁布 ，所采用的测试信号为6dB峰值因数的粉红噪声 ，并且是按IEC标准所确定的节目信号滤波器对粉红噪进行滤波 ，这一节目信号的频谱模拟了真实音乐和语言的的频率分布 ，高端和低端的频率份量呈下降趋势 。 测试时还应根据扬声器单元技术指标中关于频率范围的规定设置带通滤波器对上述ICE节目信号进行滤波 。 测试时间为100小时 ，测试后扬声器不应显示损坏 。
3）EIA RS426标准：由美国电子工业协会颁布 ，所采用的测试信号也是6dB峰值因数的粉红噪声 ，但使用的节目滤波与IEC标准有差别 ，它的低频段成分较高 ，而高频成分要低的多 ，测试时间为8小时 。 美国扬声器生产大厂EV就采用此种测试方式 。
2.峰值功率（Peak）
峰值功率是由峰值电压计算而确定的功率 。 扬声器在接受峰值因数为6dB的粉红噪声测试时 ，瞬间要承受4倍于平均功率的瞬态峰值的冲击 ，这个瞬态功率即峰值功率 。
3.节目功率（Program）
节目功率是从老的扫描正弦波功率测试而推演出来的过时的说法 ，现在它不具备什么实际意义 ，对于大多数制造商将平均功率乘以2就得到了节目功率 。
4.平均噪声功率、节目功率和峰值功率之间的关系
对于6dB峰值因数的功率测试信号 ，平均噪声功率（Noise）、节目功率（Program）和峰值功率（Peak）之间的比率如下表所示 。
5.重点说明
扬声器测试时 ，如果输入的是简谐正弦信号 ，则峰值与RMS之间只有3dB的差值 ，如果输入的测试信号是峰值因数为6dB的粉红噪声 ，则峰值与RMS之间就有6dB的差值 。 国内有很多扬声器生产厂商还在使用简谐正弦信号作为测试信号 ，因此同样是标注250W连续功率的扬声器 ，采用简谐正弦信号测试的扬声器可承受的峰值功率只有500W ，而采用AES、IEC和EIA标准测试的扬声器 ，其可承受的峰值功率却可以达到1000W 。 这点在选用多大功率的功放去驱动此音箱时显得尤为重要 。
作为一名音响高级技师常常有同行问我 ，为什么他们单位里用的设备档次并不低 ，但就是出不来好的声音？这个问题还真不容易回答 ，很多人会说是调音师的水平不行 ，但真的是这样吗？用的设备档次再高 ，但功放满功率运行时喇叭的声压级还是不够 ，不能让全场听众都听清 ，又或是系统调试错误 ，喇叭反相、限幅阈值设置过低或过高 ，如此这般会有好的声音出现吗？归根到底我认为问题还是主要出在扩声系统的前期设计配置和后期的系统调试上 。 因此扩声系统的前期设计配置是否合理以及后期的系统调试是否到位是一个音响工程成败的关键所在 。
现在很多工程公司在音响系统的配置上往往有两个极端 ，一是客户很有钱 ，配置的设备（特指音箱和功放）大大超过实际所需；二是客户预算有限 ，配置的设备根本无法满足声压级的基本要求 。 第一种情况 ，如果系统调试合理 ，对调音师来说到还算幸运 ，只是存在着资源浪费的问题；如果不幸遇到第二种情况 ，没有其他办法 ，只有进行改造 ，但这势必又会造成一定的浪费 。 因此我崇尚的做法是在接到工程之初应合理的去配置扩声系统 ，在工程的最后阶段应进行科学的系统调试 。
扩声系统的合理配置与调试离不开科学的理论依据 ，下面我列出一些要点 ，作为后面具体实例分析的依据 。
(一) 扬声器的灵敏度在扬声器输入端加上额定功率为1W的电信号时 ，距离扬声器正面0度主轴方向1米处所产生的声压级 。 它体现了电能转换为声能的效率 ，灵敏度越高 ，扬声器越容易被功放驱动 。
(二) 扬声器的可承受功率：平均功率、节目功率（Program）和峰值功率（Peak） 。
1.平均功率（噪声功率）
平均功率是以RMS电压计算而确定的功率 。 国际上比较普遍的是采用粉红噪声来对扬声器进行功率测试 ，因此平均功率又可称为噪声功（Noise） 。 噪声功率的测试标准又分为AES、IEC和EIA三种 。
1）AES2-1984标准：由美国音频工程师协会颁布 ，采用10倍频带宽、6dB峰值因数的粉红噪声作为测试信号 ，测试时间为2小时 ，测试后单元在声学、电学和机械性能上不应产生大于10%的永久性的改变 。 美国著名的扬声器厂家JBL就采用AES标准 。
2）IEC60268-5标准：由国际电工委员会颁布 ，所采用的测试信号为6dB峰值因数的粉红噪声 ，并且是按IEC标准所确定的节目信号滤波器对粉红噪进行滤波 ，这一节目信号的频谱模拟了真实音乐和语言的的频率分布 ，高端和低端的频率份量呈下降趋势 。 测试时还应根据扬声器单元技术指标中关于频率范围的规定设置带通滤波器对上述ICE节目信号进行滤波 。 测试时间为100小时 ，测试后扬声器不应显示损坏 。
3）EIA RS426标准：由美国电子工业协会颁布 ，所采用的测试信号也是6dB峰值因数的粉红噪声 ，但使用的节目滤波与IEC标准有差别 ，它的低频段成分较高 ，而高频成分要低的多 ，测试时间为8小时 。 美国扬声器生产大厂EV就采用此种测试方式 。
2.峰值功率（Peak）
峰值功率是由峰值电压计算而确定的功率 。 扬声器在接受峰值因数为6dB的粉红噪声测试时 ，瞬间要承受4倍于平均功率的瞬态峰值的冲击 ，这个瞬态功率即峰值功率 。
3.节目功率（Program）
节目功率是从老的扫描正弦波功率测试而推演出来的过时的说法 ，现在它不具备什么实际意义 ，对于大多数制造商将平均功率乘以2就得到了节目功率 。
4.平均噪声功率、节目功率和峰值功率之间的关系
对于6dB峰值因数的功率测试信号 ，平均噪声功率（Noise）、节目功率（Program）和峰值功率（Peak）之间的比率如下表所示 。
5.重点说明
扬声器测试时 ，如果输入的是简谐正弦信号 ，则峰值与RMS之间只有3dB的差值 ，如果输入的测试信号是峰值因数为6dB的粉红噪声 ，则峰值与RMS之间就有6dB的差值 。 国内有很多扬声器生产厂商还在使用简谐正弦信号作为测试信号 ，因此同样是标注250W连续功率的扬声器 ，采用简谐正弦信号测试的扬声器可承受的峰值功率只有500W ，而采用AES、IEC和EIA标准测试的扬声器 ，其可承受的峰值功率却可以达到1000W 。 这点在选用多大功率的功放去驱动此音箱时显得尤为重要 。
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