大型综合性礼堂的音响系统设计

大型综合性礼堂的音响系统设计

摘要：随着生活水平的提高，人们对现代电影院、剧场、音乐厅、体育馆、礼堂等的音响系统设备所带来的听觉效果的要求也逐渐提高,这些公共场所的音响系统设计问题也引起了设计人员的高度重视。本文先从建筑声学入手，然后再对扩声系统进行分析。对于一个音响系统来说，最基本也是最重要的要求就是要有优良的音质，而要想获得好的音质，则必须考虑到建筑和声学的关系，如演播厅的内装饰结构、有效的声学容积、使用材料的吸声系数、位臵及面积。在声学上，有几个很重要的指标需注意：混响时间、吸声系数、声压级等；同时在音响系统设计中，设备的选用也是至关重要的，它并不是简单的设备选型与组套，必须在充分理解并认真、仔细地研究了使用扩声场所的声学环境与使用要求的基础上,再入手进行系统设计,最终给出合适的系统配臵，这样才能保证预期的使用效果。通过这个设计，我不仅可以巩固原来学过的知识，而且还能学到不少新的知识。最重要的是，这也是我运用所学理论知识解决实际问题的一次锻炼。

关键词：音响系统；建筑声学；音质

Large-scale Antegrated Design of the Auditorium Sound System Electronic Information Science and Technology 2005 Chen Yue Hui Abstract:Along with living stan dard enh an cemen t, people th e sen se of h earing eff ect request whi ch to the modern movi e theater, th e theater, the music h all, the stadium, th e assem bly hall and so on th e acoustic system equipmen t brings also gradu ally enh ances，th ese pu blic place acou sti c sy stem

design question also cau sed th e design er take highly. This articl e first obtains from the architectural acoustics , th en carries on th en an alysis ag ain to th e am plifying sy stem. As for an acou stic sy stem th at, most is basic also i s the m ost importan t requ est i s must h av e th e fine acou sti c fidelity, bu t must wan t to obtain th e g ood acoustic fidelity, th en mu st con sider th e con stru cti on h arm ony th e relation s, like telecast h all in decorates th e structure, th e eff ective acou stics v olume, th e u se material sound-absorpti on coefficien t, th e positi on an d the area. In acou sti cs, some several v ery importan t targ ets must pay atten tion: Rev erberation time, soun d-absorption coefficien t, acou sti c pressure lev el an d so on; Meanwhile in th e soun d system design, the equipmen t selects also is to view important, it certainly i s not th e simple equipmen t shaping an d th e com binati on, had an d is earnest in th e full un derstan ding, carefully h as stu di ed th e use sound amplification place acou stics environmen t and th e operation requiremen ts f oundation obtains again carri es on th e sy stem to su ppose visits finally produ ces th e appropriate sy stem dispositi on, like this could gu aran tee th e antici pated use effect.Th e design n ot only I may consolidate h av e studi ed originally th e kn owledg e th rough this, but also can learn many n ew kn owl edge, m ost importantly this also is I utilizes stu di es th e th eory kn owledg e solu tion actu al problem an ex ercise.

Keywords：Au di o system; Building acou stic; Soun d

1 绪论

1.1 音响系统设计的现状,发展及意义

我们的音响业近十年来发展变化非常大，无论是民用发烧音响到A V热，还是专业的卡拉ok、迪斯科舞厅到现在的多媒体报告会议厅。从消费来讲，无论是集团还是个人，音响已成为人们生活、工作中不可缺少的一部分，并成为了一种时尚，这是可喜的一面。应该看到，随着人们认识的不断提高，产品的竞争日趋激烈。虽然，这是一个严峻的挑战，但更是一个机遇。高质量的音响设计离不开基本技术理论，更离不开主观评价。毕竟这种特殊的商品最终是和人打交道，是用来表现艺术的，主观评价的结果可以直接指导产品的设计。这就是音响系统的设计体现以人为本的关键所在。

1.2 设计中的几个重要参数

（1）吸声系数α

建筑声学设计中用吸声材和吸声结构来消除回声，颤动回声，声聚焦和减少混响时间等房间的声学缺陷。吸声材料吸声结构通常用吸声系数α来表示。每平米材料的吸声多少被称为材料吸声系数，每个物体的吸声多少被称为吸声量。一般测量吸声系数时使用混响室，分别测量放入材料前和放入材料后的混响时间，进行比较求得材料的吸声系数或吸声量。吸声系数的计算公式：

α=0.161V/S(1/T2-1/T1)

其中：V——房间体积；S——吸声材料面积；

T1——为空室混响时间（秒）；T2——为放入材料后混响时间[1] 。

（2）临界距离DC

前面已提到直达声的传播衰减与传输距离的平方比成反比，离声源的距离越远，声压级越低，混响声的传播衰减不遵守平方反比定律，在理想状态下，理论上它在整个房间的声压级是相等的。离扬声器越远，声压级越低。

临界距离DC是指在声源轴线方向上，直达声与混响声声能相等的距离，即D/R=（0dB）,临界距离在计算声音清晰度时很有用,一般来说,在D/R>-6dB 区域内(即2倍临界距离),声音的清晰度是最好的[2]。

Q-扬声器的指向性因数

R-房间常数(即房间的吸声量)

α-房间的平均吸声系数

S-房间的总吸声面积

（3）混响时间R60

房间的混响R60与房间的容积、表面面积和房间的平均吸声系数有关。

而空气吸声系数M，它与频率和湿度有关，1KHZ-8KHZ的M值为0.003-0.057。

不同混响时间R60的听觉感受:R60<0.5秒(500HZ);声音清晰,但太于(单薄),适宜于录音室。

R60=0.7-0.8秒（500HZ）：声音清晰、干净、适宜于电影院和会议厅。

R60=1.2-1.4秒（500HZ）：声音丰满、有气魄、空间感强，适用于音乐厅和剧场。

R60>2秒-3秒（500HZ）：声音混浊、语言清晰度差，声音发嗡，有回声感[3]。

1.3 音响系统设计的研究步骤和方法

本文首先讨论的是大型综合性礼堂音响系统设计中的建筑声学，大会堂的建筑声学包含噪声控制和音质控制两部份。噪声控制包括室外噪声及振动控制、室内噪声及振动控制；音质控制则包括观众厅的体形控制和观众厅音质参量的控制。噪声及振动控制是多用途会堂声学工程的一个非常重要的方面。室内环境噪声包括空调噪声、灯具噪声、设备噪声、过道、门厅等噪声。为了确保大会堂观众厅的总声级小于NR35，各个单个的噪声源的噪声应控制在NR30的水平。观众厅音质参量的控制上主要考虑消除声学缺陷, 观众厅混响时间控制,舞台空间混响时间控制三个方面因素,最后在施工时要严格遵循声学施工原则.

然后我们会讨论大型综合性礼堂音响系统设计中的扩声系统.在扩声系统中的音箱配臵上扩声系统设计采用L CR方式，要求中央声道能独立覆盖全场，当举行会议时只需将中央声道和拉声像扬声器开启，提高会议时的语言清晰度。当演出时，将全部扬声器开启，形成左中右系统，具有更好的空间定位感。然后做声场模拟分析报告时我们根据EASE4.0的操作手册，采用Long Form计算方式得出的清晰度和辅音损失度，在主观评价和预测数值之间具有良好的关联性，故我们也采用该计算方式。模拟结果中观众区声压级和声场不均匀度需达到《中华人民共和国国家标准GB50371-2006—厅堂扩声系统设计规范》中的多用途扩声系统声学特性指标一级标准。通过搜集资料我会把此设计所需的系统设备及安装材料一一罗列.最后在扩声系统施工工艺中我们要从管、线敷设,放线,吊件及预留孔,设备安装注意事项,音箱安装,机架安装,控制台安装,控制室内电缆敷设,供电与接地,特殊工艺处理十个方面考虑后才能施工,以使礼堂的扩声效果达到最佳.

2 建筑声学

2.1噪声及振动控制

2.1.1空调噪声、灯具噪声、舞台机械噪声的控制

（1）空调噪声：空调噪声的限值为N R35。在选择空调设备时，应选低噪声设备。

（2）灯光噪声：灯光应在灯光采购时，选择能达到NR30限值的低噪声灯具。

（3）舞台机械噪声：考虑到在演出过程中，舞台机械并不是长时间连续运转而是间隙性的。舞台吊杆在运转时，在观众席第一排中部不应大于NR45。

2.1.2出入口的隔声控制

观众厅周围的过道、前厅、休息厅常有人流噪声，人员正常交谈的声级约为60～65dBA。这些内部噪声通过观众厅的出入口传入观众厅。为了确保出入口传入观众厅的噪声不超过N R30，每个出入口处应为隔声门，其隔声量应达到20dB以上。

2.1.3面光桥、音桥、耳光室等的噪声控制

面光桥、音桥、耳光口等朝向观众厅的一面都是漏空的，而这些部位，不是安装有音箱，就是装有舞台灯光，还有操作检修人员在上面行走，这些设备会发出噪声，人员行走也会有噪声。所以必须要对面光桥、耳光室都进行吸声处理。最好做封闭的面光桥、音桥，以保持吊顶对室外噪音的隔音效果。

2.1.4控制室、放映室的噪声控制

控制室、放映室内都有设备噪声及人流噪声。在演出过程中，控制室的玻璃窗经常是开启的，为了降低控制室噪声的影

响，必须对控制室和放映室的墙面和顶棚均进行吸音处理。另外为防止静电危害，控制室地面必须采用防静电地板。

2.2 观众厅音质参量控制

2.2.1消除声学缺陷

（1）为了避免观众厅后墙面上产生长延时的反射声，必须对后墙面进行强吸声处理（最好吸声系数不小于0.8）。

（2）同理，眺台栏板可做成强吸声结构（最好吸声系数不小于0.8）。

（3）为了使舞台空间的混响时间与观众厅空场的混响时间接近，必须对舞台空间的墙面进行了吸声处理（最好吸声系数不小于0.7）。

（4）在观众厅中前部侧墙上部及后部侧墙布臵吸声结构，防止出现长延时的反射声；观众厅的前中部侧墙下部可布臵随机扩散结构来改善大厅音质。

2.2.2观众厅混响时间控制

综合各方面的因素，初步确定该厅容积在9000m3左右。规范要求8000m3--10000m3的多功能厅在500～1000HZ的混响时间宜为1～1.4秒。兼顾各主要功能的要求，建议中频满场混响时间设计指标值为1.2秒，满足规范要求。

规范要求混响时间的频率特性，相对于500～1000HZ的比值宜符合下表

为了确保达到规范要求,通过选用合理的吸声材料来控制混响时间，

我们对观众厅的混响时间进行估算，计算结果如下表2.2，从表中估算结果来看是满足会堂要求的。其中混响时间: T60 = KV / Sａ[6]

表2.2观众厅混响时间计算表

2.2.3舞台空间混响时间控制

规范要求舞台空间应进行适当吸声处理,大幕下落及舞台设备设臵条件下,舞台空间的中频(500～1000HZ)混响时间不宜超过观众厅空场混响时间.

为了确保规范要求混响时间的频率特性，相对于500～1000HZ的比值宜符合下表2.3

表2.3舞台混响时间的指标

为了确保达到规范要求,通过选用合理的吸声材料来控制混响时间我对舞台的混响时间进行估算，计算结果如下表2.4，从表中估算结果来看是满足会堂要求的：

表 2.4 舞台混响时间计算表

图2.1 混响时间曲线

2.3声学施工原则：

（1)室内声学施工必须待地面，墙体干透后进行。

（2)除特殊要求外，离心棉、超细玻璃棉的厚度、密度要经过称量、如图纸中另有注明外，离心玻璃棉宜采用32kg/m3。

（3)穿孔板的孔径、孔距及穿孔率直接影响吸声板的吸声频率和吸声系数，必须严格按设计采购和施工。未经设计认可，不能变更。

（4)吸声材料后空腔的深度直接影响吸声的频谱，不能随便变更。

（5)建筑声学材料的各项声学指标直接影响完工后大会堂的音质效果。建声施工的关键在于声学材料的选购及施工质量。凡声学材料的购买、龙骨框架的材质、截面尺寸、间距布臵及固定、饰面材料的规格和施工方法等均应按照设计的要求一丝不苟的安装施工，不能任意变更。

3 扩声系统

3.1 音箱配置

主音箱群作内藏吊挂在声桥内及音响室内，观众厅主扩声音箱分为

四部份组合成三声道立体声系统（左、中、右）：

（1）在台口上方声桥内设臵中央声道，由2只JBL SRX722

（最大声压级135分贝）扬声器箱，并辅以2只JBL SRX718S（最大声

压级130分贝）18寸扬声器箱组成。

（2）左、右扬声器组各由1只JBL SRX722（最大声压级135

分贝）扬声器箱，并辅以1只JBL SRX718S，安装于声桥下的左右侧位臵。

（3）在左、右分别设立了2只JBL SRX712M两分频音箱作为声像扬声器将声像往下移。

（4）在台唇位臵流动布臵6只JBL CONTROL26C作为前区观众席的补声扬声器。

（5）在台口上方声桥内布臵2只JBL SRX722（最大声压级135分贝）扬声器箱作为挑台观众区扬声器。

3.2 EASE

4.1 声场模拟分析报告

我们根据EASE4.0的操作手册，采用Long Form计算方式得出的清晰度和辅音损失度，在主观评价和预测数值之间具有良好的关联性，故我们也采用该计算方式。

由以上模拟结果得到结果见下表3.1所示，系统达到设计要求：

表3.1声场模拟结果

而根据EASE4.0的操作手册，清晰度和辅音损失度的评价标准如下表3.2：

表3.2清晰度和辅音损失度的评价表

模拟结果显示：观众区声压级和声场不均匀度达到并超过《中华人

民共

国家

标准

GB50371-2006—厅堂扩声系统设计规范》中的多用途扩声系统声学特性指标一级标准。由下图中所见,观众区域的辅音损失度及语言清晰度均达

到优秀效

图3.1500H Z总声压级

500HZ 总声压级>106dB 不均匀度<5dB 达到多用途扩声系统声

图3.21000H Z总声压级

1000HZ 总声压级>105dB 不均匀度<5dB 达到多用途扩声系统声学特性指标一级标准

图3.32000H Z总声压级

2000HZ 总声压级>105dB 不均匀度<5dB 达到多用途扩声系统声学特性指标一级标准

图3.44000H Z总声压级

4000HZ 总声压级≥103dB 不均匀度<6dB 达到多用途扩声系统声学特性指标一级标准

图3.5RA STI

RASTI ≤0.78 且≥0.74 大会堂具有好的语言清晰度

图3.6C50

所有听音区C50≤21.4 且≥7.74 大会堂具有优秀的语言可懂度

图3.7 A LCons

4000HZ 总声压级≥103dB 不均匀度<6dB 达到多用途扩声系统声学特性指标一级标准

3.3系统主要设备配臵

3.4扩声系统施工工艺

3.4.1管、线敷设：

（1）管（桥架）与管（桥架）之间用铜编织带进行接地连接；

（2）线材配用：所有信号连接线缆均选用专业定制的多芯金属屏蔽绞线，对角并接，以防止干扰。

（3）连接方式：所有的设备之间的信号连接均采用平衡式连接，端点采用焊接。

（4）为防止干扰，所有预埋、架设管线（桥架）应尽量远离强电竖井或桥架，不与强电线路共用线管或桥架。

3.4.2放线：

计算好每根管内应穿线材的总数及长度，由穿线钢丝将线带出。根据需要留足线的长度，一般留足线长后再加长0.5m的长度。放线完毕后用万用表或摇表等仪器对线材进行测量，并做好记录。电源线宜与信号线、控制线分开敷设；

3.4.3设备安装注意事项

（1）相应设备按开启程序（使用时），方便调整原则安装在机柜之中。并检查相应开关位臵设臵是否正确。

（2）做好预埋接口，插盒的连接，系统连接线的制作。

（3）在系统通电前。再次检查系统连接线路并测量电源电压

3.4.4音箱安装

音频和音箱线放线以前必须进行测量，确保无故障短路，断路现象。放线后应进行测量，将测量记录进行保存，并对每根线进行标号。各音箱电缆两端须标示永久性标记和相位标记。标示如表1-1所示。

所有线材必须是整线，中间不能有连头，若有特殊情况，应采用专业接插件。焊点牢固，为防止短路现象，节点处套蜡管或热缩管。所有接插点，采用专用的接插头，音频连接均用甬声连接插头。系统连线应作标记，设备上应贴有明显标记表示其功能。线路整理应清晰，整洁，用扎带将线路扎紧。为防止接触不良，所有电源插头都要用扎带固定或使用端子排。

音箱的吊装须采用其生产厂家指定的，经过安全认证和保险的吊装组件；音箱的安装应牢固、安全，其安装角度宜于调整；音箱输入电缆与音箱的连接必须牢固可靠，接头采用进口接插头。音箱输入电缆不可扭曲或绞合；音箱电缆的选用必须满足音箱使用功率的容量及有效传送距离要求。

3.4.5 控制台安装

控制台应安放竖直、台面水平；附件完整、无损伤，螺丝紧固，台面整洁；接插件和设备接触应可靠，安装应牢固。

3.4.6 供电与接地

对所有接地极的接地电阻应进行测量，经测量达不到设计要求时，应在接地极回填土中加入无腐蚀性长效降阻剂。控制室内接地母线的路线、规格应符合设计要求。

结语

本文是围绕现代大学大型综合性大礼堂设计的，本设计中的参考的是一些高校里的大型综合性礼堂, 设计包括了建筑声学和扩声系统两大部分,功能着重于保证大、中型会议的召开，同时尽可能满足演出和放映的要求.在设计音响系统时从建筑声学设计到设备选型，然后再用电脑模拟软件检验设计方案，模拟结果显示设计合乎要求。我相信如果这一方案得以实施的话，应该能满足设计要求。但是由于本人在工程方面知识和经验的不足，故难免会存在不足之处，还望各位老师包含。