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礼堂音响工程设计举例

发布日期:2018-08-26 浏览量:633次

一个机关礼堂,平时作为会议厅用,有时也用来文艺演出,实际上可以看作多功能厅,观众厅的长25米,宽25米,平均高度7.5米,无眺台,有一个镜框式舞台,会议时作为主席台用,演出时作为舞台用,没有乐池,观众厅设936个座位,容积V为4670m³,室内总表面积s为1950㎡,根据室内装修布置,结合吊顶、舞台口、墙面、走到地面、门、玻璃窗、座椅的具体情况计算出空场和满场时各频率的平均吸声系数和混响时间,如表9-17所示,混响时间根据本书第三章混响时间计算公式(3-10)和表3-2空气吸收系数4m值,这里湿度取60%,2000Hz时4m取0.009,4000Hz时取0.022计算出混响时间。

(一)声场设计

为了计算方便,将第三章的式(3-10)、式(3-14)再在此列出。

需要说明的是各种吸声材料的吸声系数并不是非常精准的,因为生产厂家的不同,材料性制可能有差异,另外混响室法和驻波管法的测试方法不同,也会造成测试参数的差异,还有安装上也会有差异,所以最后计算出的参数供设计参考,还有用来计算混响时间的计算公式,本身并没有保证计算的结果是非常精确的,另外公式本身是利用统计方法建立的,如果各种参数都是比较准确的,那么计算结果误差也许在10%以内,实际上建筑设计的结果在最后完成装修后各频率的混响时间还要靠测试来验证,必要时还要适当调整才能达到预定要求。所以计算过程中不必选取太多有效位数值,那种为了数据精确计算过程中保留小数点后很多位的做法,只增加计算的工作量,对工程设计毫无贡献,至于各种装修材料的吸声系数值,请参考中国建筑工业出版社出版的(建筑声学设计手册)中国建筑科学研究院建筑物理研究所主编,和上海科学技术出版社出版的(噪声控制技术)国家劳动总局主编,方丹群,王文奇,孙家其,陈潜等编等书的有关表格。计算出空场和满场1000hz的混响半径大约分别在8米和8.5米,频率增高时,混响半径稍微再减短一些,但是减短的数值并不大,见表9-19。

分析:表9-19所列计算结果中,可以看出空场混响时间比较长,但是满场混响时间不算太长,属于多功能厅混响时间的上限,由于这里一个机关的礼堂装修上没有花很多费用,所以满场混响时间能做得这样也算可行了,当然,这些数据都属于理论计算数据,最后还要根据实际测量结果来判断,如果实际测量结果比理论计算值大很多的话,则需要在装修上做适当调整,以期达到使用要求,如果与理论计算结果将近,则不必再花时间和费用去调整了,就计算出的混响半径来看,由于没有眺台,只有一层观众席,所以在主音箱选择合理、放置位置和角度合理的情况下,即便不加后场补声音箱,也完全能满足语言清晰度要求,到此可以进行下一步的设计工作了,即选取合适的音箱型号,根据所选的音箱尺寸,选择合适的放置位置和方法,以及合适的角度。

这里笔者想说明一下关于对扩声声场计算机辅助设计软件EASE的使用问题。笔者曾参加对不少音响系统工程的评标工作,发现不少投标书中都有用EASE软件做的声场图,本来用EASE软件作为计算机辅助设计手段来设计声场是比较好的,可以节省时间,并且可以将声场情况形象的画出来,但是实际上往往不能体现真正的声场情况,另外许多投标者没有按照应该做的去做,往往只是从EASE库中调出一个房间模型,然后简单的稍微修改成与自己投标的房间相适的房间形状尺寸,在并不知道房间内各处的实际装修情况下,随便给一个吸声系数,从库内调出一个音箱的参数,就开始让计算机软件计算声场,画出声场分布图,实际上没有参考价值,而且EASE软件并不支持所有选择的音箱,只支持少量品牌型号的音箱,那么画出来的图就更没有多少实际意义了,如果能严格按照实际房间的形状尺寸,各门和窗户的具体位置和尺寸,精确建模画图,并且将各部位的具体装修材料及厚度,容重,穿孔率等所决定的各频率级的吸声系数计算计算机后,再用计算机的EASE软件计算声场情况,最后画出的声场分布图才有参考价值。

首先根据剧本设计的厅堂,属于机关内部厅堂,主要功能是平时开会用,有时也作为演出场所使用,所以选择扩声系统声学特性指标的GB 50371--2006(厅堂扩声系统设计规范)标准中的多功能内扩声系统声学指标第二级标准:最大声压级取≥98db,当然具体取什么样的标准还得跟甲方商量才能确定,如果选择第五章中举例的音箱,则可选用二分频全频带音箱。

该音箱各项技术指标如下:

频率范围(-10dB):55Hz~18kHz;

频率响应(-3dB):78Hz~14kHz;

水平覆盖角(-6dB):85°,500Hz~16kHz,平均;

垂直覆盖角(-6dB)85°,500Hz~16kHz,平均;

指向性因素Q:9.9,500Hz~16kHz,平均;

指向性指数DI:10.0dB,500Hz~16kHz,平均;

系统灵敏度:98dB,1W,在1m(3.3ft)处;

额定最大声压级:129dB,在1m(3.3ft)处;

系统标称阻抗:8欧;

系统输入功率额定:300W,IEC;1200W峰值;

推荐功率放大器:400W;

分频点:1.6kHz;

换能器:低频单元:M222-8,300mm(12in)纸盆;高频单元:2418H,25mm(1in)喉部,钛膜;

输入连接器:2×NL4 Neutrik Speakon连接器;

尺寸:586mm×387mm×403mm(23.05in×15.25in×15.87in);

净重:22.7kg(59lb)。

从上面技术指标中可以看出该音箱的灵敏度是98db,额定功率是300W,一般实际使用时节目信号的有效值功率应该控制在额定功率的1/8以内,也就是降低9db使用,推荐降低10db使用,以保证节目信号的峰值因数大于等于4,达到高保真扩声要求,所以实际播放节目时的功率初步确定为30W电功率,现在计算在此电功率时距离扬声器系统一米处的声压级,按照式8-1计算。

上面已经得知满场混响半径为8.5米,按照式(8-2)计算

Lx=L-20IgX=(112.77-20×0.93)dB=(112.77-18.6)dB=94.17dB取整数为94dB

也就是在降低10db使用情况下,室内混响声场声压级可以达到94dB,考虑到扩声时主音箱不是一只,而是一对,即左右各有一只音箱,则实际的混响声压级约为97db,前排直达声场声压级大于混响声场声压级,以直达声场为主,后排混响声场声压级大与直达声声场声压级,以混响声场为主,所以室内的声压级已接近于确定的最大声压级98db的要求。况且GB 50371-2006中的最大声压级指的是测量用噪声信号的峰值因数在1.8-2.2之间,在测量后的RMS声压级基础上要加上峰值因数的db数,与数之2计算,要加上6db,所以在降低10db功率使用时,只要最大声压级达到98-6=92db即满足要求,因此不必再计算最大声压级是否能达到指标的问题,这里之所以以这款音箱为例,是因为前面讲解音箱知识是以这款音箱的技术指标来说明的,并不表明一定要选用类似技术指标的音箱才能满足要求。

在图9-29中画出了几种音箱摆放情况,其中图9-29a是礼堂的顶视图。

第一种方案是只设置音箱a、b、c、d4只,其中音箱a、b为主音箱,音箱C、D为给前排主音箱覆盖不到的前几排观众补直达声,并且起到拉声像的作用,主音箱a、b放置在台唇上方,或者说台口前上方,这种方案的前提是此位置允许放置音箱,也就是建筑结构承重有保障,有便于安装与维修。这种方案属于最佳方案,音箱主声轴对准倒数第四排至第六排距地1.2-1.3米处,也就是那一排观众的耳朵高度具体在哪一排?要看观众厅的长度,这样设置角度的优点是直达声场比较均匀,因为音响辐射的直达声场以主声轴上为最强。以上面选择的音箱--MS112二分频全频带音箱为例,指标中垂直覆盖角为85度,以主声轴为中心,上下的有效覆盖角均为偏离主声轴42.5度,但是在同样半径的情况下,偏离主声轴42.5度的位置比主声轴位置的直达声声压级要低6db。如图9-29b所示,放置主音箱a、b时,前排中排后排听众离开主音箱的距离有差别,后排听众离开主音箱的距离远,按照直达声场的平方反比定律,直达声场声压级降低的比较多,但是处于直达声场最强的音箱主声轴附近,而前中排听众离开主音箱的距离近,直达声场声压级降低的比较少,但是处于直达声场比较小的偏离音箱主声轴的位置,并且前排比中排距离音箱相近,但是前排比中排偏离主轴角度大,所以总体上前后排听众处的直达声场声压级相对比较均匀。音箱C、D可放置在台口两侧,显然音箱C、D比主音箱a、b离前排观众近,所以音箱C、D的声音要比主音箱a、b的声音先到达前排观众处,根据哈斯效应,听众的主观感觉会认为声音就是从拉声像的音箱C、D处传来的,达到拉声像的目的。

当台口上方不允许放置主音箱时,可以考虑第二种方案,将主音箱放置在台口两侧,根据第一种方案的同样原理,音箱高度应该放置在高一些的高度,以利于声场均匀,此时最好能将音箱埋置在墙面外,表面装饰钢网加音箱布,颜色最好与墙面相同,放置的俯角也要合适才行。

如果对厅堂扩声系统的声学性能要求比较高,则无论第一种方案或第二种方案中的主音箱可以不用全频带音箱,而改用由低频音箱加中高频音箱组成,甚至由低频音箱、中频音箱加恒指向高音高筒组成,并且可以每边用两只恒指向高音号筒,一只恒指向高音号筒投向近处,观众席称为进投,另一只恒指向高音号筒投向远处观众席,称为远投,以便指向性强的高频的直达声场更均匀,但是此时组成一路扬声器系统的低频音箱,中频音箱,恒指向高音号筒必须是经过严格选择的,不是任意拿三种音箱就能组成性能良好的系统的,最好选择厂家产品目录中推荐组合的配套产品,并且根据厂家推荐的分频点来分频,这种方案应该在主音箱通路中加电子分频器。

假设厅堂的后面设有眺台,如图9-29c所示,则应该考虑是否需要为一层后排,也就是眺台下的观众席增加补声音箱的问题,如果主音箱辐射到后排的中高频直达声会被眺台阻挡,在后排观众席处形成缺少中高频直达声的身影区,则应该在侧墙的靠后适当位置加挂补声音箱,如图9-29a所示中的音箱E、F,还可以考虑为眺台上观众席增加补声音箱,列如图9-29c所示中的音箱G、H。所有补声音箱由于离开相应服务的观众席的距离比较近,所以音箱辐射的声压级不必太高,可以选择额定功率相对比较小的音箱,相应的音箱的体积也会比较小,当然所有补声音箱的通路中都应该增加延时器,以便补偿主音箱与补声音箱到观众席的声程差。

所有音箱的安装必须牢固,高度不能太低,以免伤及观众,并且应该考虑相对比较美观,最后不要忘了给舞台上的演员配置返送音箱。

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