《高校多功能报告厅扩声系统设计与测试》论文

1高校多功能报告厅扩声系统设计与测试吕利昌（深圳职业技术学院信息技术应用研究所，深圳518055）[摘要]：本文以我校新建的图书馆多功能报告厅为实例，主要阐述了扩声系统设计的基本原则和设计方法，作为设计验证，文中还对报告厅扩声设计效果的特性测试内容和数据处理方法进行了详细的描述，为同类型的高校报告厅设计及测试提供了较好的范例。[关键词]：报告厅扩声系统特性检测中图分类号:TN912.2文献标识码:A文章编号:1引言随着我国高等教育事业的快速发展，越来越多的高校修建了多功能报告厅。由于高校资源紧缺的状况及使用范围很广的特点所决定，这些报告厅除了要满足举办学术报告、各类会议等以语言扩声为主的需要外，往往还要求具有适应小型文艺演出、影视播放等功能；并且随着新技术和新型产品的不断涌现，这些都对报告厅的系统设计提出了新的挑战。我校的多功能报告厅系统主要包括会议发言系统、同声传译及红外接收系统、扩声系统和视频系统四大部分。各部分都在应用新技术方面做了大胆的尝试，取得了较好的效果。扩声系统作为整个系统的关键环节，我们更是进行了精心的设计，并对设计结果作了全面测试，达到国家有关标准的一级要求。下面着重就扩声系统设计方法、扬声器设备选型和扩声特性测试等方面进行讨论。2扩声系统设计2.1扩声系统的设计原则随着科学技术的进步，特别是数字技术在音频领域中的广泛应用，使得声音信号的记录与重放有了很大的改善。音质的好坏除了与声学环境和人耳的听觉特性有关外，更直接取决于扩声系统的合理设计，一般来讲在扩声系统设计遵循以下原则：（1）针对“人耳的听觉特性”进行科学的论证与设计；（2）以观众厅实际建声条件作为扩声设计基础；（3）紧密围绕“音质、方向感、响度与传声增益、稳定性”四项要素相对应的技术要求进行优化设计。该多功能报告厅的平面简图如图1所示。图1多功能报告厅的平面简图及测量点位置分布图22.2扩声系统的设计与实现从总体上来说，扩声设备的选配取决于工程的功能指标、风格、档次和投资。而扬声器（音箱）系统设计是整个扩声系统设计的关键。就技术指标而言，主要根据声场所期望的最大声压级、声场的均匀度、传输频率特性以及报告厅空间的大小、混响时间等来决定扬声器的总功率、音箱的数量、每只扬声器的额定功率、频响特性及其应能提供的最大声压级。具体要求如下：（1）最大声压级、声场不均匀度、总噪声声压级、声场不均匀度、传声增益要达到国家标准GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中“多用途类扩声系统声学特性一级指标”要求（参见表1）；表1GB50371-2006多用途类扩声系统声学特性一级指标（2）无声学缺陷，即无共振现象、无声染色、无声聚焦、无颤动回声、无声影区和死点；（3）声像准确，听者觉得声源总是来自主席台讲演者方位；（4）音质好，声音丰满、圆润、亲切、明亮、清晰，并有一定细腻感，失真小，质感强。多功能报告厅扬声器系统的布局是影响最终扩声效果的又一重要因素，应遵循以下原则：（1）整个观众席、主席台有均匀的响度、减少“死区”；（2）有稳定的系统频率响应和优美的音色；（3）尽量提高清晰度和可懂度；（4）创造适当的“声场”，给音乐有舒适的空间感，音响效果得到真实的表现；（5）声像一致性好；（6）有利于控制声反馈和避免产生回声干扰。扬声器的布置方式，一般分集中式、分散式以及将这两种方式混合并用三种方式。根据报告厅的具体形状该系统采用第三种混合方式，把全部4只全频音箱和2只低音音箱音箱分为两个群组布置在主席台左右两侧，每侧2只全频音箱和1只低音音箱，考虑到美观和两侧通道的需要，音箱全部采用内嵌式。由前述音箱的布局可知，一项工程可能使用很多音箱，其中最重要的是主音箱。主音箱通常不止一只，而是若干只，或者由若干只音箱组成若干个群组。每只音箱（或每组音箱群组）应有的额定功率可按下式估计：310lgPe=SPL+20lgr-SPLs公式（1）式中：Pe——音箱的额定功率（W）SPL——听音区期望的声压级值（dB）r——听音区与音箱的距离（m）SPLs——音箱灵敏度声压级值（dB/W.m）在本报告厅中，听音区与音箱的最大距离r=21m（参考图1），听音区期望的声压级值SPL=103dB（GB50371-2006要求），根据性价比全面考虑，预计选用Comuunity品牌的iHP1594音箱，该音箱的灵敏度值SPLs=99dB。代入公式（1）计算结果如下：音箱的额定功率：Pe=1100（W）已知单只iHP1594的额定功率为600W，由上述计算可知，每侧两只iHP1594（形成一个组群）即可满足设计要求。3扩声系统特性测量及分析报告厅扩声系统安装、调试完成后，为了检验扩声实际效果，委托广州大学声像与灯光技术研究所检测中心对报告厅的扩声系统特性进行了全面检测，检测严格按照国家标准GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中“多用途类扩声系统声学特性一级指标”所要求的各项特性指标进行。报告厅的平面简图及测量点位置如图1所示。（1）传输频率特性测量数据分析根据报告厅的形状左右对称特点，选择左侧有代表性的五个测量地点、在63Hz~8000Hz频率范围内共计22个特征中心频率点进行了测量，测得的传输频率特性曲线如图2所示。传输频率特性曲线(8.00)(6.00)(4.00)(2.00)0.002.004.000200040006000800010000倍频程中心频率（Hz）相对声压级(dB)图2报告厅扩声系统传输频率特性曲线图由上图可知，本报告厅达到GB50371-2006多用途类扩声系统声学特性一级指标要求，即：以1000~6300Hz的平均声压级为0dB，在此频带范围内允许-4~+4dB；在50~100Hz和6300~12500Hz的频带范围内允许-6dB~+4dB。（2）传声增益测量数据分析4以传声器点基准声压为90dB，测得的传声增益5个测量点的数据分别为：-88.1dB、-90.3dB、-87.5dB、-85.7dB和-85.7dB。经计算传声增益空间平均值为-2.54dB，满足多用途类扩声系统声学特性一级指标要求：传声增益125~6300Hz的平均值≥-8dB。（3）最大声压级测量数据分析测得的5个测量点的最大声压级数据分别为：111dB、110dB、108dB、106dB和108dB。符合多用途类扩声系统声学特性一级指标要求：即额定通频带内最大声压级≥103dB。（4）稳态声场不均匀度测量数据分析稳态声场不均匀度测量曲线如图3所示。稳态声场不均匀度曲线-10123456780123456测量点不均匀度（dB）系列1系列2图3稳态声场不均匀度曲线图上图中，系列1曲线为1000Hz频率的稳态声场不均匀度曲线，系列2曲线为4000Hz频率的稳态声场不均匀度曲线。由上图可知，在1000Hz和4000Hz两个频率点，报告厅稳态声场不均匀度均符合多用途类扩声系统声学特性一级指标要求，即：对于1000HZ，稳态声场不均匀度≤+6dB对于4000HZ，稳态声场不均匀度≤+8dB；（5）系统总噪声级测量数据分析报告厅平均噪声测量数据曲线图如图4所示。平均噪声曲线图0204060800200040006000800010000倍频程中心频率（Hz）平均噪声（dB）系列1系列25图4报告厅平均噪声曲线图上图中，系列1是报告厅平均噪声测量数据形成的曲线图，系列2是国家标准GB50371-2006中定义的噪声标准。由上图可知，报告厅总噪声级符合多用途类扩声系统声学特性指标一级指标（NR≤20）的要求。4结束语综上所述，该报告厅设计方案的各项特性指标全部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》中对多用途类扩声系统声学的一级（最高级）指标的要求。主观鉴听结果，语言清晰度高，音乐丰满度好。已投入使用多次，扩声效果良好，完全满足对各类会议、学术报告、中小型演出活动对扩声系统的要求。参考文献：[1]GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》.2006年01月18日发布[2]GB_T4959-1995《厅堂扩声特性测量方法》.1995年07月24日发布[3]ApplicationsolutionsofiHP1594.[4]顾伟铭.报告厅音响系统的改造与设备选择。音响技术，2006.12[5]王以真.《实用扩声技术》.北京:国防工业出版社,2004作者简介：吕利昌：（1969—），男，汉族，硕士，工程师；主要从事扩声、灯光系统领域的设计、研究与应用。