厅堂语言清晰度电声和建声设计Word下载.docx

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厅堂、报告厅等场所电子会议系统中扩声系统的设计，其任务是为观众席提供足够大的声压级和语言清晰度。

早在1971年荷兰声学家Peutz历经十年研究出的辅音清晰度损失率百分比，是设计、预测厅堂语言清晰度的理论依据：

STI＝0.9482－0.1845㏑ALcons%——

（1）

ALcons%=

——

（2）

上式中：

STI是语言可懂度，可进行测量。

AL%是辅音清晰度损失率百分比，在设计阶段，依据图纸、方案可预测语言可懂度是否合格；

D2是扬声器离最远观众席距离（米）；

是厅堂、报告厅的建声混响时间（秒）；

N是扬声器的数量；

Q是扬声器的指向性因子；

V是厅堂容积（米³

）；

M是临界距离Dr的修正值，通常取1。

从

（2）式可以看出，厅堂、报告厅的语言可懂度主要是两个物理量决定的：

一是建筑声学混响时间

，二是电声设备扬声器Q值，及其数量N之方案。

其AL%越小，语言可懂度STI越高。

一般要求AL%≤15％，即STIPA≥0.45；

较高要求AL%≤11％，即STIPA≥0.5。

从公式可见，AL%越小，STIPA越高。

基本上有以下两种方法来降低AL%：

（1）建声上，降低厅堂、报告厅混响时间

；

（2）电声上，选取高Q值（频带宽、灵敏度高、功率大）的扬声器和N少的扩声方案。

建声混响时间设计，其理论依据是赛宾的统计物理学理念，具体应按照GB/T50356－2005《剧场、电影院和多用途礼堂建筑声学设计规范》进行，如图1。

容积V（m

）

图1会堂、报告厅和多用途礼堂对不同容积V的观众厅，在500~1000Hz时满场的合适混响时间T的范围

混响时间

（500～1000Hz）有个范围，我们可要求建声混响时间设计取小的数值，但是混响时间达到高端数值也是可能的、合理的。

这可从扬声器的指向性因数Q选高和扬声器数量N选小（如选线阵列扬声器系统），可予以补偿，以期达到语言可懂度和最大声压级的设计。

（3）在工程设计、草图、方案阶段就可依据建声混响时间

电声扬声器Q值和通道数N方案，利用声学设计软件EASE4.0（或相应声学设计软件）进行仿真模型设计，可预见到语言可懂度和最大声压级是否达到相应的级别标准。

如果达不到预期语言可懂度STIPA或AL%，可尽早重新选取扬声器系统，修改方案，以期达到语言可懂度和最大声压级两项技术指标，建议技术指标要求留有充分的余地。

2扩声系统五项技术指标设计

五项技术指标的设计，其实质也是语言清晰度设计，是保证实现厅堂、报告厅语言清晰度的必要条件。

2.1最大声压级

首先，明确是在重放情况下的测量，不是扩声。

第二，只要扬声器至最远观众席距离直达声压级满足就行了。

第三，宽频带粉红噪声的峰值因数一般取6dB。

根据GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》最大声压级的定义：

最大峰值声压级的平均值

以峰值因数（1.8~2.2）限制的额定通带粉红噪声为信号源，其最大峰值声压级为RMS（有效值）声压级的长期平均值

，加上峰值因数的以10为底的对数再乘以20，即：

=

+20lg（1.8~2.2）

≈

+6dB

另外，必须考虑功放至扬声器之间线路损耗。

尽量选取传输电阻小，电流容量大的电缆；

功放功率大于扬声器功率（计入线路电缆损耗），这样不仅保证观众席的最大声压级，而且可以保障瞬态音质。

2.2传输频率特性

（1）传声器、扬声器组频率响应特性应尽量选取平坦的曲线；

尤以扬声器组频率响应取恒指向性为好。

（2）扩声系统电气系统特性指标应符合要求。

（3）扩声系统中，每一支主扬声器之前都有一组数字音频处理器DSP与之对应：

其中应具有音量—分频—压限—均衡—参数均衡—延时—位相等功能模块可供使用，调整扬声器覆盖之观众席声场，保证其达到所要求的频率响应。

（4）传声增益

保证扩声系统的稳定性是实现语言清晰度的前提：

传声器可选用指向性可变传声器，可根据厅堂、报告厅内具体情况使用不同指向方式。

利用自动混音台8入/1出，或串联使用，无论多少组输入，始终只有一组输出给调音台，并且具有NOM功能，即使有人插话，人数增加，其电平输出按10lgNOM衰减，可保证厅堂、报告厅观众席声压级基本不变。

选配具有数量可选取的多抑制点的自动反馈抑制器AFS，如2入/2出的DFR-22EQ等，可抑制任何恶劣建声造成的系统之反馈啸叫，保证系统稳定。

建议AFS插入调音台编组使用，既可抑制啸叫，又不影响重放音乐音质。

为了保证系统的稳定性，每路功放都有C/L（压/限）功能，进行信号过载保护。

（5）声场不均匀度

声场不均匀度是厅堂、报告厅观众席各点：

1kHz，4kHz声压级变化。

如果观众席传输频率特性达标，其声场均匀度不成问题。

基本上反映扬声器系统对观众席覆盖是否合理，实质上也是反映观众席语言清晰度，在语言信号传输中高通滤波器去除1000Hz以下的频率成分，语言清晰度仍为93.8%，这是应该明确的。

（6）系统总噪声级

设计中使用带降噪声均衡器或数字音频处理器DSP，其动态超过100dB。

扩声系统不可能出现噪声。

如果不是地线连接不当，扩声系统是不会产生噪声的。

3有效混响时间设计

3.1有效混响时间设计可提高厅堂清晰度的建声设计

此理论是由原苏联阿.纳.卡切洛维奇提出来的，已经通过50～100个电影院的建设实践证明是正确的，虽然是重放系统建声设计，其本质和扩声系统建声设计是一致的。

其特点：

只须在重放系统中增加传声器，就成为扩声系统，扩声系统和重放系统的不同之处在于其将解决系统啸叫，满足传声增益放在首要位置。

图2有效混响时间示意图

*厅堂的赛宾混响时间T3

如图2，厅堂的有效混响时间Tэ，Tэ=T1+T2。

式中，T1=0.15秒，是几何声学理念；

T2同赛宾理念一样，是统计物理学理念。

从语言清晰度（有用能量E有用/无用能量E无用）的理论研究指出：

（1）在使用扩声系统的厅堂中，赛宾混响时间对语音清晰度无任何贡献。

（2）采用有效混响时间的设计，混响曲线初始部分△L下降越大，语言清晰度越高。

3.2使混响曲线的初始部分急剧下降（在混响时间比较长的情况下），使传声清晰度提升很高

卡氏通过平行六面体模型，根据几何声学理念，利用计算机计算，最终得出以下结论：

（1）如果对顶棚和侧墙下部进行强吸声处理，下降曲线初始部分（见图2）△L将会得到急剧的下降，语言清晰。

（2）如果墙身上部（两侧墙）有很好的反射，那么，曲线结束部分得到比较倾斜的下降，音乐丰满。

这就是说，在使用扩声系统厅堂中，采用有效混响时间的理念进行建声设计，不仅可提高语言清晰度，又可实现音乐丰满度。

这就是有效混响时间设计的实质。

其重点是顶棚和后墙进行强吸声。

顶棚强吸声就是将前3次反射声全部吸收。

前3次反射声少了，多次反射声自然就少了；

顶棚全吸声就是指入射到顶棚声全被吸收了，相当于没有顶棚一样，没有顶棚的厅堂，自然就不会混了，混响时间自然小了。

而后墙全吸声，也会使反射减少。

人在无顶棚，无后墙的厅堂中，相当于在广场中讲话，自然就清晰了。

音乐丰满是因为观众席左右侧墙上部有很好的反射（理论上是4-5次多次反射），甚至可以是大理石墙面（只要不平行，不产生震荡回声即可）。

理论计算：

侧墙反射次数是地面或顶棚的3.3倍。

故混响曲线下降部分越倾斜，音乐丰满度越好。

3.3按照卡氏有效混响时间理论设计时须把握的设计要点

（1）顶棚，无论观众席，还是舞台顶棚，必须全部强吸声。

强吸声概念是指穿孔率≥25%，其顶棚上敷设50～100mm离心玻璃棉，容积32kg/M3，用透声玻璃丝布包裹。

如图3所示。

图3顶棚设计

（2）后墙处理，也是强吸声，希望增大后腔，除中高频吸声外，对低频进行共振吸声，如图4所示。

图4后墙处理示意图

（3）侧墙下部1.2-1.5M是否吸声，视具体情况而定。

侧墙上部为了加强反射，会有各种不同造型的扩散体，扩散体内填高心玻璃棉对低频吸声有利。

图5侧墙设计

（4）地面座椅选软座椅，选500～1KHz，α≥0.5，这样不管厅堂人员多少，即使空场，满场混响时间也基本不变，清晰度可保证。

（5）如果是具有演出舞台的厅堂、剧场，就使T舞台≤T观众席。

3.4有效混响时间的计算

Tэ=T1+T2

式中：

T1=0.15秒，T2=0.0273（6-㏒N）V/ā′*s

其中：

㏒N=△L/10，ā′=-㏑（1-ā）；

V——容积；

S——总表面积；

α——平均吸声系数；

△L——通过观众席每一点，都是计算13个数据（延时时间、衰减声压级）通过作图决定150毫秒内声压级衰减。

所以，上述计算比较繁杂，麻烦。

因为T2是统计物理学理念，所以也可使用下面的赛宾理论公式计算，简洁易行。

T60=0.161V/∑α¡

S¡

V——厅堂的容积

α¡

——某S¡

面吸声系数

S¡

——厅堂某处表面积

这样计算简单实用，往往实际值比计算值要稍小一些，这是由150ms处△L衰减造成的。

3.5有效混响时间和赛宾混响时间对脉冲干扰不同，影响语言清晰度也不相同（图6）

图6前一脉冲已衰减，不干扰或掩盖后一脉冲

3.6有效混响时间建声设计的几点说明

（1）卡氏理念虽然是对六面体电影院进行研究的结论，但实际上，对于任何体型扩声厅堂都是实用的。

（2）对于大房间的设计，有效混响时间设计也是适用的。

1000人以下的厅堂，可直接按设计要点进行设计。

（3）卡氏的建声设计，也适合使用扩声系统的剧院建声设计，更适合大礼堂。

（4）我们在北京五矿礼堂、六十五中礼堂、林业局礼堂、气象局报告厅、枣庄会展礼堂、昆明省政府报告厅、长春国际会议中心等多个厅堂的建声设计都非常成功。

3.7小结

（1）厅堂报告厅声学设计总体上是保证语言清晰度的设计

必须要明确的是，无论电声采用高Q，N少的扩声器系统，还是采用有效混响时间的建声设计，都是语言清晰度的设计。

五项技术指标设计，是为了保证语言清晰度的设计，两者有机结合，才是厅堂声学的充分和必要设计。

（2）我们认为，无论高Q值电声设计，还是有效混响时间建声设计，甚至21世纪的音乐厅设计，其混响时间都是双折线的设计，是语言清晰度和音乐丰满度设计或音乐明晰度和混响感设计。

参考文献：

[1]沈壕.扩声技术

[2]阿.纳.卡切洛维奇，耶.耶.霍穆托夫著，陈绎勤译.电影院声学与建筑学