卡拉OK厅音响设计的基本要求

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卡拉OK厅音响设计的基本要求
 
我们知道,从声学的角度来看,卡拉OK厅有这样的两个显著的特征:其一是卡拉OK厅的声场由直达声和混响声两个部分组成的;其二是扬声器和传声器处在同一个房间内,适量的混响声不仅有利于减少声场的不均匀性,而且还能使声音听起来更加充实和丰满。而过度的混响声则不但会使声音浑浊不清,而且还会因为强烈的声反馈导致系统的自激,从而大大地限制了扩音系统的增益和房间的声压级。
在声学上,通常根据室内扩音时扬声器的布置方式将其分为集中式扩音系统和分布式扩音系统;而根据声源的信号类型又将其分为语言扩音系统和音乐扩音系统。
集中式扩音系统通常使用一对或两组音箱分别置于舞台的台口两侧(称为台口音箱)。其优点是声像定位准确,容易做到声像和视像的统一,而且不易出现“多重声”。缺点是声场不太均匀,需要利用混响(反射声)和扬声器的指向性来巧妙设计。分布式扩音系统往往使用多只吸顶式音箱,让它们均匀地分布在室内。其优点是声场较均匀,适合于大面积扩音,有空间效应,能产生一种空间包围感。缺点是不能实现立体声定位,容易产生多重声。在质量要求较高的多功能厅内,往往需设置两套独立的扩音系统:一套用于音乐演唱的集中式和一套用于开会作报告的分散式扩音系统。分散式扩音系统还可以用来给卡拉OK厅外的走廊、休息厅和洗手间等处送背景音乐。
近年来,在卡拉OK中还有一种集散式的扩音系统,它将集中式扩音系统和分散式扩音系统的优点集中在一起,既能保证声场的均匀性,又能提供准确的声像定位。当然,如果设计不当,则可能将两种扩音系统的缺点都暴露出来,即不仅没有解决声场不均匀的问题,反而影响了声像定位,甚至还导致了“多重声”的出现。
多年来一直在电影院中使用的杜比立体声系统也开始被人们应用到卡拉OK中。这是一种技术难度较高、投资规模较大的音响系统。
目前,有关卡拉OK厅音质设计的国家标准还没有确立,我们可以参照广播电影电视部部级标准(GYJ25——86)厅堂扩声系统声学特性指标来执行。现将其简单归纳如下:
声压级   卡拉OK厅用于语言扩音时,平均声压级为70~75分贝,用于音乐扩音时可以再提高5~10分贝,即达到75~85分贝,用于迪斯科舞会时平均声级可以再提高10~15分贝。
信噪比   卡拉OK厅的噪声主要来自于两个方面:一是环境噪声;二是电声系统引起的噪声。一般来讲,卡拉OK厅要求总的信噪比达到50~70分贝,这对于电声系统而言是不难实现的,所以关键就在于环境噪声能达到什么水平。目前,卡拉OK允许的噪声级基本上应控制在25~35分贝以下。当然,在安装过程中由于接地、屏蔽不良而引起的交流声也是不能忽视的;还有操作过程中因为电平配合不当也会使信噪比明显降低。
最大距离   室内混响声场有利于减少声场的不均匀度,但过大的混响声又会降低清晰度。因此,在卡拉OK厅的设计中应力求增加混响声中有益部分的声能。我们知道,在室内任何一个位置收到的声信号都是由直达声和混响两个部分组成的,其中直达声随着距离扬声器的距离增加而迅速衰减,而混响声在室内的不同位置则基本上维持一个常,因此在室内的不同位置直达声与混响声的声能比是不一样的。在室内扩音设计中,常规扬声器轴向最远投射点的声学比不应小于1/4,即直达声强不低于混响声强12分贝。这样一来就要求听众最远座位和扬声器的距离不应超过“临界距离”的4倍。在清晰度要求较高的大厅里,最大距离可选取为临界距离的3倍。所以,室内集中式扩音系统服务区的最大距离(Dm)大约为:
                Dm = (3 ~ 4)Dc
式中Dm为扩音系统的最大服务距离,Dc为扩音系统的临界距离。
注:在室内,直达声强减小到与混响声强相等的地方称为临界点。从声源到临界点的距离就称为临界距离,有时也称不混响半径,它与声源的指向性、房间的大小和混响时间等因素有关,即:
                Dc = 0.1
式中:Q为声源的指向性因数,V是房间体积,而T则是指混响时间。
显然,扬声器的作用范围不能用增加功率的方法来扩展。因为这样一来不但增加了有用声能,同时也增加了有害声能。只能采用增加扬声器的指向性,或降低室内混响时间,或用分散放置几个扬声器(辅助音箱)的方法来加以解决,否则后场不是听不见就是听不清。
声场不均匀度   一般来讲要求卡拉OK要中的声场不均匀度不大于8~10分贝。声场不均匀度过大,往往会出现前排的声音大小合适了,后排的声音就太小了;或者是后排的声音大小合适,前排的声音又太响了。合理安排扬声器位置、适当地增加混响时间或者增设辅助音箱都有利于改善房间的声场不均匀度。
稳定性   卡拉OK厅中的扩音系统不仅应该稳定地工作,不能引起自激啸叫,而且还要保证声反馈引起的两类畸变较小,即稳态畸变和瞬态畸变都较小。
事实上,由于传声器和扬声器同处一室,所以在引起自激啸叫之前声反馈就已经存在。又由于声反馈系数是随频率而变化的,所以在满足正反馈条件的那些频率上出现峰值,而在满足负反馈的那些频率上就会出现谷值,这样一来扩音系统的频率响应就不再平坦了。这就是声反馈引起的第一类畸变,即稳定畸变。声反馈引起的瞬态畸变是一种类似于室内混响过程的再生混响干扰,主要出现在声源断开时,这时扬声器的再生信号在传声器上引起声压逐渐降低的现象和室内混响过程十分类似,但是由于声反馈系数的频率特性的不均匀度很大,所以各频率声音的再生混响时间的变化也非常之大,它不象房间混响那样有利于音质的改进,而是干扰了扩音系统的正常工作。
因此,虽然室内扩音的设计力求提高传声增益,但考虑到一些影响不稳定的因素,必须要保证9分贝的稳定度,即为了保证扩音系统的稳定性,我们在设计中必须留有9分贝的余量。扩音系统的声反馈越小,则它反馈的频率畸变和再生干扰也就越小,并且可以平稳工作。千万要注意,降低扩音系统增益绝对不是维持系统稳定性的可行办法,因为扩音系统增益降低后,往往就达不到要求的声压级,配用的大功率扬声器和功率放大器也只能工作在小功率状态,设法减小声反馈才是确保系统稳定工作的上策。
听闻条件的自然度   整个扩音系统应该保证声像与视像的一致性,采用高质量的传声器、放大器和扬声器系统,力求使听众感觉不到有扩音系统在工作。
听众处传输响应   扩音系统(包括电声设备和听音环境)应保证足够的频率响应:125~4000赫的起伏不大于6~10分贝;63~8000赫的起伏不大于15分贝;不能满足时应采用频响均衡的方法加以改进。
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