基于矩陣模型的音響系統(tǒng)改進(jìn)方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
——以北京天文館某大廳為例

管 峰 張維多

1．2．北京天文館 北京市 100044

引 言

北京天文館作為文化陣地，需要通過(guò)表演的形式給公眾展示天文知識(shí)，良好的音響系統(tǒng)顯得尤為重要［1］。目前，天文館某大廳現(xiàn)有音響系統(tǒng)年代久遠(yuǎn)，音箱的布局設(shè)計(jì)也已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)有演出的要求。提升現(xiàn)有音響系統(tǒng)的質(zhì)量，達(dá)到較好的擴(kuò)聲效果，是目前亟待解決的一件事。

筆者通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研分析，結(jié)合自身的工作經(jīng)歷，對(duì)現(xiàn)有音響系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行深入分析，采用矩陣的設(shè)計(jì)思路，提出了一套科學(xué)合理的解決方案，以期提升音響系統(tǒng)的擴(kuò)聲品質(zhì)。

1 現(xiàn)有音響系統(tǒng)問(wèn)題分析

通過(guò)對(duì)現(xiàn)有音響系統(tǒng)布局及結(jié)構(gòu)分析，主要發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)問(wèn)題。

（1）《GB50356-2005劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》中明確指出標(biāo)準(zhǔn)劇場(chǎng)類環(huán)境混響時(shí)間的范圍，目前廳堂環(huán)境混響時(shí)間應(yīng)該在3s左右，現(xiàn)場(chǎng)中聽(tīng)到的聲音多數(shù)屬于回聲的范疇。主要原因是：過(guò)長(zhǎng)的混響時(shí)間是導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)語(yǔ)言可懂度和清晰度差的根本原因。再者，造成聲音缺陷的主要問(wèn)題是廳堂過(guò)長(zhǎng)尺寸和鏡面類的強(qiáng)反射墻面［2］。

（2）由于現(xiàn)場(chǎng)存在過(guò)多的強(qiáng)近次反射聲，強(qiáng)反射聲與直達(dá)聲的疊加導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)麥克風(fēng)使用時(shí)存在明顯的嘯叫問(wèn)題。

（3）整個(gè)音響系統(tǒng)的擴(kuò)聲效果不佳，觀眾的主觀聽(tīng)覺(jué)享受較差。

2 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

為了滿足語(yǔ)言擴(kuò)聲和演出需求，綜合各方面經(jīng)驗(yàn)提出一種矩陣模式的設(shè)計(jì)方案，從觀眾的主觀聽(tīng)覺(jué)享受，操作者靈活使用和維護(hù)管理方便的三個(gè)角度出發(fā)，提出人性化的設(shè)計(jì)理念［3］。

2.1 主要設(shè)計(jì)理念

第一、實(shí)現(xiàn)高清晰度、高保真、高質(zhì)量的聲音重放和還原是本次擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)。

第二、數(shù)字化擴(kuò)聲系統(tǒng)的應(yīng)用讓系統(tǒng)管理和控制變得更“精確”與“簡(jiǎn)單”，彰顯“人性化”設(shè)計(jì)。

第三、采用國(guó)內(nèi)知名品牌產(chǎn)品，提高設(shè)備的認(rèn)同度與利用率。

2.2 設(shè)計(jì)依據(jù)

《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲學(xué)特性指標(biāo)》GYJ25-86

《廳堂擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲學(xué)特性指標(biāo)》JGJ57-2000

《廳堂擴(kuò)聲特性測(cè)量方法》GB4959-85

《擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲學(xué)特性指標(biāo)與測(cè)量方法》WH0301-93

《客觀評(píng)價(jià)廳堂語(yǔ)言可懂度的“RASTI”法》GB/T14476-93

《客觀評(píng)價(jià)廳堂語(yǔ)言可懂度的“RASTI”法》GB/T14476-93

《聲系統(tǒng)設(shè)備互聯(lián)的優(yōu)選配接值》GB/T14197-93

《演出場(chǎng)所擴(kuò)聲系統(tǒng)的聲學(xué)特性指標(biāo)》WH/T18-2003

2.3 具體設(shè)計(jì)方案

本設(shè)計(jì)方案中采用了10個(gè)音箱，其中主擴(kuò)全頻音箱2個(gè)，超低音箱2個(gè)，輔助線性音箱4個(gè)，返聽(tīng)音箱2個(gè)，5個(gè)功率放大器，1個(gè)數(shù)字音頻矩陣處理器，1個(gè)反饋抑制器，2個(gè)電源時(shí)序器。將這些音箱、功率放大器等設(shè)備進(jìn)行矩陣布局，達(dá)到合理的目的，其中音箱擺位如圖1所示。

圖1 音箱擺位圖

由圖1可知，10個(gè)音箱布局合理，所有的音箱能覆蓋舞臺(tái)，觀眾席，觀眾席周邊，覆蓋面廣，布局科學(xué)。

再者，音箱與控制室內(nèi)音頻處理器，功率放大器，調(diào)音臺(tái)等進(jìn)行連接，系統(tǒng)連接圖如圖2所示。

圖2 音響系統(tǒng)連接圖

由圖2可知，聲音的輸入信號(hào)，通過(guò)調(diào)音臺(tái)，將輸出信號(hào)傳遞給音頻處理器，再由音頻處理器傳遞給音箱。調(diào)音臺(tái)根據(jù)音箱數(shù)量和類別，共計(jì)設(shè)計(jì)8個(gè)通道，分別控制10個(gè)音箱，操作簡(jiǎn)單，輸出聲音信號(hào)效果佳。

3 新音響系統(tǒng)與原有系統(tǒng)對(duì)比測(cè)試分析

筆者搭建好矩陣模型后，需要對(duì)新音響系統(tǒng)與原有系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試。采用的調(diào)試工具有：Smart聲學(xué)測(cè)試軟件、專業(yè)聲卡、測(cè)試話筒、筆記本電腦等專業(yè)音頻測(cè)試儀等［4］。本次系統(tǒng)測(cè)試采用4個(gè)點(diǎn)位，分別為觀眾席前區(qū)、觀眾席后區(qū)、觀眾席左后區(qū)、觀眾席右后區(qū)。測(cè)試點(diǎn)位圖如圖3所示。

圖3 音響系統(tǒng)測(cè)試點(diǎn)位圖

筆者主要對(duì)新音響系統(tǒng)進(jìn)行高頻、低頻聲場(chǎng)測(cè)試，左右聲場(chǎng)全頻測(cè)試，通道補(bǔ)聲測(cè)試，觀眾席前區(qū)、觀眾席后區(qū)、觀眾席左后區(qū)、觀眾席右后區(qū)聲壓級(jí)測(cè)試。對(duì)原有音響系統(tǒng)進(jìn)行左右聲道測(cè)試，觀眾席前區(qū)、觀眾席后區(qū)聲壓級(jí)測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。

在眾多的測(cè)試指標(biāo)里，筆者選取了左聲場(chǎng)測(cè)試，觀眾席前區(qū)聲壓級(jí)測(cè)試進(jìn)行原音響系統(tǒng)和新系統(tǒng)的對(duì)比。如圖4-圖7所示。

通過(guò)圖4和圖5對(duì)比，新音響系統(tǒng)聲壓級(jí)比原系統(tǒng)高，滿足于語(yǔ)言擴(kuò)聲和演出擴(kuò)聲，圖6和圖7對(duì)比，我們可以看出新音響系統(tǒng)的聲壓相對(duì)統(tǒng)一，聲場(chǎng)均勻。

圖4 新音響系統(tǒng)左聲場(chǎng)測(cè)試圖

圖5 原音響系統(tǒng)左聲場(chǎng)測(cè)試圖

圖6 新音響系統(tǒng)觀眾席前區(qū)聲壓級(jí)測(cè)試圖

圖7 原音響系統(tǒng)觀眾席前區(qū)聲壓級(jí)測(cè)試圖

4 結(jié) 論

4.1 原系統(tǒng)測(cè)試結(jié)論如下

（1）原系統(tǒng)聲壓級(jí)過(guò)低，不能滿足于演出使用，如強(qiáng)行加大輸出信號(hào)會(huì)造成聲音失真，長(zhǎng)時(shí)間工作會(huì)造成高音單元受損。甚至燒毀高音單元［5］。

（2）觀眾區(qū)每個(gè)點(diǎn)位聲壓級(jí)不統(tǒng)一，造成聲場(chǎng)不均勻。

（3）20Hz-20KHz音頻曲線高低不平，造成聲音較差?？梢耘卸ㄊ且惶撞患案竦臄U(kuò)聲系統(tǒng)。

4.2 新系統(tǒng)測(cè)試結(jié)論如下

（1）新系統(tǒng)聲壓級(jí)達(dá)到130dB，滿足于語(yǔ)言擴(kuò)聲和演出擴(kuò)聲。

（2）觀眾區(qū)每個(gè)點(diǎn)位聲壓級(jí)相對(duì)統(tǒng)一。聲場(chǎng)均勻度合格，幾乎不存在嘯叫問(wèn)題。

（3）20Hz-20KHz音頻曲線高低接近于平直，主觀聽(tīng)感良好是一套合格的擴(kuò)聲系統(tǒng)。

綜上所述，新系統(tǒng)聲場(chǎng)均勻度合格、無(wú)嘯叫、主觀聽(tīng)感良好，是一套合格的擴(kuò)聲系統(tǒng)。