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3、声场的设计
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【音响网资讯】
一个专业音响工程的重要工作就是声场的设计，对于工程的最终质量来说，声场设计也是一个关键点。声场设计的目的就在于：利用科学的计算做指导，为音响设备建造一个理想的扩声空间，将设备的性能充分地发挥。在少数严格的建筑装饰设计中，一般都要进行必要的声场设计，但是为了规范地按照步骤进行专业音响的工程工作，杜绝任何的不合理因素，为下面的其它设计作出指导，还是有必要全面地进行声场的设计，下面就分步骤进行讲解。
隔声处理——这是声场设计的第一步，也是许多技术人员容易忽略的步骤。隔声的目的就是在特定的工程区域内创造一个不受外界影响也不影响外界的安静声场。它包括与外界的隔声，扩声房间之间的隔声；隔声的部位有墙壁、门窗与天花板。首先来看看与外界的隔声，这项工作的任务就是不让外界的噪音传入室内，也不让室内的声音传到外面。进行这项工作时，有必要对建筑设计施工单位进行该工程建筑结构隔声情况的咨询，进一步可以向环保部门了解有关的情况。具体实施中，外界噪音传如室内可以通过室内的总噪声来控制，通常高等的实用音响工程要求在35-40dB以下；室内声音传到外界可以考察对外界的环境影响，按照环保部门的规定，一般不要高于平均值10-15dB为好。实际工程中需要处理的部位是墙壁、门窗和天花板几个地方。通常的厅堂与外界的隔墙多数都能满足一般的音响工程，但是如果音响系统的声压级比较大，工作时间多在夜间，就应该让建筑部门考虑增加墙壁厚度了；门窗是隔声的重要部位，往往一个小小的窗户处理不当，就会造成隔声失败，一般要注意：
1.尽量不要让门窗产生缝隙，遇到经常开关而室内外的声音都比较大时，可以考虑设置声隔离通道的结构，这就是它的示意图。
2.尽量加大门窗结构和材料的厚度，有必要时可以使用皮革门和双层玻璃窗。
3.如果隔声效果需要更好，在门窗上悬挂厚重的窗帘和门帘是比较经济可行的办法。天花板的隔声也不容忽视，特别是房顶不是混凝土结构，而是采用棚架结构时，天花板的声泄露就比较严重，这时需要对天花板的材质和安装质量提出比较高的要求，如果需要可以考虑在天花板上增加隔层或在天花板上铺设吸音棉的办法来满足隔声的要求。其次是室内房间之间的隔声，它的任务就是让房间之间在音响系统工作时互相间的干扰影响为最小。虽然各种标准和规定对这项指标没有要求，但是却对音响工程的质量有很大的影响。实际工程中需要处理的部位还是墙壁、门窗和天花板，不过处理的要求与前面有所不同。一般室内一定厚度的混凝土或砖结构墙壁隔声要求还是能够满足的，需要注意的就是额外增加的一些房间隔断，它们一般都采用简单的轻钢龙骨填充一定量的防火吸音石棉的方法，这对于音响工程来说是绝对不够的，遇到这种情况，就需要音响设计人员向建筑装饰单位提出解决的方法，比如可以采用下面这种增加隔层的解决方法。但是对于大功率低音的隔离就非要采用厚重的砖墙来解决了；门窗的隔声也不要忽视，特别是要注意门窗的制作质量，因为大量的声音干扰都来源于质量欠佳的门窗的缝隙，当然，必要时也可以考虑采用悬挂窗帘和门帘的办法来隔声；天花板的隔声在室内房间之间的隔声上，反倒更为重要，大家可以看看这个比较常见的娱乐城房间布局示意图，可以发现大厅的天花板上面的空间是和周围包厢的顶部是相通的，这样在大厅进行娱乐或演出时，一定会影响到包厢，这就一定要对天花板进行隔声了。一般来讲我们可以在大厅天花板和包厢顶上各增加一层吸音板的隔层，或者在天花板上覆盖一定厚度的防火吸音矿棉来进行隔声。
现场噪音的降低——在多数实用的专业音响工程中，为了空调和通风的考虑，都要安装一些设备，这些设备的工作噪音都会在一定程度上影响声场的质量，所以在设计时要有针对地解决。空调和通风设备最好选择噪音低，工作稳定的产品，在安装时尽量让空调的压缩机远离门窗，通风机的功率较大噪音难以控制时，可以采用将通风机安装在风道内的结构，如下图所示。
声场均匀度的实现——声场均匀度的指标要求在整个扩声区域内，各处的平均声压值偏差要在很小的范围内，一般要求在10-12dB以下，否则就会造成声场不均匀，反映出来就是有的地方声压大，有的地方又较小，听感非常不好。在实际的工程中可以在建筑装饰结构和音响系统的布局方面来实现声场的均匀性。在建筑结构上，应该尽量避免扩声区域出现较大的立柱，避免较大的凹形结构，在建筑装饰上要尽量让整个区域的装饰结构和材料基本一致，特别是在资金有限的情况下，墙面采用水泥拉毛结构可以很好地实现声场的均匀性，当然，如果在装饰设计时能象音乐厅一样经过计算采用各种不同的扩散体，既省钱又能达到很好的效果；在音响系统的布局上也可以在很大程度上解决声场不均匀的问题，一般说来，狭长厅堂的扩声一定要音箱的扩声区域尽量沿长边展开，如下图所示，空间较高的扩声场合要尽量将音箱位置抬高，最好是略微向后场倾斜，如下图所示，如果是在空间和面积都较大的地方进行扩声，就应该考虑将音箱集中悬挂成圆弧形形成均匀的声音扩散，如下图所示。可见音响系统的布局也可以解决声场不均的问题，如果声场要求严格，还可以利用音箱厂家提供的声场设计软件进行模拟和修正，当然最好的办法还是在建筑装饰设计施工时就尽量使声场均匀。
声场缺陷的避免——在很多音响工程中都不同程度地存在各式各样的声场缺陷，有声聚焦，有声振颤，有声反馈，还有声音共振，这些问题都给声场带来了缺陷，而且这些缺陷引起的问题在实际的使用中很难解决。比如声场出现的反馈和共振就有可能使系统无法正常工作。有效地解决它们，最好的时间是在建筑装饰设计施工的时候。通常我们可以在下面的方面考虑，1.尽量不要在扩声区域设置大面积光面的凹形结构，包括屋顶和墙壁，尤其是舞台上就更要忌讳了，如果迫不得已，可以在凹形面的前面悬挂厚重的帘布或放置物件，这样声聚焦就不容易发生了，2.尽量不要在声压较大的区域设置两个平行的反射性强的墙面，尤其是扩声区域狭长时更要注意，这样可以有效地避免声振颤，3.一般只要声场比较均匀，没有声聚焦的话，扩声增益不大时声音反馈不容易发生，另外我们还可以在系统的布局中利用均衡器和频谱仪来修正，这样实际使用中就更不会发生声反馈了，4.声音的共振与装饰工程的选材和施工有密切的关系，一定要避免在扩声区域设置较大的空腔体，一定要求装饰工艺合理，特别不要让材料连接处松动，比如：石膏天花板如果不加胶垫就安装在铝质龙骨上时，扩声声压一大，就容易发生共振，尤其是低频信号的共振肯定经常发生。
混响时间的计算——对声场的所有技术指标中，大家最熟悉的就是混响时间了，它也是设计中比较容易控制的量化指标。如果设计控制得当，声场的效果表现就会非常出色，声音会圆润、饱满，不拖沓，不干瘪。混响时间控制的关键就是：利用相应的计算，指导装饰结构的设置和材料的选取，以便能达到相应的混响时间目标值。对于不同类型的音响工程，混响时间的要求有所不同；同类型的工程，不同的声场大小，混响时间的指标也有不同，在设计中我们可以参照下面的图表来确定混响时间的取值，它是根据工程类型和扩声区域容积的大小来给定的混响时间，在接近于该推荐值范围内，声场就会达到比较好的效果。这里还需要指出的是：现在有不少的设计人员将混响时间的取值设定得较小，然后利用设备里的混响器来加大声音的混响时间，这样做不仅不能产生悠美的自然混响效果，而且在一定程度上破坏了原有的录音信号里的直达声信号，是绝对不可取的。
一般在工程设计计算中采用的公式有下面两个，公式的下面是各个参数的内容，一般来讲我们可以在500Hz和1000Hz两个地方计算声场的混响时间。计算前我们要将现场所有的材料大致确定，并且统计好它们各自的面积，再从有关的建筑手册或产品说明书中分别查取它们在500Hz和1000Hz的吸声系数，即可计算出声场的平均吸声系数，再根据面积、体积、声能系数和这个平均吸声系数计算出声场在500Hz和1000Hz时的混响时间，如果计算的结果和推荐的混响时间值有比较大的差距，就要和装饰单位协商，减少或更换某些材料，然后再进行计算，直到满意时为止，在计算时一定要将建筑材料的面积和吸声系数统计正确，特别是某些穿孔的吸声板，穿孔率不同吸声系数悬殊较大，对最终的计算结果影响也较大。另外，对演出用工程的混响时间的计算还要考虑空场时和观众满场时的区别。
声压级的计算——声压级是专业音响系统工作的一个重要指标，一个合理科学的声压级对声场的影响、设备的选型、实际的操作都有重要的作用，同时也为制造良好的听音环境创造了好的条件。
在进行声压级计算前，同样也要先确定一个相应环境下合适的基准声压级，而且这个基准声压级和工程的类型也有密切的联系。确定基准声压级前，还要看看这个正常人耳的听感曲线，我们可以发现：在不同的频率上，人们对同一声压级的声音的感受能力是不一样的，这个感受能力在专业上称为响度，单位是Phono，有了这个衡量值，我们就可以根据实际工程的类型，按照它们在扩声时信号的频率特点，就可以确定一个合适的基准声压级。通常对于音乐重放为主的系统，取85-90dB为基础，对于以语言扩声为主的系统可以取70-80dB，加上12-18dB的峰值余量，再加上1-3dB的环境噪音余量，就可以得到平均听音位置的额定声压级了。这个声压级是系统要在平均听音距离需要达到的声压级，那么这个声压级又怎样转换为设备本身的额定声压呢？这就需要一个声音传播时的声压级变化示意图了，大家可以看看，我们要求的平均听音距离的声压级在这个位置得到的，而设备本身的额定声压级是在这里得到的，计算的时候就需要一个这样的声压级公式，这样最后计算出来的声压级就是音箱在离它1m处所需要达到的声压级，它也就是后面电气计算和设备选型的依据了。
通过以上的声场设计我们可以发现：专业音响工程的声场设计内容比较多，结果也对工程的质量、设备的选型及系统的正常工作非常重要。具体在设计中，需要涉及的建筑装饰内容也比较多，有些还是密切联系的，可见音响工程在设计开始就需要建筑装饰单位的密切配合，所以我们要尽早地取得协助，尽早地开展相应的设计，以便能达到较好的效果。
[4、电气的设计
因为专业音响工程的所有系统都是靠电能进行工作的，而且在具体的施工中也要涉及大量有关电气方面的处理，所以电气的设计具有与声场设计同等的重要性。在一般的工程设计中，电气的设计包括：各系统电源功率的计算，电源的供应形式，管线预埋的形式以及供电、用电的安全考虑等方面，下面我们就分别予以介绍。
电源功率的计算——音响工程中，电源的使用非常广泛，可以说所有的设备都需要电源才能工作，而且由于设备的差别，不同类型的工程电源功率相差较大，如果没有充分的计算作为依据，不仅后面的选型、施工工作会受到影响，而且极容易造成实际使用中系统工作不正常，还会危及用电的安全。而电源功率计算的目的就是计算的结果指导设备的选型，确定施工管线、开关器件的规格，以及以此作为向配电部门申请电源容量的依据。
电源的功率主要部分就是音响、灯光、视频及辅助设备的消耗功率。音响系统的消耗功率主要来源于音箱的扩声功率，而扩声功率又决定于选择音箱的灵敏度和前面介绍的声压级结果。灵敏度的单位是：dB/mw，它的含义是指在该音箱得到1W的输入功率时，在它的前方1m处产生的声压级，这样灵敏度和声压级这两个概念就找到相同的参照，在计算时还需要了解一个相关的概念，这就是：音箱的输入功率增加一倍，它在前方1m处产生的声压级就提高3dB，这样我们就可以得到一个功率的公式。这个公式计算的结果就表示在该工程的设计中，要想在前面的听音距离上达到设计的声压级，该扩声区域的音箱总功率，这是一个粉红色连续功率。有了这个功率作为依据，我们就可以确定系统中音箱的型号和数量了，然后再根据音箱和功放的配置要求来确定功放的数量和型号，相应地我们就能知道这些功放的电源消耗功率，最后将所有周边设备的功率消耗计算进去，这样我们就得到了音响系统的功率消耗。在确定音箱和功放的功率配置时一定要掌握一个它们之间配置的比例，往往理论的声压级和音箱扩声功率计算都正确，可是在功放功率确定时不恰当，这就造成设计结果不能得到实施，设备也不能正常工作。这里简单介绍一下，一般情况下，功放和音箱功率配置都要以扩声信号的动态来决定，这个动态又跟系统的类型密切相关，由此我们又再次认识到总体设计时，工程定位的重要性。对于一般的扩声系统，信号的动态都不大，可以确定功放的连续不失真功率是音箱额定功率的1.2-1.5倍，如果扩声信号的动态比较大，比如在DISCO厅使用，那么我们就应该取1.5-2倍的比例，这样的配置既可以保证设备长期安全稳定地工作，又能保证实际调控操作容易，大家在设计时一定要参照这个经验值，至于其中的理论分析我们就不再介绍了。灯光系统的电源功率，直接决定于灯光设备的型号和它们的工作特点，所以要在工程的类型确定后，在灯光设备的型号和其电源消耗功率之间反复核算，大家又可以发现前面的工程类型确定多么重要。对于设备型号的区别，在一般使用的灯光中，主要反映在灯具里灯泡的功率，例如：电脑灯分为150W，200W，250W，300W，400W，575W，1200W等多种规格，聚光灯分为500W，750W，1000W等规格，所以我们在计算时要核查清楚；对于设备工作特点的区别，一般是针对于它们的发光强度和方式，例如：称为1000W的频闪灯，实际它的电源消耗远没有1000W。区别于音响系统的功率计算，在灯光系统的电源消耗计算中，没有什么计算公式和指标，只要将总体规划时设想的灯光设备的耗电功率和具体选型时确定的设备实际耗电功率反复进行核算就行，但正因为灯光功率的计算比较简单随意，所以不容忽视的问题是：灯光设备的耗电功率一般都较大，如果在计算时不准确，或者灯具类型变动较大，那么最终的计算结果可能偏差较大，如果有几个KW的差距，那么实际使用时灯光系统难以正常工作，用电的安全也会出现问题。至于视频及辅助设备的耗电功率，相对就简单多了，一般只要将它们的标称功率计算进去便是。最后我们将所有系统的耗电功率进行汇总，得到一个比较实际的总耗电功率，依此为依据，我们就可以向电力部门申请配电功率了。
电源的供应形式的确定——在一般的工业和民用设备中，只要将需要的电源的功率充分提供给它们就可以了，但是在专业音响工程中，由于音响、灯光设备工作的特殊性，加上系统之间互相的影响，所以就必须对电源的供应形式提出一定的要求。具体就音响系统而言，由于灯光设备和其它相应的工业设备会通过电源线路对它产生干扰，而且这些干扰形成的噪音很容易在人的听觉上产生不舒服的感觉，往往在实际操作中这种干扰利用一般的方法还很难消除，所以必须在电源的供应形式上提出要求，尽量避免干扰的产生。通常需要音响系统的电源取自供电线路中干扰较小的一路，比如：避开工业用电，从民用线路上供电或者从单独的变压器上取出一路供电，凡是条件许可都应该尽量让音响系统的供电线路和灯光系统线路分开，单独一相。同时在供电线路上最好单独穿管供电，这样灯光系统产生的干扰就会在供电形式上得到一定的避免。就灯光系统自身而言，由于考虑系统的功率较大，所以应该尽量采用多相供电，各相之间的功率要尽量配平，以稳定电网，布线时要尽量避开音响系统的电源线路和信号线路，同时还要设置相应的保护地线，以确保用电安全。至于视频和辅助设备的电源供应形式，没有什么特殊的地方，这里就不再叙述了。最后，我们需要绘制相应的示意图，将确定的电源供应形式表示出来，并且作好相应的标注。另外，在电源的供应形式中，我们还必须清楚关于电源地线和音响系统信号地线的区别，这里我们简单介绍一下。电源的地线是电气工程中埋设的连接在用电设备外壳上，用以保护人身安全的线路，音响系统信号地线一般不要借用，否则容易造成这个音响灯光系统的信号屏蔽混乱，给音响系统带来难以消除的噪音；音响系统的信号地是系统信号的零电平参照点，各设备连接成为系统后，信号地线就形成系统的屏蔽线。由此可以发现，电源的地线和音响系统的地线绝对不能混淆，在确定电源的供应形式时就应该引起重视，区别对待，具体的连接方法，我们将在后面的工程施工中进行介绍。
管线的预埋方案——专业音响工程的一个特点就是在工程的前期需要进行管线的预埋工作，尤其是大型的工程，需要预埋的管线非常多，埋设的要求也不尽相同，而且埋设的质量会直接对工程的施工形成影响，所以需要我们在电气的设计中确定管线的预埋方案。预埋的方案包括管线的类型、位置、数量以及它们的尺寸、材料。在一般的工程中，需要将预埋的管线分为各系统的电源供应管线，音响信号管线，音响控制线和音箱线管线，灯光和其他设备的控制线管线；另外，对于工程中需要用来吊装设备的挂接件也属于管线预埋的范畴。当工程的总体设计和方案确定后，我们就应该同时确定需要埋设的管线的类型，然后根据总体设计中设备的布局和控制室的位置来确定预埋管线的位置，再根据设备的线路铺设情况来确定预埋管线的数量和尺寸，确定管线的数量和尺寸时，应该准确计算好线路的数量来确定。首先，对于用以铺设线路的管线，它们的尺寸一定要严格按照电工手册中关于穿线数量和不同管线口径的关系执行，特别是电源线路管线的预埋，绝对要避免电源线的总截面积超过管线规定的范围，否则容易给工程的安全造成极大的隐患；另外，电源线的直径确定也直接关系到预埋管线的方案，必须在预埋方案中予以确定，在确定时同样需要严格参照电工手册中关于各种材料类型的电源线直径和供电电流的关系执行，否则工程供电绝对不安全。同时，在用以铺设线路的预埋管线中，它们的材料选择可以根据预埋的位置和防火要求来决定，埋设在地面和墙体内部的管线，一般要选择防腐蚀强度高的钢管；埋设在天花板顶棚上和控制室地板下的管线，一般要选择防火的PVC管和钢管；需要铺设数量较多的音箱或信号线的管线，一般可以选择防火的PVC线槽；另外我们还可以根据特殊的情况选用一些象铁皮软管，铁制线槽一类的管线。其次，对于用来悬挂设备的吊装件的预埋也要确定一个合适的方案，在选择挂接件预埋位置的时候，一定要咨询建筑部门，在他们的协助下选择，以确保足够的吊装强度；在挂接预埋件的尺寸和材料的选取时，也要查阅相关的手册，以保证足够的安全。最后在确定完所有的预埋管线的方案后，我们应该绘制相应的示意图和实际施工图，标注出相应的管线位置、数量、尺。
电气设计和方案的安全性——专业音响工程始终不能忘记的就是安全性，电气的安全也特别重要，在设计中同样要充分考虑。首先要检查设计的配电容量、供电形式是否合理，不容许超负荷供电形式，埋设线缆不能低规格；不容许选用质量低劣规格不够的开关元件。其次，要检查管线的预埋方案是否安全规范，连接方式是否合理。这些安全因素都要认真检查，必要时可以将设计的方案报有关部门批准。
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