扩声系统调整与声学测试技术.ppt

扩声系统调整与声学测试技术,声频工程技术高级培训班（第一期）,,一、扩声系统调整,系统调整的原因： 1 电声系统与建声系统的匹配 2 前后级系统信号匹配,扩声系统组成框图,电声系统与建声系统的匹配,使用频率均衡器、反馈抑制器等 对某一扩声场所建筑声学特性进行补偿 吸声性能过差的 进行衰减 吸声性能过好的 进行放大 补偿人耳听力特性 用途：平衡音色、找出大致的回馈频段的幅值，改善传输频率特性,前后级系统信号匹配,使用 压限器、反馈抑制器、激励器、噪声门、声激励器、混响效果器、延时器等,◎ 压限器,调整压缩阈值、压缩比、压缩时间及释放时间 用途：防止大动态信号的失真,根据信号特点选择适当的转折电平，太高不起作用、太低会降低信噪比。,输入信号,输出信号,增益转折点,◇ 阈值电平调节,调节原则为保证全部信号不削波。 动态范围不大的信号（语言、交谊舞曲、古典音乐）2:1左右。 动态范围较大的信号（流行音乐、迪斯科音乐、摇滚音乐）4:1~5:1。 无固定数值。需要一些音乐修养。,◇ 压缩比调节,节奏速度较慢的信号对应较长的压缩时间与恢复时间，保证节目音尾得到完整性与丰满度； 节奏速度较快的信号对应较短的压缩时间与恢复时间； 但需适当，过短会出现信号停顿现象。,◇ 压缩启动时间与恢复时间,无明确数据参数，调节量有三个： 激励电平调节、频率调节、混合深度调节。 用途：增加高次谐波，美化音色。,◎ 声激励器,◎ 噪声门 对进入噪声门的不是很强的噪声信号进行处理。当信号较小而噪声变得明确时噪声门将信号和噪声都进行很大的衰减，使没有明显的噪声往后传送。 ◎ 混响效果器 ◎ 延时器,自动对啸叫频率进行抑制。 啸叫产生的机理：啸叫实际上是扩声系统由于存在正反馈而产生的振荡。按照振荡形成的原理，一个系统只有在满足下述两个条件时才能形成振荡，即振幅平衡条件（振幅增益大于0 dB)和相位平衡条件(相位为同相位）。,◎ 反馈抑制器（1）,避免措施：破坏任一条件。 通常为破坏振幅平衡条件，即降低增益。 原因：破坏一个相位的平衡条件后常常会造成另一个相位平衡条件。,◎ 反馈抑制器（2）,综合措施： 改善建声条件（可能的条件下） 选择较为具有平坦的频响特性曲线的传声器及扬声器 尽量减少在用传声器的数量（每增加一个传声器就会增加一个潜在的威胁）特别是流动传声器更视为危险杀手。,◎ 反馈抑制器（3）,一般反馈抑制器每个通道有多个滤波器（如12个），可根据情况设置。针对固定传声器可设置9个固定较容易产生啸叫的频率点，其余3个作为动态滤波器。 当应用于移动式传声器时，上述设置不尽合理，应少设固定频率点而增加动态滤波器。 此时针对移动传声器最好能对单个的音箱进行音量调节，当传声器接近某一音箱时适当降低该音箱的音量也是减小啸叫的一种有效手段。,◎ 反馈抑制器（4）,使用反馈抑制器不能完全避免啸叫，首先应该在声场设计方面采取措施。 在保证听音质量的情况下降低扩声增益。,◎ 反馈抑制器（5）,扩声系统声学测试技术,声学测试系统组成 测试传声器 声学分析仪（采集器、分析软件、 计算机） 测试发声设备,传声器的选择,较稳定的声压灵敏度 较为平坦的幅频特性 有精度要求！达到2级以上,采集器的选择,专用声学测试分析仪 数据采集卡 专业声卡 板载声卡 同样有精度要求 满足相当于II型声级计的要求,分析软件,众多 Smart live、Spectra LAB等 分析仪自带软件,测量条件,扩声系统应调整到最佳工作状态。测试时系统应按照测量标准进行调节，达到标准的要求，且测试过程中不应再调节。 测试时厅堂内测点的声压级至少应高于厅堂总噪声15dB，混响时间及再生混响时间测量时信噪比至少应满足35dB的要求。最好进行空场及满场条件下测量，难以满足时，也可以仅进行空场条件下的测量。,测点选取应符合的条件（1）,所有测点离墙1.5m以上，距地面1.2m,混响时间测量时可以在1.2m ~1.6m，有楼座的厅堂，测点应包括楼座区域。对于舞台或主席台有扩声的场所，测点还应包括舞台区或主席台区。,对于对称厅堂： 测点可在中心线的一侧（包括中心线附近）区域内选取。 ①传输频率特性、传声增益、最大声压级、系统失真和反射时间分布的测点数宜选全场座席的0.5%，且最好不得少于8点（无楼座场所不得少于5点），测点的分布应当合理并有代表性。,测点选取应符合的条件（2）,②声场不均匀度的测点数不得少于全场座席的1/60。它可以是中心线附近，左半场（或右半场）再均匀取1~2列。每隔几排进行选点测量。对于大型场所，为减少测量工作量，测点数可适当减少。 ③混响时间及再生混响时间的测量，空场时不少于5点，满场时不少于3点。满场测点一般应与空场测点一致。,测点选取应符合的条件（3）,④总噪声及背景噪声测量只在空场条件下进行。测点选取同上条。 ⑤混响时间及反射声时间分布测量时可增设舞台上的测点。,测点选取应符合的条件（4）,对于非对称厅堂：应增加测点。,测点选取应符合的条件（5）,测量项目,1、传输频率特性； 2、传声增益； 3、声场不均匀度； 4、最大声压级； 5、总噪声级； 6、语言传输指数（STIPA）（选做） ； 7、早后期声能比、混响时间（选做）。,频率传输特性测量,可以使用两种方法（声输入法、电输入法） 厅堂内各测点稳态声压的平均值相对于扩声系统传声器处声压的幅频响应。 （声输入法） 厅堂内各测点稳态声压的平均值相对于扩声设备输入端电压的幅频响应。 （电输入法）,频率传输特性测量声输入法,,频率传输特性测量电输入法,,测点布置示例,频率传输特性测量声输入法,稳态声压的平均值计算方法： 根据Lspl.n将各测点处相同1/3倍频程的声压取算术和后，除以测点数。 式中: P0----基准声压，P0=2*E-5 Pa; Pn-----频率在测点n上测得的频带声压。,频率传输特性测量声输入法,求出： 式中：P0为基准声压，P0=2*E-5 Pa； Pn为该频率在测点n上测得的频带声压。,该频率稳态平均声压PF等于各测点上测得的频带声压的算术平均值， PF=（P1+P2+…+Pn）/N 式中：N为测点数。,频率传输特性测量声输入法,将各频率的平均声压按下式取算术平均值，得出传输频率范围内的平均声压PF.AVER: PF.AVER=（PF1+PF2+…+PFn）/N1 式中：PFn 为各1/3倍频程（或1/1倍频程）频带平均声压；N1 为1/3倍频程（或1/1倍频程）频带的个数。,频率传输特性测量声输入法,再将平均声压换算成稳态声压级平均值,频率传输特性测量声输入法,频率传输特性测量电输入法,平均声压级的计算方法： a)设测点数为N，第n个测点F频带的声压级为LF.n，则N个测点的平均声压级为： (a),b)设第i个频带的平均声压级为Li，则传输频率范围内的各频带平均声压级： (b) 为整个厅堂各个频率的声压级合成为总声压级。此处无频率表征,频率传输特性测量电输入法,以b式计算得到的平均声压级作为0dB，（如 80-8000Hz)，以a式计算得到的结果作为本厅堂的频率响应。 以a式结果与b式结果做差，评价其传输频率特性。 电输入法计算例,频率传输特性测量电输入法,传声增益测量,传声增益是指扩声系统达最高可用增益时，厅堂内观众席各测点稳态声压级平均值与系统传声器处稳态声压级的差值。 测量系统框图与声输入法测频率传输特性一致 使扩声系统增益达到自激临界点后下拉6dB。,传声增益测量,在规定的传输频率范围内，按1 / 3 倍频程（或1 /1倍频程）中心频率逐点在观众厅内各测点上及扩声系统传声器处分别测量声压级；然后求出稳态声压级平均值。上述稳态声压级平均值与扩声系统传声器处稳态声压级的差值，即为全场传输频率范围内的传声增益，以dB 表示。,传声增益测量,按式a计算厅堂内各频带稳态平均声压级，与传声器处的各频带稳态声压级进行比较。 计算例,测量总结,厅堂的平均某一频带声压级由各个测点的频带声压级转换为声能后进行算数平均，再取对数求其声压级作为厅堂该频带的声压级。,Lp1(500Hz),Lp2(500Hz),Lp3(500Hz),Lp4(500Hz),Lp2(500Hz),,能量求和 再求平均,传输频率特性 EXECL计算表运算详解 第一步 原始数据,,进行能量转换的预处理,,能量转换,,单一频率下各个测点的能量平均值,,各测点能量平均值至声压级的转换,,全频带能量求合及声压级,,,以全频带的声压级作为基准线， 画出±4 dB容差线及各频带声压级。将频带声压级与全频带的声压级做差得到传输频率特性曲线。,传输频率特性曲线,传声增益 EXECL 计算表运算详解与传输频率特性相比仅最后计算有差别,传声增益结果计算,以传声器处的稳态声压级作为基准，将厅堂内各频带稳态声压级与前者做差， 其差值为该厅堂的传声增益。,声场不均匀度测量,声场不均匀度定义为： 厅堂内（有扩声时）观众席处各测点稳态声压级的最大差值。 测量原理框图见图2或图3 测量信号用1/3倍频程粉红噪声。 测量通常在1 kHz和4 kHz分别进行；对声学特性要求高的场所，宜增加100 Hz和8 kHz的测试频率。,声场不均匀度测量,,,,,,,,,,min,max,min,max,min,max,声场不均匀度测量,1 kHz，5个点的最大差值为74.1 - 70.2 = 3.9 dB 2 kHz，5个点的最大差值为72.1 - 69.4 = 2.7 dB 4 kHz，5个点的最大差值为70.1 - 66.4 = 3.7 dB,最大声压级测量,最大声压级定义为： 扩声系统完成调试后，厅堂内各测量点产生的稳态最大声压级的平均值。 测试系统框图见图3（宽带噪声、电输入法）,最大声压级测量,测量步骤： 将宽带粉红噪声信号直接馈入扩声系统调音台输入端（线路输入口）； 调节噪声源及扩声系统输出，使扬声器系统的输入电压相当于系统十分之一至四分之一设计功率的电平值，当声压级接近90dB时，可用小于十分之一的设计功率；,最大声压级测量,用测量系统在规定厅堂测点上进行测量； 按式a的方法进行平均，并按设计使用功率进行修正，得到使用功率的最大值。,最大声压级测量,式中：PSY----------设计使用功率 PCY ----------测量使用功率 LFAVER -----测量使用功率的最大声压级 LMAX----------设计使用功率时的最大声压级,扩声系统总噪声级,总噪声级定义为： 扩声系统达到最高可用增益，厅堂内各测量点扩声系统所产生的各频带的噪声声压级（扣除环境噪声影响）平均值，以NR曲线评价。噪声声压级平均值按式a 的计算方法得到。,测量时，厅堂内的设备如通风、空调、调光等产生噪声设备全部关闭。扩声系统增益控制置于最高可用增益位置，系统传声器不接；以200 Ω等效电阻代替。,背景噪声测量,背景噪声定义为： 扩声系统不工作时，厅堂内观众席处各测点室内噪声声压级的平均值。,混响时间测量,混响时间定义为： 室内声音已达到稳定状态后，停止声源，平均声能自原始值衰减到百万分之一（60 dB)所需时间。,混响时间测量,混响时间测量一般只做空场测量，条件允许宜做满场测量。 测量频率不应少于以下6个倍频程频率：125Hz,250Hz,500Hz,1000Hz,2000Hz,4000Hz。如有必要，应增加频率间隔为1/3倍频程的中心频率。 测点选择，满场时不应少于3个，空场时不应少于5个。非对称性厅堂应适当增加测点。,混响时间衰变曲线示例,绝大多数情况下，厅堂混响时间很难测得声压级完整衰减60 dB 的时间历程曲线，因此通常可使用从最高声压级衰减-5~-35 dB（T30)或衰减-5~-25 dB （T20)之间的衰减曲线的范围来决定衰减斜率，进而由此进行推算出衰减60 dB所需的时间（即T60）。,每个点对低频段（500 Hz)以下的中心频率测量6条衰减曲线进行平均，在中高频段测取3条衰减曲线进行平均。 再对各个点的数据进行平均。得到整个厅堂的混响时间。 之所以在低频段需要较多次数的测量，盖因低频混响时间衰减曲线跳动较明显，测量误差较大之缘故。,混响时间时间历程实例,根据回归方程的斜率进行求解,混响时间衰减曲线方程为： Lp=-29.77T+94.95 T=(Lp-94.95)/-29.77 将Lp = 60 dB带入公式得： T=(60-94.95)/-29.77 ≈ 1.17 s,