扩声系统的电声计算及扩散声场与声场扩散

扩声系统的电声计算及扩散声场与声场扩散

北京市西城区昆光职业技能培训学校 音响师 音响调音师  调音员音响师 音响 调音师培训 音响调音师 录音师学校  录音师培训 灯光师 音视频设计工程师 音视频工程检测师北京专业的音响培训学校，北京昆光职业技能学校。

（一）扩声系统的电声计算

1.最大功率容量与最大电压容量的计算

 *公式一：最大电压容量V=√最大功率W×负载阻抗Ω

 *公式二：最大功率容量W=最大电压²÷负载阻抗Ω

    假如已知一个音箱的最大持续功率（AES/ANSI）和标明的负载阻抗，则可以计算出此音箱的最大电压，例如A音箱的最大功率是600W RMS（AES/ANSI），阻抗是8Ω，希望通过系统的压限器或者音箱控制器设定功放的最大输出电压值，对A音箱进行保护，把相关的数据套进公式一：

    最大电压容量V=√600W×8Ω

    =√4800

    =69.28V

北京有学音响师学校吗、音响师培训、调音师学校、调音师培训、录音师学校、录音师培训、调音师、录音师 培训 课程、北京调音师、北京录音师、北京 培训、北京学校、北京调音师学校、北京调音师培训、北京录音师学校、北京录音师培训、北京 录音师培训课程

    由此得出69.28V电压加在8Ω负载阻抗时，可以产生最大600W RMS的功率，所以我们要在压限器或者音箱控制器上设定功放的最大输出电压值不能超过69.28V，才能有效保护A音箱不致烧毁。

    2.功放电压增益的计算

    *公式三：电压增益=输出电压V/输入电压V

    增益由音频电路的输入和输出之间的关系决定，增益表示为倍数（×），或者用单位dB表示，若我们想知道一台功放的增益（称为电压增益），则必须知道输入信号电平和其相应的输出信号电平。例如已知从系统前级输入至A功放的信号电平是0.775V，输出信号是31V，把相关的数据套进公式三可以得知A功放的电压增益：

    电压增益=输出电压V/输入电压V

    =31V/0.775V

    =40×（倍）

    又如已知从系统前级输入至B功放的信号电平是0.5V，输出信号是20V，把相关的数据套进公式三同样可以得知B功放的电压增益：

    电压增益=输出电压V/输入电压V

    =20V/0.5V

    =40×（倍）

    注意，从以上两例可以看到A、B两台功放的电压增益一样是40×，所以电压增益大小与输入信号的大小无关。

    3.输入灵敏度与电压增益

    *公式四：输入灵敏度V=最大电压容量V/电压增益×

    与习惯的说法相反，功放不能自我产生功率。功放使输入信号电平放大某一倍数输出，输出的电平大小由放大倍数决定，标准的说法应该是：功放的输出电压驱动了音箱的负载阻抗并由此转成电声功率。一台功放能接受的最大输入电压又称为输入灵敏度，如果输入电压超过了最大输入电压，功放的输出容量也将会超出最大范围，并产生较大的频响失真。所以如果用最大电压容量除以电压增益，即可得到最大输入电压（输入灵敏度）。例如A功放与A音箱连接，二者的相关参数如下：

    A功放：FTC功率550W 8Ω，电压增益40倍；A音箱：600W RMS（AES/ANSI），阻抗8Ω（音箱的功率比功放高50W）。

*计算步骤1：A功放的最大电压容量计算

    A功放最大电压容量V=√550W×8Ω

    =√4400

    =66.33V

    *计算步骤2：A功放的输入灵敏度计算

    A功放输入灵敏度V=最大电压容量V/电压增益

    =66.33V/40×

    =1.65V（最大输入限制阀值）

    计算结果：A功放在输入有1.65V时，输出电压为66.33V，加在阻抗为8Ω负载上时，相当于产生550W的功率，意味着如果我们想避免过度驱动A功放，就应避免输入电压达到1.65V（本系统的最大输入限制阀值）。我们可以确信在A功放之前接上限制值为1.65V的限制电路之后（音箱处理器或数字分频器），A功放的输入就不会超过1.65V放。因此，当音箱处理器或数字分频器输出1.65V至A功放时，A功放会输出66.33V至音箱（66.33V=550W 8Ω），如果音箱处理器或数字分频器输出大于1.65V的电压至功放，将导致功放产生失真和输出更大的电压，并会转化成更大的功率和线圈热量，极有可能会对音箱产生破坏。为了保护音箱，需要将音箱处理器或数字分频器的限制阀值定在1.65V（6.5dBu）。

（二）扩散声场与声场扩散

 1、扩散声场的概念

    扩散声场是在声学原理中有理论定义的一种理想声场，在《声学名词术语》中释为“能量密度均匀，在各个传播方向作无规分布的声场”。它包含：（1）扩散声场中各点声能密度均匀；（2）来自各个方向到达某点的声强近似相等；（3）来自各个方向到达某点声波的相位无规。

在实验中，人们可用混呼室来建立接近于扩散声场的实验条件：在简正模式重叠数较大的“高频”，在声源近场区外，基本可达到上述扩散声场的理论条件。

必须指出，这里所说的声能密度均匀不等于声压级均匀。声能包括功能和势能，声压只代表势能。P.E.Doak理论计算了在扩散声场假定下，单频激发时扩散声场中各点声压级平均值的标准偏差为5.57dB。另外H.G.Andres,D.Lubmann证明频带噪声激发时，扩散声场中各类声压级平均值的标准偏差与带宽和混响时间乘积的平方根成反比。更早些时间R.V.Waterhouse计算了封闭空间中界面处的干涉图形：相对于中间平均值而言，刚性界面上的声压级高3Db，棱线上高6dB，顶角上高9dB。这些都说明扩散声场中的声压不一定均匀。相反声压均匀的声场也不一定就是扩散声场。一个明显的例子就是无限长均匀管道中的平面波，各处声压均匀。故决不能以声压均匀作为扩散声场的特征。

C.F.Eyring的混响时间公式是用统计声学方法推导出来的，具有扩散声场的理论假定。二次大战前后，建筑声学成为一门系统学科，并应用于建筑声学的设计，在20世纪50年代，一方面有声学设计成功的例子，如英国皇家节日音乐厅；另一方面发现即使到了最佳混响时间的设计之个，音持仍可能很不满意。故出现了除最佳混响时间之外，去寻找决定厅堂音质的“第二参量”的研究热潮。“声场扩散”成为当热门话题。

2 、声场扩散的概念

     “声场扩散”其实只是一个定性的习惯用语，称不上是一个严格的科学术语。当时发现实际厅堂中的混响衰减曲线多数并不像统计声学所预告的是直线式衰减，认为这是厅堂内声场没有“充分扩散”所致；为了改善音质，便要努力使“声场扩散”。

二次大战后一些新建的剧院，为容纳更多观众，便加大厅堂宽度，且使大厅平面呈“钟”形，即侧墙与后墙往往是凹形的大弧面，致反射声分布很不均匀，即“扩散”很不好。仅观一些古典剧院，如维也纳金色大厅，横向跨度不很大，楼层包厢多，有的还有一些较大的雕塑装饰，对声波有较多散射作用，使声场“扩散”得好。

光学中，“毛玻璃”对可见光有很好的散射效果。声学中，可听声的波长至少从几米到几厘米，要使在这么宽的频段内都有好看 散射效果，这样的声散射体设计并不是件容易的事。

3 、两者的关系

其实即使厅堂内达到近似的“扩散声场”条件，音质就好了吗？答案是否定的，试想若在混响室内欣赏音乐，完全分辨不出音乐来自何方，听音环境并不好。

前些年王季卿教授撰文论述“声场扩散与厅堂音质”，指出20世纪50年代追求“声场扩散”而研究的一些音质评价参量，都没有得到预想的结果。60年代后在“双耳聆听”基础上提出研究的一些评价参量，都不是从追求声场扩散出发的，即并不要求在听众座位上来自所方向的声强是机会均等的。如现今认为对音质有重要作用的是希望在座位上有足够多的早期侧向反射声。M.Barron在方面做了较多实验工作。在实践中，M.R.Schroeder设计了用数论中二次剩余系列构成不同不深度藻井的散射体；1986年美国加洲橙县建成3000座的Segerfrom音乐厅，将大厅设计成“葡萄园”也（也可称“梯口式）的4层结构，使每个区域的横向跨度不很大，从而设计出有较多早期侧向反射声的侧墙。广州星海音乐厅也用此种“葡萄园”式的分层结构。

     “声扬扩散”曾是作为厅堂良好音质所要求的笼统的定性名词，本身从未被严格地定量。进一步研究得到的一些对音质有一定作用的评价参量，相对而言，也不是与声场扩散特别是声场充分扩散相关联的。在厅堂音质评价研究中，“声场扩散”是一已过时的模糊概念。