2009年6月23日星期二

公共广播 喇叭 扬声器 频率响应 声压级 功率 间距 覆盖范围 设计过程

http://www.hd.club.tw/archiver/tid-9434.html
http://www.douban.com/group/topic/2683950/
http://space.taobao.com/b8863ea9eefa752b122c713097efac53/show_blog-20971896.htm
http://zhidao.baidu.com/question/11763917.html
http://www.heng98.com/News.asp?Id=50

公共广播这个东西,做了不少很粗的设计,但是真正懂的东西不多。

找时间看了一下TOA的《公共广播产品目录》,获益不少。大的厂家的资料是很值得学习的。

对于公共广播的扬声器,也就是喇叭,一般都是用定压100V的。除此之外,还有几个重要的特性:
1、频率响应:频率响应(Frequency
Response)指的是喇叭的发声频率范围,以「理论」而言,喇叭的频率响应范围当然是越宽越好,也就是说低音可以低到很低的频率,在高音部分则可发出频率很高的极高频,发声范围越宽广,所能重现的音乐范围也就越广。
公共广播的喇叭,主要有 100~12000HZ,100~16000HZ,50~20000HZ,45~20000HZ,后两种号称"全音域"。
2、声压级(SPL[1W/m]):是指喇叭在通以额定阻抗1W的电功率的电压时,在参考轴上与喇叭相距1m的点上产生的声压.单位:分贝(dB).
在公共广播的喇叭中,频率响应越广的喇叭,声压级越低;功率越大的喇叭,声压级越高。但是相差不大,TOA的产品目录中,6W左右的天花喇叭从88dB~92dB。
3、额定功率:就是扬声器能够连续稳定工作的有效功率,也就是能够长期承受这一数值的功率而不致损坏,这才是扬声器具有实际意义的功率参数。一般在测试额定功率时是在额定频率范围内给扬声器输入一个正弦波信号,信号持续时间为1小时,扬声器不产生热损坏和机械损坏。额定功率的单位为瓦特(W)。TOA的产品目录中,6W的天花喇叭一般有6W,3W,1W
或 6W,3W,1.5W,0.8W几个接口。
4、覆盖角度:一般天花喇叭的覆盖范围为90至120度之间。

声压级计算:
SPL=SPL[1W/m]-20lgD+10lgW
D为距离,单位是米。
W为喇叭功率,单位是瓦特。
如果2个喇叭同时覆盖,资料没提,我认为应该和噪音叠加一个概念。
如LP1=LP2,即两个声源的声压级相等,则总声压级:
LP = LP1+ 10lg2 ≈ LP1 + 3(dB)

喇叭的间距和覆盖范围:
理想的广播,首先是要覆盖到所有目标区域,然后在人耳的高度上有比较平稳的声压级。
在定压式广播(公共广播)系统中安装喇叭,其目的就是既有效果又经济实惠,就是要用最少的喇叭让所有的覆盖区域都听的清楚。
在封闭空间内喇叭会产生两个音响区域,主要是直接音区域,声音直接从喇叭投射过来,第一以及第二反射音也可以考虑为直接音的一部分(如果他们的延迟够短,并且还可以加强美化直接音的话)。第二个就是间接音区域,我们可以称之为后直接音,间接音区域的混响声音会在房间内蹦来蹦去,在地板,墙壁,桌子,天花板之间反射,一直到被空气,家具,人或房间自己给吸收掉,间接音区域是由各种不同的声音被反射到不同方向而造成的,每一个声波到达听众的时间不一样,会把声音糊成一团,并且减低声音的清晰度。
因此想提高声音的清晰度,就必须将直接音和间接音的比例增加到最大,直接音会因为距离喇叭越远而声音越小,间接音当然也适用反平方定律,但是他们又多又乱,因此间接音在室内的密度通常不会有明显的变化。
使用多只小功率的喇叭靠近听众,而不是使用大功率的喇叭去轰炸很多人,这个办法甚至可以减小总音响的功率,减少声音的能量,让间接音区域的密度减少。安装天花喇叭的一个最基本的原则就是喇叭间距不超过天花板高度的两倍,也就是说两个天花喇叭之间的距离不要超过天花板距离地面的高度。如果喇叭有90度的扩散角度,是非常适合播放背景音乐的。公共广播系统也有要求更高的设计以求达到覆盖更多的不同位置的区域,比如有人坐着的,有人站着的,有人走动的,都必须要让他们听的很清晰,那么比较好的方法就是吸顶喇叭的间距不要超过人耳到天花板距离的两倍,这样喇叭的数量会增多,声音会更加清晰(当然公共广播系统的调试也是需要技术的),走廊过道,电梯间等人站着的区域喇叭间距较小,室内办公室,室内会议室等人坐着的区域天花喇叭间距较大,因为耳朵距离天花板较远。例如,上海王桥工业区某高级餐厅背景音乐系统,天花板高3米,人耳朵距离地面1.2米,天花板距离人耳朵1.8米,因此喇叭的间距就不超过3.6米,当时考虑到背景噪音的问题,最终天花喇叭的间距是2.7米

TOA给出的建议间距和覆盖范围建议。

TOA给出的噪声电平和音频电平的大体指南。

从声压级计算看:
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1W,间距6米。
SPL=88-20lg3+10lg1+10lg2=88-9.6+0+3=81.4dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1W,最远点2米。
SPL=88-20lg2+10lg1=88-6=82dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1W,间距30米。
SPL=88-20lg15+10lg1+10lg2=88-23.5+0+3=67.5dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1W,最远点15米。
SPL=88-20lg15+10lg1=88-23.5=64.5dB

88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1.5W,间距8米。
SPL=88-20lg4+10lg1.5+10lg2=88-12+1.8+3=80.8dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1.5W,最远点3米。
SPL=88-20lg3+10lg1.5=88-9.6+1.8=80.2dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1.5W,间距40米。
SPL=88-20lg20+10lg1.5+10lg2=88-26+1.8+3=66.8dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于1.5W,最远点20米。
SPL=88-20lg20+10lg1.5=88-26+1.8=63.8dB

88dB/1W/m的天花喇叭,工作于3W,间距12米。
SPL=88-20lg6+10lg3+10lg2=88-15.6+4.8+3=80.2dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于3W,最远点4米。
SPL=88-20lg4+10lg3=88-12+4.8=80.8dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于3W,间距50米。
SPL=88-20lg25+10lg3+10lg2=88-28+4.8+3=67.8dB
88dB/1W/m的天花喇叭,工作于3W,最远点25米。
SPL=88-20lg25+10lg3=88-28+4.8=64.8dB

环境噪声大于60dB时,火灾报警规范要求广播大于环境噪声15dB的要求。环境噪声60dB+时,音频电平要80dB才能满足消防广播要求。
1W,间距6米,最远点2米;1.5W,间距8米,最远点3米;3W,间距12米,最远点4米,满足要求。
环境噪声低于60dB时,最远点25米,走廊末端12.5米满足火灾报警规范要求。环境噪声55dB时,音频电平60~65dB基本满足语音广播要求。
1W,间距30米,最远点15米;1.5W,间距40米,最远点20米;3W,间距50米,最远点25米。
如果因为满足消防广播要求或声学方面的因素时,音频电平过高,公共广播时可以通过音量控制器将音量调小一点。另外,线路上可能也有1~2dB的衰减。

自我总结的设计过程:
首先,根据背景音乐/广播、室内的高度、人耳的高度确定喇叭的间距;
然后,根据室内的背景噪声、消防广播的电平要求、背景音乐/广播的电平要求确定喇叭的功率;
最后,对比消防广播的电平要求、背景音乐/广播的电平要求确定哪里需要调音器。

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