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专业音频系统的设计和优化

来源：admin　　浏览量：　　发布时间：2020-05-15 14:38:10

内容及目的：

以扩声系统可以达到的最理想效果为前提，来推导我们在系统前期设计、中期安装及后期调试时所应遵循的规律及注意事项，使系统达到最终优化的目的。

适用范围：

两年以上工作经验、对扩声系统结构及产品较为熟悉、并主要从事系统设计及调试的同行。

What--什么是系统优化？

在系统前期设计完毕，准备进行安装、调试的时候，根据场地的建声条件、安装位置等现场实际情况，对扬声器型号选用、组合方式、安装角度等进行二次设计，并通过调试，使系统尽可能达到最终理想的效果。

Why--为什么要进行系统优化？

1.系统前期设计

系统前期设计时需要参考厅堂类型（会议室/剧院/多功能厅等）、用途（语言 /多功能）、扩声方式（单声道/多声道、集中式/分散式）、建声条件（厅堂结构、混响时间）、参考标准、预算等多方因素，用来确定此厅堂的系统结构、扬声器选型和安装位置。除了建声条件外，其它都可以在前期设计阶段确定下来。但是与系统最终效果息息相关的，正是建声条件，它决定了我们的系统最终能否达到理想的标准。也正是因为建声条件的不确定性，决定了我们的系统是否有必要进行优化和能否进行优化。

2.系统二次设计时的优化

根据用户的实际需求、场地条件、机房位置等，对系统做深入设计。要充分与用户沟通供电情况、接地、机房位置装修、管线路由、现场进度、深化图纸设计、组织施工管理、严格控制施工工艺、保证质量。

3.系统安装时的优化

系统安装过程需要充分了解现场实际情况，对以下几个方面做出相应调整，以确保系统的合理性。

建声条件：混响时间是否合适，是否需要更换扬声器型号或更改扩声方式；是否存在有害反射。

安装位置：覆盖是否理想；声场能否达到均匀；是否存在遮挡。

安装方式：竖装或横装；高低音是否倒装；集中式安装或分散式安装。

安装角度：避免来自天花、侧墙及后墙反射；避免扬声器之间干涉。

4.系统调试时的优化

根据系统实际状况，对系统电平、延时、相位、均衡等进行调整，保证系统最终效果。

总结：由于影响扩声系统最终效果的因素太多，因此在设计完成后，必须对系统进行优化，不论是10w的会议系统，或是1000w的大剧场，我们都要针对各种不同环境、不同结构、不同使用方式，做到最优化。

How--如何进行系统优化？

扩声系统结构基本包括：音源→调音台→处理器→功放→扬声器，五个部分。

1.系统设备要求：

同一系统中，所有设备都需要有足够的Headroom动态余量。即：系统的Headroom由这个系统中最早达到Clip失真的设备决定。

例如：

换句话说，若调音台输出电平为0dBu时，场内的声压级为90dB，那我们可以得知系统不失真的最大声压级可达到105dB。

若要系统不失真的最大声压级达到130dB，则调音台输出电平为0dBu时，场内声压级至少应该达到115 dB。

因此在调试时，要根据不同的功能，调整最佳的系统电平，使系统始终处于最佳信噪比范围内。

2.影响音质的关键性因素——相位

影响扩声系统音质的一个最关键的因素就是相位。由于声波在空气中传输，会根据不同结构、不同墙面发生各种反射、干涉现象，使声音在某些位置叠加、某些位置抵消。而且根据频率波长的不同，墙面对不同频率会有不同的反射或吸收状况，造成听感上某些频率声音响，某些频率声音轻。

相位关系对声波叠加的影响：

相位问题通常会由以下两种方式带来：

a.音箱/墙体——反射及干涉

改善方法：

改善建声：房间的结构比例要合理，尽量避免长、宽、高比例为整数，例如1:1:1或1:2:4之类，避免300Hz以下的低频共振；增加吸声体和扩散体，避免集中反射；无声聚焦，无强反射，扩散好，防共振；加装窗帘等材料增加吸音效果。

扬声器选型：选择高Q值扬声器，减少来自侧墙、顶棚的反射；数量要够，不要多；不缺不滥，因地制宜。

扬声器布局： 采用分散式扬声器设计，补声扬声器，提高直达声比例；计算扬声器阵列角度、摆放位置。

扬声器安装：避免长距离、大功率投射，减少后墙反射；避免直接打到反射面；扬声器安装位置做强吸声处理。

b.音箱/音箱——干涉

解决方法：

扬声器安装：调整扬声器之间的夹角，尽量避免2只扬声器同一信号覆盖同一区域；在声压级与覆盖达到要求的情况下，可适当减少开启的扬声器数量。

扬声器参数调整：调整扬声器的分频，让每只喇叭单元只发自己的声音，尽可能减少喇叭单元之间的相位问题；调整2只扬声器的相对SPL，使覆盖近区的扬声器SPL尽可能小，减少它对远区扬声器的影响；调整2只扬声器之间的Delay或Phase，使其在均衡上达到叠加的效果，而不是相互抵消。

3. 系统调试

A环：系统电平调整，所有设备都要保持同等的失真。

B环：通过SmaartLive对声场调整。

3.1 调试前准备

根据系统配置，编辑处理器程序及工厂预设。包括：

项目	参数
电平	单元之间电平：工厂预设为主，再根据实际情况调整声场整体电平：根据实际情况调整
分频	分频点/斜率：工厂预设
延时	单元之间延时：工厂预设箱体之间延时：根据实际情况调整
均衡	工厂预设为主，再根据实际情况调整
限幅	根据扬声器及功放计算

3.2 SmaartLive连接

使用器材：电脑、声卡、测试话筒

工作原理：SmaartLive软件发出测试信号，送至扩声系统中，同时将此信号送回SmaartLive软件，作为对比信号Ref。再由测试话筒将扬声器发出的信号拾取进SmaartLive，作为测试信号Meas，并与Ref进行对比，得出声场曲线，根据此曲线调整系统参数。

系统连接：1) 单声道连接法：这种连接方法较为简单好用。从声卡输出一路信号送至扩声系统中，同时这路信号返回声卡本身作为Ref信号，与测试话筒拾取的Meas信号做对比。

优点：系统连接简单。

缺点：这种连接方式因为采用“一分二”的线缆，属于单声道连接，因此只能做声场调试使用，无法在系统调试完毕后通过声卡播放电脑音频。如果直接将声卡的两个输出均送至调音台，则使用“一分二”线缆通道的电平将比另外一个通道小约6dB。

系统连接：2) 立体声连接法：这种连接方法将声卡的两路输出通道同时送入调音台，再从调音台送一路输出通道至声卡，作为Ref信号。

优点：可以方便的将电脑信号直接播放，进行试听，无需额外使用CD；

缺点：连接稍微复杂。

3.3 系统搭建

1) 扬声器位置尽可能高，最好吊装；

2) 如果采用舞台摆放方式，全频扬声器的高度要高过人耳；

3) 尽量避免直接打到反射面，调整安装角度至合适位置；

4) 在扬声器吊装前，用相位测试仪（SCV）测试每只扬声器单元的相位。

3.4 测试话筒摆放位置

方向	摆放位置	优点	缺点
水平方向	扬声器轴线	轴心响应，高中低频比例较为均衡
竖直方向	观众席中间稍后
纵向	人耳高度	方便，直观	测试话筒无法分辨直达声与来自地面和墙面的反射声，测试数据不够准确
纵向	朝向地面	使用反射板，尽可能减少来自地面的反射声，测试数据相对准确	受座椅、结构等条件影响大
最佳测试位置		多点、多只话筒同时测试，取平均值

两种话筒摆放的方式各有利弊，需要根据实际情况作出不同调整。若场内有座椅，则需要将反射板架在座椅上进行调试，但是反射板的面积要足够大。

3.5 系统电平调整

1)使用粉红噪声，控制调音台输出为0dBu；

2)将处理器输入设置为0dBu；

3)将所有功放的旋钮调至最大；

4)调整处理器的输出，使场内达到所需要的声压级。

例如，一个剧场需要的最大声压级为109dB，系统Headroom为15dB，则调整第4步的时候，调整处理器输出，使场内声压级能够达到94dB即可。

再例如，一个摇滚乐队演出需要的最大声压级为130dB，系统Headroom为18dB，则调整第4步的时候，调整处理器输出，使场内声压级能够达到112dB才可以。

对于多功能系统，则需要针对不同的使用模式设置不同的预设，分别调整每种模式下的系统电平。否则，对于动态小的演出模式，系统信噪比太低；对于动态大的演出模式，系统容易失真。

3.6 扬声器相位调整

1)相位仪测试法

系统调试前，使用相位测试仪测试每只喇叭单元的相位。相位仪绿色为正相，红色为反相。但是对于某些型号的扬声器，为了高低频配合，工厂预设直接就是反相。对于这种情况，还需要根据SmaartLive进行测试才能判断。

2)SmaartLive测试法

观察每只喇叭单元的曲线和扬声器整体曲线，注意分频点附近的曲线是叠加还是衰减。如果高低音同时开，分频点附近曲线叠加，则相位正确；如果分频点附近曲线衰减抵消，则相位相反。

3)主观视听法

站在两只扬声器中间，播放单声道信号，最好使用干净的人声或底鼓。如果相位正确，则声像位于正中央靠上的地方；如果相位相反，则无法确定声像位置。

3.7 系统延时调整

1)首先确定最远一只扬声器，作为基准扬声器，测试其延时值；

2)然后依次测试其余扬声器的延时值；

3)观察SmaartLive的Phase，看两只扬声器的相位叠加情况，根据交叉频率与相位，计算出延时值，使两只扬声器频率交叉或重叠区域的相位尽量重合；

T = (1/F)*(θ/360)*1000

T:延时值(ms) F:频率(Hz) θ:度数(°)

4)再观察SmaartLive的Transfer，看频响状况。稍微调整延时值，使频响提升，而不是抵消。观察频响变化情况，确定是否达到最佳状况。

对于延时的调整，有三种情况：①全频+超低，②全频+全频，③系统延时。这三种不同情况下的延时调整，对于相位的观察点各有不同：

a)全频+超低（Full + Sub）

根据全频扬声器与超低扬声器交叉频率点的相位，计算延时值。然后再根据叠加曲线，略微调整，确定最佳延时值。

b)全频+全频（Full + Full）

根据两只全频扬声器SPL相等的频率，计算延时值。然后再根据叠加曲线，略微调整，确定最佳延时值。

c)系统延时（System）

确定最远一只扬声器的距离，其余扬声器依次计算距离，设置延时值。

例如上图，S2需增加12m延时，S3需增加4m延时，以此类推。

3.8 系统均衡调整

1)根据频响曲线进行调整，如果曲线十分差，移动测试话筒位置，寻找最佳测试点；

2)对于分频区域，例如高、中、低整体频段过高或过低，首先调整分频器电平，再调整均衡；

3)尽量不调整分频点附近的频率，如果曲线实在太差，可以先尝试改变分频点或斜率，看能否补偿；

4)尽量少提升，多衰减，尤其要避免Q值很高的提升。

3.9 听音及选曲

上述调试完毕后，还需根据熟悉的曲目进行试听，再进一步调整均衡。

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