一、為什么說擴聲系統(tǒng)設(shè)計的根本問題是聲學問題

擴聲屬于應(yīng)用聲學的范疇，無論是室內(nèi)或是室外擴聲都不能脫離使用擴聲所處的聲學環(huán)境(或聲場)。就室內(nèi)擴聲而言，人們往往通過建聲、電聲設(shè)計來控制和改善房間的音質(zhì)。

提到擴聲系統(tǒng)，不少人常常把傳聲器—調(diào)音臺—功放—音箱這樣一套擴聲設(shè)備混同于擴聲系統(tǒng)，這是不確切的。擴聲系統(tǒng)的基本特點是聲源與最后擴聲用的揚聲器系統(tǒng)處于同一聲場之內(nèi)，簡單來說經(jīng)過放大了的信號由揚聲器系統(tǒng)輻射的聲音會反饋到傳聲器存在有聲反饋。因而嚴格來說擴聲系統(tǒng)包括三個部分：

聲源至傳聲器所處的聲學環(huán)境；

傳聲器至揚聲器系統(tǒng)這套擴聲設(shè)備；

以及揚聲器系統(tǒng)和聽眾區(qū)的聲學環(huán)境。

觀眾廳擴聲系統(tǒng)設(shè)計，首先要考慮的是與擴聲系統(tǒng)設(shè)計密切相關(guān)的廳堂使用對象、建筑形式、建聲設(shè)計、舞臺裝置和設(shè)施以及表演藝術(shù)的形式與要求等等。在充分了解了這些基本條件和要求之后進而才是擴聲系統(tǒng)設(shè)備的選型與配置。在以往的工作中，人們常常把注意力集中在“硬件”配置上，對擴聲系統(tǒng)中的聲學問題以及舞臺藝術(shù)對擴聲的要求等沒有給予應(yīng)有的重視，因而所提出的系統(tǒng)設(shè)計方案往往針對性不強，也達不到預(yù)期的使用效果。

觀眾廳擴聲的最終效果是建聲與電聲綜合效果的體現(xiàn)，它是在建聲的基礎(chǔ)上完成擴聲聲場的分析與設(shè)計計算工作，所以說擴聲系統(tǒng)設(shè)計的根本問題是聲學問題。擴聲系統(tǒng)設(shè)計首先應(yīng)從擴聲聲場入手，亦即揚聲器系統(tǒng)的布局(空間位置)、產(chǎn)品選擇(含組合)以及饋給的功率等，可以借助計算機輔助設(shè)計聲學軟件對多種方案進行分析與比較，由此給出擴聲系統(tǒng)聲學特性的相關(guān)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，最后才是擴聲系統(tǒng)的構(gòu)成和設(shè)備(或器材)的配置。

現(xiàn)代擴聲設(shè)計已不在“滿足”于一般意義上的擴聲聲壓級和聲場不均勻度等，而十分注重擴聲聲場的聲干涉問題，在設(shè)計中應(yīng)力圖把聲干涉減到最小，獲取一個“干凈”的擴聲聲場，這是現(xiàn)代擴聲設(shè)計的重點。

為了減少或改善擴聲聲場聲干涉，許多揚聲器制造廠商在不斷改進揚聲器系統(tǒng)的品質(zhì)或開發(fā)新的產(chǎn)品，例如：高品質(zhì)有源音箱、線陣列揚聲器系統(tǒng)和新一代同軸揚聲器系統(tǒng)等。

二、聲場和建筑聲學參量

簡單來說，聲場可分為“混響場”和“自由場”。一般封閉空間形成混響場，而非封閉空間形成自由場。典型的例子：室內(nèi)屬混響場；曠野屬自由場。

劇院觀眾廳的音質(zhì)與室內(nèi)建聲特性( 參量或?qū)傩?)密切相關(guān)，下面介紹幾個重要的表征室內(nèi)聲學環(huán)境的聲學參量，也就是常說的建聲特性：

1．混響時間：混響時間是評價廳堂音質(zhì)的重要指標，但不是唯一的指標。

混響時間的定義： 聲音在室內(nèi)生成至穩(wěn)態(tài)后，聲源突然停止發(fā)聲，聲音在室內(nèi)將從穩(wěn)態(tài)開始衰減，直至衰減到聲能為原來聲能的百萬分之一(即聲壓級衰減 60dB)時，所經(jīng)歷的這段時間被稱作“混響時間”，常用 RT 60 來示。

2．早期衰變時間 EDT

我們知道，在許多場合由于聲場不是理想的擴散條件(擴散場)，實際混響時間的衰變曲線不呈直線，而是衰變率隨時間變化。事實上混響感主要與衰變斜率有關(guān)， 那么究竟取哪一段衰變率作為衡量房間音質(zhì)的指標？或者說哪一段衰變率對主觀感覺—混響感最為重要？經(jīng)過大量的實驗研究，表明衰變過程中曲線開始下降的頭 10dB 的衰變率(斜率)對混響的主觀感受最密切。人們把開始下降的頭 10dB 衰變所對應(yīng)的時間定名為早期衰變時間 EDT。

3．RT 20 和 RT 30

有時人們?yōu)榱诉M一步了解混響曲線的衰變率或測量上的需要，也常使用 RT 20 和 RT 30 ，它們分別是初始衰減 20dB 和 30dB 時所對應(yīng)的時間。但是不能簡單地把 RT 20 3 x3 或 RT 30 2 x2 等同于“實在”的 RT 60 ，因為曲線后面的衰變率與前面的衰變率并不相同。通常在一個容積較大的廳堂中測量混響時間使用 RT 60 不很方便，因為要提供具有高聲級的測試聲源并要求大廳的背景噪聲要

低，這時采用 RT 30 就比較方便準確。

4．最佳混響時間

對于不同使用要求和有效容積的廳堂，為獲得良好的音質(zhì)效果對混響時間的要求各不相同。換句話說，要有一個“合適”的混響時間與之相適應(yīng)，這個“合適”的混響時間就稱作最佳混響時間。也就是說不同類型的廳堂，有各自的最佳混響時間。

廳堂的最佳混響時間，通常是對 500Hz 和 1000Hz(中頻)而言的。它是根據(jù)對大量廳堂進行主觀評價，結(jié)合聲學測定結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計分析確定的經(jīng)驗值，因此在國內(nèi)外有關(guān)文獻內(nèi)推薦的最佳值會有一定的出入。如上所述，最佳混響時間除與不同的使用要求有關(guān)外，而且和廳堂的有效容積密切相關(guān)，容積小最佳混響時間略短，容積大最佳混響時間略長，一般常給出一個范圍。

各類廳堂最佳混響時間的典型建議值參考如下：

不同類型節(jié)目所要求的最佳混響時間的典型值大體是:

5．混響時間頻率特性

混響時間頻率特性是指低、中、高頻混響時間值的曲線，典型頻率值是：

125Hz，250Hz，500Hz，1000Hz，2000Hz 和 4000Hz。對于以語言為主使用的會堂，希望混響時間頻率特性平直有利于清晰度。對于以音樂為主使用的廳堂，如歌劇院、音樂廳對于低頻 125Hz和 250Hz 的混響時間常允許比中頻推薦值提升 20%，甚至多達 50%，這樣使聲音聽起來渾厚而溫暖。至于高頻4000Hz，由于室內(nèi)常用的材料和聽眾的高頻吸聲都較大，加上空氣對高頻又有

相當?shù)奈兆饔?，所以它的高頻混響時間會有所下降。一般如能控制在比中頻混響時間下降 10%—20%左右，對音質(zhì)不會有明顯的影響。

6．早期反射聲 (或近次反射聲)

我們知道，僅憑混響時間一個技術(shù)參量來評價大廳音質(zhì)是不夠的。20 世紀 50 年代人們已經(jīng)認識到混響時間只是說明聲場衰變的總趨勢，還應(yīng)該分析混響過程中的結(jié)構(gòu)細節(jié)。我們都有這樣的經(jīng)驗，在混響時間相同的情況下，因反射聲序列的時間、強度、數(shù)量以及方向組合不同，其音質(zhì)效果會有很大出入。早期反射聲的時間界限常定在50mS或80mS，亦即在聲源停止后50mS或 80mS 時間內(nèi)出現(xiàn)的反射聲序列。50mS 通常是語言的早期反射聲聲界，而 80mS 通常是音樂的早期反射聲聲界。早期反射聲對音質(zhì)的主要貢獻是，有加強直達聲響度的效果，因而可以提高語言清晰度音樂的明晰度。同時可增加聲音的臨場感和親切感，所以早期反射聲對提高音質(zhì)效果是非常有用的。

7．聲能比

前面已經(jīng)講到，在聲源停止后 50mS 或 80mS 時間內(nèi)出現(xiàn)的反射聲稱為早期反射聲，而這個時間以后到達的后期反射聲稱為混響聲，聲能比就是早期與后期反射聲能之比。

聲能比＝E 早期 /E 后期

從聲能比的定義可以看出，當早期反射聲所占比重較大時清晰度較高，反之亦然。

明晰度 （D），明晰度的定義是早期反射聲能與全部聲能之比。

明晰度＝E 早期 /E 全部

從明晰度的定義可以看出，聲能比百分率越大清晰度越高，反之亦然。以漢語為例，通常認為 D 值必須大于 50%，否則語言清晰度將很差。

清晰度指數(shù) ( C ),把聲能比取常用對數(shù)乘上 10，即得出以 dB 計的清晰度指數(shù)。

清晰度指數(shù)＝10 lg( E 早期 /E 后期 )

語言清晰度指數(shù)計作 C 50 ，而音樂計作 C 80 。C 80 (dB)有時又稱作透明度指數(shù)。

不同音樂對 C 80 的要求有較大的出入。對音樂往往強調(diào)混響感，所以 C 80 的容忍度可以大些，一般不宜低于 -4dB。C 80 ＝0dB 時，即使是很快節(jié)奏的交響樂曲，主觀聽感上仍認為有足夠的明晰度。如果 C 80 值過高，例如大于 2.0dB,則又會覺得混響感。所以通常取 +2dB 至 –2dB 為宜。有資料了介紹 C 80 的數(shù)值范圍與實際應(yīng)用的范例，可供參考：

8．噪聲級

安靜的環(huán)境是討論良好音質(zhì)的前提，因而必須控制廳內(nèi)噪聲在一定限值范圍之內(nèi)。一般正常聽聞的要求是，噪聲應(yīng)比信號低 10dB 以上。

A 計權(quán)聲級(dBA)表示法：

我們知道，人耳對低頻是不靈敏的故常用 A 計權(quán)聲級(dBA)來表示，即對噪聲中的低頻部分作了計權(quán)處理，這是“單值”總聲壓級的表示方法。

噪聲容許曲線(NR) 表示法：

噪聲的單值評價比較簡單明了，但有時對某些頻率的噪聲需要進行控制或作出處理，這時可采用一簇噪聲容許曲線(NR)來評價。(NR)曲線是國際 ISO 標準，它是由美國標準 NC 曲線簇演變而來，兩者在數(shù)值上略有出入。曲線簇的橫坐標是倍頻程頻率，縱坐標是倍頻程聲壓級。

室內(nèi)(或廳堂)音質(zhì)的一些基本要求是：合適的響度，滿意的清晰度，無回聲和顫動回聲，均勻的聲場，低噪聲等。對于音樂表演的歌劇院、音樂廳，還有進一步的要求，例如豐滿度、親切感和環(huán)繞感等。