扬声器系统与布局

 厅堂扩声系统用扬声器不同于监听用扬声器或高质量家用扬声器。它要求在具有一定的声性能的前提下，着重考虑高效率、承受大的功率和需要的指向性特性。扬声器的选取与合理的布置对扩声系统的的质量是很重要的。
 1. 扬声器系统近代观众厅的扬声器系统，几乎都是采用前期电子公频组合式扬声器系统。可以是2、3、4分频系统，中、高音单元多采用号筒扬声器。这种形式为扩声系统的设计、使用以及获得较高的质量提供更大的自由度。在扩声系统中声柱使用也很广泛。从指向特性和效率来讲，它和组合式扬声器系统相类似，但需要指出的是，由于声柱受到体积等多方面的限制，它的频带范围较窄，而且瞬态性能比组合式扬声器来得差。一般在语言扩声为主的使用场合是个很好的产品，而对于音乐节目扩声则逊色于组合式系统。在国外多功能厅堂主扩声系统中声柱已很少使用。各类组合音箱。组合音箱大多数是由两个单元或三个音元扬声器组成（中、高音单元多采用号筒），更多的是采用无源电子分频。为了扩大使用范围，有时另配备超低频音箱。各数组合音箱在扩声系统中使用得非常广泛，问题是要根据不同的使用要求和场合选择适合的产品。
 2. 选用扬声器（或系统）时应注意的主要技术参数
1) 频率范围频率范围是表示扬声器单元（或系统）重放声音的频带（或频段）。显然，不同的重放频带将会有不同的声音效果（详见第七节）。在比较频率范围时，需要注意的是响应的标度，国外有些产品是以+-3dB或-10dB等数值来标度的。对于号筒扬声器除应考虑上限频率外，很重要的是要看它的最低下限可用频率（即低频截止频率）。 
2) 功率由于扬声器有多种功率定义，如：额定功率、最大功率、连续节目功率和不失真功率（限定失真度）等等。又因测量方法和测量条件的不同，给选择比较不同产品带来了许多“麻烦”。目前国外产品常用的方法有RMS法，EIA法和AES等方法。不同方法的节目源性质（粉噪声或正弦波）、峰值因数（6dB或10dB）、频带宽度（滤波器带宽）和持续时间（长时间、24小时、2小时或几秒）各不相同。因而就不能以所标注的“功率值”简单地直接去比较，这要特别引以注意。有些大口径低频扬声器，还有“功率压缩“（或称动态压缩）的说明。所谓“功率压缩”是指扬声器在近满功率、长时间使用情况下，音圈在磁路中所产生的热量，导致灵敏度（或功率）的降低，不同的产品可以有0.5-2dB的变化量，“功率压缩”对使用有很现实的意义。 
3) 平均特性灵敏度是衡量扬声器水平的重要标志之一。在扩声系统设计中，不少人首先关心扬声器所能承受的功率，这是故然是主要的，但往往忽视了所选用扬声器的平均特性灵敏度。我们知道，当两只平均特性灵敏度级（dB/1m.1VA）相差3dB的扬声器，要获得同样的声压级(dBspl)其馈给的功率要相差一倍。如果灵敏度相差6dB，要获得同样的声压级馈给它们的功率是4倍的关系。因而在选取扬声器时，不仅要知道所承受的功率，同时要注意到它的平均特性灵敏度。 
4) 扬声器的指向特性扬声器的指向特性是频率的函数，一般工作频率越高指向性越“尖锐”（即覆盖角度越小）。扩声系统扬声器的指向特性，主要是讨论在中、高音号筒（或声柱）的指向特性。指向特性对扩声来讲是很重要的，它涉及到扩声声场的均匀性和传输频率特性。
    1974年国际上出现了恒定（常数）指向性号筒。所谓恒定指向性是指，在一较宽的频率范围内（例如630~18KHz），它的指向特性是“恒定”的（变化在先dB内），发展到今天，世界上有许多种类的号筒，如多格号筒、径向号筒、CD号筒、双贝赛尔号筒、曼塔莱号筒和双径向号筒等。各种形式的号筒的设计，可以说更多的是围绕指向特性这一主题进行的。如果我们粗略的从外形来“审视”一个号筒，可以说，号筒的特性与号筒的几何形状---------长度、开口面积与形状、婉展的曲线形式等有关。号筒长，且开口大，起始工作频率低，反之亦然。如果号筒开口近于方形，一般会获得水平、垂直两个方向的恒定指向特性，号筒开口如果呈矩形（扁平形），水平方向会有较好的恒定指向特性，而垂直方向的的指向特性将较差。
    在扩声系统中选用恒定指向性扬声器有利于： 
A．在观众席较宽的范围内能保证良好的音质，即在扬声器指向性覆盖范围内对任何角度的听众都能传送清晰的声音。因它在宽频带内具有平直特性，有利于允众厅频率传输特性。 
B．可以少用号筒。在扩声系统，扬声器的使用越多越不易控制，常常会发生声音的相互干涉和相互重叠，增加频率传输性的峰谷值，降低扬声质量。需要指出的是，常数指向性号筒的使用，不可缺少的要用均衡器进行均衡，以保证在工作区域内得到平直响应。
 3. 扬声器系统的布置扬声器选型与布局是厅内扩声系统设计的重要一环。几项重要的扩声系统声学特性指标将直接与此有关。这里扼要介绍主扩声用扬声器的布置。 
1) 在任何情况下，扬声器的布置应该保证有听众接收到均匀的声能； 
2) 扩声应该得到自然的印象； 
3) 扬声器的位置在建筑上庆当是合理的。厅堂扩声扬声器可以是集中的、分散的或两者的结合形式，对于中型观众厅（例如出2000人座席以下）集中式为好，扬声器的位置一般是在舞台的周围，在可能的情况下越集中越好。
    大多数情况下扬声器装在自然声源的上方，而两侧（台边或耳光位置）相辅助。这是因为： 
1) 来自扬声器的直达声将总是和自然声源到达的声音方向大致相同。因为人耳辩别声音方向的能力，在垂直平面不像水平面内那样灵敏。如果我们在系统中使用延时器，利用哈斯效应把扬声器的声音相对自然声源产生的声音延迟20ms左右，即使在听众位置上扬声器信号的声压级比自然声源声压级高5-10dB，这种主观印象还是很自然的。 
2) 舞台口上方的扬声器比两侧的扬声器有更高的传声增益，不易产生由声反馈引起的啸叫，所以它应当成为扩声的主扬声器。台口上方可以是1，2，3组形式。这里顺便提出，目前的双声道立体声在厅堂扩声中的应用，大约只有20%左右的观众席区域可以得到较好的立体声效果。而且这是以牺牲其他位置的音质换取的。
    目前国际上厅堂扩声大多仍以单声道为主。舞台两侧的扬声器主要用于池座中前区“贵宾席”和台下面观众席区域扩声，现时对舞台上方的扬声器也起到了把声音向下移的作用。为了得到“和谐”的音质，两偶扬声器应与台口上方的声声器尽量选用同型产品，只不过数据可以减少，典型值取一半。在考虑观众厅扩声系统声场的分布时，我们可以用“声盘”来覆盖（取决于扬声器数量、位置、角度和指向特性等），可以用作图法，也可用计算机进行辅助设计。
    利用扩声系统加强观众厅的直达声能比，最根本的途径是选取具有高指向因数（Q）的号筒扬声器。在观众厅扩声系统的设计的使用中，常有一种错误的理解，似乎只要加大扩声功率，提高声级，就可以改善听闻条件（特别是观众厅后区的声能比）。这里，我们暂不讨论简单加大扩声功率后观众席声级是否适度，对系统的稳定性会带来什么影响，仅简单谈声能的改善问题。我们知道，扩声系统设计中，扬声器系统的布置故然是以增强直达声为前提的，但是也要看到不可避免地会激励混响声能。
    因而，简单加大扩声功率，是不能改善观众席的声能比的，Dc ，当R确定之后，Dc值仅与扬声器指向性因数Q值的平方根成正比。所以，有效的方法是提高扬声器的指向性因数。这就是为什么在厅堂扩声系统中要设计和布置近投、中投、远投扬声器的重要原因。扬声器指向性因数与水平、垂直指向角度有如下关系： 180/arcsin(sin(a/2)sin(B/2)) α------扬声器垂直指向性角度 β------扬声器水平指向性角度对于典型的号筒式扬声器其Q值为：（H/V）90×40 Q=10.9 60×40 Q=17.7 40×20 Q=48.7 在考虑扬声器布局的进候，要充分利用扬声器的指向性来覆盖观众席。为保证有均匀的声场和好的传输频率特性，采用水平、垂直方向均有恒定指向特性的号筒是必要的。一般检查高、中音是否以达到所在座位的“直观”办法是，凡座位看不到主要担负覆盖本区的扬声器中轴，高、中音的直达声将较弱，更多的是混响声能，此种情况在设计时要力求避免。