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會議室中如何采用吸頂揚聲器

發布時間：2018-1-8 20:31:10

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會議室中如何采用吸頂揚聲器

   目前很多的會議擴聲系統使用了吸頂揚聲器設計，尤其是辦公場所的圓桌型的會議室。在這種應用下采用吸頂式設計顯然對聲場的均勻度指標貢獻是最大的。但很多工程上所設計的吸頂揚聲器系統還是沿用背景音樂擴聲方式的連接與控制，這樣做不但沒有發揮頂置擴聲系統的強項，反而給人一種“廉價工程”的感覺。
    我們首先要明確一點，就是會議擴聲到底怎樣才算好呢？我想應該從兩個方面考慮，一個是講功能，也就是先進性和靈活性的問題，還要操作簡單，這個問題不是本文的討論重點；第二個就是聲場的效果，對于會議擴聲系統我們最關心什么？答案是首先要聽的見，其次是聽的清。那么它對應技術問題的就是要有足夠的聲壓級和足夠的清晰度，我們在這里就是圍繞著這兩個問題展開討論的。
一、    會議室的聲場聲像問題
  國內的會議室格局大抵分為主席臺式的“報告會議廳”和圓桌式會議廳兩大類。前者通常室內空間較大，分為主席臺和聽眾兩個部分。目前很多的工程設計都是采用前置主音箱，并在側墻處懸掛補聲音箱的做法，如圖一：

http://a3.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/Qrv45WP3o.WepSTiGYPAb0CgH9Y9dk4j1LCefMw6MLc!/b/dJgjQ.09EQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=6QEIAgAAAAADAMc!&su=0236218065&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖一大報告會議廳的主音箱+多補聲音箱的設計
    這種揚聲器設計似乎是可以“萬能”的，因為它不考慮房間的長寬比、不考慮房間高度、不考慮縱向深度、不考慮會議室有沒有圓柱等遮擋物等等，統統可以使用。而對于縱深尺寸過大的場合，只需要在后場增加延時即可。這樣設計的最大問題就是聲場的均勻度很差，也就是越大的房間均勻度越不好，靠近揚聲器的聽眾聲壓過大。而且由于不均勻的揚聲器布局將大大限制傳聲增益，同樣這樣的布局對于聲像的定位也不是十分準確。
    這里我們認真討論一下聲音的聲像定位。開篇的時候我們已經確認會議系統最重要的兩個問題就是聲壓級和清晰度的問題，并沒有提到聲像的問題。這點是和演出系統完全不同的，對于演出系統來說，聲像定位甚至比清晰度更加重要，所以幾乎全部的大型演出系統，只要有辦法通過主擴聲系統能均勻覆蓋全場的設計，就絕對不能使用補聲揚聲器，因為任何的側補聲、頂補聲都會對聲像的正確還原有影響。但是在會議系統中，我們擴聲的主要任務是讓聽眾最清楚的聽到發言者的講話內容，而不是關心這個聲音是從哪個方向發過來的（在聯合國大會上，聽眾們都是帶著耳機開會的，他們也不會認為講話者是湊在他耳邊發言的），也就是說能聽清楚，就達到目的了。所以我們在會議擴聲的設計中，應該把聲像的問題放在最后。
    對于一些改造的系統、臨時搭建的場地或者不具備吊頂安裝揚聲器的場合，我也建議大家盡量采用圖二所示的音箱布局。

http://a2.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/6HeKwRQEH7mi6VrnuEwbSFt6LRxu.TYg1e.y01EQZd8!/b/dLa7sOwrEQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=nQE*AgAAAAADAIQ!&su=0220252849&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖二補音音箱的放置方法
因為在圖一中的補聲3和4的兩只音箱完全是多余的，即使會議室的縱深非常狹長，也只需要再增加一對音箱并同樣按照向后的擺放方法向后場平移。象圖一那樣把補聲音箱3和4放置到后面的兩個角上，然后對向主席臺方向就是很不可取的，此時在中間座位的聽眾將獲得一些延時不同的各方向的聲音，反而降低了聲音的清晰度。要知道，我們不是在欣賞多通道的電影環繞立體聲（電影的環繞聲在不同的音箱發出的是不同內容的聲音，所以能產生包圍的感覺，但是在會議系統中全部的通道都是一模一樣的聲音，它們在空間會聚只能產生干涉）。當然按圖二的擺放也要適當對后場音箱增加延時。
另外一種圓桌型會議室則更不建議采用四角的包圍式結構了，如圖三。

http://a2.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/VsR3hZP65l6PLdpGi7Dmd3ffnV3r1CmDdQQAIuhK9hs!/b/dAwYpuwrEQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=XQK7AQAAAAADAMA!&su=0153401665&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖三圓桌會議室的四角式音箱布局會產生嚴重的嘯叫
這樣做幾乎很難達到足夠的傳聲增益，嘯叫的現象會很嚴重，甚至使用了大量吸聲材料和反饋抑制器也無濟于事。
二、吸頂揚聲器布置方案
在大部分的會議室擴聲系統中，我們都建議采用吸頂揚聲器的設計，由于這樣的聲場很容易分布的均勻，同時也大大降低了聲反饋的概率，提高了傳聲增益。當然在這樣的設計中，也要充分考慮會議話筒的指向性選擇，通常是采用超心形指向的鵝頸話筒為宜，而盡量避免全向或半球形的界面話筒（PZM），也要盡量避免使用高靈敏的領夾話筒。吸頂揚聲器按輻射面積分布可以有以下三種布置。見圖四。

http://a2.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/HgFJnBHiuYUvD3gGmi2OMlvR6IcjtbSBibBpcKlruKY!/b/dCStrewqEQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=9AHTAAAAAAABAAE!&su=0266686081&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖四吸頂揚聲器的分布
作為會議系統使用，我們只推薦第二種，也就是最小搭接的方式。上圖所示的圓形是在聽眾耳朵高度測量的一個聲場分布圖，所對應的頂棚揚聲器安裝的數量當然還與房間吊頂的高度以及揚聲器的有效輻射角（指向角）相關。在圖五中，我們要想精確算出輻射半徑，只要知道輻射角和輻射高度就可以了。

http://a2.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/K5IQiPcCOpgOubup2yqzp0I528m8.iTJvX.s3LG8lHE!/b/dLmoquwnEQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=qgEkAQAAAAABAKk!&su=022891505&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖五吸頂揚聲器的輻射范圍
這是一個簡單的數學計算，我們按照這個計算方法，估算出了100平方米的房間的揚聲器數量，見圖六

輻射高度輻射角	2.5米	3米	3.5米	4米	4.5米	5米
90º	9	6	5	4	3	3
60º	25	17	13	10	8	7

圖六房間揚聲器數量估算表
從上圖我們可以發現，如果使用大輻射角的揚聲器可以節省安裝的數量，從這個角度分析是對的。可是大輻射角的揚聲器的指向性差，相應的臨界距離小，所以對提高語音清晰度又是不利的，這不又是個矛盾么？我們把這個話題留在了第四部分討論。
吸頂揚聲器在天花板上的布局基本上要遵循對稱擺放的原則，除非你的會議室是不規則的，一般來說對稱的分布有利于聲場的均勻性。兩種類型的會議室布置方法參考圖七和圖八。

http://a3.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/E2U80AAnCVGrf.3hVq2kP9GZ.EeyQRqdfGXYnBjoxdE!/b/dM2EO.1LEQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=sgPwAQAAAAADAGU!&su=063442289&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖七主席臺會議室吸頂揚聲器布局

http://a4.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/4rksA3kNsIF4PjYG1IOWpkDTtZ45XKgZQnYTlL9mGuY!/b/dM2r1e22GwAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=MQMPAgAAAAADABo!&su=0138723777&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖八圓桌會議室吸頂揚聲器布局
  在圖七中，主席臺的返送音箱也同時被頂棚的吸頂揚聲器所取代，這對美觀也是有很大好處的。
    順便多提一句，推動各揚聲器的功放，最好用兩個通道推動交叉對稱的音箱，如圖八中，用“功放1”推動吸頂1、5；用“功放2”推動吸頂2、6；用“功放3”推動吸頂3、4，這樣做的目的就是萬一某臺功放出現故障，也不至于整個這半邊都沒有聲音。
三、    有效避免顫動回聲
    我們知道，在閉合空間構成的混響聲場里面，聲音會在室內產生共振，共振頻率波稱為簡正波，當簡正波在多個方向上同時重合的時候（聲學上稱為間并現象）就會發生強烈的頻率共振，這個共振頻率是極易引起聲學嘯叫的。由于這個問題的根源是由于空間的物理分布和聲波傳遞的特性造成的，而與擴聲系統無關，所以我們要對房間進行聲學處理，也就是通常說的增加吸聲材料、改變反射結構等。我們這里所討論的會議室擴聲，一般都是很規正的房間結構和裝修，這對聲學特性的處理來說是非常不利的。如果我們能在裝修之前提出聲學裝修建議的話，很多后面的調試就不會那么辛苦。但多數工程都是內部裝修方案已經確定甚至已經裝修完畢了才讓我們介入，所以我們很難去控制房間的聲學環境了。
    我們在布置揚聲器的時候，要盡量避免的就是顫動回聲，所謂顫動回聲也是一種簡正波，就是聲音在兩個硬質平行反射面之間來回反射，而能量卻衰減很少，見圖九。

http://a3.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/s1r*jcp8LSo.DPMnDvXE0v9HlE2*EAwiTvi94XrbnA0!/b/dMpDRu00EQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=VgJ8AQAAAAADAAw!&su=098790017&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖九顫動回聲
顫動回聲可以在頂棚和地面之間形成，也可以在兩個平行的側墻之間形成，而且這種駐波是很容易激發電聲系統的自激形成正反饋，所以我們在系統設計的時候要盡量避開顫動回聲，當安裝吸頂揚聲器的時候，揚聲器的軸向最好避開堅硬的水平桌面，可以落在人的頭頂或其它空白區域。另外地面應該鋪設盡量厚重的地毯，座位也要盡量選擇軟布包的軟椅。對于頂棚有可能的話也要在照顧美觀的同時做進一步的聲學設計（充分利用頂棚的空腔吸聲結構是對低頻共振的最好解決方法，但要請專業的聲學設計師做設計指導）。

四、    揚聲器的帶寬、功率和指向角對清晰度的影響
    在會議擴聲系統中，我們沒有必要去追求象音樂重放所需要的帶寬。通常來說，我們可以在電子控制部分，將濾波器帶寬限制在100Hz——8kHz已經足夠用了。可能有人要提出會議室可能還要放音樂之類的音源，我們不要忘記，這個擴聲系統是為開會使用的，音樂只是附加的、次要的東西（何況8kHz的帶寬對于一般的音樂播放也是足夠的了），我們不能為了這個次要的東西去冒嘯叫的危險，因為電聲系統開放的帶寬越寬，則發生嘯叫的概率就越大。實際工作中，有時為了達到足夠的傳聲增益，我們甚至把帶寬壓縮到150Hz——4.5kHz仍然能得到足夠的語音清晰度。對于揚聲器，我們不建議使用定壓方式的吸頂揚聲器（在下一部分我們也提到為了進一步增加系統增益，必須采用多通道分區傳輸信號，這樣就需要多臺功放去推動全部的吸頂揚聲器，在這種應用中也就沒有必要使用定壓揚聲器了）；第二個原因就是會議系統使用的揚聲器并非是背景音樂中使用的小功率揚聲器，而采用的多為100W以上的全頻揚聲器或揚聲器組（可以是組合形式，但最優是同軸全頻帶吸頂揚聲器），對于這種大功率揚聲器若要配接更大容量的變壓器也會進一步提高成本，卻收不到任何好處；其三就是普通的音頻變壓器會劣化揚聲器的頻響特性，但加裝昂貴的音頻變壓器可能變壓器本身的價格已經超過了揚聲器本身了。
    在會議擴聲系統來說，功率的問題是比較矛盾的。一方面設計了足夠大的輸出功率，另一方面卻又推不起來音量（因為嘯叫）。以至于工程驗收的時候，工程商樂道于播放流行音樂，那個聲壓級足可以和Disco媲美。但另一方面呢？一推起話筒就傻眼，聲音小的可憐，推桿一動就嘯叫，然后就把責任一鼓腦的推到建聲上面去了，仿佛我們工程商都是竇娥一樣，聲音不好我們也是受害者。有多少設計師是真正的從自己身上找出毛病又解決了呢？現在很多的設計師在設計會議室功率的時候還采用“輻射距離每增加一倍，聲壓級衰減6dB”這個理論，結果就是在一個百十來平方米的會議室用了上千瓦的功率音箱。要知道這個“倍距衰減6dB”的理論是在自由聲場中才使用的，我們在會議室里面是封閉的混響聲場，聲能的衰減在倍距上可能還不足1dB（在一個120平方米的階梯教室里，教師只要有一只2瓦的擴音器就可以讓全部的學生聽的清清楚楚的）。在圓桌型的會議室里，若擴聲系統的平均聲壓級比本底噪聲高3dB，聽眾就能聽的非常清楚了。所以會議擴聲系統設計師需要做的不是“需要多大功率”的事情，而是“能輸出多大功率”的事情。
我們在第二部分討論了一些關于吸頂揚聲器的輻射角對聲音覆蓋范圍的影響。其實輻射角度影響不僅僅是覆蓋特性，而更重要的是它的傳輸特性，對于一個寬指向角的揚聲器，相應的臨界距離會縮小的非常小，使得聽眾的耳朵高度很容易就進入到混響區域，這會大大降低語音清晰度指標，為了避免這些問題，就必須降低天花的高度，這在現實中是不能被接受的。所以選擇適當的輻射角是非常關鍵的，在國內的大部分工程，選擇60º或90º的指向角都是值得推薦的。
五、    利用Mix Minuses提高傳聲增益
    對于Mix Minuses的概念可能大部分音響工程師還比較生疏，其實這只是一種技術手段而已，實現的方法可以是多樣的。具體來說，就是在吸頂揚聲器構成的會議系統中，某只話筒正上方對應的揚聲器，應該盡量的衰減由該只話筒輸出的信號。換句話說就是頭頂的每只喇叭都在播放全部的音頻信號，但是對于這只喇叭下面的那只話筒，應該從總音量中減掉大部分。這樣做的目的就是盡量減少相互靠近的揚聲器和話筒之間的放大倍數，用以提高傳聲增益，還有一個原因就是因為講話本人（及左右“鄰居”）也沒有必要聽太多的“自己”的聲音。
    因此我們在實現Mix Minuses的系統中，必須仔細調校每一只揚聲器所對應的下面的話筒（以及鄰近的話筒）的反相插入電平。見圖十。

http://a3.qpic.cn/psb?/V137T5fD4QpbNj/NUSQEsAkvK8SxKkGCw0sITTsizaRPf8TmcIJA2yG540!/b/dLhRRu07EQAA&ek=1&kp=1&pt=0&bo=tgG4AAAAAAABACg!&su=0132519777&tm=1515412800&sce=0-12-12&rf=2-9

圖十 Mix Minuses原理
這只是一個示意圖，其中的混音臺可以是一個調音臺，也可以是一個電子處理器。反相輸入就是利用類似調音臺上面的反相按鈕（Invert）將其相位翻轉180º以后和總線電平疊加。
實現Mix Minuses要具備兩個主要條件：一是吸頂揚聲器必須是多通道系統，調音臺的每個輸出通道對應一個揚聲器通道，我們要在這個通道上進行該區域話筒的反相疊加；第二個條件就是要求圖十中的兩個輸入信號必須具有嚴格的相同的相位延時，如果兩個信號并非同步到達混音器，那么反相信號就不能準確地從合成電平中“減掉”，也就達不到Mix Minuses的目的了。

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