电声系统概述电声系统概述
电声系统概述电声系统概述世界上广泛使用的电话网络是一个极其庞大而复杂的音响系统。它采用了一种系统处理法,从而使本地系统能集合成一个相当大的结合体。由于每一个本地系统均要按一个整体来设计,因而它可以与任何别的与其相似设计的本地系统相兼容。任何与当代个人计算机打交道的人都知道,它不能突破与别的个人计算机充分通讯的困难。系统设计依赖于一种公用的技术语言,该语言中的名词术语对于不同的人来说有相同的含义。通讯只有在这种语言和共同确定的标准得到通用时才能存在。声系统一般来说是一个小的局部音响系统。
通过适当的设计,按其它局部系统或网络的情况,它们可以进行合成、组合或分离。
一、扩声系统
扩声系统通常是把讲话者的声音对听进行实时放大的系统,讲话者和听者通常在同一个声学环境中。成功的扩声系统必须要具有足够响度(足够的声增益)和足够的清晰度(低的语言子音清晰度损失百分率),并且能使声音均匀地覆盖听众,而同时又不覆盖没有听众的区域。
二、声重放系统
声重放系统是将来自信号源存储系统(任何录音系统)或来自远距离信号源(如:无线或有线的传输)的声音放大的系统。一个好的设计能给这样一个系统的换能器提供足够的电功率(在换能器的功率容量范围内)而同时又能控制所要求的覆盖和清晰度。与扩声系统相比,要求一个设计良好的声重放系统不应有再生振荡。
三、合成系统
合成系统为非人声的声源处理系统。例如包括噪声掩蔽(语言保密)系统、音乐合
成系统,在录音控制室里修改现场实况录音,以达到某种必要的合成效果。
四、信号存储系统
信号存储系统包括各种形式的记录系统——录音机、录音电话机、数字信号延迟系统以及混响通道。 五、音响测试系统
在主控制室机架中,大型商业声学安装通常带有诸如振荡器、电压表、有时还有示波器这些音晌测试系统。今天,许多专业音响系统都安装了复杂的实时分析设备作为其正常维护附属系统的一个部分。
六、利用音响装置的控制系统
某些音响附属系统不会发音,但可以用来控制别的系统。噪音自动操作电平调节器就是其中的一种。可变边缘唱片刻纹是另外一种。对声学工程师来说,在这类系统中存在着许多能发挥自己创造性的机会。
七、通讯系统
今天是这样一个时代,其会议室既被本地的声广播所覆盖,又与遥远的其它会议室相互联系在一起。因而,声学工程师必须懂得基本的通讯传输的一些工程问题。尤其是,他们必须熟悉诸如混频变压器及线路放大器一类的精心设计的终端设备。
八、系统要素
为了造出最简单的音响系统,我们必须动用一系列的基本要素。这些要素分成如下几大类:换能器、声学环境及电子设备。
换能器
换能器是将声、机械、化学和电能换成声、机械、化学或其它形式能量的装.置。传声器、扬声器、拾音器及传感器都是换能器。
声学环境
大多数人都没有认识到声学环境是声系统的一个组成部分。其实,房间参量都直接与换能器和电子设备中的互补参量相联系。如果电子设备要求电源有确定的电压、频率和电流型式(交流或直流L那么遇到未经核实的电源,声学工程师是不会把它完好的电子设备与其相联接的。然而如果将这种声系统接到某种未知的声学环境中的话,常常会导致灾难性的结果,就好像把它意外地与220V直流电源连接而不是与220V交流电源连接一样。声学环境只有几个极为重要的参量,它们很容易测定。数学上的处理也不十分复杂。
电子设备
电子设备包括放大器、各种型式的信号处理器以及各种分配线路(有些可能是散布在有源装置中的无源装置)。 九、声系统的功能
在设计一个声系统时,最终的用户必须提出意见。必须考虑最终用户的要求。同时还要考虑实现的可能性。只有受到良好训练的专业工程师才能知道两者之间的区别。当最终用户知道了他们的工程要求为什么不可能时,他们不会继续坚持这些要求。通常,经解释他们的回答是“我们将接受你们做的最接近我们要求的工程”。这时,我们能写一项合同,该合同允许我们去尽可能更好地工作,同时,能准确地描述最终用户实际获得的工程水准。关键因素包括：
1.最终用户所希望和需要的一种或多种类型的系统。
2.最终用户的要求和主要的系统要素的确定,特别是:
a)功传声器的数量及其中有多少要同时通电工作;
b)该系统需要多种信号源还是单一的信号源;
c)听者在声学环境中不利用声系统而能清晰地听到讲话人(或其它主要声源)声音的最大距离;
d)在听众区域内任一点要求的声音响度。按所提到的这类关键问题,对环境进行考察,作出初步的计算,仔细地向最终用户解释可行的各种方案。通过商讨将用户的要求与设计能力结合起来。释可行的各种方案。通过商讨将用户的要求与设计能力结合起来。
十、声系统工程设计
如果将声系统的要求看作近似于一个系统问题,并将各种独立变量的数据收集起来,就可以用这些数据来设计声系统。对所用元件的数量和种类、有关量值、调整性及可靠性进行有效的选定。同时还包括在计划阶段能精确地预测出,按声系统技术规范条款测试出能确认和要求确认的最终结果——在大礼堂或大表演剧场中,任何地方听音人处的预计精度约在士3dB。
十一、基本的系统结构
从电声工程设计的观点来说,通常总是优先考虑单声源系统,任何别的选择都必须进行较大的调整。这不是说别的选择就不能很好地工作,它只简单地意味着,无论在何时,单声源系统的设计都有较大的余地,可以较低价格取得质量较高的系统。但各种功能要求就不能单用单声源系统。在初步计算时,应当把每一个系统都作为一个单声源系统来进行。都作为一个单声源系统来进行。首先要折衷协调的通常是一种多器件单声源阵列问题,它有几个高频器件对准不同的区域,从而构成一个单一器件所不能达到的听众区覆盖图。线性扩展列阵,它具有非常宽的频带以及低噪声的信号延迟装置。它是对单声源系统只需做的最少折衷协调选择的系统之一。在这些系统中,扬声器到听者之间的距离要调整到这样一种程度:即在这一距离上,直达声与混响声之比可达到一个具有超指向性的单声源效果相同的程度。个具有超指向性的单声源效果相同的程度。选择层次的另一种方法是在功能或环境严格控制的条件下所使用的一种方法,它叫做高密度投射式分布系统。所需的高密度是利用多个声源聚焦成梳状滤波器式的一种功能作用。在密度足够高时,多种声畸变物会变成不相消的干涉形式。值得注意的是今天我们将不规则地安装传声器。梳状滤波是由桌子到传声器间这种不同的距离所引起的。值得注意的是今天我们将不规则地安装传声器。在较恶劣的环境下,或在某个听力受到较大损失的人需要听音时,耳机是最适合的。
在上述所有选择方案中,音响工程师都倾向于逐渐增加声源的数量并理所当然地缩小声源与听者之间的距离这一趋势。
音响系统的其它一些种类,包括为提供特殊效果而故意错位的声源(例如把扬声器放置在剧院的四周)以及各种各样的多声道系统。 十二、语言与音乐系统之间的区别
广播音乐有一个主要的标准——声音响亮而清晰。这样就要传送转换大量的电功率。换能器还应具有合理的效率和功率容量。由音乐家做出较高评价的某种系统,在讲演时几乎不很清晰。讲演的可懂度通常是要靠关闭大部分音乐系统并通过该系统的其它部分的信号处理才能获得。研究人员告诉我们,有理由确信我们的大脑在处理语言及音乐用的方法是完全不同的。虽然在普遍性中还有特殊性,但是研究人员通过用NMR扫描受语言和音乐激励的大脑的不同区域已发现了这种情况。
尽管能够设计一种对音乐和语言两者都适用的一个统一系统,综合考虑,该系统设计应倾向于音乐系统的要求。因此要精心设计一个范围非常宽的系统,并且又能在整个音乐系统的一个部分内对语言信号进行适当的信号处理。产生新音响的领域正在越来越引起人们的兴趣。在80年代初期,电子合成器领域中相当大的改进尤其令人激动。多种功能音响大厅,如巴黎的IRCAM,这个由非常聪明而有资历的研究人员所配备的大厅,将“系统”这一概念带到了未来。
十三、系统的最终目标
成功的电路设计者在许多其它学科中也都是专家,尤其在数学领域内。例如,换能器的设计者离不开拉普拉斯变换;系统设计者必须熟知适用于设计的各种元件及其稳定程度;必须把这些元件组合成适合多种多样要求的工作系统;必须在装置的输入输出接口处调节电平及阻抗等有关参数,调节总的振幅响应并均衡系统传给每个听众的声功率分布。从坐在家用立体声系统前的个人到民用公共场合的成千上万个听众,这种调节都适用。在最终的分析中,系统设计者必须考虑如下的一些要求:
1.在每个听众处系统产生的声级;
2.在每个听众处系统的声可懂度;
3.在各听众间的系统的声均匀性;
4.没有不希望要的噪音、干扰或假像特性。
今天,系统设计者具有相当好的计算及测量工具,这些工具确保了设计到听众耳朵之间的最佳效能。80年代初期，一直是音响系统设计者最头痛的问题之一——在设计阶段解决扬声器的观众覆盖,现已得到了较好的解决。能很好地满足这三个标准的系统是JohnProh设计的球形方案。七十年代末,已开发了一种测试仪替代现有的音响系统测量方法,就是时间-能量-频率（TEF10的分析仪。TEF是技术上较先进的仪器之一。TEF10号系统具有适合于声系统测量需要的特有性能。TEF分析仪能够做到:
1.在一间非消声的空间中进行消声测量(与TEF分析仪一样,但可以大大地降低动态范围和参数选择);
2.在有较高环境噪声级时测量仍有较高的分辨率;
3.一给定的时间窗口比在非闭环系统有更高的频率分辨率;
4.频率与复杂阵列的时间特性或整个系统的时间特性关系的测量;
5.与声系统测量有关的各相关参数的测量;
6.因为它既是一个全能的个人计算机又是适用的最先进的分析仪,所以每一个设计参量都可计算。
在声系统工业中,我们也许既是1/3倍频程的实时分析仪的第一个用户又是TEF系统的第一个用户。从我们的观点来说，TEF分析仪对音响系统设计的影响比我们前面提到的用1/3倍频程均衡器和1/3倍频程分析仪,都要高出几个数量级。
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