一、前言
1、
專業音響工程是隨著社會的發展,人們物質文化生活的不斷提高,從而形成的對文藝演出、娛樂休閑形式的不斷要求而逐漸發展起來的新興行業。通常所謂的專業音響工程主要是包括專業舞臺音響燈光系統、實用音響燈光視頻系統、商業廣播會議系統等在內的一種系統工。具體在工程技術上,它集建筑、電子、電工技術于一體,是包含了聲學、光學、音頻、視頻等多項理論的一門綜合性工程技術。它要求工程商根據用戶不同的實際需要,認真研究,全面融入設計者的設計思想,精心設計和施工;同時還要得到建筑裝飾、電力供應部門的密切配合才能完成。可見,專業音響工程的意義非常重要,相應地工程技術的重要性也顯得十分突出。
一個聲、光、像效果俱佳的工程,必定是一個技術力量雄厚,管理規范的工程公司認真努力的成果;反之,一個沒有經過嚴格、規范、科學設計施工的工程,它的系統效果和設備穩定性就可想而知了。尤其是現在專業音響工程行業還不太規范,各種公司一哄而上的時候,專業工程技術就尤顯匱乏。
為了在專業音響工程界營造一個良好的技術氛圍,本文從實用工程角度出發,按照實際工程實施的程序,在設計、選型、施工等方面進行細致的講解,目的就是希望通過一系列的技術介紹,為從事專業音響工程技術工作的技術人員總結出一套規范、合理、科學的設計施工技術重點,同時為正在學習工程技術的人士提供一個很有實用價值的資料。另外,我們還大量結合專業音響工程設計施工的事例和經驗,力求使大家在學習中得到更為直觀的認識,避免一些類似的錯誤。希望大家在實際工程中不斷總結,能在工程技術上有所收獲和提高。
2、
學習專業音響工程技術首先必須認識了解有關的技術術語和相關的一些國家及行業標準,只有這樣專業的設計和施工才能做到有的放矢,工程的質量才能得到充分的保證。可以進一步講,所有和工程有關的專業標準和術語是工程工作的基礎,是設計施工的依據和參照,是中心。下面就列出一些必須認真學習理解的術語和標準。
聲壓級:指實際聲壓和基準聲壓之比的20倍對數值,單位是分貝。這是它的數學表達式。它的重要性就在于:所有的音響系統的發聲情況,所有的擴聲場所的聲學質量,都需要有這項指標,在后面的設計計算中它還是一個計算基準。
混響時間:指在一個穩定的聲音信號突然中斷后,廳堂內的聲壓級跌落60dB所需要的時間,單位是秒。它的數學表達式如下。可以發現,混響時間是和建筑裝飾的結構和材料密切相關的參數。在實際的工程中,混響時間更是廳堂建筑聲學效果的重要考證指標。
擴聲功率:指達到系統設計的額定擴聲聲壓級時,擴聲設備所需的額定功率,單位是瓦。這個參數在實際的音響調控中并不十分重要,但是在音響系統的設計和選型時,它卻是聲學指標在電聲參數上的直接體現,而且它將關系到工程的最終造價,所以也特別重要。一般在工程中,它主要靠音箱的額定功率來反映。
國標GB-3947,是專業的聲學名詞術語的解釋:國標GB-4959,是廳堂擴聲特性的測量方法;GYJ-25,是廳堂擴聲系統的聲學特性指標。
它們是兩個重要的國家標準,幾乎所有的工程在設計、施工、驗收時都需要把它們作為依據;國標GB/T14218-93,是電子調光設備性能參數與測量方法;SJ2112-82,是廳堂擴聲系統設備互聯的優選電氣配接值。這兩個標準在設備的選型和工程測試驗收中能起到重要的作用。
上面我們介紹了幾個在工程設計施工中至關重要的有關術語和標準,敘述得比較簡單,主要是希望大家依此為參考,借助有關書籍對這些術語和標準進行全面的學習,認真分析理解,將它們作為工程技術的基礎。另外,還有其它一些內容,由于篇幅有限這里就不再介紹了。
3、
我們已經對專業音響工程的性質有了粗略的了解,但是具體在實際工作中,專業音響工程是這樣進行的呢?既然專業音響工程綜合性強,技術要求較高,那么對這個問題的理解就可以對大家更進一步認識專業音響工程這項工作有所幫助,也會對工程技術的重點學習也會有一個清晰的思路。
專業音響工程中最重要的部分是工程設計工作,在確定工程任務的同時,就必須盡快地與相關的建筑裝飾、電力供應部門接洽,在室內建筑結構、裝飾方案、電力供應等方面取得共識,然后結合用戶的實際需要制定一個總體的規劃。當這個規劃方案得到他們的認可后才能進行具體的設計工作。
在設計中要大量地收集有關的資料,結合該工程的具體情況,在建筑聲學、配電功率方面進行細致的計算,并根據計算的結果提出相應的可行的整改意見。在取得用戶和有關協作單位對設計的認可后,就可以依照設計方案和總體規劃進行設備的選型了,設備的選型涉及到工程的最終質量和公司的經濟利益,所以這也是比較重要的工作。在設計方案得到確認后,象鋪設管線、焊接安裝架等一些必要的前期工作就應該同時著手進行,否則隨著建筑裝飾的進行,音響工程的施工難度就可能越來越大。一旦原輔材料準備就緒,訂購的設備基本到位,同時其它的施工項目已經結束后,音響工程的施工就應該全面展開了。工程的施工直接決定專業音響工程設計的成功與否,所以施工工作是一項需要認真負責精神的工作,只有當設計思想和指標得到忠實的反映后,最終的工程質量才會得到保證。
最后是系統的調試,因為工程的設計和施工都是在理論和外在條件上為系統的正常工作做了必要的準備,真正的系統設備運行還需要在施工結束后對設備進行全面細致的調整,目的就是使設備在特定的環境下,在相應的系統中發揮最佳的性能,最終使系統在相互協調的情況下達到最佳的效果。
二、工程設計
1、工程的規劃
因為實用的音響工程涉及的類型非常的多,有針對于舞臺演出的,有針對于休閑娛樂的,有針對于企事業單位多種用途的,有針對于商業廣播和背景音樂的,還有專門用于大型會議的,等等。往往即便是在確定了類型和原則后,同樣的設計,同樣的造價,最終的工程結果也會懸殊很大,所以工程的規劃顯得非常重要。
所謂規劃,就是要根據用戶的實際需要和使用環境,結合工程的造價,將工程的最終類型確定,并且必須在以后的設計、選型、施工中使它得到體現。這就要求這個規劃是實際的可行的,否則無論是規劃還是設計施工都可能是失敗的。
在規劃中一定要首先掌握工程的最終用途和具體的需要,比如說:用戶希望建造一個專門用作會議的工程,那么我們就應該根據具體的環境和工程造價,結合工程示意圖,為用戶描述一個工程的最終結果,同時提出與工程相沖突的一些建筑整體結構和布局上的整改意見,并要求得到他們的認可;又比如用戶需要建造一個類似于禮堂的工程,可是現場的環境條件和實際的需要與真正意義上的禮堂都不相符,或者說很難形成也沒有必要去建造那種類型的工程,這時就應該詳細地幫用戶進行分析,共同協商一個可行的合理的方案,比如說最終形成一個有禮堂模樣,又能兼顧諸如演出、娛樂等其它用途的多功能廳,這樣既有利于設計又利于用戶的實際使用。
總之,工程的規劃就好比在工程開始前,為它進行一個定位,在尊重用戶的意見和實際需要的前提下,有必要根據工程設計人員的經驗為相關的單位提供一些參考,這樣做不僅使工程的設計和施工能有根有據,更能符合實際需要讓用戶滿意,而且也使工程在進行中能得到更多的協助和支持。
2、
如果說工程的規劃是制定一個合理可行的工程定位的話,那么工程的總體設計就是在這個規劃的原則下,設計人員形成的一個全面的設計方案。雖然總體方案里的內容可能在以后的具體設計中還要重新仔細進行,但是作為必要的步驟,在總體設計時還是要進行必要的考慮,以便能和相關的部門進行協調,為后面的設計提供參考。下面我們就在總體設計的一些重要方面進行粗略的講解。
廳堂的建筑聲學要求——絕大多數的專業音響工程都是在室內進行的,室內的情況千差萬別,除了一些重要的專門為音響設計的建筑外,大多數的建筑在布局和具體結構上都沒有考慮聲學的要求。但是,音響工程的建筑聲學又非常的重要,大家可以到一個經過嚴格科學設計的建筑里體會一下,其合理的聲學結構和良好聲音擴散、傳播效果,能使您得到美的享受,同樣擴聲設備在這里運行,當然會充分發揮其優美的音質;而一個沒有經過聲學設計的音響工程,無論它擁有多么高檔的設備,它的聲學效果絕對不會太好。可見,廳堂的建筑聲學設計是一件非常重要,也非常有意義的工作,它的作用將是事半功倍。雖然一般規范的音響工程中都要進行必要的聲場設計,但是由于受條件的限制,相對來講它的收效是無法與建筑裝飾的前期聲學設計相比的。特別是在聲學效果的實現和處理方面,建筑裝飾工程要比音響工程容易得多。所以,我們在這里強調聲學要求的目的,是希望大家在總體設計時及時而盡早地爭取與建筑設計施工單位接洽,取得他們在聲學效果設計方面的協助,就可行性來講,一般包括結構和裝飾兩方面。第一,結構方面。廳堂的整體結構首先要避免駐波的產生,這就要求廳堂的長、寬、高比例要科學,一般來講,可以選擇下面表格的比例,其中為了更好地實現聲音擴散和燈光投射,廳堂的凈高要得到足夠的保證;其次需要避免諸如弧形墻面、狹長的平行光面結構等影響聲音擴散的結構;再者就是要重視控制室的位置,要在利于現場操作和觀察的前提下,注意考慮施工鋪設線路的方便,絕對避免空間很小或與現場隔離的控制室。第二,裝飾方面,對建筑裝飾來說首要考慮的是裝飾的美觀問題,但是在音響工程的總體設計上,就要求對某些影響音響燈光效果的裝飾方案進行必要的限制。首先要求裝飾材料的選取嚴格按照聲學計算的結果進行,同時要避免采用中空或支撐不牢固的材料或結構;其次要考慮到在裝飾的整體色調上要與音響工程的用途一致,在視覺上要達到襯托燈光的造型、圖案和顏色。
至于其它的一些要求,我們在聲場設計時再具體講解。
設備的定位——由于專業音響燈光及視頻系統的設備種類很多,用途不盡相同,在具體的性能上也有所區別,而所有工程的最終整體風格和效果都是需要靠設備來體現的,所以必須在總體設計時對設備進行定位。它包括設備的檔次、類型、各類設備投資的比例以及各設備形成系統后,系統的結構和組成情況,目的就是在保證設計要求和用戶需要的前提下,盡量使設備性能優良、操作簡便,系統內各設備充分發揮它們的性能,下面我們簡單地對設備定位情況進行介紹。首先是設備的檔次,在有限的投資前提下,又要保證設計和實際的需要,提高設備檔次的唯一辦法是做到設備精簡,這樣設備的操作和故障情況都要好些,同時也要避免追求設備的高檔而造成設備閑置,發揮不出應有性能的現象;其次是設備的類型,設備的類型與工程的規劃和整體風格有密切的關系,一定要分清所有設備的具體用途,避免不同類型的設備在同一個系統工作,比如:錄音用的調音臺絕對沒有理由配置在娛樂場合,DISCO廳里的一些效果燈具就不能放在標準的舞臺上;再者就是各類設備的比例,確切地講就是:在一定的投資范圍內,音響、燈光和視頻輔助設備所占據的比例分別是多少。確定這個比例的意義就在于:一個合適的設備投資比例能在一定的工程定位上,將投資合理分配,做到音響、燈光及視頻系統互相般配,相得益彰;而一個失調的比例會造成設備檔次懸殊,性能差距較大。最后就是需要定位系統里設備的組成情況,即需要形成怎樣的一個系統。這點尤其關鍵,只有在設備定位時大致設計一個各系統的設備基本構造,后面的設計和選型才會有依據,同時系統的設備組成情況將直接影響工程的檔次和性能。具體講就是要決定系統里都需要什么設備,不需要什么設備,設備之間需要形成什么樣類型構造的系統。如果在總體設計里對設備的定位確定不好,就會直接影響到設備的選型,以至于選型時可能無從下手。當然,設備的定位包含的因素較多,而且主觀性較強,往往跟設計者的經驗和喜好有較大的關系,所以在進行這一步的工作時,最好多請教一下有經驗的技術人員,或者多閱讀一下有關的產品資料。
工程的安全合理性以及對環境的影響——正因為是總體設計,所以必須對工程的各方面因素進行考慮,其中決定工程是否規范合理,是否經受得起檢驗的就是工程的安全性和對環境的影響。這些安全性包括:建筑結構在音響工程的承載方面是否安全,配電、用電以及線路鋪設是否安全;環境影響方面包括:對周圍單位工作的影響,對周圍居民生活的影響。這些內容都必須在總體設計中考慮,并且按照有關規定報請有關部門批準,否則在工程的驗收和檢查中,可能因防火、用電安全、環境噪音的問題而不合格。
總之,在總體設計階段我們必須綜合多方面的因素,結合規劃和用戶的實際需要,認真地制定一個切實可行的總體設計方案,這個方案不一定需要十分具體,但是一定要是可行合理而且具有指導意義的,只有這樣我們的工作才有針對性,設計和施工才會做到有的放矢。
3、
一個專業音響工程的重要工作就是聲場的設計,對于工程的最終質量來說,聲場設計也是一個關鍵點。聲場設計的目的就在于:利用科學的計算做指導,為音響設備建造一個理想的擴聲空間,將設備的性能充分地發揮。在少數嚴格的建筑裝飾設計中,一般都要進行必要的聲場設計,但是為了規范地按照步驟進行專業音響的工程工作,杜絕任何的不合理因素,為下面的其它設計作出指導,還是有必要全面地進行聲場的設計,下面就分步驟進行講解。
隔聲處理——這是聲場設計的第一步,也是許多技術人員容易忽略的步驟。隔聲的目的就是在特定的工程區域內創造一個不受外界影響也不影響外界的安靜聲場。它包括與外界的隔聲,擴聲房間之間的隔聲;隔聲的部位有墻壁、門窗與天花板。首先來看看與外界的隔聲,這項工作的任務就是不讓外界的噪音傳入室內,也不讓室內的聲音傳到外面。進行這項工作時,有必要對建筑設計施工單位進行該工程建筑結構隔聲情況的咨詢,進一步可以向環保部門了解有關的情況。具體實施中,外界噪音傳如室內可以通過室內的總噪聲來控制,通常高等的實用音響工程要求在35-40dB以下;室內聲音傳到外界可以考察對外界的環境影響,按照環保部門的規定,一般不要高于平均值10-15dB為好。實際工程中需要處理的部位是墻壁、門窗和天花板幾個地方。通常的廳堂與外界的隔墻多數都能滿足一般的音響工程,但是如果音響系統的聲壓級比較大,工作時間多在夜間,就應該讓建筑部門考慮增加墻壁厚度了;門窗是隔聲的重要部位,往往一個小小的窗戶處理不當,就會造成隔聲失敗,一般要注意:1.盡量不要讓門窗產生縫隙,遇到經常開關而室內外的聲音都比較大時,可以考慮設置聲隔離通道的結構,這就是它的示意圖。2.盡量加大門窗結構和材料的厚度,有必要時可以使用皮革門和雙層玻璃窗。3.如果隔聲效果需要更好,在門窗上懸掛厚重的窗簾和門簾是比較經濟可行的辦法。天花板的隔聲也不容忽視,特別是房頂不是混凝土結構,而是采用棚架結構時,天花板的聲泄露就比較嚴重,這時需要對天花板的材質和安裝質量提出比較高的要求,如果需要可以考慮在天花板上增加隔層或在天花板上鋪設吸音棉的辦法來滿足隔聲的要求。其次是室內房間之間的隔聲,它的任務就是讓房間之間在音響系統工作時互相間的干擾影響為最小。雖然各種標準和規定對這項指標沒有要求,但是卻對音響工程的質量有很大的影響。實際工程中需要處理的部位還是墻壁、門窗和天花板,不過處理的要求與前面有所不同。一般室內一定厚度的混凝土或磚結構墻壁隔聲要求還是能夠滿足的,需要注意的就是額外增加的一些房間隔斷,它們一般都采用簡單的輕鋼龍骨填充一定量的防火吸音石棉的方法,這對于音響工程來說是絕對不夠的,遇到這種情況,就需要音響設計人員向建筑裝飾單位提出解決的方法,比如可以采用下面這種增加隔層的解決方法。但是對于大功率低音的隔離就非要采用厚重的磚墻來解決了;門窗的隔聲也不要忽視,特別是要注意門窗的制作質量,因為大量的聲音干擾都來源于質量欠佳的門窗的縫隙,當然,必要時也可以考慮采用懸掛窗簾和門簾的辦法來隔聲;天花板的隔聲在室內房間之間的隔聲上,反倒更為重要,大家可以看看這個比較常見的娛樂城房間布局示意圖,可以發現大廳的天花板上面的空間是和周圍包廂的頂部是相通的,這樣在大廳進行娛樂或演出時,一定會影響到包廂,這就一定要對天花板進行隔聲了。一般來講我們可以在大廳天花板和包廂頂上各增加一層吸音板的隔層,或者在天花板上覆蓋一定厚度的防火吸音礦棉來進行隔聲。
現場噪音的降低——在多數實用的專業音響工程中,為了空調和通風的考慮,都要安裝一些設備,這些設備的工作噪音都會在一定程度上影響聲場的質量,所以在設計時要有針對地解決。空調和通風設備最好選擇噪音低,工作穩定的產品,在安裝時盡量讓空調的壓縮機遠離門窗,通風機的功率較大噪音難以控制時,可以采用將通風機安裝在風道內的結構,如下圖所示。
聲場均勻度的實現——聲場均勻度的指標要求在整個擴聲區域內,各處的平均聲壓值偏差要在很小的范圍內,一般要求在10-12dB以下,否則就會造成聲場不均勻,反映出來就是有的地方聲壓大,有的地方又較小,聽感非常不好。
在實際的工程中可以在建筑裝飾結構和音響系統的布局方面來實現聲場的均勻性。在建筑結構上,應該盡量避免擴聲區域出現較大的立柱,避免較大的凹形結構,在建筑裝飾上要盡量讓整個區域的裝飾結構和材料基本一致,特別是在資金有限的情況下,墻面采用水泥拉毛結構可以很好地實現聲場的均勻性,當然,如果在裝飾設計時能象音樂廳一樣經過計算采用各種不同的擴散體,既省錢又能達到很好的效果;在音響系統的布局上也可以在很大程度上解決聲場不均勻的問題,一般說來,狹長廳堂的擴聲一定要音箱的擴聲區域盡量沿長邊展開,如下圖所示,空間較高的擴聲場合要盡量將音箱位置抬高,最好是略微向后場傾斜,如下圖所示,如果是在空間和面積都較大的地方進行擴聲,就應該考慮將音箱集中懸掛成圓弧形形成均勻的聲音擴散,如下圖所示。可見音響系統的布局也可以解決聲場不均的問題,如果聲場要求嚴格,還可以利用音箱廠家提供的聲場設計軟件進行模擬和修正,當然最好的辦法還是在建筑裝飾設計施工時就盡量使聲場均勻。
聲場缺陷的避免——在很多音響工程中都不同程度地存在各式各樣的聲場缺陷,有聲聚焦,有聲振顫,有聲反饋,還有聲音共振,這些問題都給聲場帶來了缺陷,而且這些缺陷引起的問題在實際的使用中很難解決。比如聲場出現的反饋和共振就有可能使系統無法正常工作。有效地解決它們,最好的時間是在建筑裝飾設計施工的時候。通常我們可以在下面的方面考慮,1.盡量不要在擴聲區域設置大面積光面的凹形結構,包括屋頂和墻壁,尤其是舞臺上就更要忌諱了,如果迫不得已,可以在凹形面的前面懸掛厚重的簾布或放置物件,這樣聲聚焦就不容易發生了,2.盡量不要在聲壓較大的區域設置兩個平行的反射性強的墻面,尤其是擴聲區域狹長時更要注意,這樣可以有效地避免聲振顫,3.一般只要聲場比較均勻,沒有聲聚焦的話,擴聲增益不大時聲音反饋不容易發生,另外我們還可以在系統的布局中利用均衡器和頻譜儀來修正,這樣實際使用中就更不會發生聲反饋了,4.聲音的共振與裝飾工程的選材和施工有密切的關系,一定要避免在擴聲區域設置較大的空腔體,一定要求裝飾工藝合理,特別不要讓材料連接處松動,比如:石膏天花板如果不加膠墊就安裝在鋁質龍骨上時,擴聲聲壓一大,就容易發生共振,尤其是低頻信號的共振肯定經常發生。
混響時間的計算——對聲場的所有技術指標中,大家最熟悉的就是混響時間了,它也是設計中比較容易控制的量化指標。如果設計控制得當,聲場的效果表現就會非常出色,聲音會圓潤、飽滿,不拖沓,不干癟。混響時間控制的關鍵就是:利用相應的計算,指導裝飾結構的設置和材料的選取,以便能達到相應的混響時間目標值。對于不同類型的音響工程,混響時間的要求有所不同;同類型的工程,不同的聲場大小,混響時間的指標也有不同,在設計中我們可以參照下面的圖表來確定混響時間的取值,它是根據工程類型和擴聲區域容積的大小來給定的混響時間,在接近于該推薦值范圍內,聲場就會達到比較好的效果。這里還需要指出的是:現在有不少的設計人員將混響時間的取值設定得較小,然后利用設備里的混響器來加大聲音的混響時間,這樣做不僅不能產生悠美的自然混響效果,而且在一定程度上破壞了原有的錄音信號里的直達聲信號,是絕對不可取的。
一般在工程設計計算中采用的公式有下面兩個,公式的下面是各個參數的內容,一般來講我們可以在500Hz和1000Hz兩個地方計算聲場的混響時間。計算前我們要將現場所有的材料大致確定,并且統計好它們各自的面積,再從有關的建筑手冊或產品說明書中分別查取它們在500Hz和1000Hz的吸聲系數,
即可計算出聲場的平均吸聲系數,再根據面積、體積、聲能系數和這個平均吸聲系數計算出聲場在500Hz和1000Hz時的混響時間,如果計算的結果和推薦的混響時間值有比較大的差距,就要和裝飾單位協商,減少或更換某些材料,然后再進行計算,直到滿意時為止,在計算時一定要將建筑材料的面積和吸聲系數統計正確,特別是某些穿孔的吸聲板,穿孔率不同吸聲系數懸殊較大,對最終的計算結果影響也較大。另外,對演出用工程的混響時間的計算還要考慮空場時和觀眾滿場時的區別。
聲壓級的計算——聲壓級是專業音響系統工作的一個重要指標,一個合理科學的聲壓級對聲場的影響、設備的選型、實際的操作都有重要的作用,同時也為制造良好的聽音環境創造了好的條件。
在進行聲壓級計算前,同樣也要先確定一個相應環境下合適的基準聲壓級,而且這個基準聲壓級和工程的類型也有密切的聯系。確定基準聲壓級前,還要看看這個正常人耳的聽感曲線,我們可以發現:在不同的頻率上,人們對同一聲壓級的聲音的感受能力是不一樣的,這個感受能力在專業上稱為響度,單位是Phono,有了這個衡量值,我們就可以根據實際工程的類型,按照它們在擴聲時信號的頻率特點,就可以確定一個合適的基準聲壓級。通常對于音樂重放為主的系統,取85-90dB為基礎,對于以語言擴聲為主的系統可以取70-80dB,加上12-18dB的峰值余量,再加上1-3dB的環境噪音余量,就可以得到平均聽音位置的額定聲壓級了。這個聲壓級是系統要在平均聽音距離需要達到的聲壓級,那么這個聲壓級又怎樣轉換為設備本身的額定聲壓呢?這就需要一個聲音傳播時的聲壓級變化示意圖了,大家可以看看,我們要求的平均聽音距離的聲壓級在這個位置得到的,而設備本身的額定聲壓級是在這里得到的,計算的時候就需要一個這樣的聲壓級公式,這樣最后計算出來的聲壓級就是音箱在離它1m處所需要達到的聲壓級,它也就是后面電氣計算和設備選型的依據了。
通過以上的聲場設計我們可以發現:專業音響工程的聲場設計內容比較多,結果也對工程的質量、設備的選型及系統的正常工作非常重要。具體在設計中,需要涉及的建筑裝飾內容也比較多,有些還是密切聯系的,可見音響工程在設計開始就需要建筑裝飾單位的密切配合,所以我們要盡早地取得協助,盡早地開展相應的設計,以便能達到較好的效果。