多功能厅扩声系统设计方案
一、系统概述
多功能厅是各种大型活动和文艺交流演出的主要演出场所之一；更是举行各种大型会议、表演各种文艺节目的主要场所。其音响系统必须满足各种类型的戏剧、歌剧、音乐剧及各种晚会、会议等专业演出的扩声需要。设计该系统需要注意语言扩声时的声音清晰度问题和文艺演出时的音质的柔和度、丰满度和平顺度等问题。由于环境噪声较小，声压级的大小不是主要问题，但声压的均匀度和声像的一致性问题显得比较重要。
根据甲方要求及实际使用需要，结合建筑风格及装修环境，我们对200人多功能厅音频系统作了精心研究，结合现代扩声系统的技术和潮流，提供科学的设计方案。本系统为集数字化、集成化为一体的现代化多媒体音频系统。
扩声系统要求音质好、响度大、动态宽、均匀度好；
满足使用的多功能性，如：会议、演出、娱乐活动以及电影等影视大片的欣赏功能；
系统可靠性高：主控设备备份以及全通道备份；
系统操作简单、安装方便快捷；
系统先进性：部分或整体的数字化、网络化；
注重观众区扩声的同时，重视舞台及演员的听觉效果；
多功能厅扩声系统采用多功能扩声标准配置，其内大部分区域的扩声系统声学设计指标为：
(1) 最大声压级：≥103 dB
(2) 传输频率特性：250-4000 Hz，+4～-6 dB
(3) 声场不均匀度：1 000 HZ和4000 Hz 10 dB
(4) 传声增益：≥-12 dB
(5) 系统噪声：扩声系统不产生明显可察觉的噪声干扰
(6) 语言传输指数STI PA：≥0.60
主扩音箱
左右主扩声部分可选用了2只12或15寸全频吊挂或嵌入安装于舞台两侧，每边1只，选取一定的的投射角度，使声场更好地覆盖到远程场地。这样的安排不仅担任整个多功能厅主要扩声任务，同时让观众有明确的声像定位，增强了空间立体感和真实感。
超低频音箱
语言和音乐的频率都集中在中频部分，声音很干净清脆，但是缺乏活力和饱满度，因此可以选用2只单18寸音箱做超低音箱来弥补音频这个缺陷，低音音箱主要用来增加音频的动感，同时增加音频的饱满度。低频分量重的声音常被用来渲染环境气氛，制造现场感。如果多功能厅系统缺少了能重放最精彩的低频信息，那么在进行演出表演时，就不能亲身感受到现场的气氛，无法带动观众情绪。超低音箱可以选择落地安装在舞台上，也可嵌入安装在舞台两侧。
舞台返送音箱
在舞台方面，设计2只12寸全频音箱作为舞台返听音箱，返听是为了让演员和艺术家在舞台表演的时候，能够很清楚的听到自己的声音和乐声，根据所听到的音频信号更好的调节自己的状态，增强表演信心，使演唱、表演能与节目同步。该音箱在安装时，可直接落地安装在舞台口，可适当调整投射角度。
台唇补声音箱
如果舞台过高，主扩音箱又采取了吊高安装，这就造成了前场观众区域的听音盲区，为此，应当设计2只8寸或者10寸的台唇补声音箱，嵌入安装于舞台台口，来弥补了这一缺陷。
辅助环绕音箱
200人多功能厅的观众厅比较大，如果不加后场辅助音箱，那么在大厅最前场和最后场就会产生一个听觉的时间差，而且房间的容积大，混响时间也相应大，这就大大降低了语音清晰度，使语音信号含糊不清，严重影响视听。为了使整个大厅的声压级更加的均匀动听，据此可以深化设计了4只12寸全频音箱分散安置多功能厅观众区的左右场，均匀壁挂，针对主扬声器覆盖较差的两侧观众席区域进行扩声，或者在不适合壁挂的建声条件下可以选择4-6只吸顶音箱，嵌入安装在天花板上，提升整个房间的语言和音乐清晰度。同时设置好辅助音箱的延时时间，就可以达到大厅前场和后场在允许的听觉差范围内接受到语音信号。辅助音箱可以根据现场对音频的要求进行改动或者移除。
功放配置
在功放的选择上，我们遵循阻抗匹配原理，再根据每只音箱的具体功率大小，选取合适的功放来提供电功率，功放的频响曲线要适应音箱的频响曲线才能让音箱达到最好的效果，这里我们同样配置了PEAVEY品牌的功放，卓越的性能，稳定的质量让音箱在使用过程中不仅在效果上最优，还能保证可持续性的工作状态，这在演出中，是不容有失的。
调音台
它的主要作用是将来自各种音源（传声器、CD机、LD录音座等）、各种电声乐器（电子琴、合成器、电吉他、低音吉他等）、各种周边设备的音频信号按要求进行混合处理；对各路声信号进行一定的修饰、补偿；按要求将声信号分成多组输出。调音台的技术指标和调试的好坏直接关系到声音的质量和系统的噪声。
调音台要具有操作直观方便，音色优美，稳定可靠等优点，它适用于固定安装，现场演出，录音制作和播出。
调音台是一个音响系统的心脏部分，它不单只是最脆弱的一个环节，而且是整个系统的枢纽位置。一个音响系统，从话筒至音箱，整个信号路程，设备都有某种程度上的备份，但调音台仅仅只有一台，其可靠性足以影响整个系统的大局。一个良好的音响系统，所有产品必须要同档次达到某一个水平。因为，整个系统的表现将会受制于最差的一个环节。
若在工程完成安装后才发觉某些周边器材性能表现欠佳，影响了系统指标，需要更换某些器材也相对容易。若需要更换的是调音台，那就糟糕了。
数字音频处理器
有了前级的“源”与后级的终端部分，还需要强大而可靠的中央处理部分才能实现上述各个功能，传统的处理中心在以上系统将会变得庞大而且繁琐，这不单单会给系统的运行带来很多的问题，而且在工作人员的操作上也会变得繁琐。随着数字技术的发展，音频技术也日渐的往数字方向发展，当然，这个仅限于处理中心这一环节。所以，在系统我们将会采用目前世界上最为先进的、功能强大的Peavey小型媒体矩阵作为处理中心。
在智能控制部分我们采用Digitool® MX16媒体矩阵，一台Digitool® MX16对整个剧场音频信号进行控制处理。Digitool® MX16把调音台，均衡器，压限器，分频器，延时器和音频矩阵融为一体，用它可实现可做远程视频会议，可接受中控控制和接受外置控制面板的功能。它具有8路平衡输入（线路麦克可选择），支持幻相电源；8路平衡输入；8路平衡输出；
XLR输入输出；24位数模的转换，96KHz采样频率；8个0-10V DC电压控制输入、485串行外部控制输入、LAN网络控制接口；DSP音频处理芯片，可实现多点对多点的数字交换，数字路由；输入通道4段参数均衡、噪声门、压限器，输出通道7段参数均衡、噪声门、压限器、延时器，可以设置密码，外接中控设备等强大的功能，真正为您省去繁琐的周边设备，其次它专为建筑音响设计，可以很快捷的设置和操作，具有极高的性价比。
DIGITOOL® MX16媒体矩阵功能图示：
均衡器
针对返听音箱，可以按需配置了1台31段图示均衡器， 2/3倍频程滤波器组；20Hz-20KHz有效均衡范围；恒Q值滤波；这样的配置可以让现场音响师及时反映，应对舞台返听音箱的啸叫情况，同时，根据表演者的自我听感，对音色进行修饰，让他们能更好的把握节奏进行表演。
效果器
音箱所充当的角色是还原与扩声，在现场的整体听感效果上，我们往往需要一台效果器来对声音进行美化修饰。
在发言部分，要综合考虑实际应用问题，配备会议鹅颈话筒并配套自动混音器，满足会议时候主席台发言。另外配备了手持无线话筒，满足会议流动发言及演出时主持人、表演者拾音，配置有线乐器话筒，乐器话筒可用于各类乐器拾音，配置无线头戴话筒，可用于歌舞演员拾音，满足演出时候使用。同时还需配置DVD机，实现多媒体文件及音视频的播放。
足够的声压级
选用扬声器功率大、灵敏度高，与之匹配的功放具有足够的功率储备，系统有足够动态余量，以适应还原大动态的节目信号；
良好的声场均匀度
严格按照国标要求建设，项目建设结合工程实际情况特点进行专业设计、合理安排施工工艺。
高保真的系统
总谐波失真应都小于0.1%。可以预见，根据本方案设计的扩声系统经合理调试后，将提供高保真的扩声系统；
平滑的传输频率特性
扬声器布置合理，所选用的扬声器均采用恒定指向号角，－6dB角外的声能衰减迅速；另外，选用的传声器均为心型指向、超心型指向。因此，系统的传声增益要达到设计目标是有保障的。
4.1设计过程
声学设计规范中要求座位区的音质主要是足够声压级，语言清晰、可懂度高，其次是丰满度，厅内各处要有合适的响度和均匀度，观众区的任何位置不得出现回声和声聚焦等声学缺陷，并无来自观众厅内设备、外界环境噪声的干扰，这些指标形成室内音质设计的综合效果。
（a）、语言可懂度的影响因素有：1、音响系语言听闻条件的最后评定指标，是对语言能够听清楚的程度，即语言清晰度。它可以通过一定测验程序获得。即在室内，由一位讲者根据预先规定的字表，念出一系列无连贯意义的单音节拍音，然后由许多正常听力的听者，将器听到的语音尽可能正确地用汉语拼音记下，器听得到的正确音节百分数称之为。即：
音节清晰度S＝听众正确听到的音节数×100%
测定用全部音节数
由于语言有连贯意义，所发音节清晰度S在60％以上就可认为很满意，引起可懂度已接近满分。当音节清晰度在35％以下，则感到费力难懂；在35％左右，听众需要注意力集中才能听懂。
室内要达到满意的语言清晰度，通常要考虑到下列四个因素
1、讲者的语声是否足够响，否则必须采用扩声系统。
2、室内不受噪声和过分混响的干扰。
3、室内形体设计中不出现回声和声聚焦，并使全听有均匀分布的声场。
4、在不用扩声条件下，讲者必须朝向听众发声，或者朝着发射面把言语声能有效地发射给听众。
1、扬声器系统的带度和频率响应；2、响度和信噪比、3、室内混响时间；房间体积、尺寸和场地形状；4、从聆听者到扬声器的距离；5、扬声器的因素；6、投入运行的扬声器数量；7、直达声与混响声之比；8、讲话内容的传送速率；9、听众的分辨能力。
（b）、 语言可懂度设计的原理
由于讲话覆盖频率范围为100Hz～8KHz，最大语音功率出现在250HZ和500Hz频段，在高频处迅速跌落，较低频率相应于无音，而稍高频率则为辅音，以2KHz为中心的倍频程段对可懂度影响约30%，在4KHz和1KHz分别为25%和20%，这表明延伸高频响应具有重要意义，应保证2～4KHZ的可懂度重要频段具有适当的信噪比。
（c）、语言可懂度的设计
1、 选用优质、合理的扬声器
2、合理选用电子周边设备，对局部频段进行调整，提高2～4KHZ频段的可懂度，使得在10KHZ范围内可懂度能有效改善。
A：根据以上要求并仔细审阅了图纸，对系统方案内建筑数据
*建造体型形状（关系到声学缺陷的产生，反射声的分布）
*系统方案体积（确定混响时间）
*室内墙面、顶棚、地板、座椅等材料吸声系数
*座位数和他们的排列。
做了充分了解后，结合建筑体型和建筑声学特点，从满足使用功能角度出发，精心设计出一套能够符合功能要求、满足声学特性指标要求的扩声系统方案。
B: 并以电声为主、建筑声学为提供的音质设计指导思想。首先对该多功能厅系统方案内的建声特性进行分析研究（主要是吸声处理、吸声材料的选择、混响时间的确定和近次反射声的分布）。在对以上建声特性指标有了充分的了解并确定后，进而是扩声系统的声场设计。因为只有对声场深入仔细了解后，才能给出准确的电声设计指标，获得最佳的音质效果。
C：室内的声学系统是由建声、电声以及形成室内空间的建筑要素组成的一个系统工程，在系统思想的指导下，以追求使用功能的整体效果最优为目的。
随着科技的进步技术的发展，特别是数字技术在音频领域中得以应用，使得声信号的记录、传输和重放的音质有了很大的改善，但是决定音质的好坏不仅与设备有关，还与声学环境和入耳的听觉特性有关。在同样设备的条件下后者显得更为重要。
所以系统方案扩声系统设计的根本问题是声学问题，不是简单的设备选型与组套，系统方案内的最终音质效果是电声与建声综合设计效果的体现，扩声系统设计首先要研究指定空间的声场，这一点非常重要。只有对要设计的场所进行深入的了解、并进行仔细的研究后，进而对场馆进行建声设计、处理和电声系统设计，并使二者完美结合，才能给出准确的“设计”，并获得最佳的音响效果。
混响时间的确定
一般来讲，混响时间短可提供语言的清晰度，混响时间稍长可提高语音的丰满度，但混响时间过长也会严重干扰视听，使语言清晰度大大的降低。我们认为，应首先保证语言清晰度为主要目的。所以在进行扩声系统之前必须以特定的混响时间为基础，只有在特定的混响时间条件下对系统方案的声学特性指标的设计才是科学的、准确的，这也是我们电声设计考虑的重点。
混响时间的表达式为：
式中 
—房间的平均吸声系数，可以用下式计算：
式中T60--------混响时间
V-----------闭室的容积,
Si——某个材料面的面积
ai—该材料的吸声系数
混响时间和以下因素有关：
(1) 房间的体积：通常体积越大，混响时间越长；
(2) 房间内壁的材质：如果内壁是粗糙柔软的吸声材质，那么混响时间会短些，如果内壁是坚硬光滑的反射材质，那么混响时间会长些，房间的内壁指的是墙壁、天花板、地板，以及音乐厅内一切影响声音传播的障碍物，特别是坐椅，增加有软垫的坐椅数量会缩短混响时间；
(3) 声音的频率：由于高频声音的反射和衍射能力比低频声音差，所以高频声音的混响时间比低频声音短。
遵照上述原则，我们在计算机上建立了系统方案的实际立体模型，以国内各有关于剧场系统方案的标准和规范对该多功能厅方案采用固定混响，并以此作为我们进行电声设计的听音环境基础。
200人多功能厅系统连接图
200人多功能厅三维视图
