基于矩阵模型的音响系统改进方案的设计与实现
——以北京天文馆某大厅为例

管 峰 张维多

1．2．北京天文馆 北京市 100044

引 言

北京天文馆作为文化阵地，需要通过表演的形式给公众展示天文知识，良好的音响系统显得尤为重要［1］。目前，天文馆某大厅现有音响系统年代久远，音箱的布局设计也已经无法满足现有演出的要求。提升现有音响系统的质量，达到较好的扩声效果，是目前亟待解决的一件事。

笔者通过市场调研分析，结合自身的工作经历，对现有音响系统存在的问题进行深入分析，采用矩阵的设计思路，提出了一套科学合理的解决方案，以期提升音响系统的扩声品质。

1 现有音响系统问题分析

通过对现有音响系统布局及结构分析，主要发现存在以下几个问题。

（1）《GB50356-2005剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》中明确指出标准剧场类环境混响时间的范围，目前厅堂环境混响时间应该在3s左右，现场中听到的声音多数属于回声的范畴。主要原因是：过长的混响时间是导致现场语言可懂度和清晰度差的根本原因。再者，造成声音缺陷的主要问题是厅堂过长尺寸和镜面类的强反射墙面［2］。

（2）由于现场存在过多的强近次反射声，强反射声与直达声的叠加导致现场麦克风使用时存在明显的啸叫问题。

（3）整个音响系统的扩声效果不佳，观众的主观听觉享受较差。

2 改进方案设计

为了满足语言扩声和演出需求，综合各方面经验提出一种矩阵模式的设计方案，从观众的主观听觉享受，操作者灵活使用和维护管理方便的三个角度出发，提出人性化的设计理念［3］。

2.1 主要设计理念

第一、实现高清晰度、高保真、高质量的声音重放和还原是本次扩声系统设计的核心目标。

第二、数字化扩声系统的应用让系统管理和控制变得更“精确”与“简单”，彰显“人性化”设计。

第三、采用国内知名品牌产品，提高设备的认同度与利用率。

2.2 设计依据

《厅堂扩声系统的声学特性指标》GYJ25-86

《厅堂扩声系统的声学特性指标》JGJ57-2000

《厅堂扩声特性测量方法》GB4959-85

《扩声系统的声学特性指标与测量方法》WH0301-93

《客观评价厅堂语言可懂度的“RASTI”法》GB/T14476-93

《客观评价厅堂语言可懂度的“RASTI”法》GB/T14476-93

《声系统设备互联的优选配接值》GB/T14197-93

《演出场所扩声系统的声学特性指标》WH/T18-2003

2.3 具体设计方案

本设计方案中采用了10个音箱，其中主扩全频音箱2个，超低音箱2个，辅助线性音箱4个，返听音箱2个，5个功率放大器，1个数字音频矩阵处理器，1个反馈抑制器，2个电源时序器。将这些音箱、功率放大器等设备进行矩阵布局，达到合理的目的，其中音箱摆位如图1所示。

图1 音箱摆位图

由图1可知，10个音箱布局合理，所有的音箱能覆盖舞台，观众席，观众席周边，覆盖面广，布局科学。

再者，音箱与控制室内音频处理器，功率放大器，调音台等进行连接，系统连接图如图2所示。

图2 音响系统连接图

由图2可知，声音的输入信号，通过调音台，将输出信号传递给音频处理器，再由音频处理器传递给音箱。调音台根据音箱数量和类别，共计设计8个通道，分别控制10个音箱，操作简单，输出声音信号效果佳。

3 新音响系统与原有系统对比测试分析

笔者搭建好矩阵模型后，需要对新音响系统与原有系统进行对比测试。采用的调试工具有：Smart声学测试软件、专业声卡、测试话筒、笔记本电脑等专业音频测试仪等［4］。本次系统测试采用4个点位，分别为观众席前区、观众席后区、观众席左后区、观众席右后区。测试点位图如图3所示。

图3 音响系统测试点位图

笔者主要对新音响系统进行高频、低频声场测试，左右声场全频测试，通道补声测试，观众席前区、观众席后区、观众席左后区、观众席右后区声压级测试。对原有音响系统进行左右声道测试，观众席前区、观众席后区声压级测试，对测试结果进行对比分析。

在众多的测试指标里，笔者选取了左声场测试，观众席前区声压级测试进行原音响系统和新系统的对比。如图4-图7所示。

通过图4和图5对比，新音响系统声压级比原系统高，满足于语言扩声和演出扩声，图6和图7对比，我们可以看出新音响系统的声压相对统一，声场均匀。

图4 新音响系统左声场测试图

图5 原音响系统左声场测试图

图6 新音响系统观众席前区声压级测试图

图7 原音响系统观众席前区声压级测试图

4 结 论

4.1 原系统测试结论如下

（1）原系统声压级过低，不能满足于演出使用，如强行加大输出信号会造成声音失真，长时间工作会造成高音单元受损。甚至烧毁高音单元［5］。

（2）观众区每个点位声压级不统一，造成声场不均匀。

（3）20Hz-20KHz音频曲线高低不平，造成声音较差。可以判定是一套不及格的扩声系统。

4.2 新系统测试结论如下

（1）新系统声压级达到130dB，满足于语言扩声和演出扩声。

（2）观众区每个点位声压级相对统一。声场均匀度合格，几乎不存在啸叫问题。

（3）20Hz-20KHz音频曲线高低接近于平直，主观听感良好是一套合格的扩声系统。

综上所述，新系统声场均匀度合格、无啸叫、主观听感良好，是一套合格的扩声系统。