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音响人,我们以“规矩”的方式来谈谈系统增益

UPTATED:2018/01/13 | 分类:新闻动态
今日分享自吴荣宗老师早期的一篇文章——《嘿!音响人,我们来谈谈增益》。文中提到,当今音响圈,几乎是以价钱来定论扬声器数量,较少是以规矩的电器物理对数法则来求出现场所需的喇叭数量,或者是扩大器的增益。这问题以往未能在台面上认真的谈过,本文则以规矩的方式瞭解一下系统能耐。


 
 

台湾资深音响师吴荣宗 从事音响工程超过30年
 

以下为全文:

 

早期在PA界里,运用喇叭及扩大器来取得声音的增益是件很辛苦的事,当时的功率级能有100W 甚至150W时,接上喇叭后,那真是天霸王来着!也就是主流所谈论的瓦数有多少,而非现今的声压增益标准说法。

 

现今100瓦的扩大器已非主流了,高科技的喇叭制程已深入消费圈,放大器1000W甚至更高的瓦数。在今日的工业技术裡,增益这个问题,只要你有足够的费用,是可以很容易取得的。唯当游戏规则确定下来后,人们的观念认同却没有同步更新,知识断层往往就这样发生,更何况我们这里并不是规格宣告单位,语言文字的问题所致,那么”User Bug”的比率就更高了。

 

今日在咱们音响圈内,请问有多少人是以规矩的电器物理对数法则来求出现场所需的喇叭数量,或者是扩大器的增益?几乎是以价钱来圈出大约多少数量的扬声器,这问题从来就没有在台面上认真的谈过,现在让我们以规矩的方式瞭解一下自己的系统能耐。

架构一套声音增强/增援系统,很多人不太能够达其意境。之所以在声音传导上须要支援就大有原因,你我面对面的谈话很直接,清楚得很,但是如果咱们两人相距30公尺呢?说话即要轻松又要清楚时,那就需要支援,借由什东西?那就是电声系统,以电子设备去延伸一个现场所需要的聆听,那麽就须要一些声音设备组合的计算。(接下来我们依照往例,尽可能的去掉数学,文章才比较有趣,在这里要导入的数据是原有的物理及人耳比照对数特性的法则,而非新东西 ” 阵列 ” 的算法。)

一位好的 Sound man 总是能确立清楚自己要 on show 的声音系统,整个 SPL 前后是怎麽一回事,如此才能在期间拿捏音乐节目的起伏,如果没有这样先前架构操作的音压值,你会发现自己总是低于甚至超过整个系统内其总增益需求的规格,偏偏这样的情形在圈内不少见。

必须注意的是:声音增益条件不够的系统,千万不要勉强,损坏的不仅是设备,本身的技术能力也会被质疑。另外,当声音总增益条件高于现场所额定的需求,那 on panel 的 sound man 将会轻松快乐的享受过程。

让我们来假设工作情况:在一个室内中型场地的环境(这样的场合大家常常会面临),我们希望在扬声器到聆听者位置,其间能有95dB的正常音乐节目表现压,相对的其动态峰值即有101dB,然后再加入我们希望的10dB动态峰值 (Head Room) ,以满足现场瞬时的表演动态声压需求。

我们都知道的是喇叭声音的放射是类似球面状的散开,从音源点与距离的衰减是以距离的平方成比例,按照这样的换算量测值,距离每增加一倍,声压电平将会耗损6dB (请注意此换算法不适用于垂直阵列)

又假设声音控制台是架于80英尺,扬声器的灵敏度是参照国际AES(Audio Engineering Society)1公尺1W的电平,注入喇叭所得的测试标准值,这时因距离而耗损的电平式子,即:

式子1

 

声压距离耗损值=20log(英尺的距离/3.3)

 

压距离耗损值=20log(距离/公尺)

 

式子1的第一行是如果距离是以英尺来度量时,可利用它来转换成公尺,现在代入我们假设的数据(别忘了工程计算机),利用“式子1这80英尺换算成公尺差不多是24.242424.. 就是24公尺啦,然后把24公尺log(对数)一下,所得的值是1.38457…….。再乘以20,最后的答案会是27.6915….,四舍五入就是28dB。

 

因此故事告诉我们:聆听者位置与发音点的80英尺(24公尺)距离,将会有28dB的声压耗损,好啦!把刚才例子所拟设的动态峰值101dB再加预设的10dB动态峰值,再加28dB的距离耗损,即101dB+10dB+28dB=139dB,此时我们知道由音控台到喇叭发音位置,它的最大SPL须要在139dB。当然,如果有某种喇叭一支从原地发音在80英尺后仍有139dB,这用一支喇叭就搞定了。不过科技尚未如此发达,因此我们必须乖乖的选择一支能够满足上述AES标准1公尺@1W能测得139dB的额定峰值声压电平,然后再增加此规格的喇叭数量,这就是为什麽主喇叭数量都要那么的多,了解了吧。


 

现在大家使用的主喇叭几乎不是单音路(全音域),大多是三音路的(3way) ,区分为高(HF)、中(MF)、低(LF)音域。

 

AES宣告的最低功率额定规格在各音域的数值是:

 

喇叭的音域——HF——MF——LF

 

1W@1m数值——112dB——109dB——103dB

 

AES功率额定值——200W——400W——1000W

 

求出的最大SPL值——141dB——141dB——139dB

 

喇叭的最大音压MAX.SPL求法:

 

假设有某牌子的喇叭,它的灵敏度(1W@1m)是高音(HF)112dB,中音(MF)109dB,低音(LF) 110dB,那我们可以利用此式子求出它的最大音压(1W@1m)。

 

式子2 :

 

音压最大值=喇叭1W@1m灵敏度+10log(AES宣告最低额定功率)+6dB峰值

 

SPL=高音112+10log(200W)+6dB

 

SPL=112+23+6

 

SPL=141dB

 

工程计算机的按法,可以一路写完看总值,而一般的商务计算机可由高音200W先log(对数)之后,它的值再乘以10=23.010299..之多,再加112dB=135.0102….再加上6dB峰值系数.这支喇叭的高音组件是141dB大于139dB 的要求条件。

 

在这里可以看出一个很帮忙的数学,就是要知道任一瓦数的后级换算成多少分贝瓦(dBW)的式子,即:

式子3:

 

10log(瓦数)

 

同样的中音组件亦是导入式子2来求得,唯低频组件的SPL低于标准,所以必须再加一倍同样响应频率的低音喇叭数量才能满足这个拟设的音压标准。

 

第二种方式则是减少中/高音域的能量来匹配整体频段的音压,相对的就是降低这先前的音压标准值了

 

如果由 141 dBSPL 的音压值降到139dBSPL位置,这不只是3dB的事,前篇的文章有提及到,人因为对声音的大小变化特性是+-3dB的增减,而这3dB的增减已是让后级放大器功率+-10倍的变化了。

 

上述是以8欧姆的方式来做为范例,真正的投资应用时,大家几乎都是4欧姆的并接方式,即表示两支喇叭去接扩大器的一边,现在我们来看看它们是怎麽的不同。以一只高音112dB,再加一支就是115dB。

 

10log(10^(112/10)+10^(112/10))=115

 

另外200W的扩大器阻抗4欧姆时,一般会增加75%的能量,无法百分之百是因为电功需、线损等因素造成的,所以变成大约是300的功率来推动这两只高音。

 

套入式子2:

 

音压最大值=喇叭1W@1m灵敏度+10log(AES宣告最低额定功率)+6dB峰值

 

MaxSPL=115dB+10log(300)+6dB

 

MaxSPL=115+24.7+6

 

MaxSPL=145.7=146dB

 

这结果会满足我们拟设的音压标准,在没有增加后级放大器的情况下,音压增加了。那么不同的是?就是我们增加了喇叭数量,还有一个更重要的是每一台的后级全都是增加了一倍的消耗电流在工作著,最要注意的是温保问题,很多的后级在温度提高后,往往就跳掉或是自溃降低输出功率来让电路温度快快下降,这是一个问题。

 

OK,回到先前8欧姆内容,其实内行的人早也知道欲要有一倍大的音压感觉时,即需要将近10dB 的差别你才会感觉到有所不同。

 

因此我们还是实务些,在此说明,各位看倌,我们已知道上述某品牌喇叭的各音域最大的SPL值,那我们就要来挑选适当功率的扩大器了,利用此式子求出各音域的功率额定值,即:

 

式子4:

 

dBW=音压峰值─音域组件的灵敏度+距离的耗损

 

式子中的(音压峰值)是我们先前拟导的动态峰值101dB(95聆听+6dB的动态峰值),然后再加入我们希望的10dB动态馀欲,(Head Room ),所以101dB+10dB=111dB,音域组件的灵敏度则是喇叭裡,各音域组件的1W@1m值,距离的耗损,就是先前80英迟(24公尺) 求出的28dB的音压耗损值.ok,现在导入各音域的值来求出它的功率量额,即 :

 

高频(111dB─112dB)+28dB=27dBW。

 

中频(111dB─109dB)+28dB=30dBW。

 

低频(111dB─103dB)+28dB=36dBW。

 

就dBW换算回来功率瓦数如附表可看出一些端倪,

 

高频27dBW=500W

 

中频30dBW=1000W

 

低频36dBW=4000W

 

整理后,我们看出了一些不同,就是低音部份的数据,是需要增强许多,我们可使用多组1000W后级加低音喇叭,或是上述的使用4欧姆方式来达到拟设的标准。看完这篇的内容后,也得到几个简单的数学式子,它可以帮我们先前的规划计算出多少的音压,与要使用的动态值等等,各位可看看自己在使用的主喇叭,它们的规格是多少,如同我所本身的MARTIN VRS-1000为例,

 

1m@1W=106dB,我使用1000W的后级,于是106+30=136dB

 

在1m的地方,然后我以一般4欧姆的接法就会得到109+31.5=140.5dB之多(1m位置 )。

 

这一篇的目的就是让各位可以瞭解自己的后级与喇叭设备可以有多少的能量,这还不包括所谓的好听不好听,这只是后级与喇叭,往前延伸的就是前级部份,它们要调整在何处?标准在哪里?这都是一套系统建立后所要去调整与了解的。

Mixing Console&Processors(混音器与处理器

混音的输出电平与下链的处理器之间的电平位准,最后与后扩大器连接时,你必须要清楚利用混音机组合的声音讯号,它们的讯号电平在多少的指示即可让你的后级扩大器满载,多少的电平指示,即让扩大器到达最大的峰值切割,这是非常的重要。

 

一般的混音器皆能处理+18dBu,甚至+24dBu之间的输出电平位准。简单的说,如果你以一般+4dB,(1.23V)=0VU;另外,你的数位处理设备是-18dB(dBFS)或 -20dB(dBFS)=+4dBu,相对的如果你的扩大器是架构满载于0.775V.或1.4V的情况时,你会清楚整体扩大器运作在什麽样的范围里,所以能够去利理解界定扩大器的峰值切割,与扩大器的增益在分贝数值与电压之间是非常的重要。