2005年某場地要舉行流行音樂會,根據最新的WH/T18-2003行業標準中對現代音樂、搖滾樂擴室內一級最大聲壓級800 ~ 8000Hz范圍內平均聲壓級不小于109dB的規定:
第一步:需要設定參考聽音點,使參考聽音點的聲壓級達標。一般該參考聽音點選取廳堂后墻距離音箱距離最遠處。某演出場地,揚聲器面板到后墻距離為16米,那么參考聽音點即為16米。
第二部:求出系統需要的聲壓級。根據完全擴散聲場平方反比公式可得出系統所需聲壓級公式 LW=LP+20lgD。LW為系統所需聲壓級,LP為參考聽音點的聲壓級,D為揚聲器到參考聽音點的距離。代入具體數值LW=LP+20lgD=109+20lg16=133dB
第三部:計算系統所需的總電功率。根據公式LW=S+10lgw可知

。W為系統所需總的電功率,LW為系統所需聲壓級,S為音箱的靈敏度。
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以上三個步驟所得出的系統所需的聲壓級133dB和總電功率是這個演出場所達到音樂擴聲系統一級標準的最低要求。由于是現場電聲樂隊演出,在系統所需的聲壓級133dB的基礎上我還留了6dB左右的余量,用以應付大動態范圍的現場演出。
主音箱方面,我選用的是NEXO PS15(靈敏度102dB,最大聲壓級134dB,阻抗8Ω,廠家推薦功放功率是550-1200W RMS,8Ω)根據前面提過的
揚聲器與
功放功率匹配的要點可知,揚聲器的最大聲壓級是在揚聲器所能承受的最大峰值功率時產生的,揚聲器所能承受的峰值功率要比其噪聲功率大4倍(6dB),算出揚聲器承受的噪聲功率為

。因此選用功放的FTC輸出功率為揚聲器所能承受噪聲功率的2倍,即796W(8Ω),考慮到喇叭線的損耗以1dB計算,可以再加200W,即1000W。那廠家為什么推薦的功率是550-1200w RMS呢?因為有些功放輸出功率的測試方法沒有使用FTC標準,所以在數值上會比采用FTC輸出功率的功放要高一些(如EIA)。廠家推薦的550W RMS是驅動NEXO PS15揚聲器的最低功率,如果要達到134dB的最大聲壓級,功放就必須要有1200W RMS的輸出功率,對于采用FTC標準的功放,其輸出功率應為1000W左右。根據以上論點,我采用2臺Crown MA3600VZ 功放(FTC輸出功率965W,8Ω,立體聲模式)來驅動4只NEXO PS15揚聲器以做到功率匹配。
超低音方面,選用的揚聲器是NEXO LS1200(靈敏度102dB,最大聲壓級135dB,阻抗4Ω,廠家推薦功放功率是800-1200W RMS,4Ω),用上面的方法可算出需要用FTC輸出功率為1100W(4Ω)左右的功放去驅動,因此還是選用Crown MA3600VZ 功放(FTC輸出功率1325W,4Ω,立體聲模式)。這時選用功放的實際峰值功率要略大于音箱所能承受的峰值功率,遇到這種情況只需做一個限幅處理就行了。因為NEXO PS15有自己的專用的處理器(PS15TD),在PS15TD面板上有專門的功率限幅控制旋鈕,而且超低音限幅旋鈕和中高音限幅旋鈕是分開控制的。如下圖:
這時只需把超低音限幅控制旋鈕旋轉至1200W處即可。因為PS15TD的限幅功率是按照RMS功率來計算的,所以功率限幅旋鈕要設在1200W。不過有一點要特別注意,要使用PS15TD的功率限幅功能,功放功率輸出端子不但要連接揚聲器,而且還要和PS15TD控制器的功率檢測端子相連接,只有這樣限幅功能才會開啟,否則就算你在前面板設定了限幅功率,限幅功能也不會開啟。如下圖:
以上是利用NEXO PS15TD音箱控制器來進行限幅。但絕大多數的音箱控制器、壓限器并不是以測試功放輸出功率大小來決定是否啟動限幅功能的,更多的還是需要設定一個限幅啟動閾值。就以上例子,我撇開PS15TD處理器的限幅功能不用,接上一臺普通的壓限器來說明一下限幅閾值應該怎么調。一般設定壓限器限幅閾值的原則是限幅閾值至少不能低于使功放達到滿功率工作狀態時所需的輸入電平值,如果使用的是國外優質功放(使用FTC測試標準),可以將限幅閾值調至比滿功率輸入電平值高2dB。當功放FTC功率遠大于揚聲器噪聲功率2倍以上時,應以功放FTC功率的2倍值(峰值功率)換算出揚聲器在此功率驅動下理論上可得到的聲壓級,再減去揚聲器實際的最大聲壓級,得到的數值為多余功率的電平值。設定限幅閾值時只要按照標準做法再減去這個值即可。
下面我還是以NEXO PS15、NEXO LS1200和Crown MA3600VZ來具體說明。
功放 Crown MA3600VZ FTC輸出功率965W(8Ω)、1325W(4Ω)
主音箱 NEXO PS15 靈敏度102dB、最大聲壓級134dB、阻抗8Ω
超低音箱 NEXO LS1200 靈敏度102dB、最大聲壓級135dB、阻抗4Ω
首先算出要多大功率才能使NEXO PS15的最大聲壓級達到134dB。根據公式LW=S+10lgw 可知

。這是PS15所能承受的峰值功率,折算到噪聲功率為396W,根據功放FTC輸出功率2倍于音箱噪聲功率的最佳功率匹配原則應選用800W左右的功放,再考慮到喇叭線上的損耗,應該使功放的FTC功率再增加200W,所以用Crown MA3600VZ,FTC輸出功為率965W(8Ω)的功放去驅動PS15非常合適,功放與揚聲器功率完全匹配,此時設定壓限閾值應該先設定功放的輸入靈敏度,Crown MA3600VZ功放有3檔輸入靈敏度可供選擇,分別是0.775V、1.4V和26dB。
因為現在周邊大多以+4dB為額定工作電平,所以我一般不會選擇0.775V(0dBu),較多的會選擇1.4V(+5.1dBu)作為功放的輸入靈敏度。此時它代表的含義是:當功放的輸入靈敏度設定在1.4V,并且功放輸入增益衰減旋鈕處于最大位置(無衰減),此時給功放輸入1.4V(+5.1dBu)的電壓電平,功放將以額定滿功率(FTC所標注的功率)狀態工作。功放的輸入靈敏度選定后就可以開始設定限幅閾值了,當功放輸入增益衰減旋鈕處于最大位置(無衰減)時,限幅閾值最小應設在+5dB,此例中使用功放的輸出功率是通過FTC測試標準得出的,所以應該將限幅閾值在提高2dB即+7dB。
以上是PS15揚聲器和Crown MA3600功放搭配時的限幅閾值設定計算方法。當NEXO LS1200超低音與Crown MA3600功放搭配時,功放的峰值功率要大于揚聲器本身所能承受的峰值功率,因此這時就應該算出在功放峰值功率的驅動下揚聲器理論上可得到的聲壓級比揚聲器所能承受的最大聲壓級大多少,把它換算成電壓電平值即可。NEXO LS1200(4Ω)所能承受的峰值功率為

,Crown MA3600 4Ω的峰值功率為2倍的FTC功率,約為2650W,揚聲器在2650W功率的驅動下理論上可以得到的聲壓級為S+10lgw=102+10lg2650=136.2dB。這個數值比揚聲器實際最大聲壓級大1.2dB。在設定限幅閾值時應該減小1.2dB。同樣Crown MA3600功放的輸入靈敏度選擇1.4V(+5.1dB), 并且功放輸入增益衰減旋鈕處于最大位置(無衰減)時,限幅閾值最小設在+5dB,此例中使用功放的輸出功率是通過FTC測試標準得出的,所以應該將限幅閾值在提高2dB即+7dB,然后根據音箱所能承受的峰值功率情況再將限幅閾值調小1dB,最后置于+6dB。還有一點是應該引起注意的,功放的輸入增益衰減旋鈕是可以根據需要進行衰減的,適當的衰減還有利于整個系統信噪比的提高,當進行衰減時,旋鈕衰減了多少個dB,限幅閾值就要相應的增加多少個dB。
以上演出場地,使用了4只NEXO PS15作為主音箱,2只NEXO LS1200作為超低音,2只NEXO PS15作為返聽,3臺PS15TD處理器和4臺Crown MA3600VZ功放。在聲壓級上4只NEXO PS15加上2只NEXO LS1200揚聲器在距離其1米處可得141dB左右的聲壓級,換算到參考聽音點的聲壓級為141-20lg16=116dB,高于109dB的最低要求,完全符合標準。 最后在補充一點,NEXO PS15 揚聲器在用作返聽時,由于其最大聲壓級相對較高,而舞臺演出人員離音箱距離最遠也不超過4米,有的演員距離音箱只有1米左右,因此如果以功放工作在滿功率狀態下計算,舞臺上演員要承受相當大的聲壓級,因此在輸入靈敏度為1.4V的前提下可將功放輸入增益衰減旋鈕逆時針衰減10dB左右,相應的壓限器壓限閾值要調高10dB。或者直接將輸入靈敏度選擇開關置于26dB處,輸入增益衰減旋鈕置于最大位置(無衰減),此時需要15dB的輸入電壓電平才能使功放滿功率運行。
最后,我要提一下音響系統設計中的用電量計算,這是整個系統安全穩定運行的重要前提。究竟應該怎樣根據功放功率去確定總用電量的大小呢?要弄清這個問題首先要搞清楚功放總用電功率的組成。功放的總用電功率是由功放的輸出功率和功放輸出過程中產生的熱損耗功率這2部分組成的。根據能量守恒定律可知功放總用電功率=功放輸出功率+功放熱損耗功率。從公式可以看出當功放的總用電功率確定時,功放的輸出功率越大,功放的熱損耗功率就越小,此時功放的效率也就越高,反之功放的效率就越低。功放的效率可以用以下公式來表達:功放的效率= 功放輸出功率/功放總用電功率×100%
搞清楚了以上所講的功放總用電功率的組成,接下來應該重點理解一下功放的2種功率消耗量狀態:1/8 Power和1/3Power。
以下是美國頂級功放生產廠商QSC給出的原文解釋:
POWER CONSUMPTION NOTE:
1/8 Power:withpink noise represents typical program with occasional clipping
1/3 Power:withpink noise represents severe program with heavy clipping
以下是對美國頂級功放生產廠商QSC給出的原文解釋的翻譯:
功率消耗含義:
1/8 Power:用粉紅噪聲測試表示偶然限幅的典型程序,此額定值可用于大多數情況。
1/3 Power:用粉紅噪聲測試表示嚴重限幅的嚴苛程序。
要值得注意的是廠商的用戶手冊里標注的1/8 Power和1/3 Power的數值是用電功率的數值,此數值可以以功率數值表示,也可以以電流的數值表示。而功放的1/8Power和1/3 Power輸出功率是通過功放的通道總輸出功率去乘以1/8或1/3得出的。下面我根據LABFP6400功放的使用手冊來詳細說明一下多大的用電量才能確保該功放穩定運行。下面的表格是LAB FP6400功放使用手冊中的內容
首先要確定這臺功放所驅動揚聲器的具體阻抗數值,以下就以這臺功放2通道4 ohms的功率作為具體例子加以分析。從上表可以看出,左半邊標出的是功放的輸出功率,右半邊標出的是功放的主輸入功率(用電功率)。上表給出的2通道4 ohms 1/3 Power功率是1975W,1/8Power功率是900W,這2個數值就是功放在1/3Power和1/8Power不同狀態下的用電功率,就以上這個例子,4000W(1/3 Power的2倍)是最佳的用電量配置。但根據實際情況,這樣做太奢侈,因此可以根據實際使用情況適當放松一些要求。例如播放一般的背景音樂或會議室開會,可 1/8Power 的用電功率來配置,如果是搖滾樂隊或DISCO的用途則可以用最小不低于1/8Power2倍,最大不高于1/3Power 2倍用電功率來配置。
我前面講過根據能量守恒定律可知功放總用電功率=功放輸出功率+功放熱損耗功率,下面我就算一下以上例子中的這臺功放在2通道4 ohms,1/3 Power情況下的輸出功率、熱損耗功率和效率。
1/3 Power(輸出功率)=2300/3×2=1533W
查上表可知2聲道4 ohms,1/3 Power(用電功率)是1975W。
熱損耗功率=用電功率-輸出功率=1975-1533=442W
功放的效率=功放輸出功率/功放總用電功率×100%=1533/1975×100%=77.6%
現場最大用電量的確定方法是先確定負載阻抗,然后根據不同的用途以功放的1/8 Power(用電功率)或1/3Power(用電功率)為基數,最小不低于此基數,最大不高于此基數的2倍進行配置。
綜上所述,在室內廳堂
擴聲系統的設計上必須要考慮臨界距離對音箱最遠供聲距離的影響,確定臨界距離后再選擇相應Q值的音箱,然后根據國家標準進行聲壓級的設計,合理配置電聲功率,進行科學的系統調試,正確計算整個擴聲系統的用電量,使整個系統始終處于安全穩定的工作狀態。