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智能燈光及音響控制系統

第一部分 智能燈光

一、概述

隨著信息時代的到來,計算機多媒體技術的迅猛發展,網絡技術的普遍應用,大到世界各行業特定政府機關、國家政法機關或大型調度中心的建立,小到各工礦企業會議、技術報告及講座的進行,對現代視訊展示、數碼電聲處理、自動化電器處理等組成的多媒體聲光像系統的渴望越來越強烈,而傳統的模擬電子技術很難滿足人們在這方面的要求。近幾年迅速崛起多媒體聲光像系統技術正在逐步成為適應這一需求的有效途徑。為此,我們根據現代會議室的實際應用和需求,采用新的多媒體音視頻產品和先進設計手段,提出本系統方案供用戶選擇和參考。

我們此次的設計是根據現代會議廳所提出來有關系統的具體應用需求,結合我們以往同類項目的工作經驗,依據現有的國家標準、規范,并參照國際上通用規范進行的。在系統設計過程中,我們按以下的思路進行設計:突出先進性、實用性、可靠性系統特點;數字化的高集成度可控制能力;多功能的應用性;靈活的擴展性;完善的售后服務保證體系。

根據一般會議廳和會議室的功能要求及甲方的具體要求,我們將整個廳堂的功能做如下定位:

綜合多功能會議室的設計,能夠滿足以下功能:視頻會議;攝像監控、培訓教學等,追求語言的清晰圖和飽和度,聲壓級級要求達到國家廳堂擴聲系統一級標準。同時預留了豐富的接口,方便以后系統的擴展,實現整個系統的強大功能。同時有演出用的舞臺,配置了專業的舞臺燈光系統和演出擴聲系統,加了超低音音箱和效果器,追求聲音的飽滿度和渾厚感,能夠滿足文藝演出,會議報告,慶典活動召開等功能。

二、設計說明

依據“安全、適用、經濟、美觀”的設計原則,結合燈光的不同使用特點和要求,以及多功能廳的舞臺結構尺寸,我們采用以下設計思想。

1、為了營造舒適、輕松、絢麗多彩的燈光效果,重點選用智能型燈具。

2、選用700Lx的照度,作為會議照明的合理照度,以滿足莊重、大方、明亮的會議照明。

3、選用冷光三基色燈,作為會議照明光,以營造舒適、輕松的會議環境。

4、為滿足各種文藝演出燈光效果選用電腦搖頭燈和電腦掃描燈等燈光的組合,營造動感及舒情慢舞的燈光效果。

三、設計配置

1、面光—:位于舞臺外觀眾席頂部上空,以光軸線與舞臺平面夾角45°射向舞臺表演區,用于舞臺前區人物的面部光。

2、頂光—電影聚光燈+換色器,位于大幕內側上空射向舞臺表演區中部,用于表演區中區和景物的面光,以彌補面光的不足。

3、逆光/光束效果光—P64束光燈+換色器,位于主席臺后部,由后部射向表演前區,既可作為輪廓修飾光。又借調光臺的作用,可以走燈、頻閃、點控,作為光束效果光。

4、電腦搖頭效果光——系統采用575W電腦搖頭燈,均勻分布在活動燈棚的四個對角上空,從上往下搖頭掃射整個舞臺。

在電腦燈控制臺的指揮下,電腦燈可以做出美妙絕倫且整齊一致的動作,一起向左、右或前后搖擺,一起旋轉,一起改變圖案花樣,一起改變顏色。場面極其絢麗壯觀、令人陶醉。它可以表現抒情、優雅的場景,也可以營造狂熱、激奮的氣氛。

 

第二部分 音響系統

一、概述

隨著科技的進步、技術的發展,特別是數字技術在音頻領域中得以應用,使得聲信號的記錄、傳輸和重放的音質有了很大的改善。但是,決定音質的好壞不僅與設備有關,還與聲學環境和人耳的聽覺特性有關。在同樣設備的條件下后者顯得更為重要。

所以音響系統設計的根本問題是聲學問題,不是簡單的設備選型與組套,廳堂最終的音質效果是電聲與建聲綜合設計效果的體現,擴聲系統設計首先要研究指定空間的聲場,這一點非常重要。只有對要設計的廳堂的聲場有深入的了解,并進行仔細的研究之后,進而對廳堂進行建聲設計、處理和電聲系統設計,并使二者完美結合,才能給出準確的“設計”,并獲得極佳的音響效果。

二、設計說明

根據以上要求,我們仔細審閱了土建圖紙,對所有廳堂的建聲進行了仔細的分析,將建筑聲學的有關特性與電聲作為“一體”進行綜合設計考慮,采用計算機輔助設計(設計軟件為EASE 4.0版本軟件)對聲場進行聲學設計。事先,在計算機上建立了與廳堂建筑實體相同的立體模型。并對房間內建筑數據:

建筑體型形狀;(關系到聲學缺陷的產生,反射聲的分布)房間容積;(確定房間常數、混響時間)室內墻面、頂棚、地板、座椅等材料吸聲系數;座位數及其排列;近次反射聲的分布有了充分的了解后,充分考慮到直達聲和混響聲的擴散與疊加及聲學比、混響半徑等聲學指標。并以此為基礎對擴聲系統進行聲場設計。因為只有對聲場深入仔細了解后,才能給出準確的電聲設計指標,獲得極佳的音質效果。

1、混響時間的確定

一般來講,混響時間短可提高語言的清晰度,混響時間長可提高音樂的豐滿度。我們認為,本系統應首先保證語言清晰度為主要目的,兼顧音樂、環繞影視使用要求。所以在進行擴聲系統設計之前必須以特定的混響時間為基礎,只有在特定的混響時間條件下對廳堂的“聲學特性指標”的設計才是科學的、準確的,這也是我們設計的重點。

遵照上述原則,我們在計算機上建立了所有廳堂的實際立體模型并進行模擬計算。

2、具體設計步驟及結果

擴聲系統聲學特性計算機輔助設計(CAD)是利用現代化技術手段從事工程設計的一種理想方法,精度高、效率高,更重要的是無須等到安裝調試結束就能知道工程設計結果。它是應用計算機,借助于實用專業軟件,對廳堂、體育館(場)、會議室的擴聲系統的聲學特性進行計算機輔助設計(CAD)的。

聲學特性計算機設計系統有非常好的可信度和精度,在輸入廳堂的建聲數據足夠準確時,其計算數據與最后電聲實測結果相比較,誤差可控制在1分貝以內。對工程設計和安裝調試而言,這已經足夠,同時它還具有很好的設計安裝調試指導性,這在以往的工程設計中得到了良好的驗證。采用聲學CAD計算機系統來設計本系統廳堂的聲學特性,就意味著,無須等到系統安裝、調試和測量完畢之后,就能知道其設計和安裝調試結果。換句話說,依據本設計方案所給出的音響系統及設計計算結果,已清楚的看到了該會議室預期的擴聲系統聲學特性。

本設計方案是采用EASE4.0系統軟件,并根據《廳堂擴聲系統聲學特性指標》(GYJ25-86);《廳堂擴聲特性測量方法》(GB/T4959-1995);《客觀評價廳堂語言可懂度的RASTI法》(GB/T14476-93)進行設計計算,其結果可見我們在以后提供的“擴聲系統聲學特性設計計算及聲場分布展示圖”。

1)建聲原則

混響合理,聲音擴散性好,沒有聲聚焦、沒有可聞的振動噪聲、沒有死聲點。

2)室內裝修注意事項

調不能導致會議或演出時太昏暗, 避免擴聲區域內出現中空較大或支撐較差的腔體結構,避免大面積玻璃窗,不要將石膏天花板直接安裝在鋁合金槽里,要有隔聲處理,采用吸音板裝飾室內內墻。

3)室內聲學特性的基本要求

具有合適的響度:響度大于103dB。

4)聲能分布均勻

在觀眾席的各個座位上聽到的聲音響度應比較均勻。通過音質設計,應該能使觀眾席各個區域的聲壓級差別不太大,室內聲場不均勻度應控制在高低約3dB之內

5)滿足信噪比要求

噪聲對人們的正常聽覺產生干擾和掩蔽作用。不同用途的室內聽音環境,其充許的噪聲級不盡相同,通常在室內最小聲壓級的位置上,信噪比應該大于30dB。

6)保證室內各處頻率響應均衡

室內音響系統應保證各處頻率響應均衡,要求125--4000HZ內起伏為6--10dB,100--8000HZ內起伏為10--15dB。如果室內存在聲聚焦、死聲點、駐波、聲共振等聲學缺陷,就會破壞頻率均衡。

7)廳堂的建聲合理比例

選擇合適的自然混響時間:參照音樂廳 1.8-2.4S。

三、音頻系統的組成和作用

1)傳聲器:中高檔的動圈傳聲器可作表演用,中檔或低檔的可用于卡拉OK。樂隊或樂隊的小提琴、鋼琴或架子鼓樂器可使用電容傳聲器。為了減少電纜線帶來的麻煩可使用無線傳聲器。它是動圈傳聲器加放射器、袖珍式多為駐極式傳聲器加放射器,其技術指標比同檔次的有線傳真器略低。本方案主要用于會議,因此配幾支會議話筒是非常必要的,或根據情況配一套手拉手會議系統。本方案采用的就是SING帶視像自動跟蹤的手拉手會議系統。

2)調音臺:它的主要作用是將來自各種音源(傳聲器、CD機、LD錄音座等)、各種電聲樂器(電子琴、合成器、電吉他、低音結他等)、各種周邊設備的音頻信號按要求進行混合處理;對各路聲信號進行一定的修飾、補償;按要求將聲信號分成多組輸出。一般報告廳可用 8~16路調音臺,如果主席臺大可坐的人員多,可以選擇路數多一些的。調音臺的技術指標和調試的好壞直接關系到聲音的質量和系統的噪聲。

3)均衡器:均衡器是一種可以分別調節各種頻率成分電信號放大量的電子設備,通過對各種不同頻率的電信號的調節來補償揚聲器和聲場的缺陷,補償和修飾各種聲源及其它特殊作用,一般調音臺上的均衡器僅能對高頻、中頻、低頻三段頻率電信號分別進行調節。均衡器在實際應用中可以校正室內本身的共振特性不均勻而產生的頻率傳輸特性的缺陷和擴聲設備產生的頻率畸變(主要是揚聲器、傳聲器等),可以修飾樂器和演員的音色,提高藝術表演效果。

4)壓限器:壓限器是壓縮與限制器的簡稱。壓縮器:是一種隨著輸入信號電平增大而本身增益減少的放大器。限制器:是一種這樣的放大器,輸出電平到達一定值以后,不管輸入電平怎樣增加,其最大輸出電平保持恒定的放大器。該最大輸出電平是可以根據需要調節的。壓縮器與限制器多是結合在一起出現,有壓縮功能的地方同時也就會有限制功能。歌手的嗓音作為音源,雖然其聲壓有限,但是有一個非常重要的因素使得麥克風所檢拾到的信號電平變化極為強烈,這個因素就是麥克風與演唱者嘴的距離,距離越近信號就越強。這種變化有的時候能夠達到遠遠超出放大器的極限的情況出現,于放大器來說就容易出現削頂失真,當然這種情況除了發出難聽的聲音以外,還容易燒毀高音揚聲器。對于多數的演唱者很難控制這個距離的,所以經常聽見因為距離過近,而出現的過量失真,當然聲音十分難聽,近乎于破著嗓子咆哮。壓限器的使用,就可以基本上解決這個問題,避免了信號過強造成的麻煩。

5)反饋抑制器:反饋抑制器在擴聲系統中的作用非常重要。擴聲系統在使用過程中如果將話筒音量進行較大的提升,音箱發出的聲音就會傳到話筒引起的嘯叫,這種現象就是聲反饋。聲反饋的存在,不僅破壞了音質,限制了話筒聲音的擴展音量,使話筒拾取的聲音不能良好再現;深度的聲反饋還會使系統信號過強,從而燒毀功放或音箱(一般情況下是燒毀音箱的高音頭),造成損失。所以,擴聲系統一旦出現聲反饋現象,一定要想方設法制止,否則,就會貽害無窮。能否消除聲反饋是衡量一個音響師技術水平的重要標志,在反饋抑制器出現以前,音響師往往采用均衡器拉饋點(衰減反饋頻率)的方法來抑制聲反饋。擴聲系統之所以產生聲反饋現象,主要是因為某些頻率的聲音過強,將這些過強頻率進行衰減,就可以解決這個問題,但用均衡器下拉可產生以下難以克服的不足:一是對音響師的聽音水平要求極高,出現反饋后音響師必須及時、準確地判斷出反饋出反饋頻率和程度,并立即準確無誤地將均衡器的此頻點衰減,這對于經驗不豐富的音響師來說是難以做到的。二是對重放音質有一定的影響。現有31段均衡器的頻帶寬度為1/3倍頻程,有些聲反饋需要衰減的頻帶寬度有時會遠遠地小于1/3倍頻程,此時,很多有用的頻率成份就會被除掉,使這些頻率聲音造成無法挽回的損失。三是在調整過程中有可能燒毀設備。用人耳判斷嘯叫頻率是需要一定時間的,假如這個時間過長,設備應付由于長時間處于強信號狀態而損壞。使用反饋抑制器就可以完全解決這個以上問題,即可以有效地消除反饋,又不會對重放音質造成影響,故其優越性是顯而易見的。

反饋抑制器是一種自動拉饋點的設備,當出現聲反饋時,它會立即發現和計算出其頻率、衰減量,并按照計算結果執行抑制聲反饋的命令。在會議中,特別是較大型、重要的會議應該使用,可使系統不過載,不產生過激失真。

6)功率放大器:它是將弱小的電信號進行電壓和電流(功率)放大直接推動揚聲器,由于它是大功率輸出設備,負載又是以電感為主的揚聲器,使用不當容易出故障。為了保證擴聲系統的正常使用,主功率放大器的選擇要和音箱匹配,當阻抗一致時,一般功放的額定功率可選用相當于揚聲器額定功率的1.5~2倍為宜。

7)揚聲器:是擴聲設備的最后的重要環節,它把電功率信號還原為聲信號,所以也是關鍵環節,會議廳中使用的全頻帶(從低音到高音)的二、三分頻的組合揚聲器箱。

8)音源:可根據用戶需要配置CD機、MD機、錄音卡座、DVD機或錄像機。

 

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