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谈谈我国专业音响和工程应用的发展与现状

信息产业部电视电声研究所      王福津

 

半 个多世纪以来，伴随文化、体育等建设事业的发展，科技的进步以及我国综合国力的不断提高，我国专业音响和工程应用取得了长足的进步特别是改革开放以来得到 了飞速的发展。下面从专业音响产品与工程应用；专业音响系统工程设计以及专业音响系统声学标准与测试三个方面进行简要的阐述。

一．专业音响产品与工程应用

我国专业音响与工程应用的发展按时间顺序划分大致可分成这样几个阶段：

1．解放初期至文革前阶段

这个时期新建的专业剧场和体育场馆为数不多，以北京为例主要有：

建于1959年的北京工人体育场；

为举办第26届世乒赛于1961年兴建的北京工人体育馆；

天桥剧场始建于1953年，是新中国成立后第一家剧院；

隶属于北京人民艺术剧院的首都剧场1955年交付使用。

而大多是一些社会上或单位的俱乐部或礼堂。当时的文艺团体演出基本上不使用扩声，只是会议使用一些简单的“扩大”通常采用的是带收音、前级的电子管功放“一体机”。

2．文革至改革开放初期阶段

文革期间的“样板戏”为了“突出英雄人物”在演出中开始普遍使用扩声，当时的音响器材基本上都是国产产品。可以这样的说“样板戏”为文艺团体演出使用扩声“开辟了先河”。

1974年第四机械工业部为配合中央乐团出国演出，组织了6个省市18个厂家在半年左右的时间里研发、生产了我国第一套专业音响产品，后来有人把它称之为“零的突破”。具有代表性的器材是：CR1-1、CR1-3、CR1-5话筒；20瓦两分频音箱；DK-100电子管功放和16路前级等，这套器材后来被广大文艺演出团体所采用。这套专业音响产品的研发和生产为后来的国产设备的发展奠定了一个初步的基础，也可以说是我国专业音响系统产品发展的“初级阶段”。

1982年前后，国外的专业音响产品开始进入我国具有代表性的品牌有：PEAVEY、EV和JBL等。

1984年前后成套进口的专业音响系统产品开始在我国剧场中使用如：总政的中国剧院、新疆自治区人民会堂、深圳市政府会堂等。

1987年初由电子工业部和文化部组成的联合调研组对北京、天津、江苏、上海和杭州等地生产专业音响(含整机、传声器和扬声器)的企业进行了较全面调研。针对专业音响产业的崛起于同年8月由电子工业部牵头成立了中国电子音响工业协会第七分会即“专业音响分会”，当时的会员单位有：电子工业部的研究所、北京、上海、江苏、天津和杭州等14家生产整机(调音台、功放等)的企业组成。“专业音响分会”就当时国产设备品种少，普遍水平较低和使用外汇等问题提出了许多积极的建议，对后来我国专业音响设备的发展起到了积极的推动作用。同时也为我国专业音响行业培养人才、积累经验、引进消化国外先进技术和产品打下了一个很好的基础。

我们知道，高水平器件(传声器、扬声器等)的发展依赖于新的材料和先进的加工工艺；同样高水平的整机(调音台、功放等)的发展依赖于新的器件和先进的加工工艺。那个年代由于我国的工业基础比较落后专业音响系统产品的发展受得了较大的制约，例如：晶体管功放因缺少专用的大功率输出管只能用12吋黑白电视机行输出管来代替；音箱中的高音号筒振膜仍然停留在铝质材料，还不具备使用钛合金材料的条件等等。

1990年9月22日至10月7日在北京召开的第十一届亚运会，北京要新建和改建体育场馆26个。后来由于多种原因，增至33个。启动亚运场馆建设是在1986年的下半年，此时距亚运会召开还有4年。由于当时的财政资金严重缺乏，所有新建和改建体育场馆的音响系统器材特别是主系统绝大部分都是国产产品。

需要指出的是，这个时期我国的专业音响系统产品有了长足的进步，告别了早期的“电子管时代”。传统的“大号筒”已被两分频、三分频全音域音箱，恒定指向性号筒和宽带声柱所代替；简单的“前级”被带有编组输出的调音台所代替等等。

3．改革开放至二十世纪末阶段

这 个阶段有两个鲜明的特点，一是改革开放后“通俗音乐”和各种类型的演唱会在我国快速兴起；二是全国各地新建和改建的剧院、会堂、体育场馆等设施迅速发展， 因而带动了专业音响系统器材和工程应用的使用需求。工程应用中大量涌入了国际上众多品牌的专业音响系统器材，这个时期的音响系统仍处在模拟系统时代。

4．进入二十一世纪阶段

进入二十一世纪以来，由于我国综合国力的提高，文化、体育等建设事业的迅猛发展，专业音响系统工程应用形成了“空前的大发展”时期。文化、体育建设事业的发展是带动专业音响系统工程应用的重要方面。举例如下：

(1). 以国家大剧院为代表的“大剧院”

今 年刚刚竣工的北京中国国家大剧院和近几年来全国许多省、市也纷纷兴建了一大批地区的“大剧院”或“艺术中心”，如：杭州大剧院、广东东莞大剧院、上海东方 艺术中心、武汉琴台大剧院和正在建设中的青岛大剧院等等；以及近期一些电视台正在兴建的电视演播剧场，如：中央电视台演播剧场、北京电视台演播剧场和江苏 电视台演播剧场等。

(2). 北京2008年奥运会

自2001年北京申办2008年第29届奥运会成功，北京地区需要新建或改建的比赛场馆有31个。其中12个是新建场馆，11个为改扩建场馆，还有8个是临时场馆。

(3).平均每四年一届的全国运动会

截止到2005年我国已举办了十届全国运动会，平均每四年举行一次，每届全国运动会也带动了地区体育设施建设与发展。仅以第九届和十届全国运动会为例：

第九届全国运动会于2001年11月11日至11月25日在广东省举行，新建主要场馆11个，改建、维修场馆45个，共为九运会提供122个比赛、训练场馆。新建的可容纳8万人的广东奥林匹克体育中心体育场承担九运会的开幕式和田径比赛。

第十届全国运动会于2005年10月12日至10月23日在江苏省举行, 新建22个场馆中省级17个，市级5个。省级场馆维修改造主要集中在江苏省五台山体育中心。南京奥体中心是第十届全国运动会的主赛场，主要包括主体育场（含热身场）、体育馆、游泳馆、网球中心、新闻中心。体育场观众席位有60000个在此举办十运会的开、闭幕式以及田径、足球比赛。

(4).平均每两年一届的中国艺术节

截止到2007年我国已举办了八届中国艺术节，平均每两年举行一次，每届中国艺术节带动了地区文化设施的建设与发展。仅以第七届和八届中国艺术节为例：

第七届中国艺术节于2004年9月10日至9月26日在浙江省举行，为本届艺术节需要提供的演出场所共计42个，新建和改建的演出场馆各21个。其中杭州大剧院、绍兴大剧院、宁波大剧院、嘉兴大剧院等都是新建的剧场。

第八届中国艺术节于2007年11月5日至11月20日在湖北省举行，主会场在武汉市。为本届艺术节提供新建和改建的演出场所共计35个。由武汉市政府投资十五点七亿元人民币的琴台大剧院是第八届中国艺术节的主会场。

综上所述，这么多的文化、体育设施需要配备大量的专业音响系统。进入二十一世纪以来，国际上知名的专业音响系统器材大量涌入中国市场，几乎涵盖了国际上最先进的产品，也可以说做到了“充分的与国际接轨”。例如：德国 STAGETEC-AURUS、德国 LAWO-MC82、瑞士 Studer VISTA的数码调音台；美国Meyer Sound、EAW、R&H、JBL、EVI、德国K&F、D&B Sound和法国L-ACOUSTICS的音箱和线阵列扬声器系统；美国EVI、CROWN带DSP处理器的功率放大器等等。

当今，科技发展迅猛，电声系统与设备更新换代很快，新技术与新产品不断涌现。目前正处于模拟技术与数字技术交替发展时期，数字音频网络较之传统的模拟系统越来越显示出它的优越性。我们知道,数字系统的信号噪声比高、动态范围大、系统功能强大、系统扩展能力和系统集成控制能力强。信号以光纤为载体进行传输,不仅信息量大而且抗干扰能力和可靠性强,通常多模光纤和单模光纤传输的距离分别为1Km和100Km,每一条光纤可传输上百路音频信号。因而传统的模拟式电声系统正逐渐被数字式系统所代替，这一趋势已成为科技发展的必然

国内外以数字式调音台为主体的数字音频网络化，在电台、电视台的录播系统中已得到广泛使用。在扩声领域国内已有剧院和体育场馆(如国家大剧院、鸟巢体育场等)开始设计使用数字音频网络系统，为了安全和使用方便大多同时配置一套模拟系统来备份，总体上积累的经验还不多。    

扩声采用数字网络系统需要注意的主要问题有：系统的安全可靠性、冗余备份量、传输速率和带宽、DSP处理器的性能和水平以及光钎网络拓扑结构的合理性等。此外，所选择的数字式调音台在操作界面上，应具有模拟调音台现场调音的简便与直观，总之要‘选对’产品和合理的设计。

近几年来，国际上出现了一种内置数字信号处理器的功率放大器，它综合了数字处理、网络控制、系统监测和功率放大功能于一身，并有很强的模块式扩展能力。典型的品牌产品有：EVI、QSC和CROWN-IT的网络功率放大器。这种新型的功率放大器通常还同时带有模拟和数字两个输入端口，为扩声系统配接提供了方便，特别是系统中同时有数字调音台和模拟调音台的使用情况。带有DSP的功率放大器在系统中的使用，进一步简化了系统信号处理器的配置，由通常的两次A/D,D/A(模数，数模)转换可一次完成，有利于提高系统信号传输的质量和系统的可靠性。

进 入二十一世纪，我们的国产专业音响系统产品也有了很大的进步和提高，这是令人鼓舞和可喜的。我们一些生产传声器、扬声器和功率放大器的厂家在引进国外先进 技术、生产线、产品质量控制和测试手段等方面做了大量的工作。有些厂家出口的专业音响产品总价值每年在上亿或几亿元人民币。当前国产专业音响产品如：传声 器、扬声器、功率放大器和信号处理器等产品性能的一致性和可靠性已得到了较好的解决，完全可以替代国外进口的产品满足大部分体育场馆固定安装扩声系统的使 用，以北京2008奥运会部分体育场馆工程项目举例如下：

此次改建的北京首都体育馆(观众座席18,000人)是 2008北京奥运会排球比赛场地；北京工人体育馆(观众座席12,000人) 是2008北京奥运会拳击比赛场地；北京工人体育场(观众座席64,000人) 是2008北京奥运会足球比赛场地。三个场馆的固定安装扩声系统全部采用了广东三基音响企业集团β3(贝塔斯瑞)的系列产品。

当前国产专业音响产品以扬声器(或音箱)为例，在重放音乐类节目的音质(或音乐表现力)方面尚未形成自己的特色，或者说与国外知名品牌产品仍有较大的差距，是需要进一步努力的方向。

二．专业音响系统工程设计

扩声属于应用声学的范畴，无论是室内或是室外扩声都不能脱离使用扩声所处的声学环境(或声场)，因而扩声系统设计的根本问题是声学问题。

以剧院扩声为例，观众厅扩声系统设计，首先要考虑的是与扩声系统设计密切相关的厅堂使用对象、建筑形式、建声设计、舞台装置和设施以及表演艺术的形式与要求等等。在充分了解了这些基本条件和要求之后进而才是扩声系统设备的选型与配置。

观众厅扩声的最终效果是建声与电声综合效果的体现，它是在建声的基础上完成扩声声场的分析与设计计算工作，所以说扩声系统设计的根本问题是声学问题。扩声系统设计首先应从扩声声场入手，亦即扬声器系统的布局(空间位置)、产品选择(含组合)以及馈给的功率等，可以借助计算机辅助设计声学软件对多种方案进行分析与比较，由此给出扩声系统声学特性的相关数据。在此基础上，最后才是扩声系统的构成和设备(或器材)的配置。

扩声声场设计是扩声系统设计的根本。无论是室内或是室外扩声，其扩声声场都或多或少存在声干涉，这是不可避免的。扩声声场声干涉的存在，会影响到扩声的语言清晰度和音乐的明晰度，有损于扩声重放的音质效果。

现代扩声设计已不再“满足”于一般意义上的扩声声压级和声场不均匀度等，而十分注重扩声声场的声干涉问题，在设计中应力图把声干涉减到最小，获取一个“干净”的扩声声场，这是现代扩声设计的重点。

近些年来，国内外在室内外扩声系统设计中，广泛使用EASE、MAPP和BOSE等软件进行扩声声场模拟对扩声系统声学特性进行辅助设计。EASE是一个通用型软件它涵盖了国际上几十家知名扬声器厂商的扬声器数据库；BOSE软件是该公司自行开发仅含有BOSE扬声器的数据库因而只能对BOSE扬声器进行设计与计算，该软件更推崇可听化的声场模拟；MAPP软件是美国Meyer Sound公司针对自己的产品开发的软件。据称Meyer认为对混响场的模拟与计算误差过大实际意义不大，因而该软件仅对直达声声场进行模拟与计算，软件在设置上分度更细具有更高的准确性。那么，我们应当如何正确把握这些设计软件的应用？下面重点谈谈EASE软件。

(一).EASE软件的简要历程

以室内扩声为例，大约在二十世纪八十年代中期以前,扩声系统计算机辅助设计(CAD)尚未达到实用阶段，那时的扩声声场设计常借助经典公式或几何声线作图法来完成，这些方法大多只能估算。应用计算机对扩声系统声学特性进行辅助设计的实用软件源于美国八十年代中期，以后国际上知名的公司相继开发出能适应不同品牌扬声器数据库的CAD软件，并不断完善计算方法和结果展示。当时最具代表性的有： 美国JBL公司的CADP-2、飞利浦公司的THE PHD PROGRAM、美国BOSE公司的 THE BOSE SPEAKER、美国 MARK Ⅵ’集团的 ACOUSTA CADD软件等等。早期的扩声系统声学特性计算机辅助设计软件大多是DOS版本和专用扬声器数据库(如JBL、BOSE等)。德国 ADA声学设计公司于上个世纪九十年代初开发了EASE2.0软件，这是在许多国家注册的商品化软件。它与以前的软件相比在计算内容上更加丰富、更加完善，该软件的扬声器数据库是开放的，并含概了国际上几十家知名品牌扬声器的数据库，九十年代以来该软件在国内外得到了广泛的使用。

二十世纪九十年代末，ADA公司在EASE2.0(DOS版本)的基础上升级并开发出EASE3.0模拟软件，这是一个在Windows环境下运行的软件。显然，Windows的界面、视窗等等在EASE3.0中得到了充分的体现，对于声学模型建立、较复杂图形(需要较大内存)的计算、图形展示和屏幕打印等都优于 DOS版本的EASE2.0计算软件，但就基本的计算内容而言两者没有很大区别，只是在数学模型中增加了一些计算公式也相应地增加了一些计算内容。

2002年8月ADA公司又推出了EASE4.0版本，EASE4.0延续了EASE3.0版本的所有功能并做了很多改进，主要有：人性化的用户界面、更为方便的模型导入和导出、更加丰富的音箱数据库，特别是增加了线阵列扬声器系统的数据库。换句话说EASE4.0可以计算线阵列扬声器系统的扩声数据，这是EASE3.0版本所不能完成的等等。目前国内外广泛使用EASE软件进行扩声声场模拟。

(二).扩声系统声学特性CAD计算系统的精度

借助计算机对扩声系统声学特性进行辅助设计，不仅可将建声的有关特性与电声作为一体进行，还能给出观众席声学特性的具体数据，完成了定量的设计计算也节省了大量的工作时间。通过CAD可以直观地看到模拟设计的扩声系统声学特性的预期结果，对实际工程具有良好的指导性。但是，我们应该清醒地看到无论是EASE软件，还是BOSE,MAPP软件它们的计算精度、准确性都有一定的局限性，其模拟计算的结果只能供参考。

(三).计算软件是一个很好的工具

当今在扩声系统设计中，国内外广泛使用EASE软件进行扩声声场模拟。扩声系统声学特性CAD计 算系统为声学工作者进行工程设计提供了一种新的方法、快捷的运算，节省了大量的工作时间。计算软件主要是为电声学工作者研究声场、在同一声学环境下对音箱 的选型与布局进行反复比较，并通过展示扩声声场的“走向” 的不同方案对比提供帮助，不能过分“迷信”和依赖这些软件计算的结果。还要指出的是，计算系统只能“遵循”指令来运行，它不能取代设计者对建筑和艺术的深 刻理解；不能取代设计者所具有的声学的、系统的知识和丰富经验。总之，声学模拟软件和计算系统不能取代声学工作者的设计工作，它仅仅是一个很好的工具而 已。

剧院扩声系统是为舞台表演艺术服务的，它为表演艺术提供了一个高品质声音重放的平台。扩声要依据剧院的使用功能定位，给出具有针对性的系统设计以适应不同表演艺术形式的使用需要。近一段时期以来，剧院扩声系统设计有“模式化”的趋势，还出现了一些误导的现象。

剧场观众厅扬声器系统的选择与布局是多种多样的，大多都是“个性化”的设计特别是一些专业型剧场（如歌剧院）和商业型剧场，都紧紧围绕演出剧情和艺术需求来设计音响系统。总之，要最大限度地、最准确地体现出完整的舞台艺术表现力。

关于剧院观众厅“立体声扩声”的问题

近来有人在扩声系统设计中过分强调所谓的“立体声扩声”，即采用左、中、右(LCR)三 个通道的设置，每个通道的扬声器系统对观众席扩声做全场覆盖，由此称之为“立体声扩声”。就这样的布局即便是重放事先已录制好的“立体声”音乐节目，通过 对扩声声场进行定量分析在观众厅座席真正具有立体声效果的区域是在观众席的中央位置，大约只占全部座席的四分之一。在实际演出中所使用的现场扩声不能称之 为立体声扩声，只是左、中、右(LCR)三个声道的扩声。过分强调“立体声扩声”会造成误导。

三．专业音响系统声学标准与测试

(一).剧院、体育场馆常用的声学标准和规范

厅堂扩声特性标准早在1985年前后就已经形成，如：厅堂扩声特性测量方法〔GB 4959-85〕；厅堂扩声系统声学特性指标〔GYJ25-86〕等，后经不断修改目前常用的标准有：

1．厅堂扩声特性测量方法                        GB 4959-95

2．声系统设备互联的优选配接值                  GB/T 14197-93

3．厅堂混响时间测量规范                        GBJ 76-84

4．客观评价厅堂语言可懂度的 “RASTI”          GB/T 14476-93

5．模拟节目信号                                GB 6278-86

6．厅堂扩声系统设计规范                        GB 50371－2006

7．剧场建筑设计规范                            JGJ 57-2000/J67-2001

8．体育馆声学设计及测量规程                    JGJ/T 131-2000

9．体育建筑设计规范                            JGJ 31-2003/J265-2003

                                            《 GB- 国家标准； JGJ－ 行业标准》

在国家标准中凡带有强制性的规定，如有关安全的内容等必须严格执行外，其它更多的条款是推荐使用的内容。

国内在做室内外扩声设计时，就“扩声系统声学特性指标”常常要遵循相应的国家标准或规范。工程业主方在工程招标时，对“扩声系统声学特性指标”亦有明确的要求。

体育场声学特性目前国内尚无成文的规范可循。近来世界足联（FIFA）和德国足协（DFB）的有关资料表明，对体育场观众席扩声最大声压级的要求为105dB左右。

2008北京奥运会对新建或改建体育场馆主扩声系统的声学特性指标要求：

声压级：      正常使用   95dB；  最大声压级(紧急广播) 106dB。

    传输频率特性：语言使用  100Hz～ 5KHz  ±5dB；

                  音乐使用  100Hz～15KHz  ±5dB。

        语言清晰度：  快速语言传递指数 RASTI ≥ 0.5。                    

 

(二). 扩声系统音质控制和系统调试

1．加深对扩声声场‘时域’内容的认识

谈到扩声声场人们会立刻想到扩声声学特性的一些基本参数如：最大声压级、传输频率特性、传声增益和声场不均匀度等。这些特性参数在“总体”上用来衡量观众厅扩声特性(或音响效果)是重要的，但不是充分的。这里我们暂且把它称作“常规参数”或“常规控制”。

就 观众厅扩声，我们可以把观众厅内同时工作的扩声音箱看成是“多点声源”。由于它们安装在空间中的几何位置的不同，在扩声时它们到达观众座席的时间就会不 同，即有时差。时差带来扩声相位的变化形成典型的声干涉，出现梳状滤波效应。扩声声场声干涉的存在，会影响到扩声的语言清晰度和音乐的明晰度，有损于扩声 重放的音质效果。所产生的梳状滤波效应在聆听重放的节目内容，会有明显的“挤压”感特别是高音域部分。这里我们暂且把扩声中形成的“声干涉”和“梳状滤波 效应”称作“细化参数”或“细化控制”。

 2．常规1/3倍频程实时频谱分析仪检测的局限性

扩声系统“常规参数”或“常规控制”通常是采用1/3倍频程实时频谱分析仪进行检测。而使用“1/3倍频程”来检测“细化参数”或“细化控制”由于它的精度不够高，会掩盖或难以发现相位差和梳状滤波效应的存在。依据1/3倍频程实时频谱分析仪进行检测之后，通常也是采用1/3倍 频程图示均衡器来调整或补偿幅频响应曲线，亦即对幅频响应曲线中的谷值部分进行提升而峰值部分进行衰减，尽量将幅频响应“拉平”。但有时通过这样的调整或 补偿之后，往往听感效果反而不好。是因为这样的“幅频均衡”根本不能反映和解决相位差和梳状滤波效应所带来的音质问题，对于掩盖着的相位差和梳状滤波效应 的存在采用这样的“调整或补偿”会使系统调试走入误区。

3．采用SIM系统检测仪调试扩声系统的优越型

SIM (Source Independent Measurement)可译作‘声源独立测量’。

SIM基本上是FFT(快速傅立叶变换)实时频谱分析仪，它是由美国人 BOB McCarthy于1984年研发，经过20多年的不断改进已发展到今天的第三代产品SIM-Ⅲ。

SIM-Ⅲ系统的基本特点：

(1).多通道测试点(通常是三个测试点)，即调音台输出点、系统信号处理后输出点和测试传声器所在的声场位置。当接入相应扩展接口(配件)时，可使用多达8－64只不同位置测试传声器同时接入测试系统逐一进行测试工作；

(2).可使用任何声频信号如音乐、粉红噪声、正弦波等作为测试信号进行分析，因而它可以提供剧场在演出过程中进行测试与分析工作；

(3).高分辨展示即采用1/24倍频程高精度实时频谱分析，因而它可以准确地发现扩声声场可能存在的梳状滤波效应。

采用SIM-Ⅲ检测系统较之通常的1/3倍频程实时频谱分析仪所进行的扩声系统调试，从检测手段和测试精度上更进了一步，能更有效地“细化”出扩声声场中所存在的相位差、时延和梳状滤波效应等。进而有针对性的对系统进行均衡、延时和增益等方面的优化，可使扩声声场的检测更为全面、精准，声干涉会减至最小。

4．主观听音评价的重要性

剧院观众厅扩声系统调试后，要按国家标准进行扩声系统声学特性指标的测量。客观物理量测量是必须的，而主观听音评价也是必要的它是对客观测量的重要补充，常常要根据不同节目源的试听来修正系统调试。客观物理量测量和主观听音评价两者是全面考核剧院扩声效果(或品质)的真实体现。

 

学到了！！