声学增益的计算

第三节　声学增益的计算

扩声系统的参量应能产生比我们的需要更大的增益，简单的方法是把声压降到一个合适的点。但我们需要一些方法，可以事先决定需要多大的增益才能避免系统不出问题。其中一种方法是指定等效的值，或有效的声学距离(Effective Acoustical Distance， EAD，如图4-6所示)。可以认为扩声系统是将说话人向听音人有效地靠近。在安静的环境中，我们可以认为说话人距听音人的距离并不太近，即3m远。这就是说，可简单认为，对于在D₀处的听音人而言，扩声系统产生的响度接近距离其3m处的实际讲话人的响度级。达到这一要求的必要增益，可从D₀和EAD间的反平方关系计算出来：

图4-6　有效声学距离(EAD)

必要增益=20logD₀-20log EAD

在前面的例子中，D₀=7m。现设EAD=3m，则

必要增益=20log(7)-20log(3)=17-9.5=7.5dB

假定扬声器和传声器都是无指向性的，则我们希望的最大增益为：

最大增益=20log(7)-20log(1)+20log(4)-20log(6)-6

　　　　=17-0+12-15.5-6

　　　　=7.5dB

正如我们所看到的，必要增益和最大增益都是7.5dB，因此系统可以正常工作。如果我们指定噪声环境下的系统需要更短的EAD，那么系统将没有足够大的增益。如果EAD为1.5m，则需要比6dB更大的声学增益。正如我们已讨论的那样，采用指向性传声器和指向性扬声器将为我们提供需要的6dB增益。简单而有效的解决方法是将D_s减小到0.5m，以取得6dB增益的增量。

总之，在室外系统中，如果语言的峰值声压级比A加权的环境噪声声压级高出大约25dB，就能获得满意的可懂度。通常人们在交谈时，在1m距离处的声压级为60dB-65dB。所以在环境噪声有50dB的声压级时，语言的峰值声压级达到75dB-80dB才能获得满意的可懂度。这时要求EAD接近0.25m，计算如下：

1m时的语言声压级=65dB

0.5m时的语言声压级=71dB

0.25m时的语言声压级=77dB

在室外系统中，为了满足这些要求，必须做以下工作，以便使系统正常工作。

首先，计算出必要的声学增益：

必要增益=20logD₀-20logEAD=20log(7)-20log(0.25)=17+12=29dB

正如我们在此前的例子中看到的那样，系统考虑6dB的安全因子时，只有7.5dB的最大增益可供使用。如果采用指向性传声器和指向性扬声器，则可以将其再提高约6dB，使最大增益为13.5dB，这比实际的要求还缺约16dB。

为了取得要求的增益，必须使用手持式传声器；要想增加16dB的增益，Ds必须减小到如下计算得到的数值：

16=20log(1/x)

16/20=log(1/x)

10⁸=1/x

所以：x=1/10⁸=0.16m(6in)

使用手持式传声器的问题是，很难保证传声器与嘴部之间的距离保持固定不变，这时系统的增益会因声源与传声器间工作距离的微小变化，而产生非常大的变化。通常较好的方法是采用点传声器，使用者每人佩戴一个。在这种情形下，最好使用连接到头戴耳机上的可转动传声器，这样可以获得最小的Ds值。目前，这种类型的传声器在舞台演出中的应用很普遍，很大程度上是因为大多数流行歌曲和乡村歌曲演员都使用它。另外，简单的领夹式传声器也有不错的效果。

思考题：

1.什么是有效的声学距离?它在设计和研究扩声系统中的作用有哪些?

2.什么是扩声系统的声学增益?它与哪些因素有关?传声器和扬声器的指向性对声学增益的影响有哪些?