会议音响系统方案优化设计

2022-08-02林兰平

电声技术 2022年6期

林兰平

（福州市委市政府会议保障中心，福建福州 350001）

0 引言

通常，音响系统是由硬件系统、软件系统、听音环境以及听觉系统等四部分组成。不同的活动对音响系统的要求不尽相同。会议场所音响系统注重的是声音质量与系统可靠性，因此对音响系统的组成及声学特性提出了更高的要求。本文将结合福州市委礼堂会议室的音响优化方案，介绍音响相关理论，使该优化方案在系统组成上达到一个更高的水平，以满足新形势下的会议保障需求。

1 音响方案设计的基本理论

从设计理论的角度来看，音响系统方案设计从属于产品设计，而系统方案设计理论广泛应用于产品设计中，其中系统一词最早来源于希腊语，即部分构成整体的意思。

1.1 音响元素设计的特点与层次

为了更好地对音响元素与音乐、语言元素加以区分，通常人们认为音响元素是没有通过音乐秩序组织编排的声音，不具备语言性和音乐性，但是音响具备它独特的表现力。音响是人们日常生活中所常见的且最熟悉的设备，也可以将它理解为一种声音元素，而这种声音元素源自自然界和人类生活的各个方面。它的表现力极为宽泛，是跨语言性和音乐性的。

对于音响元素，一般从环境层面、动作层面、情绪层面这三个层面进行设计。从环境层面设计，是改变主体在听觉环境中所存在的主要方式，在特定的场景下，将所包含的声音进行处理组合，所呈现的效果不只是一个单项的发音源，而是听觉元素的汇总。从动作层面设计，是对具体事物的塑造或描绘事物形象的重要手段，人们利用物体振动发声这一原理，对不同物体发出的声响加以处理组合来极大还原音源的特点，通过展示音源发声的过程为塑造事物形象添加合适的、具体的声音形象。从情绪层面设计，人们情绪的多样化可以为音响设计提供新颖的想法。例如，乌鸦的叫声会让人有一种凄惨、悲伤的感觉，跑步急促的呼吸声、脚步声会让人有紧张不安的感觉。这种暗示性、代表性的声音所要表达的情绪，可以通过作品的形式潜移默化地传递给观众。

1.2 听觉效应的应用

声音从产生到被人们听见，是一个复杂的感知过程，经历了物体振动发声到人的感觉到人的感知。在整个过程中，感觉是被动发生，感知是主动生成，感知将感觉所提供的信息进行处理整合，从而形成映像。利用人类丰富的听觉感知，为声音创作提供缜密的创作逻辑，这也是声音创作的基础。

人们常接触到的听觉效应有两种。一种是鸡尾酒会效应，也叫人耳的选听效应，具体表现在当声音传入人们耳朵时，听觉系统开始接受不同的信息并反馈给大脑，大脑发出指令开始处理并过滤这些信息，有选择性地将有效的、重要的信息进行保留，并对该信息做出相应的反应。可以理解为，大脑对声音所传达的信息进行分辨处理后，判断是否要对该声音传达的信息做出反应。鸡尾酒会效应可以让人们有意识地去协调声音间的比例，满足观众的需求。当需要有意识地强调某个声音的时候，人们会选择调整音量、音频等方式将声音凸显出来。例如，想要在商场内营造过年的氛围时，可以在嘈杂的环境内添加一些过年类的乐曲。另一种听觉效应是掩蔽效应，指的是被掩蔽的声音因为掩蔽声音的存在而提高。可以理解为，掩蔽音的存在，使人们对被掩蔽音的感知能力下降，从而提升被掩蔽音的声音。影响掩蔽效应的原因可能是频率因素、响度因素、时间因素这三个因素，且在通常情况下，掩蔽效应的产生往往是因为响度与另一个因素相互作用或三个因素共同作用所产生的结果。

2 不同建筑的建筑环境分析

2.1 内部建筑结构

会议室的建筑结构与其他的演播室以及剧院不同。例如，剧院在建造完成以后，由于其结构较为复杂，还需要处理舞台和观众席之间的关系，特别是舞台的灯光以及音响等系统的设计较为灵活。但对于以会议为主要功能的多功能厅而言，其音响系统处于最为重要的位置，需根据会议室的整体结构进行音响系统方案的设计，才能确保良好的会议效果[1]。

2.2 建筑声学环境

演播室或剧场更注重过滤背景噪声、控制混响时间以及根据不同的装修材料来控制频响特性。以会议为主要功能的多功能厅虽然有别于专业的剧院以及演播室，但可以参考部分声学指标上的要求，规划好会议室的建声装修。例如，应具有均衡良好的频率传输特性、平直的自然声混响且声能均匀分布；不应出现声聚焦、声失真、声影、长延迟反射声、颤动回声等声学缺陷以及不必要的干扰噪声和振动。需注重的是语言的清晰度、还原度，常采用强吸声处理以缩短混响时间。不同的功能需求决定了其各自的建筑形态和建声环境，而建筑声学环境是电声系统的基础，不同的体积、建筑结构以及建筑声学特性等使得多功能厅在音响设计上也有所不同。本文以福州市委礼堂会议室为例，在建声设计上，它的墙面和顶棚绝大部分表面是通过软包和穿孔板吸音材料来解决空间存在的声学问题[2]。

3 音响系统方案设计原则和架构

3.1 设计原则

在设计多功能厅的音响系统方案时，需对其具体的使用功能及环境进行通盘考虑。如何最大限度地还原现场的声音，保障主席台的声音不失真地传播给台下的观众，是音响系统设计与优化的关键。使用高保真的传声器、高性能专业的调音台，并结合监听扬声器，对还音进行信号调整，不仅能够使得台下的观众听到不失真的声音，还可以让线上的听众也能准确地收听到更高还原度的会议声音。尤其在当前疫情多发的背景下，全国省市视频会议频次不断增多，对声音的实时性要求越来越高，所以设计上还要做好系统的备份工作。

3.2 系统架构

确定音响系统的设计原则后，还需明确音响的系统架构。典型的系统架构分为音源部分、音频处理部分、扩声部分及周边设备等。音源部分主要有有线话筒、无线话筒、CD、DVD 及视频会议终端等，音频处理部分主要包括数字调音台和音频处理器，扩声部分主要包括功放和音箱，周边设备主要包括电源时序器和天线放大器等。音源设备的电信号进入调音台，通过调音台进行放大、混合、再由调音台路由给音频处理器，通过音频处理微调给到功放设备，再由功放设备放大给到音箱，通过音箱把电信号转换为声信号，最终将音源信号放大还原出来[3]。典型系统架构如图1 所示。

图1 典型音频扩声系统架构图

4 市委礼堂一楼音频系统现状

福州市委礼堂一楼会议室由于建设年代久远，其音响设备已难以满足当下的需求。现有音响系统建于2011 年，部分设备内的电子元器件已出现老化、损坏，系统组成老旧，端口容量不足，无法适应目前各项会议需求。会议室现有两套扩声系统，常用为KV2 扩声系统，备用为EV 扩声系统。两套系统独立工作，采用两套播放设备进行手动备份，备份方式无法做到不间断、无缝切换。两个调音台，一张为数字台，一张为模拟台，不能做热备份，故障风险大幅上升，在应急情况下无法有效保障现场会议正常进行。会场如图2 所示。

图2 会议室效果

5 会议音响系统方案优化设计

5.1 总体架构设计

市委礼堂承担着市委、市政府日常重要工作会议，除了需要具备良好的音质效果，还要保证系统的安全性能。结合音响方案设计理论以及建声环境，本文提出会议音响双系统热备份的优化方案，采用数模双备份信号链路设计，自动无缝切换，做好整体声场配置，提升系统品质。具体方案架构如图3 所示，系统连接如图4 所示。

图3 系统总体架构示意图

图4 数模双备份系统图

双系统热备份能够在出现故障时实现快速的切换，并通过简化链路，由功放进行主备信号切换及音频处理。这种系统备份是比较安全可靠的[4]。

5.2 优化设计要点及关键技术

5.2.1 数模双备份信号链路

前端所有音源信号进入无源音分器，通过无源音分器每路一分二输出至主备数字接口箱输入接口。主备接口箱通过超六类网线连接主备数字调音台，其中主控数字接口箱配置数字信号输出卡将数字信号送至数模双备份功放的数字输入接口，另一备份数字接口箱配置模拟信号输出卡将模拟信号输出至数模双备份功放的模拟输入接口，从而实现在功放端具有数字与模拟信号输入双备份功能。

5.2.2 音源部分

音源主要来自播放器、视频会议终端以及根据各种会议场景配置的手拉手与双备份的话筒。值得注意的是，由于引入了分配器，它也可能成为故障发生的节点，因此应选用无源分配器，采用纯电路设计，具有较高的安全保证。

5.2.3 音频处理

音频处理部分采用主备数字调音台备份。两套数字调音台其中一套作为主控制台，另一套作为备份控制台。两套数字台通过超六类网线做同步热备份，实现主控制台在操作时备份控制台执行主控制台所有的操作动作。主台系统采用AES3 输出，备份台系统采用模拟输出，同时都送给带DSP 的数字功放，由功放内部功能实现两套调音台的信号无缝切换备份，且功放内置音频处理功能，主备调音台的同步信号直接进入功放进行音频处理及主备信号切换，这种方式的链路最为简化，稳定性最高，单台功放损坏不会影响整套系统的使用进程。

5.2.4 功放双备份简介

功放输入信号默认首选为数字信号，通过内置数字时钟发生器对数字信号实时采样、进行信号比对，来判断数字信号的工作状态。当采样信号异常，功放自动切换至模拟信号输入，执行备份调音台的信号。

5.2.5 声场配置

整体声场配置高品质左、中、右主音箱各1 只，前区、后区补声音箱共15 只，做好观众席的前后区和前区发言席的精细覆盖，提升系统品质和话筒音量。舞台固定返送在灯杆上安装8 只音箱，均匀覆盖主席台区域，满足主席台听音需求，提高发言人的听感。