1、 楼宇智能化技术楼宇智能化技术广东工业大学自动化学院广东工业大学自动化学院第八章第八章 智能楼宇的声频应用技术智能楼宇的声频应用技术第一节 扩声系统第二节 智能楼宇的公共广播系统 第三节 智能楼宇的会议系统第四节 智能楼宇的网络声频技术第一节第一节 扩声系统扩声系统一、室内声学基础二、扩声系统的基本组成三、扩声系统的主要技术指标四、音质评价简介五、扩声系统的主要设备六、智能楼宇扩声系统设计七、会议室扩声系统 八、厅堂扩声系统室内声学基础室内声学基础(一)室内声场texttext直达声反射声（一次）反射声（一次）反射声(二次)(1)直达声 直达声是由声源直接到接收点的声音。在传播过程中，这部分声
2、音不受室内界面的影响，直达声的声强基本上按照与声源距离的平方成反比而衰减。(2)近次反射声 近次反射声一般是指在直达声之后相对延迟时间为50ms内到达的反射声。这些短延时的反射声主要是经由室内界面一次、二次以及少数三次等反射后到达接收点的声音，故称近次反射声。(3)混响声 在近次反射声后陆续到达的、经过多次反射的声音统称为混响声。在远场，混响声的声强，对于该接收点的声音强度起决定作用，而且其衰减率的大小对音质有重要影响 。（二）声音的计量1 声功率W为了直接表示声源发生能量的大小，可以引入声功率的概念。声功率是指声源在单位时间内以声波的形式辐射出去的总能量，用W表示，单位为W（瓦）。声源声功率
3、是指在某个有限频率范围所辐射的声功率。（注：声功率应与声源的电功率相区分，电功率是声源的输入功率，而声功率是声源的输出功率。）2 声强I声强是衡量声波在传播过程中声音强弱的物理量。声场中某一点的声强，即在单位时间内，垂直于声波传播方向的单位面积上所通过的声能，记为I，单位是W/m2 。SWI 3声压P 声波在传播过程中，由于传播介质受到压缩，使介质在原有压强的基础上又叠加了一个压强，这个叠加的压强就称为声压，记为p，单位是帕斯卡。任一点的声压都是随时间而不断变化的，每一瞬时的声压称为瞬时声压；某段时间内起伏的声压的均方根值称为有效声压。4声功率级LW 为了直接表示声源发声能量的大小，引用声功率
4、级的概念。声功率级的定义为：式中，Lw 为声功率级，dB；W为声功率，W；W0 为声功率的参考标准，国际上规定选用10-12W。 )lg(100WWLW5声强级LI 声强级的定义为式中，LI 为声强级，dB；I为声强，W/m2 ；I0 为声强的参考标准，国际上规定选用10-12W/m2 。6声压级LP 声压级的定义为式中， Lp为声压级，dB；p为声压，P0 为声压的参考标准，国际上规定选用210-5N/m2 (Pa)。对于大多数（常温、空气中）噪声测量而言，可以近似认为 LpLI 。 )lg(100IILI)lg(200PPLP二二、扩声系统的基本组成、扩声系统的基本组成扩声系统的作用是把自
5、然声源（如唱歌、演奏、演讲等）的声音信号加以增强，提高听众区的声压级，使远离声源的听众也能清晰地听到声源发出的声音,如图所示。扩声系统包括音源及声学环境、调音台、功率放大器、扬声器及其声学环境等四部分。音源及其声学环境调音台功率放大器扬声器及其声学环境三、三、扩声系统的主要技术指标扩声系统的主要技术指标1. 最大声压级Lpm2. 传声增益G3. 声场不均匀度4. 传输频率特性5. 总噪声6. 系统失真7. 语言清晰度四四、音质评价简介、音质评价简介音质评价的术语很多，这里简单介绍几项对音质综合评价的术语。（1）立体感 即声音有层次、有方位、有空间感和距离感、且失真小、动态范围大。（2）丰满 即
6、声音厚实、圆润、有足够的响度和亮度、中高频不缺、低频及中频能量充足，混响声适中，失真小，瞬态响应好。（3）噪声水平 噪声水平低，能提高乐声和语言和清晰度、扩大声音的动态范围，是保真度的重要指标之一。（4）亲切感 即响应合适，混响适度、音域宽广、失真小、噪声低、声音清晰、自然流畅。听音感觉亲切、自然、有如身临其境。这一术语是对音质相当高的综合评价。五五、扩声系统的主要设备、扩声系统的主要设备1. 扬声器及扬声器系统2. 传声器3. 调音台4. 功率放大器5. 声频信号处理设备六、智能楼宇扩声系统设计六、智能楼宇扩声系统设计1. 系统设备的配套考虑2. 各类室内扩声系统扬声器的布置3选定扩声系统设
7、备方案4扬声器总功率的计算5功率放大器输出功率的确定6. 紧急广播分区切换器的设计 1.系统设备的配套考虑系统的主要设备；接线分配箱和分区切换器；楼层分线箱、音量调节器和扬声器；连接导线 .(1)系统主要设备系统主要设备指的是AM/FM调谐器、话筒、话筒放大器、前置放大器、节目选择器、线路放大器、监听器以及自动循环卡座等，是广播音响系统的核心部分。对这些设备的配套选择原则为：产品技术参数(规格) ；采用同一专业生产厂商的套配产品。(2)接线分配箱和紧急广播分区切换器：这种设备主要由简单的电路和开关、接线端子组成，只要求选用质量好的零件就能够满足系统要求。(3)楼层分线箱、音量调节器以及扬声器，
8、满足系统的功能要求即可。(4)联接电缆可分为从接线分配箱到各楼层分线箱及各个负载喇叭的信号电缆和控制电 缆二类。为了减少噪声的干扰、从话筒、CD唱机等信号源送到前级增音机的连接线、前级增音机与扩音机之间的连接线等。0dB以下的低电平线路应该采用屏蔽线。扩音机至扬声器之间的连接线可以不考虑屏蔽，采用多股铜芯塑料护套软线。2扬声器的布置（1）扬声器布置基本原则是：根据厅堂的体型，应用几何声学方法使辐射的声能覆盖整个听众席，使听众席有足够的直达声和前期反射声，并尽可能使声压级均匀。同时扬声器的布置应有利于提高系统的传声增益和节省功率。推荐在大、中型的多功能会议厅、剧院、夜总会以及体型不理想，但声学特
9、性好的场所采用集中一分散式布置扬声器。即以集中为主，分散为辅的布置，也称集中+辅助扬声器方式。把主扬声器集中放置于舞台上方或台口两侧，而把功率较小的辅助扬声器置于后座和楼座天花和（或）侧墙适当位置作补音。为了使楼座不致产生回音和多重声，辅助系统应该适当加入延时。推荐在体形和声学特性均好的剧院，夜总会等文艺演出场所采用集中式布置扬声器。即把扬声器集中布置在舞台上方，台口两侧或同时布置在该两处。推荐在天花板矮、体型狭长的场所采用分散式布置，但应考虑中、后场扬声器的信号需加以延时。 室内扬声器布置方式 a） 集中式 b） 分散式 c） 集中+辅助扬声器式 扬声器主扬声器辅助扬声器a)b)c)扬声器为
10、了提高系统的传声增益，建议舞台上方和台口两侧的扬声器与传声器的相对位置，在厅堂的纵向垂直距离不少于lm。1m扬声器舞台3选定扩声系统设备方案音源调 音 台卡座CD调谐器效果器反馈抑制器压限器激励器均衡器延时器电子分频器功放功放高音低音反馈抑制器压限器激励器均衡器延时器电子分频器功放功放高音低音主系统（听众区扩声系统）均衡器功放均衡器功放均衡器功放控制室监听设备舞台监听设备)44lg(102RrQLLwp4.扬声器总功率的计算可以根据听众席所需的最大声压级计算出扬声器所需的总输入电功率。室内距扬声器任意点处的声压级为： 根据上式可计算出距扬声器r处要获得声压级Lpm所需的声功率Pa为： 最后根据
11、所选扬声器的电转换效率，算出扬声器所需电功率为： )121 . 0(210/44/1pmLaRRQPaePP根据经验，可按室内有效容积，估算扬声器总输入功率。即对于一般要求的室内扩声系统，用作语言扩音时，可按每立方米有效容积0.3W估算扬声器总功率；用作音乐扩声时，可按每立方米有效容积0.5W估算扬声器总功率。 扬声器最大供声距离的计算：在室内扩声系统中，任一位置接收到的信号都是由直达声和混响声两部分组成的。为了保证一定的清晰度，一般应使直达声声强不低于混响声声强12dB。即扬声器的最大供声距离小于临界距离的3倍 5.功率放大器输出功率的确定 若按最大声压级计算出的扬声器功率，则功放的输出功率
12、应较扬声器的电功率增加（1550）%作功率储备，对语言扩声时取下限，对大型管弦乐扩声时取上限，一般音乐扩声取中值。当按平均声压级计算扬声器功率时，则功放所对应的功率储备，在作语言扩声时应为3倍以上，作音乐扩声时应为10倍以上（对大型管弦乐的扩声以不少于15倍为宜）。 扩声系统功放设置备用单元，其数量应该视重要程度而定。在与火灾事故广播兼容的公共广播系统中，备用功放容量不应小于火灾事故广播扬声器容量最大的3层中扬声器容量总和的1.5倍。在多功能国际会议厅应增加一台与主声道相同的功率放大器作备份。 6紧急广播分区切换器的设计 紧急广播分区切换界是由切换开关和相应的电路组成。当按下相应的开关时，切换
13、器立即向相应的楼层分线箱发送出控制信号，使功率放大器的输出不必再经过音响调节器而直接加到扬声器，使之全功率发声以满足紧急广播的需要。(1)因为切换器与广播分区有密切的关系，所以要求切换器的切换开关必须与广播分区号相对应，当按下相应的开关时，能够对相对应的广播分区进行紧急广播，并使相应的指示灯发光。(2)切换器向相应楼层分线箱送出的控制信息不必经音量调节器。 (3)电梯轿厢中所使用的扬声器直接与功率放大器连接，不必经过楼层的分线箱。 七、会议室扩声系统七、会议室扩声系统1. 会议扩声系统的特点在智能楼宇中，会议室扩声系统往往是最常见的。在设计该类型扩声系统时必须首先明确其功能要求、体型和席位布置
14、特点：1）会议室主要是进行语言扩声的，高的传声增益和语言清晰度以及小的声场不均匀度是其最主要的技术要求；2）会议室的体型及会议室内席位布置往往是多种多样的，例如大型会议室有主席台，听众席一致朝向主席台；中、小型会议有的主席台在中间，两边/两头布置席位；有的没设主席台，四周围绕中间布置席位等等。 2. 会议室扩声系统的设计 1）扬声器的布置：呈长方形的大、中型会议室、扬声器宜采用集中式布置，宜选指向性强的全频扬声器系统，当会议室长度较长时（例如超过30m），可在后场适当位置加装小功率补声扬声器（与此同时加延时装置）；当空间较大，高度较高或混响时间较长时，要尽可能使听众席获得较多的直达声能，以提高
15、语言清晰度。2）把提高系统的传声增益作为设计重点，还要注意扬声器与话筒的相对位置，要尽量减少由扬声器反馈到话筒的声能。3）系统的频响不宜设计太宽，不宜设计超低频扬声器系统，而应有低频（40Hz以下）切割和高频（8KHz以上）的衰减考虑。八、厅堂扩声系统八、厅堂扩声系统1.低背景噪声2.合理的混响时间3.室内声场具有均匀合理的声压级4.扩声系统应能保证一定的清晰度和语言可懂度5.系统能稳定工作6.声象与视象的基本一致7.良好的传输频率特性和较低的失真度 最大声压级(空场稳态准峰值声压级)传输频率特性声场不均匀度传声增益声学特性1006300Hz,平均声压级大于或等于103dB一级等级总噪声级 以
16、1006300Hz的平均声压级为0dB,在此频带内允许范围为4dB 以50100Hz和630010000Hz的允许范围为-124dB 1006300Hz的平均值大于或等于-4dB（戏剧演出）大于或等于-8dB（音乐演出） 100Hz：小于或等于lOdB； 1000、6300Hz：小于或等于8dB 小于或等于NR25 1254000Hz，平均声压级大于或等于98dB二级 以1254000Hz的平均声压级为0dB，在此频带内允许范围为4dB 63125Hz和40008000Hz的允许范围为-12+4dB 1254000Hz的平均值大于或等于-8dB 1000、4000Hz：小于或等于8dB 小于或
17、等于NR30 1254000Hz，平均声压级大于或等于98dB一级 以1254000Hz的平均声压级为0dB，在此频带内允许范围为4dB 63125Hz和40008000Hz的允许范围为-12+4dB 1254000Hz的平均值大于或等于-8dB 1000、4000Hz：小于或等于8dB 小于或等于NR30二级 2504000Hz，平均声压级大于或等于93dB 以2504000Hz的平均声压级为0dB，在此频带内允许范围为+4dB、-6dB 100250Hz和40006300Hz的允许范围为-10+4dB 2504000Hz的平均值大于或等于-12dB 1000、4000Hz：小于或等于10d
18、B 小于或等于NR30一级 2504000Hz，平均声压级大于或等于90dB 以2504000Hz的平均声压级为0dB，在此频带内允许范围为+4dB、-6dB 100250Hz和40006300Hz的允许范围为-10+4dB 2504000Hz的平均值大于或等于-12dB 1000、4000Hz：小于或等于8dB 小于或等于NR30 以2504000Hz的平均声压级为0dB，在此频带内允许范围为+4dB、-10dB二级 2504000Hz，平均声压级大于或等于85dB 2504000Hz的平均值大于或等于-14dB 1000、4000Hz：小于或等于10dB 小于或等于NR35用途音乐扩声系统
19、语言和音乐兼用的扩声系统语言扩声系统 厅堂扩声系统声学特性指标厅堂扩声系统声学特性指标 一级歌厅二级歌厅（一级卡拉OK厅）等级声学特性 4012500Hz以801000Hz的平均声压级为0dB，允许+48dB，且在808000Hz允许4dB二级卡拉OK厅（包间）一级歌舞厅二级歌舞厅三级歌舞厅一级迪士高舞厅二级迪士高舞厅最大声压级1006300Hz103dB1254000Hz98dB2504000Hz93dB与一级歌厅相同与二级歌厅相同与二级卡拉OK相同10063000Hz93dB1004000Hz103dB 638000Hz以1254000Hz的平均声压级为0dB，允许+410dB，且在125
20、4000Hz允许4dB 1006300Hz以2504000Hz的平均声压级为0dB，允许+410dB，且在1254000Hz允许+46dB 与一级歌厅相同 与二级歌厅相同 与二级卡拉OK相同 与一级歌厅相同 与二级歌厅相同 1254000Hz平均值-6dB 1254000Hz平均值-10dB 1254000Hz平均值-8dB 1254000Hz平均值-10dB 与二级歌厅相同 与二级卡拉OK相同传输频率特性传声增益G 卡拉OK包间不考虑12dB1000Hz4000Hz 8dB1000Hz4000Hz 8dB1000Hz6300Hz 100Hz10dB 与一级歌厅相同 与二级歌厅相同 与二级卡拉
21、OK相同 与一级歌厅相同 与二级歌厅相同声场不均匀度总噪声级dB（A）35dB40dB40dB40dB40dB45dB40dB45dB失真度5%10%13%7%10%13%7%10%各类歌厅、舞厅和歌舞厅扩声系统的技术指标各类歌厅、舞厅和歌舞厅扩声系统的技术指标 第二节第二节 智能楼宇的公共广播系统智能楼宇的公共广播系统一、公共广播系统的特点及其组成 二、多功能公共广播系统三、智能公共广播系统一、公共广播系统的特点及其组成一、公共广播系统的特点及其组成 1. 智能楼宇的公共广播 2. 公共广播系统传输特点 3. 公共广播系统的组成 4. 公共广播系统中的功率 容量计算与扬声器的选用 基本公共广
22、播系统原理图 时间控制器五碟CD机前置放大器均 衡 器定压功放定压功放调 谐 器双 卡 座信号发生器压 限 器功率分配器监 听 器分区选择器.接扬声器每个分区二条线话筒二、多功能公共广播系统二、多功能公共广播系统图为背景音乐、业务和消防自动报警多功能广播系统原理框图 五碟CD机前置放大器均 衡 器信号分配器定压功放调 谐 器双 卡 座信号发生器压 限 器自动吹风机紧急开关终 端 板.接扬声器每个分区三条线话筒紧急呼唤器间接选择器矩 阵 器继电器组监 听 器定压功放电源分配器充 电 器蓄 电 池紧急呼唤话筒ACDC消防中心信号三、智能公共广播系统三、智能公共广播系统1. 控制系统（1）中央主控站
23、 （2）栋别基础站 （3）楼内紧急分控站（4）区域呼叫站用多功遥控器 2应用计算机控制和管理，实现智能化（1）13级工作站间通过设备内置CPU及外部计算机组网控制，13级工作站间由RS-233C，RS-422数据传输，使控制线与音频功率输送线分开，实现大规模的集中控制。（2）系统12级通过RS-233C与计算机连接，可以实现大系统的计算机控制和管理（3）系统内部由CPU实现智能化控制和管理 （4）系统具有良好的人机界面。第三节第三节 智能楼宇的会议系统智能楼宇的会议系统一、基本会议声频系统二、同声传译系统三、智能会议系统一、基本会议声频系统一、基本会议声频系统如图是最简单的会议讨论系统，简称会
24、议系统。它由主席机（含话筒和控制器），控制主机和若干部代表机（含话筒和登记申请发言按键）组成。 控制主机代表机代表机主席机二、同声传译系统二、同声传译系统在需要将一种语言同时翻译成两种或两种以上语言的会议厅，应设置同声传译系统。在这种情况下，同声传译系统是会议系统的一个组成部分，通常从信号输送方式考虑可分为有线和无线两种，从语言和传译方式考虑又可分为直接和二次传译两种。1有线同声传译系统译音员室音量控制器耳机音量控制器耳机插孔传声器 放大器选择开关2红外线同声传译系统红外线同声传译系统是无线输送方式之一，图为红外线同声传译系统示意图，图中只画出红外线发射、传输和接收部分。通道1通道2通道3多通
25、道红外发射机红外辐射器红外辐射器带红外接收机的耳机三、智能会议系统三、智能会议系统1系统功能与配置系统的配置是：主席台上每个人配备彩色液晶电视机、话筒、通道选择器、带LCD的表决显示盘、面板式扬声器和耳机；每位代表配有通道选择器、表决控制盘、耳机和话筒。 2数字会议网（DCN）本系统的声频设备都是数字式的，信号的传送和处理应用了数字声频技术，在传输过程中，信号的质量和幅度都不会衰减，从而保证了优美的音质。系统由数字会议网（DCN）构成。 第四节第四节 智能楼宇的网络声频技术智能楼宇的网络声频技术一、网络声频系统的特点二、网络声频系统解决方案一、网络声频系统的特点一、网络声频系统的特点网络声频系
26、统具有网络和数字声频的特点，其主要表现在：1. 声频数字信号在网络上以标准互联网包的形式传递，因而其动态范围、信噪比、失真系数、频率响应和抗干扰能力等技术指标均大大高于传统的模拟传输方式。也正因此，可实现远程传输，一般情况下，直接传输可达100m，加中继后的传输可达几十千米；2. 对于大型的扩声系统与公共广播系统，由于在网上可同时传输多路声频信号，大大节省了传统的管线工程成本；3. 配合网络设备可使传输的多路声频信号的传输路径更加灵活，从而实现声频信号的灵活分配方式。此外，借助于纠错设计，网络对传输的信号具备一定的修复功能；4. 有利于实现网上点对多点、多点对多点的声频信号终端的控制和管理。也有利于实现对多媒体集成系统音频设备和环境（如灯光、窗帘、幕布及其他电器等）的控制与管理。二、网络声频系统解决方案二、网络声频系统解决方案网络声频系统的核心技术是能满足声频信号在网络中传输和分配的专用声频网络，该网络应该由一个为业内厂商公认的声频网络协议、支持该协议的硬件和软件所组成。在网络声频系统中，各种声频设备，如声源设备、声频处理器、调音台、功率放大器等均应能适用于上述的专用声频网络。
