蘇冠華

(北京新亞天影電影科技股份有限公司,北京 100085)

在影廳還音系統(tǒng)的配置中,揚(yáng)聲器的功率選擇是其中的關(guān)鍵一環(huán),對(duì)放映還音效果影響很大。目前有不少影院設(shè)計(jì)者在還音系統(tǒng)的配置過(guò)程中還存在一些誤區(qū),如配置揚(yáng)聲器功率時(shí),以影廳的座位數(shù)、銀幕寬度等來(lái)定義影廳大小,以至配置還音系統(tǒng)造成一些影廳揚(yáng)聲器功率配置不足,影響電影放映還音效果或過(guò)度配置而造成浪費(fèi)。比如影廳結(jié)構(gòu)為長(zhǎng)方形,廳長(zhǎng)與廳寬的比值較大,銀幕受到廳寬的限制,只能做得較小,如果作為小廳配置還音系統(tǒng),則放映還音時(shí)往往達(dá)不到規(guī)定的聲壓要求；再如有的影廳接近正方形,銀幕可以做得很大,由于廳長(zhǎng)局限,聽音距離沒有多遠(yuǎn),按大廳配置還音,很可能造成配置過(guò)度而造成不必要的浪費(fèi)。筆者從事電影放映器材、還音設(shè)備等集成工作多年,實(shí)踐中積累了較多有關(guān)影廳還音系統(tǒng)揚(yáng)聲器配置的經(jīng)驗(yàn)和體會(huì),現(xiàn)與同行們進(jìn)行如下分享。

揚(yáng)聲器功率配置,需要重點(diǎn)把握住兩個(gè)環(huán)節(jié):一是根據(jù)影廳空間大小,估算出各類揚(yáng)聲器的聽音距離；二是保證測(cè)試點(diǎn)(最佳聽音點(diǎn))有足夠的聲壓。前者是揚(yáng)聲器聲中心到測(cè)試點(diǎn)的距離,后者即為揚(yáng)聲器工作時(shí)測(cè)試點(diǎn)處能達(dá)到的最大聲壓。

揚(yáng)聲器聲中心是一個(gè)點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)對(duì)于同軸或單個(gè)揚(yáng)聲器來(lái)說(shuō),正面發(fā)聲的中心點(diǎn)就是其聲中心；對(duì)于兩分頻揚(yáng)聲器組合,高音揚(yáng)聲器 (號(hào)角)的中點(diǎn)為聲中心；對(duì)于三分頻揚(yáng)聲器組合,其中置聲道與高音揚(yáng)聲器的交界處為聲中心。

測(cè)試點(diǎn)指的是在影廳長(zhǎng)度2/3處起坡平面高出1.15m 的銀幕中軸線偏左或偏右一個(gè)座位處,如圖1中的P點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)就是影廳的測(cè)試點(diǎn)。還音系統(tǒng)配置時(shí)選擇揚(yáng)聲器,也是以在該點(diǎn)能否達(dá)到規(guī)范要求的最大聲壓為依據(jù)。

圖1 影廳平面及立面圖

揚(yáng)聲器聲中心到測(cè)試點(diǎn)的距離則為聽音距離。

1 主揚(yáng)聲器系統(tǒng)的選擇

主揚(yáng)聲器系統(tǒng)的選配,是影廳揚(yáng)聲器配置的關(guān)鍵一環(huán),其直接影響到放映還音的質(zhì)量,如銀幕人物旁白的清晰度、效果音樂的豐滿度等。根據(jù)GY/T 311-2017 《電影院視聽環(huán)境技術(shù)要求和測(cè)量方法》,主聲道峰值聲壓應(yīng)該為大于或等于103dB。這就是說(shuō),主揚(yáng)聲器的峰值功率應(yīng)滿足:主聲道最大聲壓減主揚(yáng)聲器到影廳聽音測(cè)試點(diǎn)距離所衰減的聲壓,結(jié)果應(yīng)大于或等于103dB。那么要保證達(dá)到以上要求,就要根據(jù)配置影廳的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù),不限于影廳的長(zhǎng)、寬、高、幕大小、寬高比、銀幕底邊到影廳地面的高度、影廳的座位排列、起坡等,準(zhǔn)確計(jì)算出揚(yáng)聲器聲中心到影廳還音測(cè)試點(diǎn)的距離,以及此距離的聲學(xué)衰減值。配置的具體步驟如下:

首先進(jìn)行揚(yáng)聲器聲中心到測(cè)試點(diǎn)間的距離估算。影廳結(jié)構(gòu)如圖1所示,圖中標(biāo)注有L、C、R 三路主音箱,P為測(cè)試點(diǎn)。圖1a、圖1b中各有一個(gè)直角三角形,一個(gè)是△y x l,一個(gè)是△y z l′,標(biāo)注中:y為測(cè)試點(diǎn)到銀幕中心的距離；z為主揚(yáng)聲器系統(tǒng)聲中心(一般設(shè)置在銀幕畫面高度的2/3處)到測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度(圖中為影廳2/3處起坡臺(tái)階平面高加上1.15m)；x為銀幕中心點(diǎn)到左 (右)揚(yáng)聲器的距離(一般取銀幕畫面寬度的1/2 減去0.3m),l為主揚(yáng)聲器到測(cè)試點(diǎn)的距離。根據(jù)圖1 所示,可方便得出聽音距離l的計(jì)算公式為:

式(1)中:x為銀幕中心點(diǎn)到左 (右)揚(yáng)聲器的距離,y為測(cè)試點(diǎn)到銀幕中心的距離,z為主揚(yáng)聲器系統(tǒng)聲中心到測(cè)試點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度。按照勾股定理公式:直角三角形的兩條直角邊的平方和等于斜邊的平方。同時(shí)根據(jù)影廳平面和立面圖中的概念,可以看出x、y、z分別為兩個(gè)直角三角形的直角邊,通過(guò)兩次“勾股”即得出式 (1)。為了讓讀者更清晰了解計(jì)算過(guò)程,請(qǐng)看下面示例。

示例一:有一個(gè)影廳,廳長(zhǎng) (銀幕起到影廳后墻距離)24m,畫面尺寸18.6×10.1m,畫面下視點(diǎn)0.8m,影廳2/3處起坡臺(tái)階高度為2.5m,該廳主揚(yáng)聲器到測(cè)試點(diǎn)的聽音距離為多少?

廳長(zhǎng)為24m,乘以2/3即為圖1中的y,y=24×(2/3)=16；銀幕寬度為18.6m,取其1/2再減去0.3m 即為圖1中的x,x=18.6× (1/2)-0.3=9；由銀幕尺寸得知銀幕高度為10.1m,取銀幕高度的2/3,加上銀幕下邊沿到地面的高度0.8m,減去聽音點(diǎn)處觀眾坐姿時(shí)的耳朵高度 (2.5+1.15),得出的就是圖1中的z,z=10.1× (2/3)+0.8-(2.5+1.15)≈3.93。將y、x、z同時(shí)代入式 (1),可得出該廳的聽音距離:

因此,該廳主揚(yáng)聲器聽音距離約為18.77m。

有了聽音距離,可算出該距離對(duì)聲壓的衰減值來(lái)。計(jì)算公式為:

式(2)表示:距離對(duì)聲壓的衰減值是距離除以1取對(duì)數(shù)后的20倍,單位:距離為m,聲壓為d B。如果我們?cè)O(shè):距離為2m,這時(shí)對(duì)聲壓的衰減為:20lg2=20×0.3010≈6dB。

這里要說(shuō)一下為什么用2m 距離來(lái)舉例,是因?yàn)?揚(yáng)聲器有一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)叫靈敏度,該指標(biāo)是指在揚(yáng)聲器輸入端加上額定功率為1W 的電信號(hào)、距離揚(yáng)聲器軸方向1m 處所產(chǎn)生的聲壓級(jí)。根據(jù)這個(gè)概念,如果距離為1m,該處是沒有聲衰減的(lg1=0),設(shè)為2m 還有一個(gè)用意就是2m 是1m 的2倍,還可以推算出距離增加1倍時(shí)的聲壓的衰減情況:即聽音距離每增加1倍,聲壓在原來(lái)基礎(chǔ)上衰減6個(gè)分貝。為了驗(yàn)證此概念,我們分別算出距離揚(yáng)聲器發(fā)聲點(diǎn)4m、8m 和16m 處的聲壓衰減值來(lái),分別為:

因?yàn)?/1=4/2=8/4=16/8=2,同時(shí)又有12-6=18-12=24-18=6,所以計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了距離增加1倍聲壓衰減6個(gè)分貝的說(shuō)法。

下面回到示例一,該廳聽音距離為18.77m,那么該距離的聲壓衰減為:

20lg18.77=20×1.273≈25.5dB

在聽音距離計(jì)算出聲壓衰減的基礎(chǔ)上,根據(jù)揚(yáng)聲器的靈敏度(1m 處的聲壓),就可以計(jì)算出揚(yáng)聲器必須具備的最大聲壓了。

計(jì)算公式為:

式(3)中:SPLmax為揚(yáng)聲器最大聲壓 (額定功率時(shí)揚(yáng)聲器正前方1m 處的聲壓),單位:d B；Lp為制式系統(tǒng)主聲道最大聲壓 (5.1/7.1 通道為103dB,全景聲為105d B)；l為聽音距離,單位:m。

示例二:某影廳配置5.1聲道系統(tǒng),聽音距離為15m,主揚(yáng)聲器的最大聲壓至少要達(dá)到多少分貝?

根據(jù)5.1聲道數(shù)字立體聲規(guī)范要求,主聲道最大聲壓(在聽音點(diǎn)處)應(yīng)達(dá)到103dB,又已知該廳的聽音距離為15 米,對(duì)應(yīng)式 (3),即為:Lp=103,l=15。

將Lp、I代入式(3)得:

SPLmax=103+20lg15≈103+23.5=126.5d B

因此,該廳主揚(yáng)聲器最大聲壓應(yīng)達(dá)到或大于126.5dB。

揚(yáng)聲器的最大聲壓,在廠家給出的參數(shù)中可以查到。這時(shí),只要選擇最大聲壓等于或大于估算聲壓的揚(yáng)聲器即可。有的品牌揚(yáng)聲器參數(shù)中只標(biāo)明了阻抗、功率、靈敏度,沒有最大聲壓,可以根據(jù)額定功率和靈敏度 (IW@IM)來(lái)?yè)Q算出最大聲壓。其換算公式為:

式(4)中:Ls為揚(yáng)聲器的靈敏度(IW@IM),單位:d B；P為揚(yáng)聲器額定功率,單位:W。

示例三:如某揚(yáng)聲器額定功率600W,靈敏度98dB,計(jì)算其最大聲壓為:

SPLmax=98+10lg600≈98+27.8=125.8d B

如果將本揚(yáng)聲器用于示例二中的影廳,因125.8d B＜126.5dB,顯然功率達(dá)不到要求。若選用功率900W,靈敏度為99dB,最大聲壓為128.5dB的音箱,符合該廳主揚(yáng)聲器的聲壓要求。

2 環(huán)繞聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)的選擇

環(huán)繞聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)的選擇與主聲道不同之處是:主聲道是單組獨(dú)立工作,環(huán)繞聲是多只揚(yáng)聲器組合在一起工作。配置前需要了解多只揚(yáng)聲器組合一起工作時(shí),總的聲壓和單只揚(yáng)聲器獨(dú)立工作時(shí)的聲壓變化情況,這里介紹多只相同功率(包括其它參數(shù))揚(yáng)聲器同時(shí)工作時(shí)的聲壓計(jì)算方法。在已知每只揚(yáng)聲器的靈敏度的情況下,使用公式:總聲壓 (d B)=Ls+10lg N 可以計(jì)算得出結(jié)果。式中:Ls為揚(yáng)聲器靈敏度,N 為揚(yáng)聲器的數(shù)量(只)。

如某環(huán)繞聲揚(yáng)聲器靈敏度為95dB,如果分別將2只、4只和8 只組合一起工作,則總聲壓級(jí)分別為:

從上述計(jì)算結(jié)果可以看出,相同揚(yáng)聲器的數(shù)量每增加1倍,總聲壓在原來(lái)聲壓級(jí)基礎(chǔ)上提高3個(gè)分貝。

那么影廳環(huán)繞聲揚(yáng)聲器的數(shù)量是怎么確定的呢,選用環(huán)繞聲揚(yáng)聲器的水平覆蓋角一般由相鄰揚(yáng)聲器距離大約在2～3m 來(lái)確定,同時(shí)以離銀幕最近的一只不超過(guò)第一排觀眾為宜。如某影廳,第一排觀眾座席到影廳后墻距離為20米,則:20/2=10,20/3≈7,所以該廳的左 (右)環(huán)繞聲揚(yáng)聲器可配置為7～10只。具體數(shù)量要根據(jù)影廳情況,如墻壁梁柱、燈帶等設(shè)施布置,還要結(jié)合多只揚(yáng)聲器的串并聯(lián)后阻抗的計(jì)算以及與功率放大器阻抗的匹配,最終確定環(huán)繞聲揚(yáng)聲器的數(shù)量。環(huán)繞聲揚(yáng)聲器數(shù)量確定后,就可進(jìn)入聽音距離的計(jì)算程序了。

在估算聽音距離時(shí),首先要確定環(huán)繞聲揚(yáng)聲器聲中心的高度。

圖2 是影廳左右環(huán)繞聲點(diǎn)位圖。圖中Lss 和Rss為左右環(huán)繞聲揚(yáng)聲器,P 為影廳中軸線上的、某環(huán)繞聲揚(yáng)聲器所對(duì)應(yīng)的觀眾聽音點(diǎn),左右環(huán)繞聲揚(yáng)聲器聲中心的高度 (H)應(yīng)該通過(guò)計(jì)算獲得,公式為:

圖2 左右環(huán)繞聲位置圖

式(5)中:H 為環(huán)繞聲揚(yáng)聲器的高,單位:m；W 為影廳的寬,單位:m。

需要說(shuō)明的是,高度H 的起點(diǎn)是從該揚(yáng)聲器對(duì)應(yīng)的觀眾起坡平面開始的,即H 為揚(yáng)聲器聲中心垂直向下到觀眾座椅起坡平面的距離。

示例四:某影廳的寬度 (左右墻到墻)為18m,該廳左右環(huán)繞聲揚(yáng)聲器聲中心高度應(yīng)該為:影廳寬度 (W)為18m,只需將W=18 代入式(5),即可求出該影廳環(huán)繞聲揚(yáng)聲器的高度:

有了聲中心的高度(H),就可以用勾股定理計(jì)算出聽音距離(L):

式(6)中出現(xiàn)的0.3m 為揚(yáng)聲器聲中心到墻面的距離,1.15m 為觀眾坐姿時(shí)耳朵到地面的高度。

得出聽音距離后,用配置主聲道揚(yáng)聲器的相同方法,求出聽音點(diǎn)處達(dá)到規(guī)定聲壓時(shí)揚(yáng)聲器的最大聲壓值,要求選擇的揚(yáng)聲器的最大聲壓值不得小于計(jì)算值。

由于環(huán)繞聲揚(yáng)聲器是矩陣式工作方式,即每組都有多個(gè)同規(guī)格揚(yáng)聲器同時(shí)工作,計(jì)算出來(lái)的最大聲壓是多個(gè)揚(yáng)聲器共同承擔(dān)的,那還要計(jì)算出每只揚(yáng)聲器需承擔(dān)的功率部分值。

每只環(huán)繞聲揚(yáng)聲器所承擔(dān)的聲壓=SPL-10lg N,SPL為矩陣組合最大聲壓,N 為環(huán)繞揚(yáng)聲器的數(shù)量。

如示例四中每組環(huán)繞聲揚(yáng)聲器為6只,矩陣最大聲壓為音箱最大聲壓級(jí)+20×lg 距離=100+20lg9.1≈119.18d B。

每只揚(yáng)聲器所承擔(dān)的最大聲壓為:

119.18-10lg6≈119.18-7.78=111.4dB

如果我們?cè)赟LS 系列環(huán)繞聲揚(yáng)聲器中選擇CS1090,其最大聲壓為119dB,大于111.4dB,符合聲壓要求。如果選用CS850,其最大聲壓只有109d B,不符合聲壓要求。

3 次低頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)的選擇

按照GY/T 312-2017 《電影 錄音控制室、室內(nèi)影廳B 環(huán)電聲響應(yīng)規(guī)范和測(cè)量》,次低頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)的峰值聲壓要求比主聲道峰值聲壓高出10d B,主聲道為103d B,那次低頻揚(yáng)聲器的峰值聲壓則要求達(dá)到 (或超過(guò))113dB。因?yàn)槁晧簯沂膺^(guò)大以及次低頻的窄頻特性,一般在還音測(cè)試時(shí)不用聲級(jí)計(jì)直接測(cè)量其聲壓級(jí),而是在實(shí)時(shí)分析儀上看頻譜曲線的高度來(lái)確認(rèn)。為什么說(shuō)次低頻比主聲道聲壓懸殊大呢,我們就用相同功率來(lái)比較,功率是原來(lái)的2倍,聲壓增加3d B,功率提高4 倍,聲壓增加6dB,功率提高到8倍,聲壓增加9dB,那功率增加10W,功率則需提高到10倍及以上才能達(dá)到要求。所以次低頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)由于聲壓過(guò)大,多采用多只揚(yáng)聲器一同工作,以達(dá)到規(guī)定的聲壓要求。

因?yàn)榇蔚皖l揚(yáng)聲器的選擇,其聽音距離可參考(或等同)主聲道,無(wú)需(可忽略)估算；根據(jù)其在聽音點(diǎn)處的聲壓要比主聲道高出10d B即113dB,以及靈敏度,利用式(4)來(lái)直接計(jì)算揚(yáng)聲器的所需功率。

如示例二中的某影廳,主聲道聽音距離為15m,聽音點(diǎn)最大聲壓113dB,則次低頻揚(yáng)聲器系統(tǒng)必須滿足的最大聲壓為:113+20lg15≈113+23.5=136.5dB。

選擇SLS系列的CS218XL,每只最大聲壓只有133dB,達(dá)不到聲壓要求,SLS系列沒有再大功率的次低揚(yáng)聲器了,那只能增加揚(yáng)聲器數(shù)量,先選擇2只CS218XL,看是否合適。

由于兩只聲壓相等的揚(yáng)聲器一起工作,總聲壓級(jí)可在一只聲壓基礎(chǔ)上增加3dB。也就是說(shuō)增加2只CS218XL,總聲壓級(jí)可由133dB 提高到139d B,這樣就符合聲壓要求了。另外,多只次低頻揚(yáng)聲器如果疊加在一起,聲壓級(jí)還可提升3d B；如果把次低頻揚(yáng)聲器放置在地面,還可以提高2dB。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上計(jì)算和分析,筆者與大家分享以下觀點(diǎn):

(1)影廳還音系統(tǒng)揚(yáng)聲器的功率選擇只與聽音距離和揚(yáng)聲器最大聲壓有關(guān)。

(2)聽音距離由影廳長(zhǎng)度所決定,而與影廳的座位數(shù)、銀幕寬度沒有關(guān)系,根據(jù)影廳座位數(shù)和銀幕寬度來(lái)選擇揚(yáng)聲器功率是不科學(xué)的。

(3)揚(yáng)聲器最大聲壓由揚(yáng)聲器有效功率和靈敏度共同決定,配置時(shí)不能只考慮功率不考慮靈敏度。

注釋

①正常情況下,銀幕中軸線和影廳中軸線是重合的,但有的影廳因銀幕不在影廳左右中心位置,銀幕和影廳的中軸線是不重合的,這時(shí)測(cè)試點(diǎn)應(yīng)該設(shè)置在銀幕的中軸線上。

②為保證各路主揚(yáng)聲器系統(tǒng)都能達(dá)到規(guī)定的聲壓,所以取左右路揚(yáng)聲器到測(cè)試點(diǎn)的距離為聽音距離。

③揚(yáng)聲器額定功率——應(yīng)為IEC噪音,AES持續(xù)時(shí)間為2小時(shí)來(lái)計(jì)算。

④兩個(gè)聲壓級(jí)相等的兩個(gè)聲源相同聲壓作用于某一點(diǎn)時(shí),總聲壓不能直接相加,其合成的總聲壓級(jí)比一個(gè)聲源的聲壓級(jí)增加3dB。如兩個(gè)聲源LP1=LP2,則總聲壓級(jí):LP (總)=LP1+10lg2≈LP1+3 (dB) 。