电影院音响系统

电影院音响系统第一页第二页第三页第四页自1995年道尔比电影立体声引入我国以来，国内电影立体声事业获得长足发展，特别是数字电影的发展，极大地推动了我国的电影科技进步。

现在，我国的城市影院已绝大部分改造为SR型立体声或数字立体声声电影院，电影院声学环绕的改善，音响系统质量的提高，已日益受到重视。

电影院音响系统涉及范围较广，它包含电影院内的建筑声学设计与全部还音系统及其设计。

这里仅讨论电影还音系统的B环部分——功放与扬声器的基本特性，以及声场设计方法，同时对我国目前影院内使用最多的音霸牌电影立体声功放与扬声器予以介绍。

第一章功率放大器的基本技术特性与典型产品介绍功率放大器的作用是将解码、均衡后的各路声频信号进行放大，并推动扬声器供声。

在立体声电影重放技术中，对功率放大器的要求是高效率、低失真、大功率、高保真，确保声音的重放有足够的功率，并能如实地反映声频信号的音质与音色。

掌握功率放大器的各项技术性能，是正确选择与使用功率放大器的必要条件。

1.1 功率放大器主要性能指标及其评价以定阻输出功率放大器为例，其主要性能指标见表1表1 声频功率放大器基本参数序号基本参数名称测量条件单位基本参数要求I类II类III类1 赠益限制的有效范围正常工作条件HZ20Hz-20kHz±0.5dB40Hz-16kHz±1dB80Hz-8kHz±2dB2 总谐波失真额定条件正常工作条件%≤0.520Hz-20kHz≤0.540Hz-16kHz≤280Hz-12.5kHz 1/100额定输出功率时≤0.5 ≤1 ≤43 失真限制有效频率范围正常工作条件Hz20Hz-20kHz≤0.540Hz-16kHz≤0.580Hz-12.5kHz≤0.54 信噪比线路输入宽带dB≥94 ≥81 ≥71 A计权≥99 ≥86 ≥765 过载源电动势与额定源电动势之比线路输入额定条件dB ≥26 ≥12 ≥126 阻尼系数额定条件≥10 ≥47 串音衰减额定条件宽带1kHzdB≥60 ≥40 ≥30 250Hz-10kHz ≥50 ≥308 转换速率额定条件≥309 增益差音量控制器从最大位置到下降46dB范围内dB 1 4 410 稳定性额定条件不应有自激和寄生振荡1.1.1 频率响应频率响应应考虑两个指标：增益—频率响应和失真—频率响应。

增益—频率响应是指功率放大器各频率分量的放大能力。

它表明功率放大器的整机频率特性，即放大器的通频带宽度以及在通频带内放大量的不均匀度。

图1为典型高保真功率放大器的频响曲线。

尽管可闻声频响范围为20~20kHz，但为了降低失真，放大器的频带宽度扩展至10~100 kHz，不均匀度小于1dB。

图1 增益—频率响应曲线失真—频率响应曲线亦称功率带宽，它是指功率放大器工作在1/2额定输出功率状态下，各频率成分均小于总谐波失真额定值的频率范围。

图2为高保真功率放大器的失真—频率相应曲线，为了保证大功率输出状态下放大器音质依然良好，其频响范围在总谐波失真系数小于0.1%的情况下，须在10~60 kHz范围内不均匀度低于3dB。

图2 失真—频率响应曲线1.1.2 失真度失真度是指功率放大器非线性畸变状况，考虑静态指标有谐波失真、交越失真、削波失真、相位失真和互调失真；动态指标有瞬态互调失真等。

对于晶体管功率放大器，只要加入相当量的负反馈就可以达到相当高的谐波失真水平（目前已可降低到0.01%以下）。

但是，即使特别小的谐波失真，在主观听声中仍感到声音发硬，高频发毛，不如比它低两个等级的电子管功率放大器音质好。

这是因为晶体管功率放大器的过荷失真是硬的，如图3所示，在过荷点后，非线性畸变迅速增加，输出波形如刀削，而电子管功率放大器过荷曲线较平缓，输出波形失真虽扁但仍有弧度。

由于现代音乐冲击成分多，为了获得良好的音质，晶体管功率放大器应有较大的输出功率，通常其输出功率至少大于电子管功率放大器输出功率2倍以上才能达到相当效果。

两种功率放大器的过荷曲线两种功率放大器的过荷失真输出波形图3 晶体管功率放大器与电子管功率放大器的过荷失真比较瞬态互调失真是晶体管功率放大器的严重弊病之一，它是由于放大器使用了深度负反馈而伴随着深度滞后补偿而引起的。

为了避免出现瞬态互调失真，应尽量采用全对称电路结构，提高晶体管的截止频率（fr）值，使放大器的开环频响好，降低整个放大器的开环增益，只使用20~25dB的大环路负反馈，增加局部负反馈，使放大器的各级具有最大带宽和线性，将开环增益控制在44~55dB；在放大器稳定工作条件下，设法去掉消振电容，改滞后补偿为超前补偿等等。

1.1.3 转换速率功率放大器的转换速率的定义是放大器瞬时输出电压上升（或下降）的最大时间变化率，即输出电压对时间的最大导数（dv/dt）。

它反映了放大器跟随能力的大小，可用来作为评价放大器瞬态失真——“亏损失真”的一种方法。

由于现代立体声音乐节奏强烈，信号变化量大，而且又有较多中、高频分量的打击乐器，这就要求放大器须有跟得上输入信号跃变的速率。

功率放大器的转换速率可以用使放大器获得最大输出的10kHz大振幅方波信号作为源电动势测量，方波的上升（下降）沿要十分陡，然后用示波器的纵轴刻度（V/μs）和横轴刻度（t/div）计量放大器输出方波信号前沿（后沿）的10%~90%间电压变化值△t，计算△v与△t 的比值，可得到功率放大器的转换速率。

转换速率低的功率放大器瞬态响应差，而转换速率相当高（数百V/μs）的功率放大器，稳定性差，而且还有可能引入噪声和干扰。

转换速率究竟以多大为最佳，目前尚无定论，根据信号源与听感要求，转换速率在30~100 V/μs的功率放大器比较符合需要。

1.1.4 输出功率功率放大器的输出功率是指在额定负载阻抗下，放大器不失真的输出功率，亦称额定输出功率。

在额定输出电压不变时，降低负载阻抗，放大器不失真的输出功率称为放大器的最大输出功率。

功率放大器的输出功率可根据使用场合，负载状态去选择，专业功率放大器可有从50~1200W等各种系列。

由于晶体管功率放大器过荷后将会产生迅速增加的非线性畸变，见图3。

为了保证节目的一定动态范围和音质的明显改善，晶体管功率放大器的额定输出功率应远远大于实际使用需要的平均输出功率，通常应有5-10倍的功率储备传余量。

这是与电子管功率放大器实际使用的不同之处。

1.1.5 阻尼系数阻尼系数的定义为功率放大器的额定阻抗（即扬声器阻抗）与输出阻抗比值，它是指功率放大器对扬声器电阻尼的大小，也反映了功率放大器与扬声器的配接关系。

扬声器阻抗不能用纯电阻代替，它是随频率而变化的。

实际放声时，各种频率成分都存在而且不断变化，扬声器振动自身产生的反电动势又回送给功率放大器，这种阻抗的变化、频率的波动和反电动势的“逆电效应”，会使功率放大器产生瞬态失真，严重影响音质，因此功率放大器必须有一定的阻尼系数。

阻尼系数过小（放大器输出电阻大），低音扬声器在声音停止后仍留有阻尼余振，产生欠尼现象，音质不清脆。

阻尼系数过大（放大器输出电阻小），会产生过阻尼现象，瞬态特性变坏，声音发干，明显影响音质。

为了获得各类扬声器的阻尼匹配，功率放大器应有较大的阻尼系数，高保真功率放大器的阻尼系数设计在20～100。

1.1.6 信噪比功率放大器的信噪比是由输入级晶体管和反馈电阻决定的，通常功率放大器的信噪比应高于前置系统的信噪比，较好的功率放大器信噪比应达到100~110dB。

1.1.7分离度双通道立体声功率放大器的分离度可用左、右两通道的信号串音衰减来表示。

理想状态下的串音衰减应为无穷大，保证左、右两通道完全分离，实际的高保真立体声功率放大器的串音衰减应≥70dB。

1.2 EP－CPA系列影院功率放大器EP－CPA系列影院功率放大器是南京音霸音响电子系统工程有限公司根据数字立体声还音的基本要求与“THX”系统的推荐而研制的新型大功率、低失真功率放大器。

1.2.1产品性能指标（见表2）表 2 CPA系列影院功率放大器主要电性能指标1.2.2 产品主要性能特点功率放大器设计的重点是解决大功率与低失真的一对矛盾。

并使其具有足够的动态余量并保证其工作可靠。

该产品的所有关键元件，诸如晶体管与大功率管、电解电容、运放集成电路等全部进口，并进行严格的筛选，严格的配对，严格的老化，在电路设计上全部采用国外先进的设计理念与技术。

其主要技术特点为：1.2.2.1互补反馈对管群式“地输出”电路，让大功率晶体管体直接接触到散热器上，而其间不加任何绝缘云母片，并配合大型散热器及变速风机，加速大功率管的散热能力，确保功率放大器在长期使用条件下温升很低、使可靠性提高、输出功率持续不断。

1.2.2.2采用先进的层压电源设计，每个声道均由独立电源供电，其中CPA3601设计为双变压器供电形式，这样能使输出电流供给有力，大大地提高了声道的分离度。

1.2.2.3功放设计有直输出保护，输出短路保护，开机、关机冲电流保护及温度保护电路。

1.2.2.4在工艺结构设计上，力求简洁、精致，同时更注意其工作的长期稳定可靠。

例如，采用性能优良的带状条形散热器，并在功放内部设计了顺畅的散热器通道，控制变速风机转速，可产生较大的散热面，以利快速散热确保输出功放管的一致冷却效果。

此外从产品的喷漆到商标的印制，无一不作精雕细啄。

第二章扬声器的基本技术特性与典型产品介绍2.1 扬声器的基本技术特性扬声器的基本技术特性是衡量扬声器品质优劣的主要依据，对于音响系统设计人员来说，了解各类扬声器的基本特性，一是在选型与功放的配接上有更多的主动性与灵活性，二是在声场设计时，可以根据扬声器的指向特性获得最佳的声覆盖和音响效果。

确定扬声器基本技术特性的主要性能指标有功率、灵敏度、频率响应、阻抗、非线性失真、指向性等。

2.1.1 功率扬声器的功率是衡量扬声器工作可靠性的重要指标，确定扬声器功率应有二个原则：1）扬声器应能承受此功率长期连续工作，2）馈给扬声器此功率，扬声器的非线性失真不应超过规定值。

扬声器的功率是输入电功率的有效值，扬声器的功率应考核两个指标：1）额定噪声功率，这是指扬声器在额定频率范围内馈以长时间的粉红噪声信号进行负荷而不产生永久性损坏的功率，在扬声器商标上通常标这种功率值。

国外扬声器所标出的额定功率通常为馈以粉红噪声信号连续工作2小时的功率。

2）长期最大功率，这是指扬声器在额定频率范围内馈以粉红噪声信号，扬声器承受持续时间1秒，时间间隔2秒，重复10次而不产生永入性损坏功率，长期最大功率一般为额定功率的2-4倍。

扬声器的额定功率与功率放大器的额定功率为截然不同的两个概念，功放的额定功率是指最大不削波（无削波失真）功率。

特别是晶体管功放，多为定阻输出，其输出功率随匹配阻抗而变化，由于其输出特性较硬（相对于电子管功放），过了过荷点，将出现明显失真，因此不能满输出功率使用，应留有2~5倍功率余量，这对降低失真十分有利。