适合礼堂内用的音柱

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我们单位的礼堂很大,经常还兼作饭厅,窗户全是玻璃的,顶棚是6米高的平坦天花板,是没有任何吸音材料的建筑结构,故回音大,混响时间长。在礼堂内人数很少的情况下,俩人在相距18米以外对讲时就不易听清楚了。在这样的礼堂内,过去扩音设备的扬声器是采用单只分散安装法,用8寸双音纸盆扬声器12只,分两路单只地安装在礼堂两侧的墙壁上,结果产生下列不良情况:

(1)虽然纸盆低音扬声器的声能辐射角要比号筒式扬声器大,但是高音频是由纸盆中央辐射的,辐射角仍然较小,并成束地直线向前传播,所以在扬声器声轴上听到的高音频较多,稍离声轴,高音减少,形成室内音量分布不均匀,给听众明显地辨别出声音的发源地,没有真实感。

(2)由于前后、左右的扬声器发出的声音到达场内某一听众的距离不等,加上室内没有吸音设备,所引起声波反射,到达听众的同一内容的声波就先后有数次,大大降低清晰度,严重地影响了开会的效果。

(3)每只扬声器单独占用一只输送变压器,它的损耗也大。而且单只扬声器的使用效率较低,在扩音机输出小时,声音嫌小(特别是场内中心地带);如果输出稍大,又容易引起声回输尖叫声(特别是靠近礼堂后墙的扬声器所发出的声波,将由于后墙壁和天花板的反射而回输到讲台上,引起叫啸)。这种现象在文娱演出时更为显著,更严重地影响扩音质量。

(4)单只扬声器安装时,除扬声器本身特性所限制之外,如要很好地辐射扩音机输出的全部音频声功率(特别是低音频),就必须给每只扬声器配制很好的助音箱,增加了安装资金。否则音质不好。

类似这样情况,在工矿企业、机关学校、剧场戏院等团体单位里存在很多。有的单位甚至全用号筒式高音扬声器来安装,产生的效果就更差。一则是它的辐射角更小,使场内音量分布更不均匀,同时更容易引起声回输叫啸声;二来音质不好,不能将扩音机输出的低音频声功率全部重放出来,频率失真很大。

为了解决这一困难我们先后经过几次改装,但效果不显著,这时有人提出非在礼堂中加装吸音设备,或整个改建礼堂房屋结构不可。但是想起毛主席的有关勤俭建国,勤俭办一切事业的教导,我们觉得不能这样搞。经过反复试验,最后改用一种音柱装置,经较长时间的试用,证明效果良好,且所用材料都根据勤俭节约就地取材的原则。装置的情况如下:

(一)改变扬声器的安装

图1
图1 🔍原图 (483×736)

将多个单只扬声器组成一个单元,同相地安装在一个柱形的助音箱内,组成所谓“音柱”。为了避免由于扬声器工作在额定功率时所增加的失真,必须做到扬声器总的额定功率大于扩音机额定功率的一倍左右。我们用的扩音机是美多40瓦的,用华北无线电厂生产的8寸纸盆双音扬声器16只(共计80瓦),装成如图1所示的四只音柱。每只音柱内同相地安装四只扬声器,共用一只25瓦的输送变压器(共用一只输送变压器的目的是减少不必要的变压器损耗,提高效率,确保音质,同时也为了同相连接的方便),初级阻抗为1000欧姆,次级为8欧姆。由于这种双音扬声器的有效频带较宽(80~8000赫由大纸盆辐射,8000~12000赫由中央的小纸盆辐射),音质能令人满意。

图2
图2 🔍原图 (743×895)

音柱的具体尺寸见图2。因为理论计算很复杂,但在实际使用时还要修改,而且每个单位的礼堂不同,所以读者在制作中不必强调精确性,可以根据本单位具体情况适当修改。为了防止音柱木板本身的有害振动,必须全用2厘米左右厚的木料或多层夹板制作。

一般单只扬声器声能辐射的方向是球面形的,而音柱声能辐射的方向则是一个水平的扇面形。原因是由于若干只同相工作的扬声器,在它的声轴线上远处A点(图3a)因为和各扬声器的距离近乎相等,故这里的声压,等于每只扬声器同相相加,声压较大,声音也就比较响;在近处B点,虽然每只扬声器的声压可能较强,但是从每只扬声器传到B点的声波,由于路程差较大,相位就不一定相同,相加后的声压也不会太强;在垂直面上离音柱轴线任何一点C,由于这一点和每只扬声器的距离都不相等,因此传到该点的声波可能反相或相差90°以上,产生相互削弱作用,于是声音就最轻。结果在垂直面内就显著地加强了方向性。而在水平面内的方向性却与单只扬声器一样,因此形成一个水平的扇面形辐射图(如图3b所示)。

由于音柱的垂直辐射方向性较强,只要位置及角度控制适当,天花板的反射可降到最低程度,声回输叫啸和混响就可大大改善。又由于声能的内聚作用,在声场中间平面上所得到的声压,要比把相同的电功率输入到单只扬声器所产生的声压高(即音柱将电能换成声能的效率比单只扬声器高)。因此在需要同等声压的情况下可降低扩音机的输出功率,这又可免除扩音机音量开大后产生的叫啸声。

图3
图3 🔍原图 (1002×895)

为了加大音柱在水平面内的有效辐射角(特别是扩大高音频的辐射角),并取得音量分布的均匀性,除了将扬声器在音柱面板上安排成图2所示的月牙形外,还在音柱正前方装有15根外径1.8厘米左右的玻璃管,因此上、下盖板的两侧及正前方的边缘要突出音柱一些,且有装玻璃管的孔(如图4a所示)。扬声器发出的声波,一部分通过此玻璃管间的孔隙向外传播(其中有的是要经过玻璃管壁的反射,以各种不同的角度向外传播的);另一部分受到玻璃管阻挡后取得各种不同的入射角,再由音柱面板反射而通过其他孔隙传播出去(如图4b所示)。这样就加大了声能在水平面上的辐射角(特别是高音频辐射角)。而且将一个大声束分成多个小声束均匀地传播出去,使音量分布很均匀。由于此玻璃管与音柱面板间的距离很小,不会引起直射波与反射波的相位差。为了外形美观起见,在柱侧也装上玻璃管,与音柱正前方的玻璃管组成一个玻璃柱的整体,对放音效果没有什么作用。在安装玻璃管时,下盖板上的孔只要打一半深(1厘米深),可是上盖板上的孔却要打穿,以便自上而下地插入外径1.8厘米、长度为133厘米的玻璃管。为了防止灰尘落入玻璃管内,在音柱上盖板上可做个塑料罩,清洁时很方便。

为了减小音柱体积,并达到低频段的同相辐射,音柱面板下部除了开有释放孔(有的叫倒相孔)以外,还装有向内伸展10厘米深的管道。为了防止扬声器后表面辐射的声波在音柱内壁不断反射,产生驻波,破坏中频响应的均匀性,并在低频区引起轰隆轰隆的声音,产生频率失真,采取了如下措施:

(1)将音柱装成梯形。这可减小音柱后盖板的直接反射或加长反射波的路径,因而减小了反射波的强度。

(2)在音柱后盖板、两侧板以及上、不盖板的内壁都装有2~3厘米厚的吸音材料,消除了箱内声波的反射,并能避免板壁跟着声波一起振动的现象,改善了音质。

(3)组合扬声器时,使其总阻抗接成与输送变压器次级最低阻抗相等的阻值,增加低频段的阻尼作用。我们是将四个8欧姆扬声器接成8欧姆的总阻抗。

(4)在释放孔管道口处加一、二层紧张着的丝织品。

在吸音材料方面,我们从节约观点出发,用废旧绒布(棉布也可)做成子弹带式的袋子,灌入晒干后的木屑,使每个小袋口封好后的厚度在2~3厘米即可,将这些布袋子钉满在音柱木板的内壁上,简单方便,花钱很少,效果却很好。

在扬声器装入音柱以前,先要在音柱面板的内壁装一层紧张着的金属网和喇叭布。用它可以防止灰尘和小虫进入纸盆和音圈,并能减少一部分被玻璃管反射到扬声器辐射孔的声波对纸盆振动的影响。在音柱上下盖板上,装上如图5的两块铁板,用以将音柱固定在墙壁的角铁上。

图4
图4 🔍原图 (565×328)

音柱在场内的安排:既要考虑到场内音量分布均匀,又要考虑到能将声回输减少到最低程度。为靠近舞台的前几排能直接听到台上来的声音,所以可将靠近舞台的前面两只音柱安装在第五排左右的墙壁上。另外两只音柱就装在大礼堂中间的墙壁上,不要靠近礼堂的后墙壁,以免由于礼堂后墙壁的过强反射。

音柱的安装:高度可在离地2.5米左右高的地方。

音柱制作的要求:

(1)装扬声器的面板必须平直坚实,最好不用拼接起来的木料。如因条件限制时,必须在拼接的地方先用牛皮胶或明胶等一类厚质胶料涂好后再钉好,并且用油灰将缝抹平,再漆上需要颜色的漆,不要露出一些缝隙。否则,扬声器纸盆后表面辐射的声波就有可能漏过这些缝隙,破坏了低频辐射特性。这个要求也包括音柱的每块板壁。

(2)音柱的每块板壁都必须安装牢固。背后盖板必须用较多螺丝钉旋牢,使它密贴在音柱的侧壁上。不能贪图方便,只在音柱的四个角上拧上螺丝,更不能用铁钉代替螺丝钉。因铁钉不牢靠,日子久后盖板松动,会引起不规则的振动,影响扬声器纸盆的振动,还消耗扬声器的一部分声能,降低扬声器声功率的输出。

(3)使用的玻璃管外径不宜过小。过小时一则加工困难,容易折断。二来声波在受到玻璃管的阻挡时得不到较大的入射角,因此音量分布均匀的效果就降低了。

(4)如没有玻璃管时,也可用硬质木料代替。但必须注意表面光滑和坚硬。否则高音频损失较多。

(二)改善扩音机的音质

图5
图5 🔍原图 (464×431)

上海无线电厂出品的美多牌40瓦扩音机的音调控制电路如图6所示,比较简单。采用电容器与电位器串联的二端网络,接在混合放大电子管6G2P(6SQ7)的屏极上,用衰减高音的办法来达到相对提升低音的目的,这不能使音柱设备充分发挥其优越性。我们就在混合放大的一级加了如图7所示的音调控制网络。为了弥补网络的衰耗,增加了一级放大级,故用双三极管6N8P代替6G2P。高音控制由C\(_{1}\)、W1和C\(_{2}\)组成。低音控制是由R1、W\(_{2}\)、R2、C\(_{3}\)和C4组成。

图6
图6 🔍原图 (747×411)

在装制中,原来6G2P的八脚灯座不拆,只是改成图7的电路。低音控制电位器W\(_{2}\)是用原来的音调控制电仪器。高音控制电位器W1则要另装。一切连接线要短捷,以免不必要的耦合而引起的交流声和啸叫声等。

装好后的机器,如果在低音提升后的交流声较大时,可以在屏极电路里加装滤波电路。如不能消除就要进一步检查前级电子管和各个零件是否良好。否则就得重新安排线路或加装屏蔽罩和屏蔽线。(巢云坤)