某體育館音響系統(tǒng)分析

陳勇　彭元媛　黃成

（中航長沙設計研究院有限公司湖南長沙　410014）

某體育館音響系統(tǒng)分析

陳勇彭元媛黃成

（中航長沙設計研究院有限公司湖南長沙410014）

隨著社會的發(fā)展，人們對生活品質(zhì)的要求不斷提高。人們對健身、文化、娛樂的需求與相應公共設施不足的矛盾越來越突出，國家也正在大力推進相關場館的建設。借此設計體育館的機會，筆者對主場館內(nèi)音響系統(tǒng)的設計進行介紹和分析。

體育館；音響系統(tǒng)；聲場；EASE模型

1　工程概況

本體育館可容納觀眾2000人左右，其中固定座位1377人，活動座位716人，屬中型場館。分為一個籃球比賽場地和一個舞臺，其中舞臺臺口高8m，最大高度16m，兩層天橋，舞臺深度16m，寬度18m，相當于無樂池的鏡框式舞臺，并有候場的側(cè)臺，綜合定義為多功能演出文體中心，以體育館舞臺為中心，區(qū)域分布如下：

圖1　本案主場館功能區(qū)域分布圖

2　功能定位

根據(jù)建設方要求，本劇場為多功能場所，主要用作舉行演出、會議等大型集會活動，其次滿足比賽場地擴聲，舉行演出需要保證聲音豐滿、有足夠的聲壓級且不失真，舉行會議需要保證擴聲語言的清晰度，舉行比賽時場地擴聲清晰。并考慮日后擴展預留空間以及接口。

3　音響系統(tǒng)設計

3.1設計指標

按照《廳堂擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》（GB50371）文藝演出類擴聲系統(tǒng)聲學特性一級指標，提出以下設計目標：

表1　擴聲系統(tǒng)聲學特性指標

3.2聲場設計

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展、家庭Hi-Fi的普及與錄音技術(shù)的進步，使廣大聽眾的相對聽覺鑒賞力也迅速提高，在這期間，人的聽覺生理及心理特性研究成果的應用也帶動了廳堂擴聲系統(tǒng)設計理論的不斷發(fā)展。

近年來在國外出現(xiàn)了“擴聲系統(tǒng)優(yōu)化設計”的理論，并在許多專業(yè)廳堂中得到應用并取得了良好的效果。所謂“優(yōu)化設計”，主要指的是在常規(guī)的聲壓級、均勻度、清晰度等設計目標外，更加關注相干聲源的聲干涉問題，以及更寬頻帶的指向性控制問題。如何有效解決揚聲器本身的干涉以及合成聲場中的聲干涉問題，這也是直接影響明晰度的主要因素。對揚聲器頻率及相位響應的優(yōu)化，對擴聲系統(tǒng)的高精度調(diào)試、校準等技術(shù)的應用，可以有效地提高擴聲系統(tǒng)的還原性能，從而進一步改善聽聞效果，這些擴聲聲場設計理論與方法是大量的工程應用實踐與計算機EASE聲場模擬軟件實證相結(jié)合的成果，驗證系統(tǒng)的設計能否達到預期的效果。我們采用的軟件是業(yè)內(nèi)公認的EASE軟件，版本號是EASE4.1。

根據(jù)該劇場的實際需要，為了保證良好的聲像定位，同時確保語言擴聲的清晰度要求，本方案采用兩聲道設計線陣列主擴聲和場地輔助擴聲形式，實際使用時可以設定多種不同擴聲模式。左右每個聲道均可以獨立覆蓋全場觀眾，每個聲道中的每個音箱均可以獨立控制。觀眾廳的擴聲系統(tǒng)可以實現(xiàn)單聲道擴聲、左右兩聲道擴聲、場地為主擴聲，并采用拉聲像音箱對現(xiàn)場進行聲像定位。

線陣列揚聲器簡述以及先進趨勢：

隨著數(shù)字技術(shù)及材料科學在專業(yè)擴聲領域的廣泛應用，一種新型的擴聲系統(tǒng)——線性陣列，自歐美興起并迅速席卷全球。與傳統(tǒng)的以點聲源為聲學特性的矩陣音箱相比，線性陣列以其線性聲源為聲學特性的突出優(yōu)勢，正日益取代傳統(tǒng)擴聲系統(tǒng)，被廣泛地應用于劇院廳堂擴聲、多功能廳、宴會廳、流動演出、體育場館固定安裝系統(tǒng)等等諸多領域。

線性陣列擴聲基本原理：

“線性陣列系統(tǒng)”——線性陣列的基本原理源于“線性聲源”理論，即：只有符合“線性聲源理論”，滿足其構(gòu)成條件的音箱陣列系統(tǒng)，才叫“線性陣列系統(tǒng)”。

線性陣列擴聲優(yōu)勢：

線聲源由無限多個、間距極小并且連續(xù)等相的等強度振動單元組成，其聲學波陣面為柱面波。線聲源在傳輸特性上，超乎尋常！即：它的聲壓級衰減為傳統(tǒng)點聲源的一半（3dB），這也就是說：線性聲源的傳輸效率比點聲源高出一倍，這無異于“超導”效應，對傳統(tǒng)專業(yè)擴聲系統(tǒng)而言是革命性的超越！

3.3揚聲器的選用及布局

3.3.1音箱的選型

眾所周知，觀演建筑中的視聽功能是該建筑最終能否成功的極為關鍵的環(huán)節(jié)，舞臺音響系統(tǒng)設計及設備選型直接關系到最終的廳堂功能及使用效果。

就體育館內(nèi)部的擴聲系統(tǒng)而言，最重要的是具有高質(zhì)量的聲音重放。主要包括有：要獲得一個均勻的和最小聲干涉的擴聲聲場，良好的語言清晰度和音樂的明晰度等。

要取得高質(zhì)量的聲音重放，一則是要有好的建聲環(huán)境，合理的混響時間；再則是選用優(yōu)質(zhì)的器材，特別是高品質(zhì)的揚聲器系統(tǒng)。因為揚聲器系統(tǒng)的選型與布局將直接關系到擴聲聲場的格局，最終的音質(zhì)效果和幾項重要的擴聲系統(tǒng)聲學特性指標將直接與此有關。

在此擴聲系統(tǒng)設計的音箱選用上，我們嚴格遵循以下幾個重要原則：

（1）保真度更高、音色優(yōu)美、柔和、細膩等優(yōu)勢；確保該系統(tǒng)具有聲場均勻度好、頻率特傳輸好、聲場晰度高。

（2）體積小、功率大、頻率寬。

（3）頻率及相位響應平坦，音質(zhì)優(yōu)美。

（4）指向性強、Q值高、束寬特性平坦，有良好的聲場覆蓋。

（5）在國內(nèi)甚至國際在自主研發(fā)的品牌。

（6）在演出行業(yè)有很多應用。

所以在該設計方案中采用了國內(nèi)大型演出的ZSOUND線陣的揚聲器。主要擴聲揚聲器我們選用了ZSOUND LA線陣系列。

3.3.2揚聲器的布局

左右聲道主揚聲器：

左右每邊采用1只單18寸次低頻揚聲器+8只單12寸全頻線陣揚聲器。

圖2　左右聲道主揚聲器布置剖面圖

場地擴聲揚聲器

場地擴聲采用兩種模式，一種是比賽場地活動為主擴聲，采用集中分散形式調(diào)試均勻模式下擴聲，另一種是以舞臺演出為中心，進行線陣主擴聲，場地擴聲作為輔助擴聲補聲，通過鋼索吊點吊掛在聲橋馬道上（如圖3～4）。

同時，在臺口左右兩側(cè)的設備室地面上放置4只雙18寸超低頻音箱，以還原音樂的低音震憾效果。

3.4傳輸以及調(diào)音控制系統(tǒng)

為了高度穩(wěn)定可靠性的需要，同時考慮到實際情況以及預算總造價又不失系統(tǒng)的先進性、領先性、科學性及操作便捷性，系統(tǒng)配置一臺實用價值很高且中航工業(yè)舞廳也在用的調(diào)音臺品牌ALLEN&HEATH品牌，且為數(shù)字調(diào)音臺，可用WI-FI覆蓋范圍蘋果IPAD的在現(xiàn)場或舞臺外調(diào)音控制。

數(shù)字調(diào)音臺：

GLD集iLive專業(yè)巡演系統(tǒng)的的各項優(yōu)勢于一身，價格實惠，適合于常年惠顧我們GL系列模擬調(diào)音臺產(chǎn)品的各類租賃公司，教堂和現(xiàn)場表演場館等。

GLD是一款全數(shù)字化的混音系統(tǒng)。我們采用Cat5網(wǎng)線傳輸dSNAKE協(xié)議信號，結(jié)合即插即用的音頻機架和擴展器，可隨著用戶的需求增長，方便經(jīng)濟地構(gòu)建系統(tǒng)。還可使用網(wǎng)卡連接GLD系統(tǒng)，進行多軌錄音或連接其它設備。一個監(jiān)聽端口用于連接ME個人混音系統(tǒng)。

圖3　場地擴聲布置平面圖

圖4　場地擴聲布置剖面圖

所見即所得的模擬風格控制和直觀的觸摸屏界面完美結(jié)合，讓用慣了模擬產(chǎn)品的專業(yè)用戶，轉(zhuǎn)到數(shù)字設備的新手們都能夠自如的使用GLD系統(tǒng)。GLD-80和GLD-112調(diào)音臺的布局和外觀均可快速便捷的自定義設置，能夠讓界面從邏輯上反映用戶的特定應用，操作起來格外舒適方便。

正如您對Allen&Heath所期待的那樣，GLD秉承了其一貫的優(yōu)質(zhì)音頻性能，采用全新的高端話筒前置器，具有極低的延時，DSP模塊可進行全面處理，沒有任何妥協(xié)。GLD的FX效果引擎直接取自iLive系統(tǒng)，具有堪稱業(yè)內(nèi)經(jīng)典的精細仿真效果。

總之，這是一款以模擬調(diào)音臺價格提供數(shù)字調(diào)音所有優(yōu)勢的專業(yè)系統(tǒng)——更不必提它能夠替代的所有外置設備。

3.5周邊處理設備

3.5.1系統(tǒng)處理設備

在配置系統(tǒng)的處理設備時主要基于以下幾個考慮：

（1）處理設備具有良好的品質(zhì)，不能對擴聲系統(tǒng)的聲音還原造成音質(zhì)劣化；

（2）處理設備具有友好的操作界面，方便系統(tǒng)的調(diào)節(jié)和模式切換；（3）基于靈活性和可靠性考慮，必須簡化操作者的工作量；（4）充分考慮每個揚聲器通道的控制處理，方便聲場的精確調(diào)試，完成一個高質(zhì)量的擴聲系統(tǒng)工程。

因此推薦選用1臺美國SYMETRIX數(shù)字音頻處理器Ra原dius12x8+xOut12共計12進20出Dante協(xié)議數(shù)字網(wǎng)絡音頻處理器，作為系統(tǒng)的處理設備，集增益、延時、反相、分頻、均衡、限幅等多種功能于一體。

3.5.2周邊設備

數(shù)字調(diào)音臺已經(jīng)內(nèi)置了大量的效果插件、壓限器、噪聲門等，因此無需配置太多的周邊設備。

僅配備了數(shù)字效果器和開會時反饋抑制器以及舞臺返聽用的均衡器。

4　EASE聲場模擬

音箱布置系統(tǒng)方案論證，模擬仿真分析。

4.1EASE模型

圖5　本案主場館EASE模型

4.2混響時間

混響時間是評價房間音質(zhì)最重要的參數(shù)之一，本工程聲學設計的混響時間分布如圖6～8。

系統(tǒng)預測的平均聲壓級均大于106dB，優(yōu)于標準要求的最大聲壓級，其聲場不均勻度也符合標準要求。因此，可以預見，系統(tǒng)調(diào)試后實際的效果滿足設計規(guī)范及功能要求，方案設計合理可靠。

圖6　混響時間分布圖

圖7　測試模型

圖8　系統(tǒng)的平均聲壓級

TU112

A

1673-0038（2015）49-0086-03

2015-11-1

陳勇（1983-），男，工程師，本科，主要從事建筑電氣設計工作。