某體育館音響系統分析

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）

隨著社會的發展，人們對生活品質的要求不斷提高。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，筆者對主場館內音響系統的設計進行介紹和分析。

體育館；音響系統；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，區域分布如下：

圖1　本案主場館功能區域分布圖

2　功能定位

根據建設方要求，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　音響系統設計

3.1設計指標

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

表1　擴聲系統聲學特性指標

3.2聲場設計

隨著國民經濟的發展、家庭Hi-Fi的普及與錄音技術的進步，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設計理論的不斷發展。

近年來在國外出現了“擴聲系統優化設計”的理論，并在許多專業廳堂中得到應用并取得了良好的效果。所謂“優化設計”，主要指的是在常規的聲壓級、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化，對擴聲系統的高精度調試、校準等技術的應用，可以有效地提高擴聲系統的還原性能，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合的成果，驗證系統的設計能否達到預期的效果。我們采用的軟件是業內公認的EASE軟件，版本號是EASE4.1。

根據該劇場的實際需要，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。觀眾廳的擴聲系統可以實現單聲道擴聲、左右兩聲道擴聲、場地為主擴聲，并采用拉聲像音箱對現場進行聲像定位。

線陣列揚聲器簡述以及先進趨勢：

隨著數字技術及材料科學在專業擴聲領域的廣泛應用，一種新型的擴聲系統——線性陣列，自歐美興起并迅速席卷全球。與傳統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勢，正日益取代傳統擴聲系統，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等等諸多領域。

線性陣列擴聲基本原理：

“線性陣列系統”——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”，滿足其構成條件的音箱陣列系統，才叫“線性陣列系統”。

線性陣列擴聲優勢：

線聲源由無限多個、間距極小并且連續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，對傳統專業擴聲系統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節，舞臺音響系統設計及設備選型直接關系到最終的廳堂功能及使用效果。

就體育館內部的擴聲系統而言，最重要的是具有高質量的聲音重放。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。

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

在此擴聲系統設計的音箱選用上，我們嚴格遵循以下幾個重要原則：

（1）保真度更高、音色優美、柔和、細膩等優勢；確保該系統具有聲場均勻度好、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，音質優美。

（4）指向性強、Q值高、束寬特性平坦，有良好的聲場覆蓋。

（5）在國內甚至國際在自主研發的品牌。

（6）在演出行業有很多應用。

所以在該設計方案中采用了國內大型演出的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傳輸以及調音控制系統

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

數字調音臺：

GLD集iLive專業巡演系統的的各項優勢于一身，價格實惠，適合于常年惠顧我們GL系列模擬調音臺產品的各類租賃公司，教堂和現場表演場館等。

GLD是一款全數字化的混音系統。我們采用Cat5網線傳輸dSNAKE協議信號，結合即插即用的音頻機架和擴展器，可隨著用戶的需求增長，方便經濟地構建系統。還可使用網卡連接GLD系統，進行多軌錄音或連接其它設備。一個監聽端口用于連接ME個人混音系統。

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合，讓用慣了模擬產品的專業用戶，轉到數字設備的新手們都能夠自如的使用GLD系統。GLD-80和GLD-112調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秉承了其一貫的優質音頻性能，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。GLD的FX效果引擎直接取自iLive系統，具有堪稱業內經典的精細仿真效果。

總之，這是一款以模擬調音臺價格提供數字調音所有優勢的專業系統——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系統處理設備

在配置系統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，不能對擴聲系統的聲音還原造成音質劣化；

（2）處理設備具有友好的操作界面，方便系統的調節和模式切換；（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，方便聲場的精確調試，完成一個高質量的擴聲系統工程。

因此推薦選用1臺美國SYMETRIX數字音頻處理器Ra原dius12x8+xOut12共計12進20出Dante協議數字網絡音頻處理器，作為系統的處理設備，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

數字調音臺已經內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最重要的參數之一，本工程聲學設計的混響時間分布如圖6～8。

系統預測的平均聲壓級均大于106dB，優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，系統調試后實際的效果滿足設計規范及功能要求，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。