体育场馆扩声系统设计要点

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1、引言
近年来体育场馆的建设较为普遍，设计好、安装好、使用好场馆内的扩声系统，是电声工作者应该关心的问题。特别对中小城市来说，技术力量相对比较弱，如何根据实际需要，确定扩声系统的规模档次和主要技术指标，做好招标工作，是很重要的一个方面。本文仅就如何把握扩声设计的要点提供参考意见。
! c& b. H7 ]- h5 @! h2、体育场馆扩声系统的主要声学指标
国家建委在2001年发布了《体育馆声学设计及测量规范》的行业标准，其中包括了建声设计和扩声设计。建声设计部分主要提出了不同容积体育馆的混响时间推荐值；扩声设计部分提出了三个等级的关于最大声压级、传输频率特性、传声增益、声场不均匀度和系统噪声等五个扩声特性指标，见表1。其中一级和二级为语言扩声（体育活动、集会）兼用于文艺演出，三级主要用于语言扩声。如果达到了这五项扩声特性指标，加上满足了建声设计的混响时间要求，则该体育馆用于大型会议或体育活动中的语言扩声，都应该是没有问题的。对于一般的文艺演出也是可以的。至于有些剧团或演员有自己独特的要求，往往使用专用的扩声设备，那是另一码事了。关于不同品牌的扬声器或传声器适用于不同门类的音乐或不同音色的歌唱家、演奏家，那是一个深层次的艺术问题，不是一般要求的扩声设计所能解决的。
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  M) G  X7 l3 B表1  扩声特性指标
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对于体育场，没有专门的声学技术标准，但上述体育馆扩声设计的五项特性指标在体育场扩声设计时是可以参考的。
在五项扩声特性指标中，传输频率特性和声场不均匀度从字面上就可以理解其物理意义。最大声压级的意义，是在扩声系统正常使用中，当音乐高潮到来时，瞬间的峰值不会使扬声器产生可明显察觉的失真。传声增益指标基本上能保证扩声系统在正常使用时不会产生反馈啸叫。系统噪声是当系统在最高可用增益状态下，无有用信号输入时，系统在大厅内产生的噪声限值。（除扩声系统噪声外，另外还有建声方面的噪声，包括环境噪声和振动对室内的影响，其他设备如通风系统、灯光系统、舞台机械系统等产生的噪声。）
达到了上述扩声特性指标，在体育场馆内举办体育活动、集会以及一般的演艺活动，扩声系统就能基本满足使用要求。
3、扩声设计的关键所在
先说一个实例：某体育场有东西两面看台，主席台设在西看台，有顶棚；东看台露天无遮盖。各组扬声器都安装在西看台顶棚的前端顶上。在测试各项扩声特性指标时，传声增益和声场不均匀度任凭怎样进行各种调试，都与指标相去甚远。当逐步分解测试，寻找不能达标的原因时，发现即使切断了投向西看台和赛场的扬声器信号，只留投向东看台的扬声器发声时，东看台的声级却比西看台前排的声级要低6 dB上下。这就很清楚地说明没有选用好合适的扬声器的指向性，让本来作用于东看台的扬声器，在西看台方向（大约90°左右）的指向性衰减，远远抵消不了距离的优势（传播到东看台大约120 m，到主席台只有20多米）。另一方面所用传声器的指向性也接近于全向型。这样情况下，传声增益和声场不均匀度当然就不可能达标了。

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扩声系统的设计是从传声器到电子设备到扬声器系统以及系统的布置和声功率的分配。这是一项完整的系统设计。首先从体育场馆的场地和座位分布的整体考虑，扬声器系统的分布采用集中式、分散式还是半集中式。在分布方式确定之后，再从达到扩声特性指标考虑，关键之点是在各种规格指标的扬声器（系统）型号中，先从它们的“最大声压级”和“指向特性”来挑选用于不同安装位置的合适的型号。
& e' h/ u, A* m% t一般扬声器的说明书都给出必要的技术参数，主要有频率响应、灵敏度、最大声压级、长期负载功率、短期负载功率（有的标出额定功率、最大不失真功率）、指向性（或覆盖范围）等。其中最大声压级和指向性是要重点关心的。设计时对这些参数的应用要注意下列4点：
(1) 频率响应是指轴向即扬声器系统正前方1m远（根据扬声器系统的大小，测试距离可以增减）处的测量结果。考虑到扬声器的指向性，不同频率段的辐射声功率也可能不同。在体育馆的封闭空间内，频率响应要注意到输出声功率的平衡。
7 Z9 S5 }$ U( Y(2) 根据扬声器系统的指向性来布置时，一般使在它的覆盖范围内的直达声比较均匀。考虑到不同频段指向性的不同，相邻扬声器在有些频段的覆盖范围会重叠。
; t, T/ O" t% T/ X(3) 根据扬声器的灵敏度(1 W·1m的声压级)或最大声压级（1m处最大不失真功率或短期负载功率时的声压级），估算各组扬声器系统对各自覆盖范围内达到的最大声压级及其均匀性（考虑指向性）。
(4) 为了保证传声增益的指标达到要求，就要考虑扬声器系统的指向性是否使主席台上的传声器位置处于它的“临界距离”之外；同时考虑所使用的传声器宜为心形指向性，甚至是超心形指向性。
4、扩声系统设计的计算机模拟及竣工后的现场测试
在初步设计了所用各类扬声器系统和在场馆的布置后，宜采用计算机辅助设计，对各项特性指标是否达到标准要求，是否需要做适当调整。对于最大声压级和声场不均匀度两个指标，计算机模拟是比较有效的。
# r( P) i" E$ ~9 |9 T+ l必须指出，要做好扩声设计，建声设计好是前提。除了混响时间有定量指标外，由于体育场馆的跨度大，因此要非常重视消除可能有的回声的出现。还要考虑到观众不满座时，不仅对混响时间有影响，也更有产生回声的可能。对体育场来说，建筑本身以及周围的建筑也可能产生回声，有时可以调整扬声器布置或指向性可以解决。
6 k1 A: q. `8 U, ?1 s经过计算机模拟，对设计有把握后可以施工。竣工后应按标准所规定的方法进行现场测试。有时在测试中发现某些指标不够满意，还需做一点调整。例如有可能传声增益指标差一点，则分析产生反馈啸叫的情况，进行一定的电的或声的处理，保证各项指标均达到标准规定的要求。