体育场馆扩声声学问题简析

neumann

  体育场馆中，为体育活动和群众集会服务的扩声系统只是诸多设备系统中的一个必要配套项目。扩声系统的建设应力求达到服务区内听闻良好、设备系统稳定可靠、操作方便，并尽可能地节约投资。随着技术水平和设备性能的提高，扩声系统的组成可有多种选择即可能数字设备为主，也可是模拟设备；可以是网络传输方式，也可是传统的传输方式；可以是进口设备，也可以是国产设备。达到良好的听闻条件是组成扩声系统的前提和归宿。为此，必须理解体育场馆内特殊的声学条件，以便在扩声系统设计中充分考虑并采取对策。
$ N; }( {& ?, C/ w: u一、 在混响时间较长的体育馆扩声系统设计中应注意的问题：
0 O- B8 l$ M- N3 c6 Z  H; n, z0 g: A    近年设计的一些大型体育馆的容积很大，数万立方米到10多万立方米的优育馆已不是个别现象。有的达30多万立方米（相当每座容积在30立方米以上）。这是声学设计不希望的，但又往往无法改变。在这种大体积的体育馆中，扩声系统面临混响时间长，以及容易产生长延时的强反射声学问题。显然，这是可能影响扩声清晰的重要因素。在争取尽可能降低馆内混响时间的同时，扩声设计应合理布置扬声器系统并控制扬声器系统的指向性特性，把主要扩声直达声投向服务区和观众席，以其达到良好的直达声能与混响声能之比，并尽可能控制强反射声，改善扩声清晰度。曾有过用分散式布置扬声器系统，控制扬声器系统的中频指向性因素（10左右），较好地解决了体积为30多万立方米，混响时间长达3-3.5g特大型体育馆中的扩声清晰问题。在设计过程中，曾试图应用业内熟知的计算辅音清晰度损失的方法估算语言清晰度，但在如何处理多声源及建声条件对混响声能的影响问题上难以定量处理，也就只作为了定性指导。实践证明，控制扬声器系统的指向性，尤其是对语言清晰影响大的中高频指向性，并合理布置，以达到良好的直达（近次）声能与混响声能比，在混响时间较长的体育馆扩声系统设计中是个重要的问题。
二、长延时，高强度反射声干扰对体育馆扩声系统设计的影响；
    在体育场中，无论是采用集中式或分散式扩声系统，都可能出现长延时、高强度的反射声干扰，尤其是使用集中式扬声器扩声系统，看台上观众较少时，反射声干扰更为严重。显然这是不可能从根本上消除的缺陷。在以往建设的体育场扩声系统中，几乎无一例外地存在这个问题。扩声系统只能通过分区控制覆盖，以便关闭覆盖无观众区域的扬声器系统来减少声反射，但这也不完全消除上述声缺陷。好在这种缺陷在看台坐满观众时基本消失，且当看台人少时多为不是重要的活动或体育赛事。这大概也是这些扩声系统长期使用又没有严重不良反应的原因。
3 |! X* M- ~# K9 f1 y三、场内信噪比对体育馆扩声系统设计的要求；
    场馆内观众噪声较高即使并非全场欢呼鼓掌，观众噪声也可达到80dB左右，全场鼓掌时，可达90dB以上。扩声系统能达到的最大声压级应与此相适应，即在正常观众超声级时，场内信噪比仍然满足扩声语言听清的要求。标准JGJ/T131-2000中规定的最大声压级即是基于上述及其实现可能性的考虑而确定的数值。为了适应体育场馆内噪声变化，有的扩声系统在场内设置背景噪声拾取传声器，根据场内噪声级高低，手动或自动调节扩声系统的增益，以便在最大声压级限制之下达到合适的信噪比。这对不受声反馈制约的"广播系统"是可行的。系统最大增益受电声反馈制约的扩声系统，只能提高声源声压级来改善信噪比，当然系统的动态范围必须满足高声源声压级的需要。有的扩声系统中设信号处理器，提高对语言清晰度有贡献大频段的声能比例，以便在背景噪声较高时，不增加总功率，提高对语言清晰度较有贡献的频段的信噪比，改善扩声清晰度。
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: l; m$ R5 K3 O( }- H* M! q) J四、关于传声增益；
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4 u- G  j* H4 O% j5 i! D! V- _    大多数体育场馆的现场主扩声器设在主席台和裁判席附近，其扬声覆盖与一般观众席（或场地）没有明显的不同，即扩声扬声器系统在观众席与主扩声传声器位置的覆盖特性基本相同。这是制约体育馆传声增益的主要条件。在实际工程中，使用心型指向性传声器，声场频率特性没有明显的起伏和峰指，认为系统在临界增益下6dB稳定，则其传声增益决定于声场的峰指因子，一般为-10dB。因此JGJ/T-131-2000规定一级指标的传声增益不小于-10dB。在这种条件下，扩声传声器一般距主扩声扬声器较远，混响声能或强反射声对声反馈起主要作用，因而提高扩声传声器的指向性因数对改善传声增益显得尤为重要。主传声器点的覆盖声场特性可单独调整的体育场馆，其扩声传声增益控制与一般厅堂扩声类同。
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) o4 v, i( K$ E- j- c五、集中扬声器系统的高频声衰减问题；
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    体育场中，集中扬声器系统的服务距离长达150m以上。声传播中的高频衰减（4KHz以上），因频率和气候条件不同，可达数分贝到数十分贝，从扩声工程的角度上讲已不可忽略。如果太强调远区（如100m以上）声场高频平直的特性，必然造成扬声器系统高频负荷太大。因此，在保障远区声场频响4KHz以下基本平直的前提下，允许其更高频段响应合理自然下降。国家标准有关户外传播的衰减的计算，可供设计的应用。

六、影响扩声清晰度的声学问题。
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    一般厅堂扩声中较常见影响扩声清晰度的声学问题，如直达声中高频覆盖不足，不同扬声器系统覆盖重叠和时差引起的声干涉等，在体育馆场扩声中也可能发生。其影响及处理方法在业内也有基本共识，不再赘述。