广东财经大学国际学术报告厅方案分析

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工程概述
+ r/ }9 T3 Y; w; |  ]　　工程为学术报告厅，建筑面积为440 m2左右，层高约为3.5米。净容积约为1500m3左右，属小型空间；平面为长方形。该场所以学术报告、会议为主。


7 \- T& k( m0 S' p& }　　建声设计依据

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　　报告厅、会议室建声设计主要内容 ：
2 H$ I- ^2 X4 @5 F! T" e5 s5 _　　声学设计内容主要包括：体型优化、反射面的布置、混响设计、音质指标的考量和噪声 控制等。
　　1.体型优化
　　根据现场及观众厅平面和剖面图，用声学追踪，虚声源法等手段进行平剖面声线分析， 确定容易出现声缺陷的地方，然后进行体型优化设计，避免出现颤动回声，共振，失真等声 缺陷，并达到最佳的声场环境。
0 P: y5 I" ?$ h+ K3 E; W: K( b, J　　2.反射面的布置
　　反射面的面积是根据达到设计的最佳混响时间及其频率特性所需的吸声材料的面积来 确定，以充分扩散为目标，用计算机传真软件来模拟确定布置的位置。
　　3.最佳混响时间及其频率特性设计
　　根据国家和行业标准及现场条件的需要，制定最佳混响时间及其频率特性设计值，以满足甲方的使用功能。
　　4.音质指标的考量
/ e* z- Q- Z2 ?" g4 U　　主要是根据厅堂音质标准评价各客观参数的合理性。
5 ]4 c& W8 z5 G7 \　　5.噪声振动控制
　　确定围护结构的隔声方案，进行包括机电，照明，暖通及其它设备等噪声源在内的消声与减震设计
3 a- T% y7 r3 J. k" h* S　　报告厅、会议室建声设计主要内容 ：
! b! A& C! N  Q/ U5 [. g5 U0 ~　　声学设计内容主要包括：体型优化、反射面的布置、混响设计、音质指标的考量和噪声 控制等。
　　1.体型优化
1 r3 q$ t4 L3 ^/ @2 t! X6 n( }1 W　　根据现场及观众厅平面和剖面图，用声学追踪，虚声源法等手段进行平剖面声线分析， 确定容易出现声缺陷的地方，然后进行体型优化设计，避免出现颤动回声，共振，失真等声 缺陷，并达到最佳的声场环境。
　　2.反射面的布置
1 l8 I  i5 I- X9 C　　反射面的面积是根据达到设计的最佳混响时间及其频率特性所需的吸声材料的面积来 确定，以充分扩散为目标，用计算机传真软件来模拟确定布置的位置。
, F/ ^0 o- e. E3 C( F% h　　3.最佳混响时间及其频率特性设计
. X; y0 w# h- O+ [" a　　根据国家和行业标准及现场条件的需要，制定最佳混响时间及其频率特性设计值，以满足甲方的使用功能。
　　4.音质指标的考量
$ j4 Q2 y# Z$ ]　　主要是根据厅堂音质标准评价各客观参数的合理性。
　　5.噪声振动控制
　　确定围护结构的隔声方案，进行包括机电，照明，暖通及其它设备等噪声源在内的消声与减震设计
, b  V: X3 c: J' H4 l! |　　厅堂音质评价的主要技术参量
9 }9 t: X- D; c% d7 d1 |! }　　为了指导厅堂音质设计，以及较方便地对厅堂进行定量检测，必须对厅堂进行客观评价。 在众多客观参数中，对决定报告厅的音质有重要意义的参数有以下若干指标。
. c# n) M/ W+ p% l　　1.混响时间和早期衰变时间
　　混响时间  T30，是第一个也是最重要的音质评价物理指标。混响时间与音质的丰满度和 清晰度有关。过长的混响时间，使语言声听闻模糊不清。但是若混响时间过短，则表明厅堂 各界面的反射声过弱，声吸收过大，就会影响音质的丰满度。早期衰变时间 EDT，定义为室内声能从 0dB—10dB 的衰变率外推出的声压级衰变 60dB 的时间，即从室内脉冲声能衰变曲线中，从 0—10dB 的区段量得的衰变时间，再乘以 6。这 个指标在比较不同厅堂的音质时较为重要。
, D' M4 V, T+ @7 w  y7 q# W4 `　　2.声压级和强度指数
' t! Y* S2 [0 W; v: E- k/ O5 Y# z　　与音质响度感密切相关的物理指标是声压级。另一评价厅堂音乐声响度的物理指标称为 强度指数 G。它是采用无指向性声源置于舞台上发声，然后用声级计在厅堂某受声点处（距声源 rm）记录声压级 Lp;并将同一声源置于消声室内发声，在距声源 10m 处记录声压级 Lp(10)则 G 为此两次声压级之差，即G= Lp(10)- Lp式中，分子部分指早期声能，分母部分指后期声能。C  为早后期声能比值取对数的10倍。
　　3.清晰度
5 X# e# R' r1 l& Z6 Y　　清晰度 D50 是混响过程中 50ms 以内的反射声能占全部声能的百分数。
/ p# j+ v. ]  f9 M7 t: }' J　　它定义为：

9 F/ H; G+ P( J& C　　4.语言传输指数
5 U" s3 n& `! t7 E* @1 [! f( q　　语言传输指数 STI 是由调制转移函数（MTF）导出的评价语言可懂度的客观参量。快速 语言传输指数 RASTI 是仅从中心频率为 500Hz 和 2000Hz 的两个倍频带内 9 个调制指数计算 得的语言传输指数。
# |4 y  m% c" y; W6 x" |0 f　　多功能厅、会议室设计指标及声学计算
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一、建筑声学设计指标
" V) i4 q. q5 m0 B# r* W( h2 {+ J　　针对主要用于会议用途，同时考虑小型演出及影片的放映。使用时以电声为主。确定其混响时间即其他音质指标参数，同时兼顾其他观演活动的音质要求，适当采取折中值。室内反射声形成混响，混响时间是决定室内音质的一个重要因素。一般来说，混响时间短，有利于听音的清晰度，但过短会感到声音变得干涩、沉闷枯燥;混响时间长，有利于声音的丰满度，但过长则会感到声音混淆不清，降低了语言的清晰度。因此恰当的选择和确定混响时间及其频率特性是十分重要的。语言和音乐所要求的混响时间不同，为使有高的语言清晰度，要求混响时间短，为使音乐丰满，又要求混响时间较长。恰当的处理房间的混响时间将使声音有较好的表现。
1 m, i* V* w! h　　大礼堂满场合适混响时间的选择宜符合下列规定：
　　在频率为500-1000Hz时，对不同容积的合适混响时间：
　　混响时间频率特性，相对于500-1000Hz的比值宜符合表5.3.1的规格范围。



( _; J3 G9 H) A% g0 m; X% x+ f
　　声学计算
　　1.混响时间计算公式
　　依林混响时间计算公式是在赛宾混响时间计算公式的基础上加以修正得到的，在工程上 得到了普遍的使用。公式考虑了大空间中的空气吸声作用。计算公式如下所示：
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: }/ Z7 |: I5 |! _' @5 V/ n

! C: F* d; B% h9 c' Z3 `　　式中，4m—空气吸声系数。
. z$ A* K. e, S　　在计算混响时间时，通常要计算 125、250、500、1000、2000 和 4000 六个频率的值。
　　2.响时间计算表
　　考虑到各材料的实际吸声效果，合理调整各材料的使用，同时配合室内装修的效果，计 算出各表面积吸声量及空气吸声量，并根据依林混响时间计算公式，得出混响时间计算表
　　设计方案
　　会议室建声设计的基本参数
　　混响时间
　　当室内声场达到稳态后停止声源发声，声压级自原始值衰变60分贝所需要的时间。
　　混响时间重要性
* [+ Z. o# ~8 p! O6 i+ f　　混响时间过长，馆内听音浑浊，影响语音清晰度；
　　混响时间过短，声音干涩，强度变弱，造成听音吃力。
　　为使室内具有优良的声学效果，应根据馆内大厅的建筑和声学特点，合理配置安装不同吸声性能吸声材料，使厅内声音各频段的混响时间尽量趋于一致，以达到较优的听觉效果。
$ _1 g: |8 X+ Z% v9 D　　设计目标
　　装饰效果美观、大方、清新、活跃；
　　所用材料满足国家防火及环保要求；
' W6 c" O, v  o1 f　　所用材料满足建筑结构及安全要求；
' l- z+ e" X$ g0 Y$ u/ N* u7 ], O　　满场（80%观众量）混响时间满足国家标准丙级指标要求：
　　改善场馆内的回声、多重回声、颤动回声与声聚焦等声学缺陷， 提高声场均匀度。
　　建声处理措施-墙面，左、右、后
　　墙面(蓝色部分）为该空间的主要吸音区域，使用施工便捷性的产品，该区域使用精工声学软包，主要吸收空间内平行声反射的中高频段。降低空间混响时间及NR值增加空间舒适感。
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5 A8 J. `5 [1 |+ @$ T1 y　　建声处理措施-墙面，左、右
* K0 M% V4 F, `% q　　墙面(绿色部分）该区域除使用精工声学软包外，还需要增加矩阵吸音板，控制空间内过多的低频，提高语言亮度，使人声更加饱满丰富。
  W. j; y' z, X: B9 k5 z+ ^

　　建声处理措施-墙面，后
　　墙面(紫色部分）为该空间的副吸音区域，该区域使用可控扩散单元，主要控制空间内中高频段的音色匀称，增加平滑感，降低峰谷。

$ Y7 T& A" a7 H　　产品声学特性声学计算及模拟
# ]+ a. r! }8 [! R( S5 e　　吸声材料无玻璃纤维颗粒的粉尘污染，无甲醛污染，满足馆内空气质量环保要求。
　　吸声材料的防火性能达到B级不燃，满足国家标准的消防要求。
　　吸声材料具有防潮、防白蚁、不发霉、抗冲击性强、好打理等优点。
　　场馆满场混响时间达到国家丙级标准，满足比赛、集会、演出的声学要求。
　　完成后效果

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　扩声系统
7 `* H7 X5 `' a% G6 t! H　　设计思想
: L4 C, v, {% A" `　　我们此次的设计是根据业主方所提出来的有关该系统的扩声系统具体应用需求，结合我们以往同类项目的工作经验，依据现有的国家标准、规范，并参照国际上通用规范进行的。在系统设计过程中，我们按以下的思路进行设计：
9 o7 C- F: G6 l6 p8 q4 O　　2 突出先进性、实用性、可靠性系统特点
　　2 报告厅的应用性
+ I2 ]& ?. ]# p) a. i# m* |( w3 |9 W3 V　　2 极易伸张的扩展性
　　2 完善的售后服务保证体系
　　根据上述标准和甲方技术文件要求，我方进行了设备的合理化配置、计算机辅助声学设计、计算机辅助制图，将本工程项目进行了最合理的优化。设计涉及的计量单位均采用国际单位SI制。
　　设计所涉及的所有设备和材料，除专门规定外，均依照下列标准规范进行设计、制造、检验和试验。
  |7 N/ R/ L) |3 N( z7 f% v0 B　　中华人民共和国国家行业标准：
3 p. }$ x+ e; @  s% ?& M" [0 l3 |　　GB4959-85《厅堂扩声特性测量方法》
. w, k8 d% A, f8 n- O　　WH01-93《扩声系统声学特性指标与测量方法》
. M7 C! B5 Z- O　　GYJ25-86《厅堂扩声系统声学特性指标》
　　GBJ118-88《民用建筑隔声设计规范》
　　GB/T15381-94《会议系统及其音频性能要求》
1 l; ?  ~8 G; }　　GB/T4959《厅堂扩声特性测量方法》
; V, H+ ^% i$ p3 |% K$ O　　GBJ232-92《电气装置安装工程施工及验收规范》
　　JGJ/T16-96《民用建筑电气设计规范》
　　GB14197-93《声系统设备互连的优选配接值》
　　GBJ76-84《厅堂混响时间测量规范》
1 x+ {; x) A- m& }( i& V, @) j6 v　　GB/T14476-93《客观评价厅堂语言可懂度的RASTI法》
　　GB120206-89《声频设备一般术语和计算方法》
　　以及其它现行的国家和行业一级语言与音乐标准及规范，招标技术要求，招标设计相关图纸和材料表。
　　设计指标
　　为了使设计的目标具有可“度量性”，以原广电部GYJ25-86《厅堂扩声系统声学特性指标》我们认为所确定的报告厅厅的设计指标，应该为本厅扩声系统的设计将选用国家《语言音乐兼用一级声学特性指标》GYJ25-86厅堂扩声系统声学特性指标
[

9 v& @- }# P9 K% @　　足够的声压级
　　随着现代录音技术的发展以及人们听觉鉴赏水平的提高，要求系统有足够动态余量，以适应不失真还原大动态的节目信号。设计所选用的扬声器功率大，灵敏度高，与之相匹配的功率放大器具有足够的功率储备。经计算完工后的观众厅内的平均声压级为99.7dB（min：98.9dB\max:100.9dB）,声场不均匀度1000-4000 Hz
) p  J. s3 ?; q0 R% N　　≤2dB,完全可以达到国家一级厅堂的指标要求。
' D- V9 O8 }, X, O- A: u4 h　　良好的声场均匀度
1 l( i6 L* C* n) L3 s: v1 n　　设计中所选的扬声器为吸顶印象，采用均匀分布的方式进行设计和安装，根据听众区的具体位置和面积，组成“点”声源阵列，有效降低阵列的梳状滤波效应，所选用的扬声器都是恒指向扬声器，有利于语言清晰度的提高，听众区都处于扬声器的覆盖范围内，可以预见声场均匀度是良好的，而通过计算机的模拟运算结果也可证明这一点,我们设计的声场不均匀度为1000-4000 Hz≤2dB，所以这种分布式音箱结构具有极佳的声场均匀度效果。
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　　平滑的传输频率特性
　　系统中对每路扬声器都进行参量均衡的调整，使其在指向性控制范围内各频率声束宽度变化很小，没有过激点和陷波点，而且在扩声系统中，每路扬声器都连接有一台房间均衡器（在DSP数字音频处理系统中），能提供足够的手段改善观众厅和舞台区耦合空间声场对传输频率特性的影响，确保系统的传输频率特性平滑。
3 M; }6 S3 H+ Y; H% p8 a　　良好的传声增益
! G5 ?! O- D  l. S! H. z7 X: q　　系统中的扬声器布置合理，主要表演区均在主扩声扬声器的覆盖范围外，所选用的扬声器采用可变指向高音扬声器，－6dB角外的声能衰减迅速；另外，选用的传声器为心型指向、超心型指向。因此，系统的传声增益要达到设计目标是有保障的。
3 g7 `) P& N; ?/ g: X　　低的系统噪声
6 w- p5 H8 o. Z& s$ Y& G　　系统噪声的产生及引入，主要跟设备的档次以及系统配接方法以及周边设备的数量有关。显而易见,在设计中所选的设备均采用了本底噪声较低的优质产品，系统采用星型接地，几乎所有周边都包含在一台数字媒体矩阵内，可实现周边设备拖拽式调用和UI控制界面设计，因此，实现指标中所要求的本底噪声指标可以得到保证的。
  ~; S( t9 o. E5 b　　系统适应性强，方便扩展
( f' f  U$ G4 Q5 J9 T. d　　通过对设备体系的分析,我们认为在设计过程中除对上述客观可测量指标进行重点考虑外，还可从使用的角度出发，放宽系统的适应性，除可以满足会议扩声要求外，它也可以满足多媒体音乐播放的要求，整个系统有效重放频率宽度为35Hz—18kHz，系统的调音台和处理设备，都保留有足够的扩展空间。
, \7 L6 Z& |( \2 J/ K# I; p+ a$ \　　可靠性高、技术成熟
　　系统在设计中，在扬声器的最大声压级、功放的功率储备、扬声器的保护、音频处理器的处理能力以及主控调音台等环节引入冗余备份的设计理念，功放与扬声器单元的设计处于最佳匹配状态，这种系统整体解决方案，除对音质高保真重放有利外，另一个重要的优势就是大大提高了设备的可靠性。系统操作管理方便
　　建立计算机声学模型通过计算机进行辅助设计分析
" ?, t$ y, `! L  [　　在通过对整体设计的理解,我们采用MARTIN吸顶音箱专用系统软件进行计算机辅助设计，对音箱的数量与排布进行模拟计算，并对建声环境进行专门设计，对系统的可行性预计找到依据。

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系统设计原则
! B4 c9 K$ G) f　　扩声系统主要以语言扩声为主要目标，音乐重放扩声为次要目标。系统设计上要满足厅内的观众席处要有适合的响度、均匀度、清晰度和丰满度，不得出现回声、颤动回声和声聚焦等影响音质的缺陷。另外还要满足音乐扩声时的丰满度、明亮度及方向感声。
　　先进型原则——采用的系统结构应该是先进的、开放的体系结构，和系统使用当中的科学性。
　　实用性原则——能够最大限度的满足实际工作的要求，把满足用户的业务管理作为第一要素进行考虑，采用集中管理控制的模式。按照实际需要来设计相应的系统，在满足功能要求和技术指标要求的基础上尽量简化设计，坚持实用化，充分满足用户的需要。
9 Z( X9 d7 ^' `* h7 d5 }　　可扩从充性、可维护性原则——要为系统以后的升级预留空间，系统维护是整个系统生命周期中所占比例最大的，要充分考虑结构设计的合理、规范对系统的维护可以在很短时间内完成。工程应有良好的整体视听效果，适当的风格和气派，所有产品应选用国内外正规厂家生产，并附有产品合格证书。
4 Z/ q$ F, `2 G3 V' W2 d, @4 _　　经济型原则——在保证系统先进、可靠和高性能价格比的前提下，通过优化设计达到最经济性的目标。
　　高可靠性――采用系统集成设计方式，选用成熟可靠、性能稳定的设备和配件，系统关键部分采用冗余设计，具备一定的容错能力及抗干扰能力，在设备选型、材料采购、施工方案中解决了防静电问题，满足了用户可靠性要求。
- `4 ]2 S1 H: N+ l5 u1 D　　易操作、易管理原则――提供良好的操作界面，方便用户操作，提高系统自动化管理能力，降低劳动强度。
　　专用声场模拟软件
　　随着科技的进步、技术的发展，特别是数字技术在音频领域中得以应用，使得声信号的记录、传输和重放的音质有了很大的改善。但是，决定音质的好坏不仅与设备有关，还与声学环境和人耳的听觉特性有关。在同样设备的条件下后者显得更为重要。
: j& e7 v6 n( w! B" i" O/ W　　所以音响系统设计的根本问题是声学问题，不是简单的设备选型与组套，厅堂最终的音质效果是电声与建声综合设计效果的体现，扩声系统设计首先要研究指定空间的声场，这一点非常重要。只有对要设计的厅堂的声场有深入的了解，并进行仔细的研究之后，进而对厅堂进行建声设计、处理和电声系统设计，并使二者完美结合，才能给出准确的“设计”，并获得最佳的音响效果。
# ?  u  D  L& M+ P* L/ m　　根据以上要求，我们仔细审阅了土建图纸，对所有厅堂的建声进行了仔细的分析，将建筑声学的有关特性与电声作为“一体”进行综合设计考虑，采用计算机辅助设计对声场进行声学设计。事先，在计算机上建立了与厅堂建筑实体相同的立体模型。并对房间内建筑数据：
% J5 a8 r9 m* f( u+ ?. j　　建筑体型形状；（关系到声学缺陷的产生，反射声的分布）
# V' y. t# ~$ R/ ^　　房间容积；（确定房间常数、混响时间）
" R5 {/ i! ]5 u- C) g- R6 [+ r　　室内墙面、顶棚、地板、座椅等材料吸声系数；
% R* o' j; ?: W- u9 Z- S　　座位数及其排列；
　　近次反射声的分布
　　有了充分的了解后，充分考虑到直达声和混响声的扩散与叠加及声学比、混响半径等声学指标。并以此为基础对扩声系统进行声场设计。因为只有对声场深入仔细了解后，才能给出准确的电声设计指标，获得最佳的音质效果。
　　混响时间的确定
0 K7 `( @& }  J; d0 i7 \　　一般来讲，混响时间短可提高语言的清晰度，混响时间长可提高音乐的丰满度。我们认为，本系统应首先保证语言清晰度为主要目的，兼顾音乐、环绕影视使用要求。所以在进行扩声系统设计之前必须以特定的混响时间为基础，只有在特定的混响时间条件下对厅堂的“声学特性指标”的设计才是科学的、准确的，这也是我们设计的重点。
+ L+ M' i1 e: ?  i$ m- o9 A　　遵照上述原则，我们在计算机上建立了所有厅堂的实际立体模型并进行模拟计算。
　　具体设计步骤及结果
: z" P" M1 g& O　　扩声系统声学特性计算机辅助设计是利用现代化技术手段从事工程设计的一种理想方法，精度高、效率高，更重要的是无须等到安装调试结束就能知道工程设计结果。它是应用计算机，借助于实用专业软件，对厅堂、体育馆（场）、会议室的扩声系统的声学特性进行计算机辅助设计的。
　　声学特性计算机设计系统有非常好的可信度和精度，在输入厅堂的建声数据足够准确时，其计算数据与最后电声实测结果相比较，误差可控制在1分贝以内。对工程设计和安装调试而言，这已经足够，同时它还具有很好的设计安装调试指导性，这在以往的工程设计中得到了良好的验证。采用声学计算机系统来设计本系统厅堂的声学特性，就意味着，无须等到系统安装、调试和测量完毕之后，就能知道其设计和安装调试结果。换句话说，依据本设计方案所给出的音响系统及设计计算结果，已清楚的看到了该会议室预期的扩声系统声学特性。
　　本学术报告厅扩声系统设计完全满足国家《语言扩声一级声学特性指标》要求。
　　【音响系统配置说明】
　　1、常规扩声设计
# v) D$ \8 p) l, L  }% d　　本系统配置了29只两分频同轴吸顶音箱作为分布扩声音箱，均匀分布在大厅天花上，其中25只音箱作为听众席扩声，4只音箱为主席台返听扩声，听众席扩声分为5组独立编组，对现场各区域进行均匀分布扩声。控制室位于听众席后场，16路MIDAS数字调音台用一台ALESIS iPM1616P与iPM1616DV用网线进行网络音频数据传输，不用布置许多模拟的音频线，避免诸多外界干扰信号。功放室放置于舞台侧边，降低传输内阻，提高功放机的效率。而且我们采用的是带PFC的宽电压数字功放机，其发热量少，能量转换效率高，阻尼系数可达到5000以上（该值的大小表示功放对其负载扬声器驾驭能力的强弱,其值越大表示功放机对音箱的驱动能力越强），最低可以2欧姆驱动音箱单元，稳定性更高。系统的声场调试在音频媒体矩阵里完成，音频处理的任何周边设备都集成在它里面，减少设备间的电位差的可能，提高了音响系统的性噪比，减少噪声。


　　2、移动演出扩声设计
　　考虑到本报告厅为校方最大专业厅堂，会兼顾小型演出、音乐鉴赏的需求，所以在保障报告厅扩声的同时，通过增加双十五寸大动态音箱作为演出使用的主扩音箱，移动式的设计为使用提供了便利性。

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　灯光系统
　　用户需求
　　满足厅堂内学术报告及中小型会议。
　　设计说明
2 }/ D. X8 k- q6 b# j  A　　依据“安全、适用、经济、美观”的设计原则，结合灯光的不同使用特点和要求，以及报告厅的舞台结构尺寸，我们采用以下设计思想。
8 p7 a  M2 r/ n* b: r　　1． 选用700Lx的照度，作为会议照明的合理照度，以满足庄重、大方、明亮的会议照明。
　　2.  选用冷光三基色灯，作为会议照明光，以营造舒适、轻松的会议环境。
# _3 C7 f1 |! r3 m　　设计配置
: C  L+ K/ H# {0 f1 ?; _. }5 H　　面光：位于舞台外观众席顶部上空，采用电动遥控式三基色灯光，射向舞台表演区，用于舞台前区人物的面部光。
. c0 J: J2 |$ o  A/ I& q1 p9 R　　顶光：位于舞台上方，用三基色柔光灯做泛光照明，照亮舞台。

　　综合报告厅的设计，能够满足以下功能：会议、培训教学等，追求语言的清晰图和饱和度，声压级级要求达到国家厅堂扩声系统一级标准。同时预留了丰富的接口，方便以后系统的扩展，实现整个系统的强大功能。