一.前 言
擴(kuò)聲的目的是擴(kuò)展動態(tài)范圍及改善清晰度。擴(kuò)聲系統(tǒng)由音響設(shè)備和聲場兩部分構(gòu)成，我們在音響設(shè)計中必須重視場館的結(jié)構(gòu)分析，因無論是用傳聲器拾取聲音還是用揚(yáng)聲器再現(xiàn)聲音，均不可避免地需要通過聲場來完成，因此聲音所處的環(huán)境（場館結(jié)構(gòu)）對音箱（話筒）的擺放與布置方式以及音箱（或話筒）的指向特性有決定性的意義。
按照最新的國家標(biāo)準(zhǔn)GBT 28049-2011 《堂、體育場館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》作為設(shè)計依據(jù)。一級如表1。
二.擴(kuò)聲形式的選擇
目前來說大型場館的擴(kuò)聲形式一般分為集中式，分散式和混合式三種。在擴(kuò)聲形式的選擇上主要由場館的結(jié)構(gòu)、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及建設(shè)預(yù)算等綜合考慮。以上三種各有特點(diǎn)：集中式擴(kuò)聲揚(yáng)聲器主要安裝在體育場挑臺的上方或體育館頂部中心位置。
此方式多應(yīng)用于中小型場館，其優(yōu)點(diǎn)主要是：便宜、簡單實(shí)用、聲像一致、線路損耗小。 其缺點(diǎn)為：聲音容易外溢造成聲污染、聲音的二次反射聲容易使清晰下降、對頂棚的負(fù)重有嚴(yán)格的要求、受氣候影響較大。
分散式擴(kuò)聲揚(yáng)聲器主要安裝在場館的四周均勻分布?，F(xiàn)此方式多應(yīng)用比較為廣泛，其優(yōu)點(diǎn)主要是：語言清晰度高、聲場均勻度好、聲音的外溢極小、對頂棚的負(fù)重要求較低、受氣候影響低、對揚(yáng)聲器的聲功率及靈敏度要求較低。其缺點(diǎn)為：聲像一致性較差、造價較高、線路損耗較大。混合式擴(kuò)聲方式主要以集中式擴(kuò)聲為主，分散式為輔?；窘Y(jié)合了雙方的優(yōu)點(diǎn)，此方式多應(yīng)用于大型場館，但是造價較高。
就目前的電聲技術(shù)而言如果場館的建筑結(jié)構(gòu)有比較標(biāo)準(zhǔn)均勻?qū)ΨQ的東、西看臺防雨頂棚。主揚(yáng)聲器擴(kuò)聲方式無論采用集中式、分散式還是混合式，若揚(yáng)聲器的指標(biāo)性能達(dá)到要求并且設(shè)置合理，基本都能夠滿足使用要求。
現(xiàn)代體育場館多追求建筑風(fēng)格獨(dú)特的美學(xué)造型，以此成為一個城市的地標(biāo)建筑，在建筑工藝上比較特殊，這些獨(dú)特的造型明顯對擴(kuò)聲產(chǎn)生影響，在設(shè)計上根據(jù)實(shí)際情況采取分散式擴(kuò)聲的比較常見。若采用集中式擴(kuò)聲必須注意聲音的外溢問題，在現(xiàn)實(shí)情況中可采用恒指向特性號角、高Q值揚(yáng)聲器或線陣列揚(yáng)聲器進(jìn)行擴(kuò)聲?，F(xiàn)代的線陣列技術(shù)有了長足的發(fā)展，被大量應(yīng)用于體育場館，具有很多的成功案例。
三.聲功率計算及揚(yáng)聲器的選擇
根據(jù)傳統(tǒng)點(diǎn)聲源法則中的平方反比定律，距離每增加一倍聲壓級衰減6dB。其聽音點(diǎn)聲壓級(L)的計算公式（自由空間點(diǎn)聲源）
L = S + 10 lg P - 20 lg r
式中 S - 揚(yáng)聲器靈敏度 P - 饋給揚(yáng)聲器的功率r - 揚(yáng)聲器與聽音點(diǎn)的距離 L -聲壓級
如果采用集中式擴(kuò)聲一般體育場的直線距離有100米左右，若采用傳統(tǒng)揚(yáng)聲器要達(dá)到國家一級擴(kuò)聲系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)≥105 dB時，距離揚(yáng)聲器1米處要達(dá)到的最大聲壓級為驚人145dB，這對揚(yáng)聲器是個極大的考驗(yàn)。
在實(shí)際應(yīng)用中如果采用傳統(tǒng)揚(yáng)聲器擴(kuò)聲，一般疊加方案即多只揚(yáng)聲器采用上下或左右方式組合在一起形成一組。但對聲壓級的提高有限，因?yàn)楦鶕?jù)傳統(tǒng)點(diǎn)聲源法則聲壓級每增加3dB功率需增加一倍，這意味必須增加一倍的揚(yáng)聲器及功放，這將嚴(yán)重影響系統(tǒng)的造價。
而且疊加的揚(yáng)聲器其直指向性會產(chǎn)生變化，這種變化會根據(jù)揚(yáng)聲器的組合方式、角度及頻率變化而各不相同。只有通過計算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行模擬，才可得出參考的數(shù)據(jù)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中就算經(jīng)過計算機(jī)進(jìn)行模擬，但在安裝過程中因較為繁瑣復(fù)雜，而常有偏差而影響擴(kuò)聲效果。
現(xiàn)代的線陣列技術(shù)在效率上具有明顯的優(yōu)勢,水平覆蓋均勻、垂直指向性強(qiáng)、輻射區(qū)內(nèi)聲能衰減小等特點(diǎn)，在擴(kuò)聲領(lǐng)域正逐步替代傳統(tǒng)揚(yáng)聲器。以相同的地點(diǎn)及聲壓級進(jìn)行比較，線陣列揚(yáng)聲器比傳統(tǒng)揚(yáng)聲器體積更小、更輕便、更加容易吊裝。
線陣列揚(yáng)聲器還可結(jié)合建筑的特點(diǎn)，進(jìn)行吊掛、校準(zhǔn)和彎曲，以滿足大多數(shù)觀眾的聽音需求。首先一個線陣列系統(tǒng)應(yīng)作為一個整體來考慮，如果獨(dú)立的來使用還不如用常規(guī)揚(yáng)聲器。
線陣列的優(yōu)勢在于組合，如果有足夠數(shù)量的線陣列揚(yáng)聲器組合在一起并且單元之間的空間足夠緊密，線陣列將真正發(fā)揮他的威力，一個指向性強(qiáng)而且在一個很寬的頻譜內(nèi)高度可控的聲音，并且聲音從前到后都有極好的均勻度。聲音的清晰度很高，揚(yáng)聲器就像在你不遠(yuǎn)的地方。
為什么有這樣的效果？線陣列揚(yáng)聲器是一組排列成直線、間隔緊密的輻射單元，并具有相同的振幅與相位。
一組線性揚(yáng)聲器會形成一個圓柱狀波形，當(dāng)距離每增加一倍聲壓級只減少3dB，因此陣列線揚(yáng)聲器極適合遠(yuǎn)距離傳送，其效率與非線性陣列揚(yáng)聲器比具有極高的優(yōu)勢。
線陣列其核心技術(shù)為聲波干涉。但線性長度必須為所輻射波長的4倍以上，這才能保證其在垂直方向上的指向波形接近于平面波。而相鄰揚(yáng)聲器單元中心之間的距離小于1/2波長。
在實(shí)際應(yīng)用中意味著只有較長的線陣列才能在低頻段符合線聲源的工作原理，同時只有使用非常小口徑的揚(yáng)聲器單元才能達(dá)到在高頻段的耦合。這就說明了線陣列揚(yáng)聲器必須組合成長陣列，只有長陣列才能控制低頻段。
而中高頻段則采用波導(dǎo)技術(shù)，理論要求為了使揚(yáng)聲器或者號筒加載裝置相互耦合，這些單元之間的間距需要在它們的工作頻帶的最高頻率小于波長的一半。
在中低頻率這是很容易達(dá)到的，但是因?yàn)樵诮Y(jié)構(gòu)上不可能兩個高頻驅(qū)動器的聲學(xué)中心靠得那么近，因此在常規(guī)高頻驅(qū)動器上附加一個波導(dǎo)管，將壓縮驅(qū)動器的圓形出口若干等分，經(jīng)過幾個等長的路徑到達(dá)波導(dǎo)出口，如同把一個驅(qū)動分割成一系列無限小的點(diǎn)聲源，從而符合相鄰揚(yáng)聲器單元中心之間的距離小于1/2波長的原理。
必須說明線陣列是有臨界距離的，并不是只要是線陣列就一定是每個加倍距離損失3dB聲壓級，這個理論還有一個限制條件，只在近場內(nèi)如此，超過某個距離后，柱面波陣面逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榍蛎娌嚸妫催^渡到遠(yuǎn)場，在遠(yuǎn)場，該聲源等同于一個點(diǎn)聲源。其公式為：
D= L2×f/2×340
式中 D - 臨界距離 L – 線陣列長度 f – 頻率
由此可見臨界距離和頻率成反比。因此較短的波長（高頻）比較長的波長（低頻）有著更加遠(yuǎn)的臨界距離。由公式可見一個線性陣列長度決定低頻段的臨界距離。
四.系統(tǒng)傳輸?shù)臉?gòu)建
地球人已經(jīng)無法阻擋數(shù)字化的進(jìn)程，在專業(yè)音頻領(lǐng)域亦是如此。用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來傳輸音頻信號具有無與倫比的靈活性，系統(tǒng)的冗余及安全性等到很好的解決。
網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)利用成熟快速的以太網(wǎng)來傳輸和分配非壓縮的數(shù)字音頻信號?，F(xiàn)在已經(jīng)成為大型場館的被音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，目前幾乎所有的知名音頻產(chǎn)品制造商都在生產(chǎn)帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的各類音頻處理設(shè)備，他們所生產(chǎn)的產(chǎn)品有標(biāo)準(zhǔn)的輸入輸出設(shè)備、有源揚(yáng)聲器系統(tǒng)及各類網(wǎng)絡(luò)化的信號處理設(shè)備，種類繁多，對一個設(shè)計師來說可選擇性很高。
網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)通過一根5類雙絞線單向傳輸64個48kHz、20bit的無壓縮數(shù)字音頻信號，大大減少模擬系統(tǒng)中音頻電纜的敷設(shè)，在距離較遠(yuǎn)的地方如超過100M以上距離一般采用光電交換機(jī)用光纖進(jìn)行傳輸。
網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)同樣支持各種控制信號的傳輸，以控制和監(jiān)控設(shè)備，比如常見的RS232, RS422 和 RS485信號，這對于大系統(tǒng)的管理提供了方便。由于系統(tǒng)中實(shí)際需要鋪設(shè)的線纜大大減少，線槽的尺寸也可以隨之減小，線纜鋪設(shè)所花費(fèi)的人工和時間也隨之降低。因此整個系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)也變得更為簡便。
系統(tǒng)穩(wěn)定性無疑是設(shè)計中最為核心的部分。在網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)當(dāng)中，冗余備份和容錯設(shè)計非常容易實(shí)現(xiàn)。通過合理設(shè)計，當(dāng)系統(tǒng)檢測到任何一件設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)電纜發(fā)生故障，都可以進(jìn)行無縫切換，保證系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)行。
如果用網(wǎng)絡(luò)音頻來構(gòu)建一個完整的音頻信號交換和分配系統(tǒng)，其路由音頻信號將非常方便，具有很高的靈活性。構(gòu)筑一個完整的音頻信號交換和分配系統(tǒng)。該系統(tǒng)和傳統(tǒng)的數(shù)字音頻矩陣不同，它的復(fù)雜程度的變化、組件的多少都不會增加投資，也不需要重布線纜，因此它具有更大的靈活性和更高的性價比。
如果音頻網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計合理，操作人員可以非常方便地把任何輸入信號切換到任何輸出通道。這種信號路由的靈活調(diào)整特性，可以使系統(tǒng)適應(yīng)不同的使用要求，對于未來的可擴(kuò)展性和系統(tǒng)的調(diào)整也留有充分余地。
五.結(jié)束語
在科技飛速發(fā)展的今天，擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計必須要有一定的前瞻性。近年來電聲設(shè)備更新?lián)Q代很快，新技術(shù)與新設(shè)備不斷出現(xiàn)。使電聲設(shè)計師必須跟進(jìn)時代的進(jìn)步以適應(yīng)科技發(fā)展。
參考文獻(xiàn)：
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2、《體育館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計中幾個問題的探討》/崔廣中、劉芳
3、《體育場館擴(kuò)聲的若干原則》/駱學(xué)聰
4、《當(dāng)前中國體育場館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計概要》/魏增來5、《如何構(gòu)建和管理CobraNet網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)》/兆翦6、《擴(kuò)聲技術(shù)原理及其應(yīng)用》/〔德國〕W.阿諾特