前言

本案中體育館外觀呈現半橢圓形，整個天花結構采用空間鋼架結構，這種優美的結構卻給擴聲設計帶來很大的考驗。體育館要求能承辦大型運動會、全國性籃球比賽及全民健身等功能需要，還需兼顧文藝演出、大型會議、展覽等活動使用，體育館將成為城市地標并成為豐富本地體育文化活動的重要場所，體育館要求達到并超過國家GBT 28049-2011《廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》體育館一級標準。

一、設計思路

擴聲系統的設計要充分考體育館本身的實際使用功能，又要安全可靠，符合科學規律和先進的設計思想。在與實際使用技術人員的廣泛交流后，確定體育館的擴聲系統設計思想、手段和方法，即系統要具有可靠性和先進性，設備要采用技術含量高、能夠體現當前最新科技水平的產品。根據要求本設計確定，擴聲系統的聲學特性指標，要到達并超過國家GBT 28049-2011《廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》體育館一級標準。

二、體育館結構分析

擴聲系統由擴聲設備和聲場兩部分構成，在擴聲設計中必須重視場館的結構，因揚聲器再現聲音，需要通過聲場來完成，因此聲音所處的環境（場館結構）對揚聲器的布置方式以及揚聲器的指向特性有決定性的意義。

本案中體育館外觀呈現半橢圓形，整個天花結構采用空間鋼架結構，這種優美的結構卻給擴聲設計帶來很大的考驗。在這里設計要注意以下幾點：

1.場館的容積很大，因此很容易產生強烈的聲回響，這關系到語言的清晰度。

2.半橢圓形的天花外觀，像一個巨大的凹面體，很容易在空間中產生聲聚焦，這將嚴重影響聲場均勻度，并使傳聲增益變小。

3.本案中體育館是一個大型場館，要到達并超過國家《廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》一級標準，對揚聲器的素質是一個很高的考驗。

三、設計依據

（1）    業主所供圖紙及業主具體要求
（2）    按照國家GBT 28049-2011《廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》一級標準,主要指標如下： 

1.    最大聲壓級（峰值）額定帶通內：≥105 dB
2.    傳輸頻率特性 以125-4000Hz平均聲壓為0dB此頻帶內予許 (±4dB)的變化
3.    傳聲增益 0.125-4KHz的平均值≥-10 dB
4.    聲場不均勻度 1KHz、4KHz大部分區域：≤8 dB
5.    系統總噪聲級 NR-25

四、設計目標的確定

針對本案體育館，我們對于擴聲系統的設計主要解決以下問題：

（1）    聲功率的計算
（2）    聲反饋和聲音的清晰度的控制
（3）    聲場均勻度的實現

五、機算機輔助設計

采用計算機廳堂聲學設計軟件（EASE），它是一種用于廳堂聲場設計的計算機軟件。存有各種房間體形、吸音材料、揚聲器等資料，可以根據實際需要進行選擇、設計，計算出房間的混響時間，描繪出聲場分布圖、聲線圖和各種聲學特性曲線，為廳堂音質設計和擴聲工程施工提供了科學的依據。

六、擴聲形式的選擇

目前來說體育館的擴聲形式一般分為集中式，分散式和混合式三種。在此設計中因考慮到此場館屬大型館，單靠一組集中式很難達到要求的聲壓級，并且很難做到聲場的均勻度，清晰度也無法保證。因此我們采用了，混合式擴聲方式，溶集中、分散的好處于一體。

（1）中間的主擴聲部分：

中間的主擴聲主要解決場館的一層、二層及比賽場地的大部分聽眾區。在這里采用四組音箱環形向四周擴聲。兩組為每組3只音箱，向短的一邊擴聲。兩組為每組4只音箱，向長的一邊擴聲，共14只。經過精心調教音箱的指向性使音箱的絕大部分能量控制在所需范圍避免聲的干涉及影響清晰度。(如圖)

（2）四周分散式輔助擴聲部分：

四周分散式輔助擴聲主要解決場館的二層、三層及后場的大部分聽眾區，這部分聽眾區多數不在主擴聲的輻射范圍內。采用22只小功率的音箱均勻的分布在四周保證了后場的聲壓級。極大的提高了后場的清晰度。

（3）賽場中間部分擴聲：

為保證裁判員、運動員能清晰的聽得大會發出的指令，在賽場中間的天花安裝了4只音箱與主擴聲和輔助擴聲形成嚴密的無縫連接，使聲場均勻度得到很好得保障。

（4）主席臺輔助擴聲部分；

主席臺輔助擴聲主要保障主席臺聽音區得的清晰度。采用了2只音箱。

（5）機房監聽擴聲部分：

這是必須的部分，它極大的提高了調音師師與現場的溝通。采用了2只音箱。

（6）流動擴聲部分；

整體覆蓋圖

這部分能使整個場館的擴聲功能的得到升華，在這里設計一套獨立的對接系統，在需要的時候可隨時連接。在臺口預留了很多的信號接口為系統連接提供了方便。

七、主功率的計算

本案中體育館的主擴聲系統最大投射距離為30米，根據點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，以此類推距離揚聲器30米處要達到一級擴聲系統的標準≥105 dB時，距離揚聲器1米處要達到的最大聲壓級為134dB，經過幾種揚聲器的靈敏度和功率比較，采用某國際品牌的揚聲器，靈敏度106dB、RMS600W，計算出某國際品牌揚聲器在RMS600W*3時的聲壓級為138dB，符合《廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》一級擴聲系統的標準，同時具有足夠的冗余，而分布在四周和賽場的輔助揚聲器，我們經過多次的比較，采用某國際品牌揚聲器 RMS350W靈敏度102dB。在EASE聲學擴聲設計軟件中我們進行分析，反映出能完全滿足擴聲的要求。EASE聲學擴聲設計軟件的分析為事前驗證了工程設計的可行性提供了科學的依據。（如圖）

八、聲音清晰度和聲反饋的控制 

影響聲音清晰度的原因主要由以下二個因素組成：（1）場內的混響；（2）場內的環境噪聲和信號聲壓的比率。對于第一個因素， 從建聲方提供的數據輸進ESAE軟件，由計算機進行分析，從EASE的STI圖可以看出，音質是較為清晰的，第二個因素，由于在此工程中采用的是高素質的器材，系統能提供足夠高的信/噪比，和較大的系統聲壓儲備，所以完全能壓制場內的觀眾噪聲。所以本系統在各種條件下都有很高的清晰度。對于聲反饋的處理我們是采用了雙層的解決辦法：一是在工程調試中通過對系統的參數的精心調試，如相位、駐波等；二是我們在系統中加入了反饋抑制器，這樣兩方面的相結合，就能使反饋基本上消除。 

九、聲壓均勻度的計算

聲均勻度的實現需從二個方面來考慮：1、聲壓；2、頻率不均勻度。在揚聲器的布置上是采用集中+分散擴聲方式，以一個主音箱組提供較大的擴聲范圍，來保證全場聲像位置的正確性。補聲擴聲區雖然在時間上和主聲區有一個延時，我們在系統中加入了延時，從主觀上并不會對主音箱所產生的聲像產生影響，而是從整體效果上補償了主音箱在后場的聲壓，從而實現了全場聲壓的均勻度。對于頻率不均勻度的處理，在主聲道組和補音道組中都加入了數字31段均衡器，以分別調節來修飾和補償，這樣就保證全場的頻率均勻。

十、計算機聲學模擬結果

EASE3D定位圖

十一、系統傳輸方式的確定

體育場館擴聲系統的傳輸方式有定壓式和定阻式兩種。相對比較而言，各有利弊，主要優缺 點為：

（1）定壓式：信號傳輸損耗小，負載輕，可用小截面積的傳輸線，如定壓100V/120V可采用1.5平方毫米導線即可：負載連接方便，分支網絡中，任何一個聲源故障不影響其它聲源工作。

（2）定阻式：可獲得良好的音質效果，具有寬的傳輸頻率范圍，低的總諧波失真；功放輸出至揚聲器系統傳輸線纜，只要導線截面積夠（一般為4~6平方毫米），便可把導線引起的傳輸損失控制在一定的范圍內。

在本案中采用定阻式傳輸，這也是目前要取得體育館良好的音質效果的必然手段,以多一點的損耗換得良好得音質，經過仔細的推算及篩選，決定采用6平方毫米的護套線以保證優質的信號傳輸。

十二、系統設備的配接設計

關于擴聲系統設備的配接，在本案中主要考慮以下幾個方面：

（1）阻抗比：擴聲系統設備的配接，除了功放與揚聲器系統的配接有功率傳輸的因素外，其余從傳聲器—調音臺—周邊設備—功放均為小信號的電壓傳輸，傳輸的信號負載輕、信號質量高。按照lEC268-15規范，我們在選用設備時嚴格遵守如：傳聲器額定阻抗與調音臺輸入阻抗應當滿足1：5的阻抗比關系，這對獲得低失真的傳輸信號是有利的。而系統設備前級輸出阻抗與下一級輸入阻抗比應滿足1：10關系，這樣負載輕，失真小，保證了信號的高質量傳輸。

（2）電平配接：在系統中的專業音頻設備嚴格采用按lEC268-15規范生產的設備，設備之間最大輸出電壓與最小輸出電壓之間有不少于20dB范圍，且在音箱處理器之后我們在每一路輸出都加上信號分配器，這樣保證設備之間電平保持1：1的傳輸關系，使節目信號在通過系統設備時不致于受設備電平的影響使節目動態范圍受損失。

（3）平衡傳輸：所有設備都采用了平衡式接口進行對接，這對降低信號干擾非常有利。保證了信號傳輸的質量。

十三、系統的穩定性

穩定對擴聲系統的重要性不言而喻，主要存在兩個問題，1、是系統的穩定性，2、是設備的穩定性，而后者是前者的基礎。此系統設計時預留有較充分的功率余量，即峰值因數大致控制在8~10dB，這種余量應當是系統對聲場的需要而言。這樣的重放音質才能達到優良。若峰值因數留的太小，系統基本處于重負載條件下運行，難以保證良好的音質和系統的穩定性。系統中采用的音響設備都是被廣泛應用于各種場合而穩定運行的機型，具有很高的可靠性。如功放在設計時采取了多種保護措施，如開路、短路、過流、過壓、溫度、反電動勢沖擊等等保護。揚聲器設計時也采取了多種保護措施，這些措施為系統的良好運行狀態創造了條件。

十四、系統噪聲的控制

噪聲對擴聲系統的影響主要來自兩個方面。一是環境噪聲，二是系統設備噪聲，不論屬于哪一種，它對擴聲系統的信噪比都會產生重要影響。聲場的觀眾噪聲會影響系統噪聲的下限，這時節目的動態范圍將會產生直接影響。它會使動態范圍降低。系統設備的噪聲會對系統總噪聲產生影響，一般來說，前級噪聲比末級噪聲更為重要。目前，傳聲器的輸出噪聲一般只有幾個微伏，調音臺折算到輸入端的等效信噪比一般也都做到-126~-128dB。功率放大器的S/N也都在90dB以上，可以這樣說，系統中的設備基本上滿足S/N及動態范圍的要求。室內環境背景噪聲往往是影響系統總噪聲的主要因素，特別是對專業擴聲系統，電路噪聲幾乎察覺不出，此時的環境背景噪聲將成為主導，因此本案中必須和建設方充分交流控制好環境背景噪聲。

參考文獻

1.國際電工標準IEC268-15《聲系統設備互聯的優選配接值》

2.GBT 28049-2011《廳堂、體育場館擴聲系統設計規范》

3.《體育館擴聲系統設計中幾個問題的探討》作者：崔廣中、劉芳文獻來源：電聲技術 日期：2002年9號期