第一篇：國家奧運會英東游泳館工程前的擴聲語言清晰度設(shè)計方案論證(關(guān)注清晰度設(shè)計的技術(shù)文章)
國家奧運會英東游泳館工程前的擴聲語言清晰度設(shè)計方案論證
——工程實施后的實際測量結(jié)果
祝科
（北京達尼利華科技發(fā)展有限公司）
國家奧體中心英東游泳館是2008年北京奧運中的水球與現(xiàn)代五項中游泳部份的比賽場館，同時也是第11屆亞運會的游泳、跳水比賽場館，被譽為“亞洲第一館”。
冠名“英東”的英東游泳館是已故香港商人霍英東(2006年過世)于北京成功申辦1990年亞運會時捐出1億港元于亞運村興建的，作為第十一屆亞運會的主要場館，是當(dāng)時全亞洲最大、最先進的游泳館，除此之外，游泳館更曾于2001年作為世界大學(xué)生運動會的游泳專項的比賽場地，包括北京奧運會和北京殘奧會在內(nèi)，英東游泳館共舉辦過至少4項大型的世界級運動會。
直至現(xiàn)時，游泳館建筑面積達43020平方米，網(wǎng)架下容積V=124156立方米，固定 6000人座席，平均20.7立方米/座。分別設(shè)標準比賽池、練習(xí)池、跳水池及熱身池4個泳池。
由于游泳館歷史已久，加上這是北京奧運中的其中一個北賽場館，因此北京奧委會在2005年12月開始為游泳館進行修建，目標竣工日期為2007年的9月左右。
北京奧組委把擴聲驗收指標與國際接軌，增加擴聲清晰度STIPA測量指標，是“畫龍點睛”之筆，道出了體育場館擴聲設(shè)計的靈魂：是核心、是要害，使擴聲系統(tǒng)五項指標(必要條件)更加 完善充分，是實事求是的舉措，將掀起體育場館設(shè)計的新篇章。對我國今后制定新的擴聲指標和擴聲設(shè)計，影響深遠。
筆者曾參與了英東游泳館前期的擴聲系統(tǒng)設(shè)計與論證工作，包括擴聲工程實施后的調(diào)試工作，見證了“北京08辦”和“國家奧林匹克體育中心”分別委托“國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心”對英東游泳館驗收測量的全過程。也有幸參與了北京奧運會的保駕護航工作。
1、概述：
英東游泳館比賽大廳的聲場環(huán)境，就像一條大型船體內(nèi)的，巨型底部倒扣在大廳上方做頂棚，且因金屬頂棚結(jié)構(gòu)承重不了多少吸聲材料，因此，這種建筑結(jié)構(gòu)會造成90%的有害超長混響聲來自于頂棚和水面，歷史上還出現(xiàn)了因所有吸聲材料逐漸受潮，導(dǎo)致吸聲材料失效，造成混響時間變長后的20年間，其擴聲系統(tǒng)曾經(jīng)歷了兩次改造，并使用過原裝進口名牌揚聲器系統(tǒng)及設(shè)備，擴聲驗收的五項指標包括最大聲壓級、聲場不均勻度、傳輸頻率特性等主要指標都很優(yōu)秀。但擴聲出來的內(nèi)容就從沒聽清楚過！甚至多年在身邊一起工作的同事，用擴聲系統(tǒng)講話時，而彼此間都到了猜不出是誰在講話的嚴重程度。但根據(jù)國家行業(yè)標準：“JGJ/T131—2000”，業(yè)主也很無奈，擴聲工程只能通過驗收！
作為奧運會改造館，筆者事先通過設(shè)計方“北京建筑設(shè)計研究院”，找到具體負責(zé)建聲設(shè)計和計算的“薛工”了解到：原建筑的承重結(jié)構(gòu)不能動，為安全考慮，設(shè)計最新的吸聲體只能吊掛原設(shè)計所需的三分之一。另外筆者又從負責(zé)北京英東游泳館項目總包方“江蘇建工”的總工那里了解到：為趕工期，吸聲材料最終沒能做防潮處理。因此，吸聲材料如果逐漸受潮，導(dǎo)致吸聲材料失效，將會造成混響時間變長，萬一建聲改造效果還不行，混響時間長了怎么辦？一定讓歷史不能再次重演！在工程之前我們?yōu)檫@次擴聲清晰度的設(shè)計進行了充分的論證。
為體現(xiàn)科技奧運、人文奧運、綠色奧運的理念，此次擴聲設(shè)計并沒有按照設(shè)計院的原設(shè)計方案，是因為原擴聲設(shè)計是按照理想的混響時間1.9秒條件下而設(shè)計的，而實際幾乎不可能達到1.9秒，為在長混響時間環(huán)境下，也能讓看比賽的人們與運動員能很輕松的聽清楚擴聲的語言內(nèi)容，筆者決定按混響時間4秒條件下，設(shè)計擴聲清晰度STIPA目標要達到0.55,為達到此目的，必須另辟蹊徑，運用科學(xué)的電聲技術(shù)手段解決擴聲語言清晰度，做到人文關(guān)懷，達到此次人文奧運、科技奧運，同時達到在同等聲學(xué)指標條件下，使用功放少，做到綠色節(jié)能。
最后的工程實施后的實際擴聲清晰度STI測量結(jié)果，比施工前論證時設(shè)計的擴聲清晰度STI-PA數(shù)值0.55要高，達到了0.69，是因為實際的混響時間還不到預(yù)計的4秒。此結(jié)果證明是清晰度的保險設(shè)計，是留有余地的。這是除北京以外的三屆奧運會（雅典、悉尼、亞特蘭大）所有比賽場館擴聲清晰度最高的，因此獲得了本次北京奧運會唯一擴聲工程的優(yōu)質(zhì)工程獎。證明了運用PROSO高清線源音箱的高清擴聲技術(shù)，是科學(xué)的、先進的、值得推廣的好方法。具體論證過程如下：
2、英東游泳館在奧運會使用功能：
承擔(dān)2008北京奧運會的水球、現(xiàn)代五項的游泳等項目的正式比賽及決賽。
3、達到北京奧組委提出的要求：
* 客觀測量達到JGJ/T131-2000《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量標準》一級擴聲技術(shù)指標。
* 奧組委要求：
（1）最大聲壓級：103dB（平常使用95dB）
（2）頻響：語言125HZ~5KHZ；音樂100HZ~15KHZ
（3）語言清晰度傳輸指數(shù)：STIPA>0.5
4、設(shè)計院給的建聲目標：
按照行業(yè)標準，設(shè)計混響時間T60=1.9秒（500——1kHz）滿場
5、英東游泳館歷史曾經(jīng)的混響時間
吸聲材料逐漸受潮，導(dǎo)致材料失效，混響時間T60=5.0秒以上（500——1kHz）滿場
工程之前對英東游泳館的高清擴聲技術(shù)設(shè)計方案進行論證的步驟
（一）揚聲器的布局與選型的方案論證：奧體中心的領(lǐng)導(dǎo)非常重視英東游泳館擴聲的語言清晰度，讓我們就擴聲音箱系統(tǒng)，采用“滿天星式”的分散布放常規(guī)音箱，或采用“滿天星式”的分散布放PROSO高清線源音箱，還是采用“太陽式”的集中布放PROSO高清線源音箱，為了能在長混響時間條件下，保證奧運會英東游泳館擴聲語言清晰度的實現(xiàn)，進行一次充分必要的技術(shù)方案論證。
（1）詳細的真對全運會八、九、十屆的有關(guān)場館揚聲器布局形式，聲源布點少的“太陽式”布局造成語言清晰度高的成功案例，和聲源布點多的“滿天星式”布局造成語言清晰度差的失敗案例分析；
（2）2005年湖南省十運會株洲游泳館、體育場擴聲設(shè)計是由原來中標的Community常規(guī)點聲源號筒式揚聲器，多點分散布放聲源方案，修改為聲源布點少的“太陽式”布局，來布放PROSO高清線源揚聲器的設(shè)計方案后，擴聲實現(xiàn)高語言清晰度的成功案例分析；
（3）湖南長沙賀龍體育場，在沒有做建聲條件下，聲源布點多的“滿天星式”分散布放世界名牌BOSE的LT長沖程號筒式揚聲器，聽不清的失敗教訓(xùn)分析；
（4）詳細分析了國際電聲界：40年來關(guān)于點聲源揚聲器 → 揚聲器陣列系統(tǒng) → 線陣列揚聲器系統(tǒng) → 高清線源音箱的發(fā)展歷程、優(yōu)缺點；
（5）詳細分析和研究雅典體育場的擴聲設(shè)計，包括使用傳統(tǒng)揚聲器陣列固定安裝，并按照聲源布點少的“太陽式”布局方式布放的來龍去脈，為了解決大型場館、迪斯科廣場、文娛場所，滿足巨大覆蓋區(qū)全部聽眾（85000座）要求具有足夠大聲壓級（需要大量揚聲器擴聲），同時又要求高清晰度語言和音樂豐滿，有層次的音質(zhì)又必須保持較小數(shù)量揚聲器的矛盾。EAW揚聲器陣列廠家積累了20年全力研究和奮斗的結(jié)果，以PPST技術(shù)和KF900系統(tǒng)，采用點聲源技術(shù)及其控制的陣列，實施近、中、遠投射，在長達180米的體育場內(nèi)，滿足對語言清晰度、音樂豐滿的要求，（6）對國內(nèi)外的真假線陣列揚聲器的五種狀態(tài)進行分析比較；
（7）析北京英東游泳館自1990年亞運會以來，因頂棚承重問題，無法把建聲處理做到位，業(yè)內(nèi)專家基本都知道它的“擴聲清晰度”一直是老大難問題，北京亞運會以來的20年間，曾兩次擴聲改造，均采用進口名牌音箱，多聲源分散布放揚聲器在馬道上，音箱數(shù)量較多的擴聲方式。造成聲源布點越多干擾越嚴重，語言清晰度一直不好的原因；
（8）對輔音清晰度損失率（AL%）計算理論與傳統(tǒng)臨界距離計算理論進行比較分析探討：
輔音清晰度損失率百分比理論是荷蘭聲學(xué)家V.M.A.Peutz（他是傳統(tǒng)臨界距離公式的發(fā)明人），因為傳統(tǒng)臨界距離公式?jīng)]有可測量的清晰度STI指標掛鉤,所以在此基礎(chǔ)上加以完善，得出了“輔音清晰度損失率百分比計算公式”，這也是聲場擴聲清晰度的設(shè)計公式，V.M.A.Peutz于1971年12月首先提出來的，并發(fā)表在J.A.S.A音頻工程期刊中。我國中科院聲學(xué)所的沈教授在1980年《擴聲工程》一書中P430有此公式，中國電子科技集團第三研究所電聲雜志內(nèi)部書刊《聲學(xué)工程》一書P.190頁，也有此理論公式。
美國著名聲學(xué)專家唐.戴維斯，在書中講到：Peutz在聲學(xué)方面作出了跨時代貢獻，是Peutz歷經(jīng)十年研究實踐的結(jié)果，AL% 對語言可懂度的研究成果，每天在聲學(xué)系統(tǒng)工程中使用，檢驗公式的精確和實用。Peutz這一跨世紀的貢獻，其本質(zhì)就是體育場館語言清晰度的百分比，因此“輔音清晰度損失率”理論是理想的聲場擴聲清晰度設(shè)計模型。
應(yīng)用Peutz清晰度理論公式推導(dǎo)奧運會英東游泳館的擴聲設(shè)計過程如下：
擴聲語言清晰度STIPA設(shè)計目標：0.55 SIT = 0.9482－0.1845×lnALcons%
求出輔音清晰度損失率：ALcons% = 10%
通過得出輔音清晰度損失率：
制定較長的混響時間：T60 = 4秒
制定最少的聲源（音箱）數(shù)量：N = 2只
度量出聲場容積：V = 124156立方米
度量出覆蓋最遠距離：D2 = 100米
臨界距離修正值：M =1
通過得出設(shè)計目標的音箱指向性因子：
求出音箱500Hz指向性因子：Q = 57.6
再根據(jù)PROSO高清線源揚聲器FL-2的指向性因子Q值表，確定將要使用的PROSO線源揚聲器長度與模塊數(shù)量
根據(jù)Peutz輔音清晰度損失率（ALcons%）理論公式計算推導(dǎo)Q值：混響時間4秒使用音箱數(shù)量降低到最少2只PROSO 高清線源音箱系統(tǒng)，并能覆蓋英東游泳館全場。
根據(jù)荷蘭聲學(xué)家Peutz（傳統(tǒng)臨界距離公式發(fā)明人）擴聲語言清晰度設(shè)計的理論公式推導(dǎo)出的音箱500 Hz的Q值為57.6，結(jié)合英東游泳館比賽大廳的聲環(huán)境，它很像“巨型船體內(nèi)的底部”，倒扣在比賽大廳上面做金屬頂棚的建筑特點，且因承重不了多少建聲材料，比賽大廳內(nèi)80%的有害混響聲來自于頂棚，為達到T60在4秒下的語言清晰度為0.55 STI 的設(shè)計目標，給英東游泳館“量身定做”符合Peutz公式使用2只音箱條件下推導(dǎo)出相應(yīng)Q值的PROSO高清線源音箱，布放在游泳館彩屏兩側(cè)，垂直懸掛，N=2。
為英東游泳館特制的PROSO線源音箱的特點：
（1）定做的PROSO高清線源音箱指向性因子Q值如下：
其各頻率Q值分別為：500 Hz
Q=57 KHz
Q=119 KHz
Q=231
(再根據(jù)PROSO專用的指向性因子Q值對照表，得出單只高清線源音箱符合的相應(yīng)長度后，再通過總功率與靈敏度計算所需聲壓級，共定做2只，每只為18個特制全天候高清線源模塊拼接后組成符合的相應(yīng)長度)
（2）3dB衰減距離增加一倍；
（3）集中垂直懸掛2只高清線源音箱，N =2，梳狀濾波干擾很少；
最重要的是，我們的設(shè)計是考慮適應(yīng)英東游泳館因天長日久，吸音材料逐漸受潮，吸聲系數(shù)逐漸變差，混響時間逐漸會變長，而擴聲清晰度還能保證的設(shè)計（注意：1只高清線源音箱無論由多少個模塊組成，也只是整體為1只的作用效果，在指向性Q值增加其N可以不變，這樣隨著混響時間變長，只需繼續(xù)增加高清線源音箱長度，即增加懸掛模塊數(shù)量，就可增大高清線源音箱Q值，仍然可以保證游泳館語言清晰度）所以，用最少的只數(shù)（2只）布放高清線源音箱又能覆蓋全場，是英東游泳館擴聲設(shè)計之首選。
如果用傳統(tǒng)的臨界距離理論則無法準確預(yù)測清晰度標準：
臨界距離理論：直達聲能平均值與混響聲能平均值相等的界面到揚聲器之間的距離（m）
DC＝0.14根號下（QR）
式中： Q——指向性因子
R——房間常數(shù)
其理論未涉及揚聲器數(shù)量N，以及在長混響時間條件下?lián)P聲器之間產(chǎn)生的梳狀濾波器，對語言清晰度降低的程度影響；
* DC越大語言清晰度越高，但是 ：2 倍的DC與DC的語言清晰度STI不詳；3.16 倍的DC與DC的語言清晰度STI不詳。
* DC與語言清晰度傳輸指數(shù)STI有“曖昧”關(guān)系但不直觀
因此使用傳統(tǒng)的臨界距離理論則無法準確計算或預(yù)測清晰度指標
擴聲清晰度設(shè)計的理論計算還必須與EASE 4.0設(shè)計相結(jié)合，充分反映客觀的事實真相；
邀請國家奧體中心領(lǐng)導(dǎo)參觀試聽“用PROSO高清擴聲技術(shù)和結(jié)合Peutz輔音清晰度損失率方法設(shè)計的，30萬立方米容積的北京溫都水城。
北京溫都水城是在(無建聲設(shè)計)混響時間長達7.8秒條件下，經(jīng)過嚴格的按照擴聲清晰度設(shè)計計算結(jié)果進行施工，開業(yè)后，好評如潮！能感受在超大玻璃水空間的惡劣聲環(huán)境下，PROSO高清線源音箱擴聲系統(tǒng)帶來的，清晰度非常高的語言和音樂效果；甚至還能看電影。
經(jīng)過比較分析深入研究，我們具有以下認識：
A 理論計算必須與計算機EASE仿真模擬相結(jié)合，降低聲場干涉，排除梳狀濾波器帶來干擾，做到安全保險的擴聲清晰度設(shè)計。
B 通過大量案例證明了高清線源揚聲器系統(tǒng)布放數(shù)量少而成功，與點聲源揚聲器布放數(shù)量多，而失敗的結(jié)果分析，并結(jié)合荷蘭聲學(xué)家Peutz（傳統(tǒng)臨界距離公式發(fā)明人）。擴聲語言清晰度設(shè)計的理論表明：在能滿足全場聲壓級、均勻覆蓋的前提下，用超強指向性的音箱數(shù)量越少，全場擴聲語言清晰度就越高。
運用“高清擴聲技術(shù)”要求音箱能同時具備最重要的三個條件：
單只音箱具備超強指向性的寬覆蓋；
單只音箱具備極超高的全頻聲壓級；
單只音箱具備極超高的清晰度重放；
而PROSO高清線源音箱恰能同時滿足上面的三個條件。這是使用PROSO的高清擴聲技術(shù)解決方案，即使是安裝在聲環(huán)境惡劣的溫都水城里，也能達到擴聲高清晰度的主要原因。
而游泳館頂棚所造成有害反射聲占全部的80%，PROSO高清線源音箱利用其獨特的專利技術(shù)（帶狀耦合器模塊），在中高頻部分完全耦合，不破壞垂直指向性，銳利的垂直指向性波瓣，讓直達聲有效的避開了頂棚，這是使用PROSO音箱達到高清晰度的原因之二。
銳利的垂直指向性，提高了聲波的傳播效率，增強了直達聲成分，同時解決一般擴聲系統(tǒng)遠程高頻欠缺的弊端，是使用PROSO音箱高清晰度的原因之三。常規(guī)點聲源音箱：高指向性的窄覆蓋：
高清線聲源音箱：超指向性的寬覆蓋：
常規(guī)音箱Q值較大而窄覆蓋，覆蓋全場所需用的Q值與數(shù)量N，只成正比。
語言或音樂脈沖信號在長T60環(huán)境下疊加后扭曲變形，清晰度STI被惡化：
計算機仿真模型設(shè)計結(jié)論：混響時間4秒
語言清晰度傳輸指數(shù)將為0.69 STI
高清線源音箱Q值超高而寬覆蓋，覆蓋全場需用的Q值與數(shù)量N，可成反比
語言或音樂脈沖信號在同T60環(huán)境疊加后只增加豐滿度，清晰度STI被優(yōu)化：
高清線源音箱與偽高清線源音箱的鑒別：
在空曠環(huán)境下，用8只以上揚聲器箱體組成一條不彎曲的揚聲器垂直陣列系統(tǒng)，距4米處等距離放置5只以上測量，用傳送器等距離垂直排列，共同拾取揚聲器垂直陣列發(fā)出的粉紅噪聲，各傳送器同時做曲線采樣獨立分析。
傳送器各采樣粉紅噪聲曲線重疊在一起分析判斷：
上圖證明：此單組揚聲器陣列的功率比N是1（總數(shù)量1只）
結(jié)論：它是真，加大全頻指向性Q值、優(yōu)化音質(zhì)。
針對PROSO高清線源音箱的四個特點進行論證
創(chuàng)新型個性化設(shè)計特點
針對體育場館的聲場環(huán)境，定制了專門特性的音箱來搭建系統(tǒng)，是PROSO揚聲器產(chǎn)品能“駕馭”惡劣聲場擴聲清晰度的原因，PROSO音箱并不是“印刷廠”式的批量生產(chǎn)，而像“畫室創(chuàng)作”式的根據(jù)不同的聲場環(huán)境個性化定制音箱，外觀完全相同的各單體高清線源模塊箱體，其內(nèi)部構(gòu)造可能各有不同，從而使電聲完美的與建筑環(huán)境相結(jié)合。
系統(tǒng)高性價比特點
根據(jù)Peutz擴聲語言清晰度設(shè)計的理論要求：
能滿足全場均勻覆蓋的前提下，用強指向性的音箱數(shù)量越少，全場擴聲語言清晰度就越高。聲場內(nèi)PROSO音箱的數(shù)量減少使功放與信號傳輸線路相應(yīng)減少，擴聲DSP管理控制系統(tǒng)的搭建設(shè)計相對簡單，大幅度降低造價。日常維護成本低、擴聲清晰度還能能保證
達到同等聲學(xué)指標而使用傳統(tǒng)音箱數(shù)量多、又分散、為解決功放與音箱距離遠的問題，相應(yīng)增加分散的功放間，信號傳輸線路相應(yīng)增多，造成擴聲控制DSP管理系統(tǒng)過于復(fù)雜、龐大：需數(shù)字監(jiān)測監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)控制光纖傳輸、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，系統(tǒng)造價與故障率相應(yīng)提高，再為降低系統(tǒng)故障率而增加擴聲控制管理的多種熱倒備系統(tǒng)，投入造價更加龐大。日常維護成本高、擴聲清晰度還不能保證。
進聽不吵、遠聽不小特點
PROSO高清線源音箱的專利技術(shù)——帶狀耦合器模塊：多個緊密垂直排列音圈共用一個帶狀釹磁體并共同推動一個帶狀音膜，耳朵離它很近時，感受到的是某個小音圈推動局部音膜發(fā)出的聲音，不吵。離它遠時，聽到的是整條線源音箱發(fā)出的聲音，不小。
語言擴聲防嘯叫特點
讓PROSO高清線源音箱 “銳利”的垂直指向角度，與話筒垂直指向角度不在同一個聲學(xué)層面里，讓直達聲從話筒上方“掠過”，避免直達聲直接進入話筒，避免了嘯叫。
下面是利用聲學(xué)軟件EASE 4.0計算機仿真模型對兩種布局方式的擴聲清晰度進行論證對比：
我們預(yù)測吸聲材料受潮后，T60 = 4秒條件下按8只或2只的不同布局方式，分別用計算機仿真模型設(shè)計出英東游泳館擴聲語言清晰度STI，再把兩個STI結(jié)論進行比對，看哪個正確。雖然可能與實際比會有一點誤差，但它對正確選擇擴聲聲場設(shè)計方向起到了很重要的指導(dǎo)性意義，希望引起重視，混響時間T60曲線按4秒設(shè)定
下面采用PROSO高清線源音箱8只，滿足覆蓋全場時，在混響時間為4秒條件下EASE模擬：
計算機EASE仿真模型設(shè)計結(jié)論：混響時間4秒，使用8只PROSO高清線源音箱，語言清晰度傳輸指數(shù)STIPA將為0.4
對8只聲源布放方案使用PROSO高清線源音箱或最少的2只聲源布放方案進行了EASE仿真模型論證比較。
“多聲源方式”在馬道上布放8只FL-2Y高清線源音箱系統(tǒng)，能覆蓋滿場（每側(cè)4只，每只7個FL-2Y模塊構(gòu)成）
其指向性因子：500HZ
Q=16
1KHZ
Q=32
2KHZ
Q=65
（注：這比大型“點聲源長沖程號筒”揚聲器的Q值大2倍以上）
我們分別模擬在三種混響時間條件下進行EASE4.0仿真模型設(shè)計擴聲清晰度：
(1)T60 = 2.0秒
語言清晰度：STIPA=0.5（北京奧運會技術(shù)要求STIPA >0.5）
(2)T60 = 2.5秒
語言清晰度：STIPA=0.45（語言清晰度的臨界值）
(3)T60 = 4.0秒 語言清晰度：STIPA=0.4（語言清晰度不理想）
這種情況說明“多聲源方式”布放線源陣列揚聲器系統(tǒng)，只能在2.0秒混響時間條件下，才能保證奧運會語言清晰度要求。而混響時間T60 = 4.0秒時 STIPA=0.4，距離奧組委要求的STIPA>0.5的技術(shù)指標差距很大，清晰度目標根本無法實現(xiàn)的。
結(jié)論是明確的，縱然使用高Q值的線源陣列揚聲器，在游泳館的長混響時間條件下，采用分散布放方式，想保證游泳館語言清晰度，也是無能為力的，依賴“建聲”降低混響時間T60來彌補，按以往的統(tǒng)計和經(jīng)驗來看，根本不現(xiàn)實。
下面采用PROSO高清線源音箱2只，滿足覆蓋全場時，在混響時間為4秒條件下EASE模擬：
計算機EASE仿真模型設(shè)計結(jié)論：混響時間4秒，使用2只PROSO高清線源音箱，語言清晰度傳輸指數(shù)STIPA將為0.69
“最少聲源方式”在大屏兩側(cè)布放2只FL-2Y高清線源音箱系統(tǒng)，能覆蓋滿場（每側(cè)1只，每只18個FL-2Y模塊構(gòu)成）
其指向性因子：500 Hz
Q=57
KHz
Q=119
KHz
Q=231
（注：這比大型“點聲源長沖程號筒”揚聲器的Q值大6倍以上）
筆者要求模擬在混響時間4秒條件下進行EASE4.0仿真模型設(shè)計擴聲清晰度：
(1)T60 = 4.0秒
語言清晰度： STIPA=0.69（遠遠超過北京奧運會技術(shù)要求STIPA >0.5）
這種情況說明“最少聲源方式”布放高清線源音箱系統(tǒng)，能在4.0秒混響時間條件下，能保證奧運會語言清晰度要求?；祉憰r間T60 = 4.0秒時 STIPA=0.69超過奧組委要求STIPA>0.5技術(shù)指標的30%，哪怕混響時間再長一些擴聲清晰度目標也沒問題結(jié)論是明確的，使用PROSO高Q值的高清線源音箱系統(tǒng)，采用“最少聲源方式”布放方式在游泳館，即使在超長混響時間的惡劣條件下，也能保證游泳館語言清晰度。完全不用依賴“建聲”降低混響時間T60來彌補，按以往的PROSO類似案例（北京溫都水城混響時間8秒環(huán)境下的擴聲工程）和經(jīng)驗來看，根本沒問題。
布放2只高清線源音箱在大屏兩側(cè)的EASE模型聲場分析
清晰度、聲壓級、均勻度（因篇幅有限除清晰度只展示結(jié)論）
語言清晰度RASTI表1
最大聲壓級 表2
英東游泳館擴聲語言清晰度設(shè)計論證小結(jié)：
使用EASE 4.0聲學(xué)軟件仿真模型設(shè)計，在英東游泳館彩色顯示屏兩側(cè)垂直懸掛2只，每只18個FL-2Y模塊組成的PROSO高清線源音箱，在混響時間T60=4秒（500HZ—1000HZ）條件下，其語言清晰度 STI=0.69及最大聲壓級都達到了奧組委要求提出的技術(shù)指標，而且有一定的設(shè)計余量。與荷蘭聲學(xué)家Peutz（傳統(tǒng)臨界距離公式發(fā)明人）擴聲語言清晰度設(shè)計公式計算的結(jié)論是相同的，最后確定了“最少聲源方式”布放高清線源音箱系統(tǒng)擴聲方案，是在長混響時間T60=4秒（500HZ—1000HZ 滿場）條件下，保證游泳館觀眾席的語言清晰度是其關(guān)鍵，充分證明選用這種擴聲方式是可以信賴的、穩(wěn)妥的。
垂直覆蓋示意圖
垂直覆蓋示意圖
水平覆蓋示意圖
PROSO高清線源音箱的穩(wěn)定性與可靠性的論證
本次英東游泳館擴聲設(shè)計所選用的PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱，其單體模塊中采用雙12寸三分頻兩分推，所選用的12寸釹鐵硼低頻喇叭單元和另一個12寸中頻釹鐵硼喇叭單元，是選用世界最著名喇叭品牌之一的英國“百變龍” 品牌。音質(zhì)、一致性、穩(wěn)定性、可靠性非常高，是世界公認的，另外PROSO高清線源箱體設(shè)計理念既先進又科學(xué)，主動式電子分音讓兩個12寸頻喇叭單元對應(yīng)不同頻率的表現(xiàn)分工明確，不像全頻喇叭單元那樣負擔(dān)重了，這樣既提高音質(zhì)又增加可靠性。
PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱中高頻釹鐵硼喇叭單元采用PROSO著名的帶狀透鏡耦合器專利技術(shù)，在它解決超大空間長混響環(huán)境下的擴聲清晰度問題的同時，利用它的特殊結(jié)構(gòu)：
“帶狀耦合器”是由多個密集排列的小型音圈共同推挽一個帶狀音膜發(fā)聲的原理（德國定做、專利保護），音圈間是并聯(lián)關(guān)系，它們的可靠性來自于它們的特殊結(jié)構(gòu)和材料，如同LED大屏的發(fā)光管一樣不可能同時壞，這些密集排列的小型音圈，是互為備份的結(jié)構(gòu)關(guān)系，它的特殊材料是來自于德國軍工級的化工技術(shù)（專利保護）合成的，強度鋼性、薄厚一致性、抗腐蝕性、耐熱性很高，且非常的輕，如圖例一：
PROSO著名的帶狀耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖例一）
PROSO著名的帶狀耦合器外形（圖例二）
它的外形是個長條狀，很輕，體積非常小巧，且采用外部結(jié)構(gòu)非常嚴謹，其抗震性、抗腐蝕性、阻燃性、抗溫差性相當(dāng)高。（如圖例二）：應(yīng)用了此技術(shù)所帶來的另外好處是：它就不像常規(guī)線陣列音箱采用號筒或聲透鏡那樣，需要很深和很寬的箱體尺寸，在同等聲壓級條件下，PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱是常規(guī)線陣列音箱體積的四分之
一、重量的六分之一，從美觀上也起到了“隱形”的味道，從吊掛的穩(wěn)定性、安全性與可靠性方面，也有數(shù)倍的提高。
本次英東游泳館擴聲設(shè)計所選用的PROSO 的DAF系列功放，也是也是為PROSO高清線源音箱量身定做的功放產(chǎn)品，專家都知道，一般國內(nèi)外專業(yè)功放的保護電路設(shè)計，是通過控制電壓輸入不削波失真，來控制電流防止削波失真的輸出為目的，但電壓轉(zhuǎn)化成電流輸出需要一個反應(yīng)時間，遇到突發(fā)問題有時來不急，往往保護不利，而PROSO 的DAF系列功放，是靠內(nèi)置微型電腦，實時的監(jiān)測電流，來直接控制防止電流削波失真輸出為目的，這種方式很直接，不需轉(zhuǎn)化過程，因此在調(diào)音臺信號失真后，導(dǎo)致PROSO 的DAF系列功放電平顯示“紅燈常亮”，長時間滿功率輸出給揚聲器時，長時間大聲壓級的喇叭仍然不失真，這時PROSO 的DAF系列功放的溫度仍然保持“很冷”，并讓它所服務(wù)的喇叭音圈，在大聲壓級狀態(tài)下溫度也持續(xù)“很冷”。功放與喇叭的工作狀態(tài)是良性循環(huán)，安全性與可靠性方面，也就有數(shù)倍的提高。這就是為什么它常服務(wù)與大型搖滾樂演出的原因。
另外英東游泳館的擴聲設(shè)計所選用的所有產(chǎn)品，包括調(diào)音臺、音頻處理矩陣、各種信號源、音源、等所有周邊器材都是應(yīng)用過奧運會的進口名牌產(chǎn)品，所用設(shè)備產(chǎn)品的進貨渠道都有廠家或總代理的直接授權(quán)安全性與可靠性方面，不容質(zhì)疑。
環(huán)保節(jié)能性
本次英東游泳館擴聲設(shè)計所選用的PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱，所選用的喇叭單元，包括PROSO著名的帶狀透鏡耦合器元件，是加入了超輕性、高阻性的PHL材料，阻抗在達到64歐姆時，高頻靈敏度還能維持在106dB左右，低頻也在98dB左右，功放和音箱的相隔距離如果很近的話，這種高阻抗也就是意味著一臺功放可以同時推動十幾只甚至幾十只音箱正常發(fā)聲，如果聲場要達到同等聲學(xué)指標，這種技術(shù)所應(yīng)用的功放數(shù)量非常少，同等條件下是常規(guī)擴聲技術(shù)所使用功放數(shù)量的四分之一，耗費功率相應(yīng)降低，耗電量也就大幅度減小，是常規(guī)擴聲技術(shù)耗電量的四分之一，環(huán)保節(jié)能性當(dāng)然很高。使用音箱線材的條數(shù)也就少了四分之三，為國家節(jié)省了大量資源。北京奧運會英東游泳館應(yīng)用了此技術(shù)，達到了綠色奧運，環(huán)保節(jié)能的目的。
如果功放和音箱的相隔距離最長能達到一公里，也就是說常規(guī)功放數(shù)量條件下，使用標準音箱導(dǎo)線連接，定阻方式（音質(zhì)好）仍可以正常使用。比如說：功放在控制室內(nèi)，音箱可以在體育場的任何位置，都可以正常使用。
向社會揭示論證過程的意義
針對不同聲場環(huán)境，可定制專門特性的PROSO音箱來搭建系統(tǒng)。PROSO音箱并不是“印刷廠”式的大批量生產(chǎn)，而像“畫室創(chuàng)作”式的，根據(jù)不同的聲場環(huán)境特性“量體裁衣”，定制針對性強，具備特殊參數(shù)及覆蓋角的音箱及生產(chǎn)數(shù)量，從而使電聲技術(shù)完美地與建筑聲學(xué)環(huán)境相結(jié)合，往往在超長混響時間（7.8秒）、環(huán)境噪聲很大（80dB）的惡劣聲環(huán)境下，能做出超乎想象的高清晰度擴聲結(jié)果，例：北京溫都水城30萬立方水空間，在超長混響時間（7.8秒）的環(huán)境下應(yīng)用PROSO高清線源音箱，擴聲清晰度STI-PA超過0.60。
實踐是檢驗真理的唯一標準，一個品牌的產(chǎn)品技術(shù)曾經(jīng)做過多少項目并不主要，最關(guān)鍵的是做過多少有代表性的項目“是否都很成功”；我們有湖南十運會的“株洲體育場”、“株洲游泳館”(和英東游泳館容積一樣大小，混響時間也基本一樣)，北京溫都水城的超大玻璃“水空間劇場”、北京體育大學(xué)內(nèi)的2008奧運會“中國國家綜合體育館群”（11個超大容積超長混響時間的體育館擴聲），北京師范大學(xué)內(nèi)的2008奧運會“美國國家隊多功能綜合館”，北京交通大學(xué)內(nèi)的2008奧運會“中國國家男子排球隊訓(xùn)練館”，即將在山東舉行的十一屆全運會“濟寧體育館”等都使用了PROSO個性化“量體裁衣”式的高清擴聲技術(shù)解決方案。
都是經(jīng)過深入研究聲學(xué)環(huán)境、通過聲場擴聲清晰度的嚴格計算設(shè)計解決方案、再利用EASE模型計算機分析論證，最后“個性化”的針對設(shè)計，定制與擴聲設(shè)計相符合的數(shù)量、指向性Q值的PROSO高清線源音箱，并成功地解決了以上這些案例中的各種因聲學(xué)問題，包括解決如何提高語言清晰度和傳聲增益等擴聲難題。
通過每次對各種環(huán)境的各種聲學(xué)難題的挑戰(zhàn)，不間斷深入研究理論與實踐，并不斷總結(jié)和積攢其規(guī)律性和經(jīng)驗；這些只是我們近3年來的探索與負責(zé)任的實踐過程，但還有許多方面需學(xué)習(xí)提高，希望把此成熟的PROSO高清擴聲技術(shù)能應(yīng)用在英東游泳館，解決聲學(xué)難題，對社會有所貢獻。同時把有用的經(jīng)驗獻給社會并與同行們分享，是此次論證的意義。
英東游泳館的奧運會水球比賽中國VS美國
英東游泳館的奧運會水球比賽中國VS美國
英東游泳館的奧運會水球比賽中國VS美國
包括中央電視臺2《第一時間》在內(nèi)的多家媒體，集中報道了英東游泳館科技奧運的幾大亮點，首先提到擴聲技術(shù)
英東游泳館是北京奧運會新建和改擴建的體育場館擴聲工程中
唯一獲獎的擴聲工程
以下是竣工后的專家組評估結(jié)論：
擴聲系統(tǒng)中的設(shè)備選配也是實現(xiàn)語言清晰度的保證：
（一）高Q值，18個FL-2Y線源陣列模塊，組成的2只高清線源揚聲器，是保證高清晰度的關(guān)鍵；
（二）選用SHURE的4入/1出自動混音臺，始終保持一路輸出，并且具有NOM功能，縱使有人插話，館內(nèi)聲壓級基本不變；
（三）選配AFS反饋抑制器，防止和抑制建聲產(chǎn)生的反射聲等引起系統(tǒng)反饋，引起嘯叫，保證擴聲系統(tǒng)穩(wěn)定，是實現(xiàn)語言清晰度的前提；
（四）選配美國雅士利12進12出DSP數(shù)字音頻矩陣處理器，24bit A/D.D/A轉(zhuǎn)換、處理，頻帶寬，動態(tài)大，S/N高（高達104db），不會給擴聲系統(tǒng)帶來噪聲，信號/噪聲的比高，有力的保證了語言清晰度；
（五）24路4編組雅馬哈調(diào)音臺可進行調(diào)音，提高頻率特性1—2KHZ電平，提高語言清晰度；
（六）數(shù)字音頻處理器可對電——聲系統(tǒng)進行分頻、均衡、參數(shù)均衡、壓縮/限幅等功能處理，保證傳輸特性達標。實質(zhì)上是如實的反應(yīng)語言或樂音的幅頻特性，亦是保證語言清晰度實現(xiàn)；
（七）使用數(shù)字音頻處理器可對比賽、大會、音樂演出等不同功能要求，預(yù)先對數(shù)字功能模塊預(yù)設(shè)、存儲、調(diào)出，滿足各種實用功能；
（八）由于18個FL-2Y線源陣列模塊頻帶寬，從45HZ——17KHZ可滿足音樂播放，亦可通過調(diào)音臺，低頻提升，使其音樂豐滿悅耳，高頻明亮、有層次；
（九）熱備份用調(diào)音臺一臺，應(yīng)急使用；擴聲工程實施后的特性指標測量
在07年末，安裝調(diào)試的基礎(chǔ)上進行自我檢測，技術(shù)達標的情況下，主觀試聽：語言清晰、音樂豐滿悅耳。
2008年2月“北京08辦”委托，“國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心”就“北京奧體中心英東游泳館擴聲系統(tǒng)”進行檢測，具體如下：
（1）檢測依據(jù)
《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/T131-2000
《廳堂擴聲特性測量方法》GB/T4959-1995
（2）檢測儀器
B&K公司：1027型信號發(fā)生器，4190型傳聲器
3560B型多分析儀系統(tǒng)
HP公司：34401A型數(shù)字多用表
? NTI公司：AL1型聲學(xué)分析儀
（3）檢測結(jié)果：
A.．?dāng)U聲系統(tǒng)特性指標（電聲設(shè)計）數(shù)據(jù)
* 最大聲壓級：107db
* 傳輸頻率特性：以125HZ—4000HZ的平均聲壓級為0db，在此頻帶內(nèi)觀眾席平均聲壓級不超過+2db,-1db
* 傳輸增益：125HZ——4000HZ的平均值為-5db
* 擴聲系統(tǒng)傳輸指數(shù)（即語言清晰度）平均值為0.69（STIPA）
* 系統(tǒng)噪聲：38db（A）,≤NR-32
B．建筑聲學(xué)數(shù)據(jù)
* 混響時間：（用固定安裝線陣列檢測）500HZ 4.2秒
1000HZ 3.9秒
C．檢測結(jié)論
北京奧體中心英東游泳館擴聲系統(tǒng)的最大聲壓級、聲場不均勻度、傳輸頻率特性、傳聲增益技術(shù)達到《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/TBI-2000中的一級指標
擴聲系統(tǒng)語言清晰度指標
語言清晰度指標和最大聲壓級指標是我們擴聲系統(tǒng)設(shè)計的核心，即語言清晰度或輔音清晰度損失率百分比，其平均值STIPA=0.69
國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測各具體位置STI-PA
平均值：0.69 STI最高值：0.79 STI
空場測量STI-PA觀眾區(qū)各點的清晰度傳輸指數(shù)STI指標及分布圖：
其最大聲壓級：107 dB
超過奧組委規(guī)定
dB；
語言清晰度平均值：STIPA>0.69
超過奧組委規(guī)定
STIPA>0.50
第三方客觀檢測確認英東游泳館擴聲系統(tǒng)設(shè)計達到了：
* 《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/T131-2000一級擴聲特性指標；
* 奧組委提出的最大聲壓級和語言清晰度的指標；
通過此次實際檢驗，我們認為：通過論證圍繞擴聲清晰度為核心的設(shè)計——采用最少的聲源布局方式，最終結(jié)果證明是正確的，懸掛2只超高指向性Q值的，PROSO全天候“高清線源音箱”的高清擴聲技術(shù)是很成功的。
像“大船的底部”倒扣在上面的頂棚，因頂棚只能承重三分之一的吸聲體，大廳內(nèi)80%的有害混響聲來自于頂棚
結(jié)論的認識
奧組委提出的語言清晰度和最大聲壓級是體育場館聲學(xué)設(shè)計的畫龍點睛之筆,道出了體育館設(shè)計的活的靈魂：是核心、是要害，使擴聲系統(tǒng)五項指標(必要條件)更加完全充分，是實事求是的舉措，將掀起體育場館設(shè)計的新篇章。
1、廳堂場館的語言清晰度設(shè)計是擴聲系統(tǒng)的核心設(shè)計，筆者依據(jù)Peutz輔音清晰度損失率理念，對建聲、電聲進行綜合考慮、互補設(shè)計；并結(jié)合聲學(xué)軟件EASE仿真模型設(shè)計，在設(shè)計階段充分論證兩種聲源布局方式的擴聲語言清晰度優(yōu)劣，為尋找最佳擴聲清晰度設(shè)計提供可靠依據(jù)。通過工程前的擴聲清晰度設(shè)計論證與實際工程后的檢測，證明擴聲清晰度論證數(shù)據(jù)與實際測量結(jié)果是相符的，這種以語言清晰度為核心設(shè)計擴聲的論證方法是正確的、可行的。為今后的廳堂場館正確的擴聲清晰度設(shè)計，指明了方向；
2、在超大空間超長混響時間的體育場館語言清晰度設(shè)計，采用電聲補償建聲的設(shè)計，使用少數(shù)量N、高Q值高清線源陣列揚聲器系統(tǒng)擴聲，集中懸掛布放，能為超大空間超長混響時間的體育場館、文娛廣場、休閑中心基地提供足夠大聲壓級和高清晰度語言、豐滿悅耳且有層次的音樂，效果是令人滿意的，得到使用方的認可和贊許；
3、我們在總結(jié)前輩成功經(jīng)驗、失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，通過實踐——認識——再實踐——再認識，不斷提高，不斷完善我們的工作，使我們的工作做得盡善盡美?！皩嵺`是檢驗真理的唯一標準”，讓我們在實踐中檢驗和提高自己吧！
最后，讓我們向具有真知灼見，有膽有識的，支持我們的奧體中心游泳館彭維勇主任、何麗萍處長和各級領(lǐng)導(dǎo)表示衷心的敬意!并誠摯的希望得到同行、專家們的批評斧正。
擴聲個性化設(shè)計的實質(zhì)就是以人為本的擴聲清晰度之設(shè)計——兼述北京師范大學(xué)體育館擴聲工程個性化設(shè)計
2010-6-1 ?？疲偣ぃ?/p>
一、概述
擴聲工程個性化設(shè)計實質(zhì)就是以人為本，以最佳效果為目的的兩方面設(shè)計
1.針對各個不同聲場環(huán)境的擴聲清晰度設(shè)計
2.服務(wù)于擴聲清晰度的功能與管理控制設(shè)計
目前的問題是：業(yè)主投入各種項目的擴聲資金不斷提高，擴聲清晰度卻一直不高，但卻能通過驗收！
原因之一：工程驗收的五項擴聲指標里，目前暫時沒有規(guī)定可測量的清晰度STTPA指標，因此滿足擴聲五項指標要求后還聽不清也只能驗收！原因是擴聲五項指標是為清晰度服務(wù)的必 要條件，但它們不是實現(xiàn)擴聲清晰度的充分條件（要達到多種語言可懂度，清晰度STTPA指標要大于0.50 STI以上）
原因之二：投入巨大資金做建聲處理后的大型場館，混響時間很難達標。其原因很復(fù)雜???實際的混響時間往往比設(shè)計的偏長，這種環(huán)境下選擇常規(guī)音箱、多聲源布局擴聲方式，語言清晰度很難達標。
圍繞體育場館的擴聲清晰度設(shè)計主要有三個部分。
首先：語言清晰度的設(shè)計是第一位的，如何配置擴聲系統(tǒng)設(shè)備來實現(xiàn)語言清晰度；如何實現(xiàn)音樂豐滿度及多種功能的實現(xiàn)。
其次：是擴聲系統(tǒng)五項技術(shù)指標如何設(shè)計，實質(zhì)上也是語言清晰度的設(shè)計，只是必要條件而已。語言清晰度的設(shè)計，并結(jié)合該項目招標要求的五項擴聲技術(shù)指標的設(shè)計，這才是擴聲清晰度的充分必要條件。尤其是奧運會體育場館提出語言可懂度STIPA＞0.50的技術(shù)指標，使其擴聲系統(tǒng)設(shè)計指標更加完善。
最后：是聲學(xué)EASE軟件仿真模型設(shè)計，是在工程設(shè)計階段，就可預(yù)測體育場館竣工后的語言清晰度（語言輔音清晰度損失率的百分比）。
筆者例舉北京師范大學(xué)體育館之?dāng)U聲工程個性化設(shè)計，就是依照上述之三個部分，按順序進行設(shè)計的。
本體育館是北京奧運會的美國國家隊各項目參賽隊的專用綜合熱身館，也是備受關(guān)注的最著名的夢之隊——美國國家籃球隊熱身的地方。美國方面要求語言擴聲能讓隊員們“很輕松的聽清楚”，竟然要求達到擴聲語言清晰度STIPA＞0.70（超過普通小型會議室的擴聲語言清晰度要求）國內(nèi)對于擴聲清晰度方面的實踐經(jīng)驗與研究相對落后和缺乏，不太適應(yīng)這種非常高的清晰度要求.截至目前，國內(nèi)還沒有哪個體育場館的擴聲語言清晰度有如此之高的要求！美國人測試認為：200Hz-4KHz間（1/3倍頻程）對語言清晰度貢獻之和為91.5％ 中國人測試認為：200Hz-4KHz間（1/3倍頻段）對語言清晰度貢獻之和為93.8％
美國聲學(xué)專家唐?戴維斯說：“提供平滑的頻響比擴展頻響更重要！由增加頻帶寬度所引起的聽覺感受，弱于不平坦的頻響所帶來的差別感受，對此很少有人能理解”。
“英雄所見略同”，筆者在考慮擴聲設(shè)計時，也希望在觀眾席的聲頻率響應(yīng)越平坦越好。這樣，可以將語言、音樂的脈沖變化幅度隨頻率變化如實的反映到觀眾席聽眾雙耳。傳輸頻率特性越平坦，這樣語言清晰度就越好，音樂的低頻豐滿度和高頻明亮度也會越好。
也就是指比賽大廳觀眾席，場地的幅頻特性，一般可理解為聲頻率響應(yīng)，它是指由主席臺發(fā)言或場地聲音 → 擴聲系統(tǒng) → 觀眾席聲音的頻率的響應(yīng)，應(yīng)該說在語言頻段125Hz-4KHz間越平坦越好！因此業(yè)主要求語言可懂度STIPA＞0.70.當(dāng)然這對于一個典型體育館的聲學(xué)環(huán)境來說，按行業(yè)習(xí)慣：擴聲高清晰度的實現(xiàn)要依賴于“建聲”大幅度的降低混響時間，語言可懂度STIPA＞0.70相當(dāng)于很好的小會議室的擴聲清晰度指標，靠目前的建聲處理技術(shù)，相當(dāng)于把體育館近6萬立方米容積的比賽大廳的混響時間，降低到小于0.5秒條件下，常規(guī)擴聲技術(shù)才能實現(xiàn)語言可懂度STIPA＞0.70，但對建聲來說這是不可能完成的任務(wù)！
筆者認為正確選擇先進的聲場擴聲清晰度設(shè)計理念，結(jié)合先進科學(xué)的擴聲技術(shù)與手段尤為重要，要解決此聲學(xué)難題，首先不能墨守陳規(guī)，要敢于科技創(chuàng)新，必須另辟蹊徑！大膽創(chuàng)新才有可能突破。
二、擴聲語言清晰度的設(shè)計：
筆者認為在所有廳堂、場館擴聲系統(tǒng)設(shè)計中，擴聲清晰度是靈魂，其中語言清晰度是第一位的，它即可主觀試聽，亦可客觀測量，也是北師大學(xué)體育館擴聲系統(tǒng)的第一設(shè)計。
（一）選擇正確先進的聲場擴聲清晰度之理論設(shè)計依據(jù)。
荷蘭聲學(xué)家Peutz 歷經(jīng)十年研究出的輔音清晰度損失率是設(shè)計的理論依據(jù)：
式中：ST1是語言可懂度傳遞函數(shù)；
ALcons%是輔音清晰度損失率百分比；
D2：是揚聲器離最遠觀眾席距離；
T60：是房間的混響時間；
N：是功率比；（產(chǎn)生直達聲的功率與直達聲功率之外所有功率之比，相當(dāng)于聲源數(shù)量）
Q：是揚聲器的指向性因子；
V：是房間的體積；
M：是臨界距離的修正值，一般M=1；
美國聲學(xué)家唐.戴維斯曾說過：Peutz的理論全世界每日在工程中應(yīng)用，證明其理論精確與實用，另外，實踐告訴我們依此理論所做的廳堂、場館來看也是正確的。
從理論公式可以看出，體育場館的語言清晰度主要由兩個專業(yè)決定，一是建筑聲學(xué)之混響時間T60，二是電聲專業(yè)之揚聲器Q值這是第一點。第二點，是輔音清晰度損失率越小，語言清晰度越高，因為ST1=0.9482－0.1845×lnALcons%。
語言清晰度臨界值為ST1PA≥0.45，也就是ALcons%≤15%。我們設(shè)計場館以此為據(jù)。北京奧運會對場館提出ST1PA大于0.5，即ALcons%≤11%的要求。作為體育館擴聲系統(tǒng)設(shè)計，語言清晰度以ST1PA≥0.45（既ALcons%≤15%）作為依據(jù)。從建聲和電聲兩專業(yè)進行設(shè)計。
（二）建聲和電聲專業(yè)的語言清晰度設(shè)計。
1、建聲設(shè)計
根據(jù)體育館容積V=53887立方米，5000座位，每座容積11立方。依照JGJ/T131-2000《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》北京師范大學(xué)體育館屬于小于80000立方米容積，混響時間規(guī)定應(yīng)在1.3 ~ 1.6秒（滿場500—1000Hz），按常規(guī)擴聲技術(shù)來設(shè)計，如果實現(xiàn)語言可懂度STIPA＞0.70，必須把北京師范大學(xué)體育館近6萬立方米容積比賽大廳的混響時間，要降低到0.5秒條件下，語言可懂度STIPA＞0.70才能實現(xiàn)，建聲做不到！
北京師范大學(xué)體育館建筑聲學(xué)是由北京建筑設(shè)計研究院進行設(shè)計，頂棚采用大面積網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，因考慮白天環(huán)保節(jié)能要求，其上鋪設(shè)采光用的“透光”陽光板，為了采光節(jié)能環(huán)保要求，不能鋪設(shè)吸聲材料以免遮光；球節(jié)點金屬網(wǎng)架以下四周側(cè)墻全部采用木質(zhì)厚板穿孔敷設(shè)，因考慮木板強度，穿孔率還不到7%，離墻體50mm，比賽場地為木質(zhì)的籃球比賽用地板，主席臺、觀眾席及活動坐席為硬板塑料椅，經(jīng)側(cè)量混響時間T60在3.0秒左右（500Hz），遠遠無法滿足常規(guī)電聲設(shè)計要求。
2、電聲設(shè)計——揚聲器指向性因數(shù)Q值選?。?/p>
在建聲混響時間確定情況下，選取寬頻帶，高靈敏度，高Q值揚聲器系統(tǒng)，在館內(nèi)使用最少的2只聲源布放方式，來覆蓋滿場。
根據(jù)北京師范大學(xué)體育館的語言清晰度STIPA目標而計算推導(dǎo)揚聲器指向性因數(shù)Q值過程 筆者使用Peutz擴聲聲場輔音清晰度損失率（ALcons%）理論計算公式，依據(jù)PROSO高清線源音箱對北師大體育館擴聲環(huán)境的駕馭能力，要做到最可靠的也是最保險的語言清晰度設(shè)計，因此采取以下設(shè)計措施： 筆者根據(jù)業(yè)主要求，把本體育館的語言清晰度STIPA設(shè)計目標定為平均值0.70，當(dāng)然，這要遠遠高于北京奧運會場館要求的語言清晰度STIPA平均值0.50。
為了在長混響狀態(tài)下保證擴聲的語言清晰度，根據(jù)Peutz擴聲語言清晰度設(shè)計的理論要求：能滿足全場均勻覆蓋前提下，用強指向性的聲源布局的數(shù)量越少，全場擴聲語言清晰度就越高(后有公式導(dǎo)算)。
為此必須要求音箱能同時具備最重要的三個條件：
（1）單只音箱具備超強指向性的寬覆蓋
（2）單只音箱具備極超高的全頻聲壓級
（3）單只音箱具備極超高的清晰度重放
而PROSO高清線源音箱正是完全滿足上述三個條件的具有“國際先進水平”的產(chǎn)品。
根據(jù)筆者對本體育館建聲環(huán)境的分析和對PROSO高清線源音箱技術(shù)特性的了解，再結(jié)合以往筆者對類似環(huán)境的擴聲經(jīng)驗，其聲源布局數(shù)量不能大于2只。這樣體育館即使長達3.0秒混響時間條件下擴聲清晰度STIPA也能達到0.70。
推算北師大體育館符合語言清晰度設(shè)計要求的揚聲器指向性因數(shù)Q值過程如下：
擴聲語言傳輸指數(shù)STIPA設(shè)計目標：
求出輔音清晰度損失率：
通過得出輔音清晰度損失率：
制定測量的混響時間：
制定滿足覆蓋的最少音箱數(shù)量：
度量出比賽大廳聲場容積：
度量出覆蓋最遠觀眾距離：
臨界距離修正值：
通過以上數(shù)據(jù)求出所需音箱的指向性因子：
求出音箱500Hz條件下的指向性因子Q值：
分別為：
推算結(jié)論：定制2只PROSO高清線源音箱系統(tǒng)布放方案。每只所需各頻率指向性Q值要求
500Hz Q=64 ；
1000Hz Q＝139；
2000Hz Q＝277；
4000Hz Q＝520；
這種音箱數(shù)量很少；指向性因子Q很高的擴聲系統(tǒng)，可滿足混響時間T60為3.0秒的聲場擴聲清晰度STIPA平均值為0.70。
在下面的PROSO高清線源音箱Q值表中，選擇上面公式推導(dǎo)出的音箱Q值所對應(yīng)的高清線源音箱型號、長度、相應(yīng)拼接的模塊數(shù)量
全天候高清線源音箱模塊FL-2指向性因子Q值表
根據(jù)上面Q值表所對應(yīng)出以PROSO的20 只FL—2模塊拼接組成的一只長度為7米的，全天候高清線源音箱，其各頻率指向性因數(shù)為：
500Hz Q=64 ；
1000Hz Q＝139；
2000Hz Q＝277；
4000Hz Q＝520；
經(jīng)上式推導(dǎo)所選擇的音箱及布局方案：
（1）采用PROSO的FL-2高清線源音箱2只，長度分別為7米的，具備超高Q值及銳利垂直指向性的寬水平覆蓋角度，以最少的兩個聲源滿足全場覆蓋布放的方式，同時考慮將來北師大體育館的演出舞臺位置，是放在體育館一側(cè)的LED全彩大屏幕的下方，因此把2只PROSO高清線源音箱分別對稱式布放吊掛在大屏兩側(cè)，做到演出時的聲像統(tǒng)一，既正好利用銳利的垂直角度，避開了占體育館全部有害反射聲、混響聲80%的頂棚，再次提高了擴聲清晰度。又利用銳利的垂直角度，制造“燈下黑”避開了大屏下面舞臺上的演出話筒，提高演出擴聲的傳聲增益。整個擴聲系統(tǒng)的直達聲分別覆蓋兩側(cè)及對面的全場觀眾席及比賽場地（覆蓋比賽場地的音量可單獨控制）。
（2）采用4只F12全頻帶號筒式音箱作為主席臺或舞臺的流動返聽音箱（音量可單獨控制）。
（3）采用四只NP7超低音懸掛在大屏上方的馬道上，配合PROSO的FL—2高清線源音箱，增加演出時的低音豐滿度，并覆蓋體育館所有觀眾席及比賽場地（音量可單獨控制）。
注：這里是否能提高語言清晰度的關(guān)鍵是PROSO的FL—2高清線源音箱的2000 Hz的Q值，加之500 Hz的指向性Q值，是明顯影響語言清晰度的主要因數(shù)，它們也是影響傳輸頻率特性的主要部分，況且500Hz也是明顯影響語言清晰度的起始點。
（三）擴聲系統(tǒng)中管理與控制設(shè)備的選配也是實現(xiàn)語言清晰度的保證。
1、高Q值、寬頻帶、大功率、高靈敏度、同時具備超強指向性的寬覆蓋的PROSO高清線源音箱的選取是保證語言清晰度的關(guān)鍵。
2、選配SHURE強大超數(shù)量的AFS反饋抑制器，防止、抑制建聲造成的反射聲等引起反饋嘯叫，保證系統(tǒng)穩(wěn)定，是實現(xiàn)語言清晰度的保證。
3、主席臺、裁判席、PROSO返送音箱配置，防止演說者聽不到自己聲音而聲嘶力竭，引起系統(tǒng)過載，引起失真，影響語言清晰度。
4、選配ASHLY 的DSP數(shù)字音頻處理器，24bit A/D、D/A轉(zhuǎn)換和處理、頻帶寬、動態(tài)大，S/N高（高達104 dB），不會給擴聲系統(tǒng)帶來噪聲，S/N高，有利保證語言清晰度。
5、對MIDAS調(diào)音臺和dbx均衡器可進行調(diào)音，提高影響語言清晰度頻率1—2KHZ，增大清晰度。
（四）、音樂豐滿度的實現(xiàn)
1、配置PROSO的NP7超低音箱，其頻響35Hz—300Hz，這是音樂豐滿度的物質(zhì)基礎(chǔ)。
2、效果器的應(yīng)用，可模擬，補償廳堂進次反射聲及混響聲，美化個人演唱效果。
（五）、多種功能實現(xiàn)：
1、使用ASHLY數(shù)字音頻處理24.24M的預(yù)設(shè)/存儲/調(diào)出功能，十六種記憶功能，可滿足語言大會、體育比賽、音樂演出等不同使用功能，只須按動功能鍵就可實現(xiàn)。
2、消防報警系統(tǒng)可通過24.24M媒體矩陣和擴聲系統(tǒng)連接（繼電器觸發(fā)電壓控制）緊急呼叫時消防系統(tǒng)可通過繼電器將火災(zāi)報警信號切入擴聲系統(tǒng)實行聯(lián)動，擴聲系統(tǒng)進行火災(zāi)報警廣播。
立面覆蓋圖
剖面覆蓋圖
平面覆蓋圖
擴聲系統(tǒng)方框圖
三、擴聲系統(tǒng)五項技術(shù)指標的設(shè)計：
其實質(zhì)亦是語言清晰度的設(shè)計，行業(yè)標準《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》，國家標準《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》，中的聲學(xué)特性指標都是保證實現(xiàn)廳堂場館語言清晰度的必要條件。才是比較妥善的設(shè)計。
（一）最大聲壓級：
首先明確是在重放情況下測量，不是擴聲。
第二，只要揚聲器至觀眾席直達聲滿足（或場地直達聲滿足）就行了。
第三，重要的是，寬頻帶粉躁聲的峰值因數(shù)一般取6dB，是必須牢記的。根據(jù)GB 50371-2006，《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》最大聲壓級定義：有效值（RMS）聲壓級的長期平均值LRMS加上峰值因數(shù)的以10為底的對數(shù)再乘以20，北京奧組委技術(shù)部2006年1月提出《北京奧運會場館擴聲系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)建議》對比賽場館聲壓級具體建議： 一般場館：正常工作90dB
緊急狀態(tài)103 dB
第四，根據(jù)北京師范大學(xué)體育館，我們選取PROSO的FL-2全頻帶高清線源音箱，阻抗為16歐姆、107dB/MW，有效功率400W；我們選取PROSO的DAF1000功率放大器，功率500W；使用EVJV4*4線纜，其電阻0.29歐/100米，聲控室至大屏100米左右，線路損耗之外，功放功率是大于揚聲器功率的，觀眾席、場地聲壓級是確?？梢詽M足的。
（二）傳輸頻率特性：
1、從MIDAS調(diào)音臺到ASHLY數(shù)字音頻處理24.24M之間有兩路dbx2231，31段1/3倍頻程均衡器，可直觀現(xiàn)場調(diào)試館內(nèi)觀眾席頻響；
2、ASHLY數(shù)字音頻處理24.24M，12入/12出，雖然是固化的數(shù)字音頻處理功能模塊，基本上投射到觀眾席的每一支PROSO的FL-2全頻帶高清線源音箱，都有2路DSP：音量/分頻/壓限/6—8個點PEQ參數(shù)均衡器等功能模塊可供使用，調(diào)整揚聲器覆蓋之觀眾席聲場頻響。超低音頻音箱也有DSP可進行總體調(diào)試。
調(diào)試中應(yīng)明確：觀眾席是一級標準；比賽場地是二級。
（三）傳聲增益：
實質(zhì)上是擴聲系統(tǒng)的穩(wěn)定性，為此：
1、會議鵝頸式傳聲器選用EV的PC-s18，具有四種指向性可變，可根據(jù)館內(nèi)具體情況使用不同指向形式。
2、利用ASHLY24.24數(shù)字音頻處理中的6路自動混音器，6入/1出，基本上始終只有一路輸出給調(diào)音臺，并且具有NOM功能，就是說，即使有人插話，人數(shù)增加，其電平按10lgNOM減少，可保證館內(nèi)聲壓級基本不變。
3、選配SHURE的DFR-22EQ自動反饋抑制器，2入/2出，具有高達32-64點AFS，抑制任何惡劣建聲造成聲系統(tǒng)之反饋嘯叫。保證系統(tǒng)的穩(wěn)定。我們將其并聯(lián)到調(diào)音臺上使用，即可抑制嘯叫，又不影響重放音樂音質(zhì)。
4、為了保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，PROSO的DAF系列功放每路都有微型電腦實時檢測控制電流防削波功能，進行信號過載保護。
（四）聲場不均勻度：
聲場不均勻度是指觀眾席各坐席點，1K Hz、4K Hz聲壓級變化，如果觀眾席、場地傳輸頻響特性滿足要求，那么聲場不均勻度上不成問題的。行業(yè)標準很明確提出
一級觀眾席大部分地區(qū)≤8 dB
二級場地大部分地區(qū)≤10 dB
（五）系統(tǒng)噪聲
行業(yè)標準要求擴聲系統(tǒng)不產(chǎn)生明顯可覺察的噪聲干擾。
1、設(shè)計使用DSP設(shè)備，其動態(tài)或N/S（信噪比）超過100 dB，擴聲系統(tǒng)不可能出現(xiàn)噪聲。
2、高清線源音箱、低音音箱系統(tǒng)分別懸掛在大屏兩側(cè)和馬道上，距場地18米，即使有白噪聲（功放噪聲）也衰減的根本不可能覺察出來。
3、擴聲系統(tǒng)如果不是地線連接不當(dāng)，是不會產(chǎn)生明顯可覺察噪聲的。
四、計算機EASE聲學(xué)輔助設(shè)計
即是設(shè)計，亦是預(yù)測，是在工程設(shè)計階段就可預(yù)見工程竣工后，其擴聲語言清晰度及技術(shù)指標是否達標（除傳聲增益外）。
1、首先使用EASE4.0聲學(xué)設(shè)計軟件，在計算機上按照體育館建筑結(jié)構(gòu)平面、立面、刨面尺寸建立模型。模型的準確非常重要，仔細查閱測量CAD圖紙，得出模型所需準確各點坐標認真制作模型，在模型準確基礎(chǔ)上，按接近的實際混響時間再乘1.5倍（為實現(xiàn)擴聲清晰度留余地）這叫保險的擴聲清晰度設(shè)計。僅僅做一側(cè)觀眾席達標，因為體育館對稱，鏡相拷貝就行，直達聲滿足技術(shù)指標，混響場最大聲壓級就更沒問題。
2、按照上式推算并選出的PROSO高清線源音箱的型號、數(shù)量、布局位置，如果設(shè)定體育館的T60為3秒的時候，EASE出的STIPA大于0.7 STI，應(yīng)該再增大T60到4.3秒的混響時間，預(yù)測擴聲清晰度平均值能到STIPA≤0.60 STI，這樣做的目的是心中有數(shù)：即使建聲———混響時間長一些，仍可保證館內(nèi)清晰度。
3、可以看一看125 Hz-4K Hz之間1/3OCT聲壓級進行統(tǒng)計分析，看它是否滿足頻響特性，如果傳輸頻響基本滿足
1K Hz
＞
聲場均勻度就達標無疑。
4K Hz
4、傳聲增益：根據(jù)現(xiàn)場建聲反射聲等聲學(xué)缺陷以及電聲—揚聲器布放，使用自動反饋抑制器AFX抑制，才能顯現(xiàn)出來。EASE是無法顯現(xiàn)的。
5、系統(tǒng)噪聲：設(shè)計上是沒有問題的，只有在擴聲系統(tǒng)安裝調(diào)試后方可顯露出來，EASE圖是無法體現(xiàn)的，但是因為使用DSP數(shù)字音頻處理器，如果安裝無誤，應(yīng)該不存在系統(tǒng)噪聲。
EASE聲學(xué)設(shè)計軟件，盡管存在不盡人意之處，但其理論依據(jù)是正確的，無誤的。如果模型相對準確，建聲仿真設(shè)計揚聲器選取安裝正確，是具有很好的實踐指導(dǎo)作用的?？稍诠こ淘O(shè)計階段就可預(yù)見其體育館語言清晰度、最大聲壓級等技術(shù)參數(shù)，三維圖象顯示，直觀明確，一目了然。
EASE4.0 絕非擺設(shè)，也非技術(shù)矇人，實事求是地認真制作，對工程人員有實際意義的，尤其是語言清晰度及最大聲壓級兩項，絕對無可厚非！
下圖為北京師范大學(xué)體育館EASE模型的揚聲器位置和聲線4D圖：
下圖為北京師范大學(xué)體育館EASE模型的混響時間曲線按4.3秒設(shè)定：
下圖EASE為體育館直達聲聲壓級圖
EASE模型的混響時間取4.3秒的1000 Hz直達聲聲壓級圖
EASE模型的混響時間取4.3秒的2000 Hz直達聲聲壓級圖
EASE模型的混響時間取4.3秒的4000 Hz直達聲聲壓級圖
下圖EASE為體育館語言快速傳輸指數(shù)STIPA圖：
EASE模型圖的混響時間取4.3秒的1000 Hz STIPA平均值0.6以上
EASE模型圖的混響時間取4.3秒的2000 Hz STIPA平均值0.6以上
五、聲場調(diào)試
（一）半場觀眾席聲場調(diào)試：
因為體育館是對稱設(shè)計的，我們主要對主席臺一側(cè)觀眾席進行聲場調(diào)試，一切調(diào)整好后，只須將DSP數(shù)據(jù)進行拷貝，主席臺對面觀眾席進行抽樣檢測即可。
1、對大屏兩側(cè)安裝LF-2高清線源音箱進行垂直角度及水平方位調(diào)整。全頻帶粉噪聲及1/3OCT倍頻程脈沖信號輸入給擴聲系統(tǒng)調(diào)音臺，在觀眾席測量這只揚聲器覆蓋面積，不同點位之聲壓級，記錄其聲場均勻度。
2、根據(jù)1/2場地揚聲器聲場、清晰度、聲壓級、均勻度情況，分析判斷、調(diào)整揚聲器投射的方向及軸心坐標點，使其聲場均勻
3、主席臺一側(cè)所有揚聲器投射聲場，調(diào)試均勻
4、主席臺對面一側(cè)觀眾席按主席臺一側(cè)方位調(diào)整，抽樣檢測。
（二）采用DFR-22EQ自動反饋抑制器與調(diào)音臺并聯(lián)，對在主席臺放置開會的傳聲器條件下，擴聲系統(tǒng)開打功放，使體育館全部揚聲器發(fā)聲，進行反饋嘯叫抑制。因SHURE的DFR-22EQ是雙進/雙出，每路16+16計32點AFS，能充分分析建聲引起的反饋嘯叫，保證擴聲系統(tǒng)之穩(wěn)定性。（因為觀眾席、場地PROSO的2只FL-2全頻高清線源揚聲器及4只NP7超低音全部開啟，亦可測量傳聲器增益，主席臺處測量傳聲器測的聲壓級與觀眾席聲壓級之差，因為DFR-22EQ可抑制32個反饋點，系統(tǒng)穩(wěn)定。傳聲增益指標，很易達到。
（三）在擴聲系統(tǒng)穩(wěn)定基礎(chǔ)上，進一步調(diào)試傳輸頻響特性，使用Smart Live5.0軟件，顯示全頻帶頻譜，可在每一只揚聲器覆蓋區(qū)域多點測量，利用24.24M中的6點PEQ及dbx2231，1/3OCT倍頻程均衡器進行補償、均衡、觀眾席聲場傳輸頻響可在±4dB，場地+
4、-6 dB之內(nèi)。
（四）傳聲增益、傳輸頻率特性，經(jīng)幾次反復(fù)測量調(diào)試，使之能滿足指標。
（五）最大聲壓級、在重放全頻粉噪聲條件下，半場多點長期有效值進行測量，在1/4功放功率處，可達≥97dB,因為1/4功率，滿功率增加6dB，粉噪聲峰值因數(shù)增加6dB，至少增加12dB，達標和超標是無問題的。
（六）系統(tǒng)噪聲：我們一般在午夜、空場、寂靜狀態(tài)下測量，沒有問題。
六、南開大學(xué)體育館聲學(xué)特性客觀測量：
（一）自我檢測：
1、使用SIA公司：Smart Live5.0測試軟件及Smart專業(yè)測試傳聲器、筆記本電腦、PHONIC公司：校正過的PAA3便攜音頻分析儀，PH公司：34401A型數(shù)字多用表，全頻帶粉噪聲及聲級計TES-1351。
2、測量標準和測量方法：
＊《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/T131-2000 J42-2000
＊《廳堂擴聲系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50371-2006
＊《廳堂擴聲特性測量方法》GB/T4919-1995
3、半場測量—體育館測試點位示意圖
北京師范大學(xué)體育館“最大聲壓級”的各測量點位示意圖
（T60為3.0秒的空場條件下測量平均值107 dB最高值110 dB）
北師大體育館擴聲語言傳輸指數(shù)STIPA測量點位示意圖
（T60為3.0秒的空場條件下測量STIPA平均值0.72 最高值0.82）
北京師范大學(xué)體育館外景
北京師范大學(xué)體育館內(nèi)景
空場測量驗收體育館擴聲語言傳輸指數(shù)STIPA某位置數(shù)據(jù)為0.74
(此儀器屬于“國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督經(jīng)驗中心”并曾經(jīng)被“北京08辦”委托，測量過鳥巢、水立方、國家體育館、英東游泳館、五棵松籃球館、等所有北京奧運比賽場館的那臺設(shè)備，檢測的數(shù)據(jù)相當(dāng)可靠)
4、擴聲系統(tǒng)安裝調(diào)試好后，業(yè)主請第三方國家權(quán)威檢驗機構(gòu)進行檢測驗收
＊ 最大聲壓級 ≥107dB
＊ 傳輸頻率特性125 ~ 4KHz
在 ± 4dB之內(nèi)
＊ 傳聲增益≤8dB
＊ 聲場不均勻度 1K
4K
≤8dB
＊ 語言傳輸指數(shù)STIPA平均值≥0.72（空場）
＊ 系統(tǒng)噪聲：無明顯可覺察噪聲干擾。
（二）主觀試聽：空場情況下，通過讀字報、講話，語言很清晰、聲壓級足夠、音樂豐滿。
（三）經(jīng)被業(yè)主邀請的第三方專家使用丹麥BQK、瑞士NTI的AL1型專業(yè)聲學(xué)STIPA分析儀
第二篇：國家奧運會英東游泳館工程前的擴聲語言清晰度設(shè)計方案論證
國家奧運會英東游泳館工程前的擴聲語言清晰度設(shè)計方案論證
——工程實施后的實際測量結(jié)果
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（北京達尼利華科技發(fā)展有限公司）
國家奧體中心英東游泳館是2008年北京奧運中的水球與現(xiàn)代五項中游泳部份的比賽場館，同時也是第11屆亞運會的游泳、跳水比賽場館，被譽為“亞洲第一館”。
冠名“英東”的英東游泳館是已故香港商人霍英東(2006年過世)于北京成功申辦1990年亞運會時捐出1億港元于亞運村興建的，作為第十一屆亞運會的主要場館，是當(dāng)時全亞洲最大、最先進的游泳館，除此之外，游泳館更曾于2001年作為世界大學(xué)生運動會的游泳專項的比賽場地，包括北京奧運會和北京殘奧會在內(nèi)，英東游泳館共舉辦過至少4項大型的世界級運動會。
直至現(xiàn)時，游泳館建筑面積達43020平方米，網(wǎng)架下容積V=124156立方米，固定 6000人座席，平均20.7立方米/座。分別設(shè)標準比賽池、練習(xí)池、跳水池及熱身池4個泳池。
由于游泳館歷史已久，加上這是北京奧運中的其中一個北賽場館，因此北京奧委會在2005年12月開始為游泳館進行修建，目標竣工日期為2007年的9月左右。北京奧組委把擴聲驗收指標與國際接軌，增加擴聲清晰度STIPA測量指標，是“畫龍點睛”之筆，道出了體育場館擴聲設(shè)計的靈魂：是核心、是要害，使擴聲系統(tǒng)五項指標(必要條件)更加完善充分，是實事求是的舉措，將掀起體育場館設(shè)計的新篇章。對我國今后制定新的擴聲指標和擴聲設(shè)計，影響深遠。
筆者曾參與了英東游泳館前期的擴聲系統(tǒng)設(shè)計與論證工作，包括擴聲工程實施后的調(diào)試工作，見證了“北京08辦”和“國家奧林匹克體育中心”分別委托“國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心”對英東游泳館驗收測量的全過程。也有幸參與了北京奧運會的保駕護航工作。
1、概述：
英東游泳館比賽大廳的聲場環(huán)境，就像一條大型船體內(nèi)的，巨型底部倒扣在大廳上方做頂棚，且因金屬頂棚結(jié)構(gòu)承重不了多少吸聲材料，因此，這種建筑結(jié)構(gòu)會造成90%的有害超長混響聲來自于頂棚和水面，歷史上還出現(xiàn)了因所有吸聲材料逐漸受潮，導(dǎo)致吸聲材料失效，造成混響時間變長后的20年間，其擴聲系統(tǒng)曾經(jīng)歷了兩次改造，并使用過原裝進口名牌揚聲器系統(tǒng)及設(shè)備，擴聲驗收的五項指標包括最大聲壓級、聲場不均勻度、傳輸頻率特性等主要指標都很優(yōu)秀。但擴聲出來的內(nèi)容就從沒聽清楚過！甚至多年在身邊一起工作的同事，用擴聲系統(tǒng)講話時，而彼此間都到了猜不出是誰在講話的嚴重程度。但根據(jù)國家行業(yè)標準：“JGJ/T131—2000”，業(yè)主也很無奈，擴聲工程只能通過驗收！
作為奧運會改造館，筆者事先通過設(shè)計方“北京建筑設(shè)計研究院”，找到具體負責(zé)建聲設(shè)計和計算的“薛工”了解到：原建筑的承重結(jié)構(gòu)不能動，為安全考慮，設(shè)計最新的吸聲體只能吊掛原設(shè)計所需的三分之一。另外筆者又從負責(zé)北京英東游泳館項目總包方“江蘇建工”的總工那里了解到：為趕工期，吸聲材料最終沒能做防潮處理。因此，吸聲材料如果逐漸受潮，導(dǎo)致吸聲材料失效，將會造成混響時間變長，萬一建聲改造效果還不行，混響時間長了怎么辦？一定讓歷史不能再次重演！在工程之前我們?yōu)檫@次擴聲清晰度的設(shè)計進行了充分的論證。
為體現(xiàn)科技奧運、人文奧運、綠色奧運的理念，此次擴聲設(shè)計并沒有按照設(shè)計院的原設(shè)計方案，是因為原擴聲設(shè)計是按照理想的混響時間1.9秒條件下而設(shè)計的，而實際幾乎不可能達到1.9秒，為在長混響時間環(huán)境下，也能讓看比賽的人們與運動員能很輕松的聽清楚擴聲的語言內(nèi)容，筆者決定按混響時間4秒條件下，設(shè)計擴聲清晰度STIPA目標要達到0.55,為達到此目的，必須另辟蹊徑，運用科學(xué)的電聲技術(shù)手段解決擴聲語言清晰度，做到人文關(guān)懷，達到此次人文奧運、科技奧運，同時達到在同等聲學(xué)指標條件下，使用功放少，做到綠色節(jié)能。
最后的工程實施后的實際擴聲清晰度STI測量結(jié)果，比施工前論證時設(shè)計的擴聲清晰度STI-PA數(shù)值0.55要高，達到了0.69，是因為實際的混響時間還不到預(yù)計的4秒。此結(jié)果證明是清晰度的保險設(shè)計，是留有余地的。這是除北京以外的三屆奧運會（雅典、悉尼、亞特蘭大）所有比賽場館擴聲清晰度最高的，因此獲得了本次北京奧運會唯一擴聲工程的優(yōu)質(zhì)工程獎。證明了運用PROSO高清線源音箱的高清擴聲技術(shù)，是科學(xué)的、先進的、值得推廣的好方法。具體論證過程如下：
2、英東游泳館在奧運會使用功能：
承擔(dān)2008北京奧運會的水球、現(xiàn)代五項的游泳等項目的正式比賽及決賽。
3、達到北京奧組委提出的要求：
* 客觀測量達到JGJ/T131-2000《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量標準》一級擴聲技術(shù)指標。
* 奧組委要求：
（1）最大聲壓級：103dB（平常使用95dB）
（2）頻響：語言125HZ~5KHZ；音樂100HZ~15KHZ
（3）語言清晰度傳輸指數(shù)：STIPA>0.5
4、設(shè)計院給的建聲目標：
按照行業(yè)標準，設(shè)計混響時間T60=1.9秒（500——1kHz）滿場
5、英東游泳館歷史曾經(jīng)的混響時間
吸聲材料逐漸受潮，導(dǎo)致材料失效，混響時間T60=5.0秒以上（500——1kHz）滿場
工程之前對英東游泳館的高清擴聲技術(shù)設(shè)計方案進行論證的步驟
（一）揚聲器的布局與選型的方案論證：奧體中心的領(lǐng)導(dǎo)非常重視英東游泳館擴聲的語言清晰度，讓我們就擴聲音箱系統(tǒng)，采用“滿天星式”的分散布放常規(guī)音箱，或采用“滿天星式”的分散布放PROSO高清線源音箱，還是采用“太陽式”的集中布放PROSO高清線源音箱，為了能在長混響時間條件下，保證奧運會英東游泳館擴聲語言清晰度的實現(xiàn)，進行一次充分必要的技術(shù)方案論證。
（1）詳細的真對全運會八、九、十屆的有關(guān)場館揚聲器布局形式，聲源布點少的“太陽式”布局造成語言清晰度高的成功案例，和聲源布點多的“滿天星式”布局造成語言清晰度差的失敗案例分析；
（2）2005年湖南省十運會株洲游泳館、體育場擴聲設(shè)計是由原來中標的Community常規(guī)點聲源號筒式揚聲器，多點分散布放聲源方案，修改為聲源布點少的“太陽式”布局，來布放PROSO高清線源揚聲器的設(shè)計方案后，擴聲實現(xiàn)高語言清晰度的成功案例分析；
（3）湖南長沙賀龍體育場，在沒有做建聲條件下，聲源布點多的“滿天星式”分散布放世界名牌BOSE的LT長沖程號筒式揚聲器，聽不清的失敗教訓(xùn)分析；
（4）詳細分析了國際電聲界：40年來關(guān)于點聲源揚聲器 → 揚聲器陣列系統(tǒng) → 線陣列揚聲器系統(tǒng) → 高清線源音箱的發(fā)展歷程、優(yōu)缺點；
（5）詳細分析和研究雅典體育場的擴聲設(shè)計，包括使用傳統(tǒng)揚聲器陣列固定安裝，并按照聲源布點少的“太陽式”布局方式布放的來龍去脈，為了解決大型場館、迪斯科廣場、文娛場所，滿足巨大覆蓋區(qū)全部聽眾（85000座）要求具有足夠大聲壓級（需要大量揚聲器擴聲），同時又要求高清晰度語言和音樂豐滿，有層次的音質(zhì)又必須保持較小數(shù)量揚聲器的矛盾。EAW揚聲器陣列廠家積累了20年全力研究和奮斗的結(jié)果，以PPST技術(shù)和KF900系統(tǒng)，采用點聲源技術(shù)及其控制的陣列，實施近、中、遠投射，在長達180米的體育場內(nèi)，滿足對語言清晰度、音樂豐滿的要求，（6）對國內(nèi)外的真假線陣列揚聲器的五種狀態(tài)進行分析比較；
（7）析北京英東游泳館自1990年亞運會以來，因頂棚承重問題，無法把建聲處理做到位，業(yè)內(nèi)專家基本都知道它的“擴聲清晰度”一直是老大難問題，北京亞運會以來的20年間，曾兩次擴聲改造，均采用進口名牌音箱，多聲源分散布放揚聲器在馬道上，音箱數(shù)量較多的擴聲方式。造成聲源布點越多干擾越嚴重，語言清晰度一直不好的原因；
（8）對輔音清晰度損失率（AL%）計算理論與傳統(tǒng)臨界距離計算理論進行比較分析探討：
輔音清晰度損失率百分比理論是荷蘭聲學(xué)家V.M.A.Peutz（他是傳統(tǒng)臨界距離公式的發(fā)明人），因為傳統(tǒng)臨界距離公式?jīng)]有可測量的清晰度STI指標掛鉤,所以在此基礎(chǔ)上加以完善，得出了“輔音清晰度損失率百分比計算公式”，這也是聲場擴聲清晰度的設(shè)計公式，V.M.A.Peutz于1971年12月首先提出來的，并發(fā)表在J.A.S.A音頻工程期刊中。我國中科院聲學(xué)所的沈教授在1980年《擴聲工程》一書中P430有此公式，中國電子科技集團第三研究所電聲雜志內(nèi)部書刊《聲學(xué)工程》一書P.190頁，也有此理論公式。
美國著名聲學(xué)專家唐.戴維斯，在書中講到：Peutz在聲學(xué)方面作出了跨時代貢獻，是Peutz歷經(jīng)十年研究實踐的結(jié)果，AL% 對語言可懂度的研究成果，每天在聲學(xué)系統(tǒng)工程中使用，檢驗公式的精確和實用。Peutz這一跨世紀的貢獻，其本質(zhì)就是體育場館語言清晰度的百分比，因此“輔音清晰度損失率”理論是理想的聲場擴聲清晰度設(shè)計模型。
應(yīng)用Peutz清晰度理論公式推導(dǎo)奧運會英東游泳館的擴聲設(shè)計過程如下：
擴聲語言清晰度STIPA設(shè)計目標：0.55 SIT = 0.9482－0.1845×lnALcons%
求出輔音清晰度損失率：ALcons% = 10%
通過得出輔音清晰度損失率：
制定較長的混響時間：T60 = 4秒
制定最少的聲源（音箱）數(shù)量：N = 2只
度量出聲場容積：V = 124156立方米
度量出覆蓋最遠距離：D2 = 100米
臨界距離修正值：M =1
通過得出設(shè)計目標的音箱指向性因子：
求出音箱500Hz指向性因子：Q = 57.6
再根據(jù)PROSO高清線源揚聲器FL-2的指向性因子Q值表，確定將要使用的PROSO線源揚聲器長度與模塊數(shù)量
根據(jù)Peutz輔音清晰度損失率（ALcons%）理論公式計算推導(dǎo)Q值：混響時間4秒使用音箱數(shù)量降低到最少2只PROSO 高清線源音箱系統(tǒng)，并能覆蓋英東游泳館全場。
根據(jù)荷蘭聲學(xué)家Peutz（傳統(tǒng)臨界距離公式發(fā)明人）擴聲語言清晰度設(shè)計的理論公式推導(dǎo)出的音箱500 Hz的Q值為57.6，結(jié)合英東游泳館比賽大廳的聲環(huán)境，它很像“巨型船體內(nèi)的底部”，倒扣在比賽大廳上面做金屬頂棚的建筑特點，且因承重不了多少建聲材料，比賽大廳內(nèi)80%的有害混響聲來自于頂棚，為達到T60在4秒下的語言清晰度為0.55 STI 的設(shè)計目標，給英東游泳館“量身定做”符合Peutz公式使用2只音箱條件下推導(dǎo)出相應(yīng)Q值的PROSO高清線源音箱，布放在游泳館彩屏兩側(cè)，垂直懸掛，N=2。
為英東游泳館特制的PROSO線源音箱的特點：
（1）定做的PROSO高清線源音箱指向性因子Q值如下：
其各頻率Q值分別為：500 Hz
Q=57 KHz
Q=119 KHz
Q=231
(再根據(jù)PROSO專用的指向性因子Q值對照表，得出單只高清線源音箱符合的相應(yīng)長度后，再通過總功率與靈敏度計算所需聲壓級，共定做2只，每只為18個特制全天候高清線源模塊拼接后組成符合的相應(yīng)長度)
（2）3dB衰減距離增加一倍；
（3）集中垂直懸掛2只高清線源音箱，N =2，梳狀濾波干擾很少；
最重要的是，我們的設(shè)計是考慮適應(yīng)英東游泳館因天長日久，吸音材料逐漸受潮，吸聲系數(shù)逐漸變差，混響時間逐漸會變長，而擴聲清晰度還能保證的設(shè)計（注意：1只高清線源音箱無論由多少個模塊組成，也只是整體為1只的作用效果，在指向性Q值增加其N可以不變，這樣隨著混響時間變長，只需繼續(xù)增加高清線源音箱長度，即增加懸掛模塊數(shù)量，就可增大高清線源音箱Q值，仍然可以保證游泳館語言清晰度）所以，用最少的只數(shù)（2只）布放高清線源音箱又能覆蓋全場，是英東游泳館擴聲設(shè)計之首選。
如果用傳統(tǒng)的臨界距離理論則無法準確預(yù)測清晰度標準：
臨界距離理論：直達聲能平均值與混響聲能平均值相等的界面到揚聲器之間的距離（m）
DC＝0.14
式中： Q——指向性因子
R——房間常數(shù)
其理論未涉及揚聲器數(shù)量N，以及在長混響時間條件下?lián)P聲器之間產(chǎn)生的梳狀濾波器，對語言清晰度降低的程度影響；
* DC越大語言清晰度越高，但是 ：2 倍的DC與DC的語言清晰度STI不詳；3.16 倍的DC與DC的語言清晰度STI不詳。
* DC與語言清晰度傳輸指數(shù)STI有“曖昧”關(guān)系但不直觀
因此使用傳統(tǒng)的臨界距離理論則無法準確計算或預(yù)測清晰度指標
擴聲清晰度設(shè)計的理論計算還必須與EASE 4.0設(shè)計相結(jié)合，充分反映客觀的事實真相；
邀請國家奧體中心領(lǐng)導(dǎo)參觀試聽“用PROSO高清擴聲技術(shù)和結(jié)合Peutz輔音清晰度損失率方法設(shè)計的，30萬立方米容積的北京溫都水城。
北京溫都水城是在(無建聲設(shè)計)混響時間長達7.8秒條件下，經(jīng)過嚴格的按照擴聲清晰度設(shè)計計算結(jié)果進行施工，開業(yè)后，好評如潮！能感受在超大玻璃水空間的惡劣聲環(huán)境下，PROSO高清線源音箱擴聲系統(tǒng)帶來的，清晰度非常高的語言和音樂效果；甚至還能看電影。
經(jīng)過比較分析深入研究，我們具有以下認識：
A 理論計算必須與計算機EASE仿真模擬相結(jié)合，降低聲場干涉，排除梳狀濾波器帶來干擾，做到安全保險的擴聲清晰度設(shè)計。
B 通過大量案例證明了高清線源揚聲器系統(tǒng)布放數(shù)量少而成功，與點聲源揚聲器布放數(shù)量多，而失敗的結(jié)果分析，并結(jié)合荷蘭聲學(xué)家Peutz（傳統(tǒng)臨界距離公式發(fā)明人）。擴聲語言清晰度設(shè)計的理論表明：在能滿足全場聲壓級、均勻覆蓋的前提下，用超強指向性的音箱數(shù)量越少，全場擴聲語言清晰度就越高。
運用“高清擴聲技術(shù)”要求音箱能同時具備最重要的三個條件：
單只音箱具備超強指向性的寬覆蓋；
單只音箱具備極超高的全頻聲壓級；
單只音箱具備極超高的清晰度重放；
而PROSO高清線源音箱恰能同時滿足上面的三個條件。這是使用PROSO的高清擴聲技術(shù)解決方案，即使是安裝在聲環(huán)境惡劣的溫都水城里，也能達到擴聲高清晰度的主要原因。
而游泳館頂棚所造成有害反射聲占全部的80%，PROSO高清線源音箱利用其獨特的專利技術(shù)（帶狀耦合器模塊），在中高頻部分完全耦合，不破壞垂直指向性，銳利的垂直指向性波瓣，讓直達聲有效的避開了頂棚，這是使用PROSO音箱達到高清晰度的原因之二。
銳利的垂直指向性，提高了聲波的傳播效率，增強了直達聲成分，同時解決一般擴聲系統(tǒng)遠程高頻欠缺的弊端，是使用PROSO音箱高清晰度的原因之三。常規(guī)點聲源音箱：高指向性的窄覆蓋：
高清線聲源音箱：超指向性的寬覆蓋：
常規(guī)音箱Q值較大而窄覆蓋，覆蓋全場所需用的Q值與數(shù)量N，只成正比。
語言或音樂脈沖信號在長T60環(huán)境下疊加后扭曲變形，清晰度STI被惡化：
計算機仿真模型設(shè)計結(jié)論：混響時間4秒
語言清晰度傳輸指數(shù)將為0.69 STI
高清線源音箱Q值超高而寬覆蓋，覆蓋全場需用的Q值與數(shù)量N，可成反比
語言或音樂脈沖信號在同T60環(huán)境疊加后只增加豐滿度，清晰度STI被優(yōu)化：
高清線源音箱與偽高清線源音箱的鑒別：
在空曠環(huán)境下，用8只以上揚聲器箱體組成一條不彎曲的揚聲器垂直陣列系統(tǒng)，距4米處等距離放置5只以上測量，用傳送器等距離垂直排列，共同拾取揚聲器垂直陣列發(fā)出的粉紅噪聲，各傳送器同時做曲線采樣獨立分析。
傳送器各采樣粉紅噪聲曲線重疊在一起分析判斷：
上圖證明：此單組揚聲器陣列的功率比N是1（總數(shù)量1只）
結(jié)論：它是真，加大全頻指向性Q值、優(yōu)化音質(zhì)。
針對PROSO高清線源音箱的四個特點進行論證
創(chuàng)新型個性化設(shè)計特點
針對體育場館的聲場環(huán)境，定制了專門特性的音箱來搭建系統(tǒng)，是PROSO揚聲器產(chǎn)品能“駕馭”惡劣聲場擴聲清晰度的原因，PROSO音箱并不是“印刷廠”式的批量生產(chǎn)，而像“畫室創(chuàng)作”式的根據(jù)不同的聲場環(huán)境個性化定制音箱，外觀完全相同的各單體高清線源模塊箱體，其內(nèi)部構(gòu)造可能各有不同，從而使電聲完美的與建筑環(huán)境相結(jié)合。
系統(tǒng)高性價比特點
根據(jù)Peutz擴聲語言清晰度設(shè)計的理論要求：
能滿足全場均勻覆蓋的前提下，用強指向性的音箱數(shù)量越少，全場擴聲語言清晰度就越高。聲場內(nèi)PROSO音箱的數(shù)量減少使功放與信號傳輸線路相應(yīng)減少，擴聲DSP管理控制系統(tǒng)的搭建設(shè)計相對簡單，大幅度降低造價。日常維護成本低、擴聲清晰度還能能保證
達到同等聲學(xué)指標而使用傳統(tǒng)音箱數(shù)量多、又分散、為解決功放與音箱距離遠的問題，相應(yīng)增加分散的功放間，信號傳輸線路相應(yīng)增多，造成擴聲控制DSP管理系統(tǒng)過于復(fù)雜、龐大：需數(shù)字監(jiān)測監(jiān)控，網(wǎng)絡(luò)控制光纖傳輸、數(shù)模轉(zhuǎn)換等，系統(tǒng)造價與故障率相應(yīng)提高，再為降低系統(tǒng)故障率而增加擴聲控制管理的多種熱倒備系統(tǒng)，投入造價更加龐大。日常維護成本高、擴聲清晰度還不能保證。
進聽不吵、遠聽不小特點
PROSO高清線源音箱的專利技術(shù)——帶狀耦合器模塊：多個緊密垂直排列音圈共用一個帶狀釹磁體并共同推動一個帶狀音膜，耳朵離它很近時，感受到的是某個小音圈推動局部音膜發(fā)出的聲音，不吵。離它遠時，聽到的是整條線源音箱發(fā)出的聲音，不小。
語言擴聲防嘯叫特點
讓PROSO高清線源音箱 “銳利”的垂直指向角度，與話筒垂直指向角度不在同一個聲學(xué)層面里，讓直達聲從話筒上方“掠過”，避免直達聲直接進入話筒，避免了嘯叫。
下面是利用聲學(xué)軟件EASE 4.0計算機仿真模型對兩種布局方式的擴聲清晰度進行論證對比：
我們預(yù)測吸聲材料受潮后，T60 = 4秒條件下按8只或2只的不同布局方式，分別用計算機仿真模型設(shè)計出英東游泳館擴聲語言清晰度STI，再把兩個STI結(jié)論進行比對，看哪個正確。雖然可能與實際比會有一點誤差，但它對正確選擇擴聲聲場設(shè)計方向起到了很重要的指導(dǎo)性意義，希望引起重視，混響時間T60曲線按4秒設(shè)定
下面采用PROSO高清線源音箱8只，滿足覆蓋全場時，在混響時間為4秒條件下EASE模擬：
計算機EASE仿真模型設(shè)計結(jié)論：混響時間4秒，使用8只PROSO高清線源音箱，語言清晰度傳輸指數(shù)STIPA將為0.4
對8只聲源布放方案使用PROSO高清線源音箱或最少的2只聲源布放方案進行了EASE仿真模型論證比較。
“多聲源方式”在馬道上布放8只FL-2Y高清線源音箱系統(tǒng)，能覆蓋滿場（每側(cè)4只，每只7個FL-2Y模塊構(gòu)成）
其指向性因子：500HZ
Q=16
1KHZ
Q=32
2KHZ
Q=65
（注：這比大型“點聲源長沖程號筒”揚聲器的Q值大2倍以上）
我們分別模擬在三種混響時間條件下進行EASE4.0仿真模型設(shè)計擴聲清晰度：
(1)T60 = 2.0秒
語言清晰度：STIPA=0.5（北京奧運會技術(shù)要求STIPA >0.5）
(2)T60 = 2.5秒
語言清晰度：STIPA=0.45（語言清晰度的臨界值）
(3)T60 = 4.0秒 語言清晰度：STIPA=0.4（語言清晰度不理想）
這種情況說明“多聲源方式”布放線源陣列揚聲器系統(tǒng)，只能在2.0秒混響時間條件下，才能保證奧運會語言清晰度要求。而混響時間T60 = 4.0秒時 STIPA=0.4，距離奧組委要求的STIPA>0.5的技術(shù)指標差距很大，清晰度目標根本無法實現(xiàn)的。
結(jié)論是明確的，縱然使用高Q值的線源陣列揚聲器，在游泳館的長混響時間條件下，采用分散布放方式，想保證游泳館語言清晰度，也是無能為力的，依賴“建聲”降低混響時間T60來彌補，按以往的統(tǒng)計和經(jīng)驗來看，根本不現(xiàn)實。
下面采用PROSO高清線源音箱2只，滿足覆蓋全場時，在混響時間為4秒條件下EASE模擬：
計算機EASE仿真模型設(shè)計結(jié)論：混響時間4秒，使用2只PROSO高清線源音箱，語言清晰度傳輸指數(shù)STIPA將為0.69
“最少聲源方式”在大屏兩側(cè)布放2只FL-2Y高清線源音箱系統(tǒng)，能覆蓋滿場（每側(cè)1只，每只18個FL-2Y模塊構(gòu)成）
其指向性因子：500 Hz
Q=57
KHz
Q=119
KHz
Q=231
（注：這比大型“點聲源長沖程號筒”揚聲器的Q值大6倍以上）
筆者要求模擬在混響時間4秒條件下進行EASE4.0仿真模型設(shè)計擴聲清晰度：
(1)T60 = 4.0秒
語言清晰度： STIPA=0.69（遠遠超過北京奧運會技術(shù)要求STIPA >0.5）
這種情況說明“最少聲源方式”布放高清線源音箱系統(tǒng)，能在4.0秒混響時間條件下，能保證奧運會語言清晰度要求?；祉憰r間T60 = 4.0秒時 STIPA=0.69超過奧組委要求STIPA>0.5技術(shù)指標的30%，哪怕混響時間再長一些擴聲清晰度目標也沒問題結(jié)論是明確的，使用PROSO高Q值的高清線源音箱系統(tǒng)，采用“最少聲源方式”布放方式在游泳館，即使在超長混響時間的惡劣條件下，也能保證游泳館語言清晰度。完全不用依賴“建聲”降低混響時間T60來彌補，按以往的PROSO類似案例（北京溫都水城混響時間8秒環(huán)境下的擴聲工程）和經(jīng)驗來看，根本沒問題。
布放2只高清線源音箱在大屏兩側(cè)的EASE模型聲場分析
清晰度、聲壓級、均勻度（因篇幅有限除清晰度只展示結(jié)論）
語言清晰度RASTI表1
最大聲壓級 表2
英東游泳館擴聲語言清晰度設(shè)計論證小結(jié)：
使用EASE 4.0聲學(xué)軟件仿真模型設(shè)計，在英東游泳館彩色顯示屏兩側(cè)垂直懸掛2只，每只18個FL-2Y模塊組成的PROSO高清線源音箱，在混響時間T60=4秒（500HZ—1000HZ）條件下，其語言清晰度 STI=0.69及最大聲壓級都達到了奧組委要求提出的技術(shù)指標，而且有一定的設(shè)計余量。與荷蘭聲學(xué)家Peutz（傳統(tǒng)臨界距離公式發(fā)明人）擴聲語言清晰度設(shè)計公式計算的結(jié)論是相同的，最后確定了“最少聲源方式”布放高清線源音箱系統(tǒng)擴聲方案，是在長混響時間T60=4秒（500HZ—1000HZ 滿場）條件下，保證游泳館觀眾席的語言清晰度是其關(guān)鍵，充分證明選用這種擴聲方式是可以信賴的、穩(wěn)妥的。
垂直覆蓋示意圖
垂直覆蓋示意圖
水平覆蓋示意圖
PROSO高清線源音箱的穩(wěn)定性與可靠性的論證
本次英東游泳館擴聲設(shè)計所選用的PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱，其單體模塊中采用雙12寸三分頻兩分推，所選用的12寸釹鐵硼低頻喇叭單元和另一個12寸中頻釹鐵硼喇叭單元，是選用世界最著名喇叭品牌之一的英國“百變龍” 品牌。音質(zhì)、一致性、穩(wěn)定性、可靠性非常高，是世界公認的，另外PROSO高清線源箱體設(shè)計理念既先進又科學(xué)，主動式電子分音讓兩個12寸頻喇叭單元對應(yīng)不同頻率的表現(xiàn)分工明確，不像全頻喇叭單元那樣負擔(dān)重了，這樣既提高音質(zhì)又增加可靠性。
PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱中高頻釹鐵硼喇叭單元采用PROSO著名的帶狀透鏡耦合器專利技術(shù)，在它解決超大空間長混響環(huán)境下的擴聲清晰度問題的同時，利用它的特殊結(jié)構(gòu)：
“帶狀耦合器”是由多個密集排列的小型音圈共同推挽一個帶狀音膜發(fā)聲的原理（德國定做、專利保護），音圈間是并聯(lián)關(guān)系，它們的可靠性來自于它們的特殊結(jié)構(gòu)和材料，如同LED大屏的發(fā)光管一樣不可能同時壞，這些密集排列的小型音圈，是互為備份的結(jié)構(gòu)關(guān)系，它的特殊材料是來自于德國軍工級的化工技術(shù)（專利保護）合成的，強度鋼性、薄厚一致性、抗腐蝕性、耐熱性很高，且非常的輕，如圖例一：
PROSO著名的帶狀耦合器內(nèi)部結(jié)構(gòu)（圖例一）
PROSO著名的帶狀耦合器外形（圖例二）
它的外形是個長條狀，很輕，體積非常小巧，且采用外部結(jié)構(gòu)非常嚴謹，其抗震性、抗腐蝕性、阻燃性、抗溫差性相當(dāng)高。（如圖例二）：應(yīng)用了此技術(shù)所帶來的另外好處是：它就不像常規(guī)線陣列音箱采用號筒或聲透鏡那樣，需要很深和很寬的箱體尺寸，在同等聲壓級條件下，PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱是常規(guī)線陣列音箱體積的四分之
一、重量的六分之一，從美觀上也起到了“隱形”的味道，從吊掛的穩(wěn)定性、安全性與可靠性方面，也有數(shù)倍的提高。
本次英東游泳館擴聲設(shè)計所選用的PROSO 的DAF系列功放，也是也是為PROSO高清線源音箱量身定做的功放產(chǎn)品，專家都知道，一般國內(nèi)外專業(yè)功放的保護電路設(shè)計，是通過控制電壓輸入不削波失真，來控制電流防止削波失真的輸出為目的，但電壓轉(zhuǎn)化成電流輸出需要一個反應(yīng)時間，遇到突發(fā)問題有時來不急，往往保護不利，而PROSO 的DAF系列功放，是靠內(nèi)置微型電腦，實時的監(jiān)測電流，來直接控制防止電流削波失真輸出為目的，這種方式很直接，不需轉(zhuǎn)化過程，因此在調(diào)音臺信號失真后，導(dǎo)致PROSO 的DAF系列功放電平顯示“紅燈常亮”，長時間滿功率輸出給揚聲器時，長時間大聲壓級的喇叭仍然不失真，這時PROSO 的DAF系列功放的溫度仍然保持“很冷”，并讓它所服務(wù)的喇叭音圈，在大聲壓級狀態(tài)下溫度也持續(xù)“很冷”。功放與喇叭的工作狀態(tài)是良性循環(huán)，安全性與可靠性方面，也就有數(shù)倍的提高。這就是為什么它常服務(wù)與大型搖滾樂演出的原因。
另外英東游泳館的擴聲設(shè)計所選用的所有產(chǎn)品，包括調(diào)音臺、音頻處理矩陣、各種信號源、音源、等所有周邊器材都是應(yīng)用過奧運會的進口名牌產(chǎn)品，所用設(shè)備產(chǎn)品的進貨渠道都有廠家或總代理的直接授權(quán)安全性與可靠性方面，不容質(zhì)疑。
環(huán)保節(jié)能性
本次英東游泳館擴聲設(shè)計所選用的PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱，所選用的喇叭單元，包括PROSO著名的帶狀透鏡耦合器元件，是加入了超輕性、高阻性的PHL材料，阻抗在達到64歐姆時，高頻靈敏度還能維持在106dB左右，低頻也在98dB左右，功放和音箱的相隔距離如果很近的話，這種高阻抗也就是意味著一臺功放可以同時推動十幾只甚至幾十只音箱正常發(fā)聲，如果聲場要達到同等聲學(xué)指標，這種技術(shù)所應(yīng)用的功放數(shù)量非常少，同等條件下是常規(guī)擴聲技術(shù)所使用功放數(shù)量的四分之一，耗費功率相應(yīng)降低，耗電量也就大幅度減小，是常規(guī)擴聲技術(shù)耗電量的四分之一，環(huán)保節(jié)能性當(dāng)然很高。使用音箱線材的條數(shù)也就少了四分之三，為國家節(jié)省了大量資源。北京奧運會英東游泳館應(yīng)用了此技術(shù)，達到了綠色奧運，環(huán)保節(jié)能的目的。
如果功放和音箱的相隔距離最長能達到一公里，也就是說常規(guī)功放數(shù)量條件下，使用標準音箱導(dǎo)線連接，定阻方式（音質(zhì)好）仍可以正常使用。比如說：功放在控制室內(nèi)，音箱可以在體育場的任何位置，都可以正常使用。
向社會揭示論證過程的意義
針對不同聲場環(huán)境，可定制專門特性的PROSO音箱來搭建系統(tǒng)。PROSO音箱并不是“印刷廠”式的大批量生產(chǎn)，而像“畫室創(chuàng)作”式的，根據(jù)不同的聲場環(huán)境特性“量體裁衣”，定制針對性強，具備特殊參數(shù)及覆蓋角的音箱及生產(chǎn)數(shù)量，從而使電聲技術(shù)完美地與建筑聲學(xué)環(huán)境相結(jié)合，往往在超長混響時間（7.8秒）、環(huán)境噪聲很大（80dB）的惡劣聲環(huán)境下，能做出超乎想象的高清晰度擴聲結(jié)果，例：北京溫都水城30萬立方水空間，在超長混響時間（7.8秒）的環(huán)境下應(yīng)用PROSO高清線源音箱，擴聲清晰度STI-PA超過0.60。
實踐是檢驗真理的唯一標準，一個品牌的產(chǎn)品技術(shù)曾經(jīng)做過多少項目并不主要，最關(guān)鍵的是做過多少有代表性的項目“是否都很成功”；我們有湖南十運會的“株洲體育場”、“株洲游泳館”(和英東游泳館容積一樣大小，混響時間也基本一樣)，北京溫都水城的超大玻璃“水空間劇場”、北京體育大學(xué)內(nèi)的2008奧運會“中國國家綜合體育館群”（11個超大容積超長混響時間的體育館擴聲），北京師范大學(xué)內(nèi)的2008奧運會“美國國家隊多功能綜合館”，北京交通大學(xué)內(nèi)的2008奧運會“中國國家男子排球隊訓(xùn)練館”，即將在山東舉行的十一屆全運會“濟寧體育館”等都使用了PROSO個性化“量體裁衣”式的高清擴聲技術(shù)解決方案。
都是經(jīng)過深入研究聲學(xué)環(huán)境、通過聲場擴聲清晰度的嚴格計算設(shè)計解決方案、再利用EASE模型計算機分析論證，最后“個性化”的針對設(shè)計，定制與擴聲設(shè)計相符合的數(shù)量、指向性Q值的PROSO高清線源音箱，并成功地解決了以上這些案例中的各種因聲學(xué)問題，包括解決如何提高語言清晰度和傳聲增益等擴聲難題。
通過每次對各種環(huán)境的各種聲學(xué)難題的挑戰(zhàn)，不間斷深入研究理論與實踐，并不斷總結(jié)和積攢其規(guī)律性和經(jīng)驗；這些只是我們近3年來的探索與負責(zé)任的實踐過程，但還有許多方面需學(xué)習(xí)提高，希望把此成熟的PROSO高清擴聲技術(shù)能應(yīng)用在英東游泳館，解決聲學(xué)難題，對社會有所貢獻。同時把有用的經(jīng)驗獻給社會并與同行們分享，是此次論證的意義。
英東游泳館的奧運會水球比賽中國VS美國
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包括中央電視臺2《第一時間》在內(nèi)的多家媒體，集中報道了英東游泳館科技奧運的幾大亮點，首先提到擴聲技術(shù)
英東游泳館是北京奧運會新建和改擴建的體育場館擴聲工程中
唯一獲獎的擴聲工程
以下是竣工后的專家組評估結(jié)論：
擴聲系統(tǒng)中的設(shè)備選配也是實現(xiàn)語言清晰度的保證：
（一）高Q值，18個FL-2Y線源陣列模塊，組成的2只高清線源揚聲器，是保證高清晰度的關(guān)鍵；
（二）選用SHURE的4入/1出自動混音臺，始終保持一路輸出，并且具有NOM功能，縱使有人插話，館內(nèi)聲壓級基本不變；
（三）選配AFS反饋抑制器，防止和抑制建聲產(chǎn)生的反射聲等引起系統(tǒng)反饋，引起嘯叫，保證擴聲系統(tǒng)穩(wěn)定，是實現(xiàn)語言清晰度的前提；
（四）選配美國雅士利12進12出DSP數(shù)字音頻矩陣處理器，24bit A/D.D/A轉(zhuǎn)換、處理，頻帶寬，動態(tài)大，S/N高（高達104db），不會給擴聲系統(tǒng)帶來噪聲，信號/噪聲的比高，有力的保證了語言清晰度；
（五）24路4編組雅馬哈調(diào)音臺可進行調(diào)音，提高頻率特性1—2KHZ電平，提高語言清晰度；
（六）數(shù)字音頻處理器可對電——聲系統(tǒng)進行分頻、均衡、參數(shù)均衡、壓縮/限幅等功能處理，保證傳輸特性達標。實質(zhì)上是如實的反應(yīng)語言或樂音的幅頻特性，亦是保證語言清晰度實現(xiàn)；
（七）使用數(shù)字音頻處理器可對比賽、大會、音樂演出等不同功能要求，預(yù)先對數(shù)字功能模塊預(yù)設(shè)、存儲、調(diào)出，滿足各種實用功能；
（八）由于18個FL-2Y線源陣列模塊頻帶寬，從45HZ——17KHZ可滿足音樂播放，亦可通過調(diào)音臺，低頻提升，使其音樂豐滿悅耳，高頻明亮、有層次；
（九）熱備份用調(diào)音臺一臺，應(yīng)急使用；擴聲工程實施后的特性指標測量
在07年末，安裝調(diào)試的基礎(chǔ)上進行自我檢測，技術(shù)達標的情況下，主觀試聽：語言清晰、音樂豐滿悅耳。
2008年2月“北京08辦”委托，“國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心”就“北京奧體中心英東游泳館擴聲系統(tǒng)”進行檢測，具體如下：
（1）檢測依據(jù)
《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/T131-2000
《廳堂擴聲特性測量方法》GB/T4959-1995
（2）檢測儀器
B&K公司：1027型信號發(fā)生器，4190型傳聲器
3560B型多分析儀系統(tǒng)
HP公司：34401A型數(shù)字多用表
? NTI公司：AL1型聲學(xué)分析儀
（3）檢測結(jié)果：
A.．?dāng)U聲系統(tǒng)特性指標（電聲設(shè)計）數(shù)據(jù)
* 最大聲壓級：107db
* 傳輸頻率特性：以125HZ—4000HZ的平均聲壓級為0db，在此頻帶內(nèi)觀眾席平均聲壓級不超過+2db,-1db
* 傳輸增益：125HZ——4000HZ的平均值為-5db
* 擴聲系統(tǒng)傳輸指數(shù)（即語言清晰度）平均值為0.69（STIPA）
* 系統(tǒng)噪聲：38db（A）,≤NR-32
B．建筑聲學(xué)數(shù)據(jù)
* 混響時間：（用固定安裝線陣列檢測）500HZ 4.2秒
1000HZ 3.9秒
C．檢測結(jié)論
北京奧體中心英東游泳館擴聲系統(tǒng)的最大聲壓級、聲場不均勻度、傳輸頻率特性、傳聲增益技術(shù)達到《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/TBI-2000中的一級指標
擴聲系統(tǒng)語言清晰度指標
語言清晰度指標和最大聲壓級指標是我們擴聲系統(tǒng)設(shè)計的核心，即語言清晰度或輔音清晰度損失率百分比，其平均值STIPA=0.69
國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測各具體位置STI-PA
平均值：0.69 STI最高值：0.79 STI
空場測量STI-PA觀眾區(qū)各點的清晰度傳輸指數(shù)STI指標及分布圖：
其最大聲壓級：107 dB
超過奧組委規(guī)定
dB；
語言清晰度平均值：STIPA>0.69
超過奧組委規(guī)定
STIPA>0.50
第三方客觀檢測確認英東游泳館擴聲系統(tǒng)設(shè)計達到了：
* 《體育館聲學(xué)設(shè)計及測量規(guī)程》JGJ/T131-2000一級擴聲特性指標；
* 奧組委提出的最大聲壓級和語言清晰度的指標；
通過此次實際檢驗，我們認為：通過論證圍繞擴聲清晰度為核心的設(shè)計——采用最少的聲源布局方式，最終結(jié)果證明是正確的，懸掛2只超高指向性Q值的，PROSO全天候“高清線源音箱”的高清擴聲技術(shù)是很成功的。
像“大船的底部”倒扣在上面的頂棚，因頂棚只能承重三分之一的吸聲體，大廳內(nèi)80%的有害混響聲來自于頂棚
結(jié)論的認識
奧組委提出的語言清晰度和最大聲壓級是體育場館聲學(xué)設(shè)計的畫龍點睛之筆,道出了體育館設(shè)計的活的靈魂：是核心、是要害，使擴聲系統(tǒng)五項指標(必要條件)更加完全充分，是實事求是的舉措，將掀起體育場館設(shè)計的新篇章。
1、廳堂場館的語言清晰度設(shè)計是擴聲系統(tǒng)的核心設(shè)計，筆者依據(jù)Peutz輔音清晰度損失率理念，對建聲、電聲進行綜合考慮、互補設(shè)計；并結(jié)合聲學(xué)軟件EASE仿真模型設(shè)計，在設(shè)計階段充分論證兩種聲源布局方式的擴聲語言清晰度優(yōu)劣，為尋找最佳擴聲清晰度設(shè)計提供可靠依據(jù)。通過工程前的擴聲清晰度設(shè)計論證與實際工程后的檢測，證明擴聲清晰度論證數(shù)據(jù)與實際測量結(jié)果是相符的，這種以語言清晰度為核心設(shè)計擴聲的論證方法是正確的、可行的。為今后的廳堂場館正確的擴聲清晰度設(shè)計，指明了方向；
2、在超大空間超長混響時間的體育場館語言清晰度設(shè)計，采用電聲補償建聲的設(shè)計，使用少數(shù)量N、高Q值高清線源陣列揚聲器系統(tǒng)擴聲，集中懸掛布放，能為超大空間超長混響時間的體育場館、文娛廣場、休閑中心基地提供足夠大聲壓級和高清晰度語言、豐滿悅耳且有層次的音樂，效果是令人滿意的，得到使用方的認可和贊許；
3、我們在總結(jié)前輩成功經(jīng)驗、失敗教訓(xùn)的基礎(chǔ)上，通過實踐——認識——再實踐——再認識，不斷提高，不斷完善我們的工作，使我們的工作做得盡善盡美。“實踐是檢驗真理的唯一標準”，讓我們在實踐中檢驗和提高自己吧！
最后，讓我們向具有真知灼見，有膽有識的，支持我們的奧體中心游泳館彭維勇主任、何麗萍處長和各級領(lǐng)導(dǎo)表示衷心的敬意!并誠摯的希望得到同行、專家們的批評斧正。
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