永昌县体育馆扩声设计

李 斌

（大剧院演艺有限公司，甘肃 金昌 737100）

0 引言

随着全民健身上升为国家战略，永昌县人民政府为进一步健全全民健身服务功能，切实加强县体育基础设施建设，兴建了一座现代化多功能的综合性体育场馆。体育馆于2013 年开工建设，于2016年10 月投入使用。它是展示永昌县县城魅力的一座标志性建筑，将有效地解决永昌县城区居民缺乏锻炼场所和全县体育竞技活动缺乏阵地的问题，对完善城市功能、提升城市活力、繁荣县城发展经济产生积极重要的作用。

体育馆位于永昌县体育中心田径场内，如图1所示，占地面积20 572 m2，总建筑面积7 942.77 m2，高22.5 m，长83.2 m，宽62.8 m。主体结构均采用钢筋砼框架结构，一层中厅为国际标准篮球场和羽毛球场（共同交替使用），对面台阶上为主席台和一层看台，左右两侧分别是运动员、裁判员休息室和会议厅、活动看台、多功能用房等，二层为办公室、健身房、观众看台等，三层为舞蹈教室、音控室等功能用房，四层是乒乓球室。馆内有座椅3 010 个，其中固定座椅1 408 个，两侧活动座椅共1 602 个。体育馆可同时容纳运动员200 多人，观众3 000 多人。体育馆建筑造型独特，外观装饰设计别致，采用钢架玻璃结构体现出通透、明亮、轻盈，具有现代时尚气息，体现空间结构与功能的完美结合，给人以新颖、典雅的感受，其轻质的特性使得场馆风格飘逸，更富有动感。

图1 永昌县体育馆

1 设计目标

体育馆满足语言扩声清晰度、音乐声能量的均匀覆盖，是该系统的主要诉求。许多国内外体育场馆的建设实践证明，将扩声部分配置成一个常备性、固定安装、使用简单可靠的系统为最佳，以语言清晰、音乐声均匀覆盖为主要目标。比赛场扩声是选手、裁判的重要声音来源，在设计时应重点考虑音箱的布置及扬声器角度的合理选择，做到各种声音同时播放时清晰不混浊。比赛场是全场音箱布局的重要组成部分，完善比赛场空间区域的声能覆盖，能够使其与大型扩声系统兼容，可以与大型扩声系统完美连接来满足全场扩声的需求，也可以兼容排练使用音箱的独立覆盖，让体育馆在扩声功能上不管是在系统规模还是设备配置方面都具有较强的灵活性，既减少了资金的投入又可满足各种文艺活动的需求。

永昌县体育馆处于一个密封的空间平台，观众席扩声是观众区域的重要声音来源，设计时重点考虑到了音箱的声场布置及声能量覆盖均匀的需求，并保证语言扩声的清晰度需求。全场观众区采用分布式扩声方式，共设计了4 组、每组4 只的MU12型扬声器；赛场设计2 组、每组4 只MU12 型为一组的扬声器专为比赛区域提供较高的语言清晰度，并长时间保障足够的声压级，满足不同种类型的重大体育赛事、大型集会、大规模展览等活动的扩声需求，确保视听声音均匀一致。分布式安装扩声也同时具有提高直达声比率、声能量分布均匀、不易引起啸叫等多项优点。音效声能覆盖如图2 所示。

图2 音效声能覆盖示意图

2 计算机软件辅助声场设计

2.1 EASE 软件声学分析模拟

对于体育馆而言，语言扩声清晰度、声场均匀覆盖是场馆扩声的重要指标。永昌县体育馆扩声系统主要安装在篮球馆。篮球馆长65 m，宽35 m、高20 m，体积50 000 多立方米。采用EASE 声学分析软件全面模拟声场后，准确模拟出了安装扬声器后的声学指标。为了确保馆内扩声效果，针对多个频点做了声学设计方案，以达到扩声系统的高频、中频、低频测量的“声能量比例平衡”。

由于整个场馆的建筑结构和音箱的安装位置是对称的，整个体育馆的声场也基本对称，因此测试点选择一半场地即可。为防止测量点陷入强反射声场中，选取测量点周围距墙面最少有2 m 左右等间距的地方[1]，并分别在比赛场中和观众座位内选择12 个位置。测试信息采用1/3oct 粉红噪音，在测试信息的中间频段按倍频程中心频段取值，并针对各测量点所在的不同频点量测出的频点音压级进行适当的声场分布测试。最大声压级测量方法参考国家标准《厅堂扩声特性测量方法》GB/T 4959—2011 中的电输入法[2]进行测量。

因场馆的前后左右建筑结构相同，音箱的安装也是按照场馆对称安装的，因此选取场馆一半进行测试。在测量传输频率特性时，分析记录各测量点每一个1/3oct 频带声压级。测试结果如表1 所示。根据表1 的结果可计算出，在1 000 Hz，平均声压为103.55 dB，声场不均匀度为5.2 dB；在4 000 Hz，平均声压为101.62 dB，声场不均匀度为6.6 dB。各个测试点扬声器功率的测量和计算结果如表2 所示，根据表2 的结果可以计算出最大声压级为114.1 dB，平均声压级为111.3 dB。

由上述测量及计算数据表1、表2 可以看出：

表1 各测试点在不同频率下的声压级测试结果

表2 声压级测量计算数据

（1）最大声压级为114.1 dB，满足GB/T 28049—2011 标准规定的体育馆扩声系统级指标中“最大声压级（dB）额定通带内大于或等于105 dB”的要求；

（2）传输频率特性在信号频带允许范围内，符合GB/T 28049—2011 规范的体育馆扩音系统一级指标要求；

（3）平均音场不均匀度符合GB/T 28049—2011规范的体育馆扩音系统一级指标中“稳态音场不均匀度在1 000 Hz、4 000 Hz 大部分区域小于或等于8 dB”的要求。

影响言语言清晰度的因素还有混响时间。混响时间的改变与内装有很大关系。建筑主体完工后，要进行内部装饰。随着人们审美的不断提高，内装材料变得多种多样。对于公共场所的装修来说，内装不仅要美观，还要与场内声场相结合。永昌体育馆内装时，技术团队与工程方进行了沟通并给予建议和数据指导。技术人员对场内进行了声学测量，给施工方提供了各种装饰材料的吸音系数，如表3 所示，建议声学装修在不同区域选用不同的装修材料和装饰材料[3]。

表3 永昌体育馆室内装修材料的吸音性能列表

2.2 扩声设备的选型和扬声器的布局

整个比赛场馆内的扩音设备分为固定设备与流动设备两种。固定设备有数字音频系统、数字功率放大器、跳线盘装置、无线信号放大系统、音频转换系统以及扬声器等。流动设备有声源设备、裁判头戴话筒以及流动监听等。观众区以固定式的扩音系统方式，确保体育馆具有较高的语音清晰度，并能长期保持足量的声压级，能满足全场扩声需求，符合观众区的听声要求。比赛区、主席台区采用固定式与流动式结合的办法方便操作使用。在馆内没有赛事的情况下可开展展会和要求不高的文艺演出等，提高了场馆的利用率。在体育馆内有大型演出活动时，也可以扩展和兼容大型扩声系统。

2.3 馆内扩声系统的选型

从总体上讲，音响系统的选用直接决定了工程的功能指标、品位及投资[5]。技术团队根据甲方对使用功能的需求，结合国内场馆的选配方法，本着对工程质量、顾客责任及优质服务的准则，在诸多品牌中扬长避短、博采众长，精心选择了物有所值、符合室内体育馆需求的设备。

2.3.1 音源部分

音源部分采用4 套舒尔SLX24/58 型U 频段系列的手持和头戴无线话筒，自行选定频率，可在1 000 多个带宽中可选频段，并在赛场区域内安装无线话筒天线放大器，整场覆盖，为裁判员等声音的传送扩声提供保障。主席台配置了8 支舒尔MX412D/C 型鹅颈可换型电容话筒头会议话筒，它可使用心形、超心形以及全指向拾声等给所有应用者带来超宽的频率响应以及更精确的音色重现。此外，还搭配一台舒尔SCM810 型8 路的自动话筒混音器，具有8 个卡农话筒输入通道（Phoenix 模组连接）和8 个非均衡6.35 mm 辅助输入电平控制，8 个非平衡6.35 mm 直接线路电平输入输出，其中每个通路都可使用48 V 供电，并可选择输入或输出电平的峰值输出功率或限幅器，也可用于实况转播取信号。

2.3.2 信号控制处理部分

调声台是整体扩音系统的“心脏”，其特性的优劣对整体音响系统来讲具有举足轻重的作用。从调声台的性能、用途、技术性指标、音色、质量、功能、稳定性及兼容性等一些重点方面进行全方位考虑，综合性价比，技术人员最终选择了GLL2400型调声台。它是一款紧凑型的调声台，具有24 路输入通道、立体通道、单通道叠加、4 编组、6 个辅助声道以及7×4 矩阵。

体育馆内用了3 台DP48 数字频处理器，采用用先进的32位浮点DSP及数字滤波算法，24位A/D，D/A 转换技术，信号采用2 进6 出输入与输出通道，可随意分配6 路输出，配备为3 路立体声道和6 路单声道。动态处理方面，它集成了分频、延时、滤波、压缩/限幅、均衡、电平和相位调整等功能，与馆内空间声学结合设置参数，能够将优异的音质与美好的元素进行完美的展现。结合PC 机上安装的控制软件，可对14 台HD2 型数字功放（每台4 个通道）共50 多个通道提供超过110 dB 的动态信号管理。HD2 型数字音频功率放大器是可组合的放大器，集成了两个1 200 W/4O HM（600 W/8O HM）的CLASS D 放大器，每台有个4 通道可桥接级连。面板上总共有10 个档位旋钮设置输出功率，平均工作效率超过80%。

2.3.3 扬声器音箱选型

基于音箱的频响、灵感度、方向性、输出功率、声线分布、扬声器之间的干扰效应、音箱的安放位置和角度、增益放大器的配接等重要指标及基本参数，结合馆内EASE 声学分析，经过仔细筛选，技术人员最终选用了国内贝塔斯瑞MU12型全频扬声器、MU18B 型超低扬声器以及MU12M 型返听扬声器等设备。扬声器纸盆喇叭的锥度大小会影响音箱的声音质感，因此选用具有12 英寸的低频单元和一个3 英寸的驱动单元的大功率音圈喇叭，选用高强度的TIL 材料作为盆骨架，增强了音圈的震动输出功率能力[4]。MU12 型二分频全频音箱为主音箱，用全新的设计结构完全适应了人耳对音色的要求。馆内扬声器的布局如表4 所示。

表4 永昌体育馆音箱布局

2.4 馆内扬声器的布局

2.4.1 比赛区

比赛区采用2 组音箱，每组4 只MU12 型扬声器和两只MU18B 型超低扬声器。扬声器按照设计角度吊装在马道上。在设计时重点考虑音箱的布置及声压覆盖的均匀，做到各种声音播放时声音清晰不混浊。在比赛区域增加独立超低扬声器，解决文艺类、舞蹈类演出时低音不足的问题。

2.4.2 观众区

全场观众区采用分布式扩声方式，共设计了4组每组4 只MU12 型全频扬声器，按角度扩声覆盖区域吊装在马道上，为观众区提供了较高的语音清晰度，能够长时间提供充足的声压级，以适应各类重大体育比赛、报告、重大集会等的扩音需要，可以确保视听一致。

2.4.3 主席台

主席台设计安装了8 路话筒自动混音器、4 组MIC 信号输入输出端口以及4 只MU12M 型流动返听扬声器，分别放在主席台的左右两侧，满足在馆内开展大型活动、会议等需求，也可以与大型扩声系统连接起来，满足全场扩声的需求。配置方面有较大的灵活性和可扩展性，既减少了资金的投入，又可满足各种文艺活动的需求，也方便使用者的操控。永昌体育馆音频系统如图3 所示。

图3 永昌体育馆音频系统

3 其他设计要点

对于固定安装设备，信号线缆过长易导致电阻增大，会影响信号传输并产生损耗。特别是功放与音箱的扬声器线缆过长时，扬声器线的电阻对功放输出极易造成负载阻抗变大的情况，会使音箱的音色变差。而永昌体育馆的音控机房室选在三楼，既解决了信号线缆传送距离过长的问题，又解决了音响操控人员对赛场观察的需求。

管线的预埋工作比较复杂，如果设计不到位，将会给后期设施配置造成不必要的困难，也为将来设施的扩充造成很大的局限性，并且增加了施工的难度和工程量。对音响系统而言，一般需要预埋的管线包括信号线、音箱线缆、通信管线、控制网线以及供电管线等。这些线缆相互之间可能具有一定的干扰，因此预埋管线工作有一些特定的要求。不同性质的线缆需要尽量分别预埋在不同的桥架和穿线管道。由于当今体育馆的规模愈来愈大，各种电器室内装饰设备也愈来愈多，如高压装饰灯、视频高频干扰、灯光控制器等均为体育馆的常用设备装置。因此，施工时可以对音频系统进行单独的工艺连接，但其接地电流不能超过1 Ω。另外，在设备复杂的长链路系统中，应该尽量避免采用链型连接方法，而应该采用星状连接方法。星状连接方法是把音频系统的屏蔽链路分割为尽可能小的段或区，每个区段均采用独立的引线接到一条公共接地端上，以免造成其他设备信号对音响信号的干扰。

4 结语

场馆扩声不同于其他扩声，为了提高声场的科学性、准确性，首先要用计算机准确模拟出建筑声学模型，根据模拟的声学数据，给内装单位提出合理且有建设意义的参考意见。设计要充分理解场馆的功能以及所选设备的各种特性，科学选型，有效布局，合理设计安装位置和角度，使声场各项声学指数达标。

永昌体育馆于2016 年10 月投入使用，已成功举办各类大小赛事及文艺演出100 多场，得到了社会各界的好评，对于推动永昌文体事业发展、加速县城文体建设步伐、完善文体设施、提高公共文体使用能力、完善城市综合服务功能以及提高文体化形象与档次都具有非常重大的意义。