建声与电声在指挥中心设计中的统筹应用

2022-08-02马庆贺张焕胜余晖良

电声技术 2022年6期

关键词：电声混响时间声压级

马庆贺，张焕胜，余晖良，邱建

（北京奥特维科技有限公司，北京 100015）

关键字：建筑声学；电声学；指挥中心；声学设计

0 引言

随着信息技术和物联网技术的高速发展，智能化和信息化成为城市管理的趋势，智慧城市的概念应运而生。如何将数据信息进行集中监控、集中管理、集中调度指挥，这需要指挥中心来实现。

指挥中心承载智慧城市运营平台的业务运行，为入驻的运行专班和相关部门提供高效、舒适的协同办公环境；整合各类社会治理信息资源，利用融合通信、智能语音及一体化可视音视频指挥调度等现代信息技术，实现上传下达、综合汇聚、协同会商、专题研判、指挥调度及信息发布功能，为构建统一指挥、专常兼备、反应灵敏、上下联动、平战结合的指挥体系提供支撑，实现政府部门、社会力量一体化协同作战，以及省委、省政府领导开展联合会商并指挥处置突发事件提供基础支撑保障。因此，建设一套先进、稳定、可靠的声学指挥调度环境显得尤为重要。

1 设计原则

指挥大厅长度为40 m 左右，宽度约为20 m，装修完成后高度约为7 m。大厅共设置48 个操作业务席位及27 个指挥调度席位。

声学环境的建设是一项复杂的系统工程，不仅与电声效果（即音响设备的配置、系统调试等）有关，还与声音传播的环境（即建筑声学特性）密切相关[1]。为此，声学环境的设计需遵循以下原则。

1.1 建声要求

根据《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学技术规范》（GB/T 50356—2005）中的规定，指挥大厅室内混响最佳混响时间范围如图1 所示。

图1 会堂、报告厅和多用途礼堂对不同容积V 的观众厅在500～1 000 Hz 时满场的合适混响时间T 的范围

根据声学分析，需要对建筑结构空间内的吊顶、地面、墙面作不同程度的吸声处理和扩散处理，以达到最佳声场[2]。声场应达到以下效果：

（1）不出现颤动回声；

（2）不出现较强的声反射面；

（3）不出现明显的声共振现象；

（4）不出现声聚焦区；

（5）整个频段声音的吸收要均匀。

为了达到建声空间的使用效果，结合指挥大厅的容积，设计需满足如表1 所示的指标。

表1 指挥大厅建声指标

1.2 电声要求

按《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》（GB/T 28049—2011）设计，电声指标应达到规范中会议类扩声系统声学特性一级指标，具体如表2 所示。

表2 指挥大厅电声指标

声音主观评价目标[3]设定为：

（1）语言清晰、音乐明晰度好，音质良好，无声学缺陷；

（2）声像定位准确，视听一致性好；

（3）声音分布均匀，频响平坦；

（4）音乐丰满、空间感强、明亮度好。

2 建声设计

指挥大厅建声设计的重点是，在不改变原结构形式和原装修风格的前提下，采用合理的吸声结构和吸声材料，保证达到中频1.0～1.2 s（500 Hz）的混响时间设计指标[4]。

2.1 混响控制

指挥中心天花板四边水平吊顶，两侧墙面采用穿孔金属板，孔径2 mm，穿孔率15%。金属板后填充50 mm 厚玻璃棉，容重为48 kg·m-3。

为了避免声聚焦，LED 对面的背景LOGO 墙面采用25 mm 厚的布艺吸声软包。软包后空腔大于100 mm。

2.2 隔声控制

砌块墙体双面20 mm 厚水泥砂浆抹灰，墙体用水泥砂浆封死，不应有穿透性的裂缝及孔洞。管道穿墙套管用玻璃棉封死。出入门采用隔声门，隔声量应大于40 dB[5]。

2.3 混响时间测量

2.3.1 测量方式

指挥大厅建设完成之后，笔者使用专业测试仪器NTi Audio XL2 进行混响时间的测量。由音频处理器输入扩声系统粉红噪声，播放5 s 噪声，使厅堂达到稳态声场，停止5 s，通过测试仪进行自动测试结果分析和记录。

此次测量为空场环境测量，大厅为对称形状，测量点选取如图2 所示。

图2 混响时间测量选点示意

2.3.2 测量结果及分析

在以上选定的测量点进行混响时间的完整测量，结果如图3 所示。

图3 指挥大厅混响时间测量记录

对所有测点、业务操作坐席区域及领导指挥坐席区域的测量结果分别取平均，结果如图4 所示。

图4 指挥大厅业务操作区和领导指挥区的混响时间对照

指挥大厅业务操作坐席区域500 Hz 的混响时间为1.15 s，满足厅堂的混响时间国家标准（1～ 1.2 s）；领导区混响时间1.26 s，略偏高，与后墙的吸声材料及后墙的凹面造型有关。后期，设计人员与装修单位协调对后墙的软包覆盖面积进行了调整，以满足全场的混响时间要求。

3 电声设计

3.1 系统架构

指挥大厅的电声系统主要满足会议讨论、演示汇报、视频会议、音频播放及融合通信等多种功能需求，依托网络音频实现指挥大厅与各配套要素会议室的互联互通，语音信号集中调度管理。电声系统的传输、路由及处理采用网络化、数字化架构，提高系统抗干扰性及可扩展性。系统采用实时热备技术，实现应急情况下的无缝自动切换，保证整个音频系统的可靠性和稳定性。指挥中心电声系统架构如图5 所示。

图5 指挥中心电声系统架构图

指挥大厅话筒、视频会议终端等音源信号经无源分配器分别进入主、备两套独立的音频传输系统，分别和主、备数字调音台进行数据交换，经处理、路由后的数字音频信号通过交换机系统输出至支持Dante 数字音频协议的扬声器系统，同时可实现与其他配套会议室的互联互通。同时，模拟音频信号接入智能音频切换系统，实现主备模拟信号的智能切换，输出至录播、视频会议终端及融合通信等系统。

3.2 声场设计

主扩音箱选用指向性强、支持Dante 协议的有源线阵列扬声器，在LED大屏幕两侧分别吊挂1组，每组由5 只双8 寸全频扬声器和1 只低频扬声器组成。通过调整线阵列的指向角度，能够将扩声集中打到听众区，避开吸声不好的反射墙壁，提高直达声、减少混响声，有效地克服传声啸叫，提高语言清晰度。同时，通过调整远近场音箱的电平比，提高整体会场的声压级均匀度。通过Dante 数字音频协议传输信号，可以提高系统的抗干扰性，提高信噪比，增加语言清晰度。

另外，由于大厅较宽，为了提高前场坐席区域的直达声，在LED 屏幕下侧固定安装4 支辅助补声扬声器，同时起到拉声像的作用。

中后场主席指挥区域布置4 只辅助扬声器，安装在两侧墙面，为领导讲话提供清晰的返送直达声。同时，对于前区主扩扬声器作为补声，实现全场声压级的均匀覆盖。指挥大厅的扬声器布置如图6所示。