王福津

自北京成功申辦2008年奧運會以來，為滿足奧運會體育比賽的需要，在北京和其周邊地區(qū)已開始新建或改建30余座現代體育場館，并帶動了全國各地興建體育場館的熱潮。隨著科技的進步與經濟的發(fā)展，我國新世紀建設的體育場館與以往的體育場館相比，無論是建筑形式與格局，還是使用功能和設施等方面，都有了很大的提高與進步。

下面就體育場館擴聲系統(tǒng)設計中，需要考慮和注意的一些基本問題進行討論。

1? 體育場館對擴聲系統(tǒng)的基本要求

這里需要強調三點。

（1）體育場館最常用的功能就是舉行體育比賽或群眾集會，因而對擴聲系統(tǒng)最基本的要求就是保證語言擴聲的可懂度（或清晰度）。這看似簡單，在實施過程中要真正使體育場館觀眾坐席（或大多數觀眾坐席）具有良好的聽聞效果并非易事。

（2）當體育場館舉行大型運動會開幕式、閉幕式或大型文藝演出時，如果為擴聲系統(tǒng)配置高質量的“流動系統(tǒng)”，再與原有的“固定”安裝系統(tǒng)聯合使用，就會得到比較理想的擴聲效果，而且這種方式在投入上也比較經濟。

（3）現代體育場館的觀眾群體有別于傳統(tǒng)的“觀眾”，很多觀眾是“球迷”拉拉隊，他們的吶喊助威使比賽過程氣氛熱烈。但對擴聲而言，“背景噪聲”級增大了，而且是無規(guī)律的，這一點在擴聲系統(tǒng)設計中應予以充分注意。

2? 體育場館聲學特性規(guī)范

《體育館聲學設計及測量規(guī)程》由中國建筑科學研究院主編，經建設部批準的全國行業(yè)標準，自2001年3月1日起施行。其主要內容包括：總則;建筑聲學設計;噪聲控制;擴聲設計和聲學測量等五個部分。比賽大廳基本分為：綜合體育館比賽大廳、游泳館比賽大廳和溜冰館等。

在這里還需要說明幾點。

（1）體育場聲學特性目前尚無規(guī)范可循，有資料表明，對體育場觀眾席擴聲聲壓級的要求應該在103 dB左右。

（2）大多體育場觀眾席上方多帶有“雨蓬”，會形成一定的反射聲。雖然體育場是非封閉空間，在設計中也不能簡單地以自由聲場來對待，這是非常重要的。

例如，法國圣但尼斯國家運動場為防止觀眾席上方“雨蓬”帶來的聲反射，在觀眾席上方的挑蓬采用了穿孔吸聲板作吸聲處理。

（3）我們應該如何正確理解規(guī)范給出的“擴聲系統(tǒng)聲學特性指標”。

國內在進行室內外擴聲設計時，就“擴聲系統(tǒng)聲學特性指標”常常要遵循相應的國家標準或規(guī)范。使用方在工程招標中，對“擴聲系統(tǒng)聲學特性指標”亦有明確的要求。我們知道，在國際上，只有測量方法的標準而沒有明確的“技術參數指標”的標準與規(guī)范。沒有“技術參數指標”的系統(tǒng)設計似乎不夠完整，我們心里也不夠踏實。那么，如何正確理解和使用“擴聲系統(tǒng)聲學特性指標”？應該說，“擴聲系統(tǒng)聲學特性指標”對擴聲系統(tǒng)設計來說是必要的，但不是充分的?！氨匾笔侵杆梢允瓜到y(tǒng)設計得到均衡與“健康”，“不充分”是指僅按技術指標進行設計，聲音重放不一定是“美”的。

3? 正確把握EASE設計軟件的應用

（1）EASE軟件的簡要歷程

應用計算機對擴聲系統(tǒng)聲學特性進行輔助設計的實用軟件源于美國20世紀80年代中期，以后國際上知名的公司相繼開發(fā)出能適應不同品牌揚聲器數據庫的CAD軟件，并不斷完善計算方法和結果展示。

德國ADA聲學設計公司從20世紀90年代初開發(fā)了EASE2.0軟件，到90年代末升級并開發(fā)出EASE3.0模擬軟件，這是在許多國家注冊的商品化軟件。它與以前的軟件相比，在計算內容上更加豐富、更加完善，該軟件的揚聲器數據庫是開放的，并涵蓋了國際上幾十家知名品牌揚聲器的數據庫，90年代以來該軟件在國內、外得到了廣泛的使用。

2002年8月ADA公司又推出了EASE4.0版本，EASE4.0延續(xù)了EASE3.0版本的所有功能并做了很多改進，主要有：人性化的用戶界面、更為方便的模型導入和導出、更加豐富的音箱數據庫，特別是增加了線陣列揚聲器系統(tǒng)的數據庫。換句話說，EASE4.0可以計算線陣列揚聲器系統(tǒng)的擴聲數據，這是EASE3.0版本所不能完成的。目前國內外廣泛使用EASE軟件進行擴聲聲場模擬。

（2）擴聲系統(tǒng)聲學特性CAD計算系統(tǒng)的精度

借助計算機對擴聲系統(tǒng)聲學特性進行輔助設計，不僅可將建聲的有關特性與電聲作為一體進行，還能給出觀眾席聲學特性的具體數據，完成了定量的設計計算，也節(jié)省了大量的工作時間。通過CAD可以直觀地看到擬設計的擴聲系統(tǒng)聲學特性的預期結果，對實際工程具有良好的指導性。但是，我們應該清醒地看到，EASE軟件無論是計算精度，還是準確性都有一定的局限性，其計算結果只能供參考。

（3）EASE計算軟件是一個很好的工具

EASE計算軟件主要是幫助聲學工作者研究聲場，在同一聲學環(huán)境下對音箱的選型與布局進行反復比較，展示不同方案擴聲聲場的“走向”。計算系統(tǒng)只能“遵循”指令來運行，它不能取代設計者對建筑和藝術的深刻理解;不能取代設計者所具有的聲學的、系統(tǒng)的知識和豐富經驗?？傊晫W模擬軟件和計算系統(tǒng)不能取代聲學工作者的設計工作，它僅僅是一個很好的工具而已。

4? 體育場館揚聲器系統(tǒng)的選擇與布局

揚聲器系統(tǒng)的選型與布局是體育場館擴聲系統(tǒng)設計的重要一環(huán)，因為最終的幾項重要的擴聲系統(tǒng)聲學特性指標及音質效果都與此有直接關系。

揚聲器系統(tǒng)的選型：由于現代體育場館的容積一般都較大，擴聲系統(tǒng)中的揚聲器系統(tǒng)應選用具有指向性特性好、特性靈敏度高和能給出大聲壓級的產品。此外，安裝上必須認真考慮揚聲器系統(tǒng)的重量。對于體育場使用的揚聲器系統(tǒng)還必須考慮防潮或防雨的要求。

體育場揚聲器系統(tǒng)布局：現代體育場揚聲器系統(tǒng)的布局也有集中式和分散式兩種，具體實施亦應根據具體環(huán)境（或條件）而定。一般來說，集中式較分散式聲音“外溢”較大，有資料表明大約高出15 dB左右。

5? 功率放大器與擴聲音箱饋接的解決方案

由于體育場館的空間都較大（特別是體育場），現場擴聲音箱與機房功放柜的距離較遠，為防止音箱饋線上的功率損失“過大”或帶來擴聲音質“變壞”。因而功率放大器與現場擴聲音箱的饋接是體育場館擴聲中，需要予以認真對待的一個重要問題。

功率放大器與擴聲音箱饋接基本上有三種方式：定壓傳輸方式、定阻傳輸方式和采用有源音箱方式。

（1）定壓傳輸方式

所謂定壓傳輸是指在功率放大器的輸出端加一個高質量的輸出變壓器（或功放自帶），將信號電平升至70 V～240 V（常用有70 V、100 V、120 V和240 V），而在終端音箱處配接一個高質量的“降壓”變壓器與音箱阻抗相匹配。由于在傳輸線上的電壓較高，相對傳送電流較小，故可以使用較細線徑的饋線。相對而言，定壓傳輸方式傳送的距離較遠，但它是以“犧牲”音質為代價的。而且，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性也不利。以往在一些對重放音質要求不是很高體育場館常常采用該種方式。

（2）定阻傳輸方式

對于重放音質要求較高的現代體育場館大多采用定阻傳輸方式，該種方式需要使用較大線徑的饋線，傳送的距離也較近。為有效地解決這一問題，擴聲功放柜不放在音響控制室而采用“分組”的辦法置于現場擴聲音箱附近。場地大、擴聲音箱多，功放機柜分組多，相反亦然。功放機柜與控制室設備的連接采用數字控制網絡。

例如，法國圣但尼斯國家運動場的擴聲設備機柜（功放等）共九組，均勻分布在挑蓬空間內。德國沃爾福斯堡體育場（德甲足球比賽場地之一）可容納4萬多名觀眾，場地采用了德國K&F擴聲音箱36組，擴聲設備機柜（功放等）共四組分布在觀眾席四個角上部的后方。

（3）采用有源音箱方式

另一種完好的解決辦法是采用一體式有源音箱（如Meyer Sound，K&F等），有源音箱內自帶DSP處理器和功放等電子部件，它完全不“存在”音箱饋線的問題。近代體育場館擴聲系統(tǒng)中，采用一體式有源音箱的工程案例越來越多，從擴聲重放的音質效果到工程施工的方便性等方面充分顯示出采用有源音箱的優(yōu)越性。

6? 網絡遙控功率放大器系統(tǒng)

網絡遙控功率放大器系統(tǒng)是指，帶有DSP板的功率放大器與相應的控制系統(tǒng)軟件相配接，由一臺電腦進行控制。在控制室的電腦上可以實時地反映出各地址功放和音箱的所有重要工作參量，從而很方便地解決數量龐大而地址分散的功放和音箱在工作運行狀態(tài)管理中的難點。近代體育場館擴聲系統(tǒng)中，廣泛使用著網絡遙控功率放大器系統(tǒng)。典型的網絡遙控功率放大器系統(tǒng)產品有：QSC、EVI、CROWN和Meyer Sound有源音箱的RMS系統(tǒng)等。

7? 線陣列揚聲器系統(tǒng)在體育場館擴聲中的應用

這里簡要作些說明。

以往為了解決大場地，如大型體育館、體育場和廣場擴聲的需要，常采用幾十只或上百只音箱組成的大型“音箱陣”或“音墻”來滿足場地擴聲聲壓級和聲場覆蓋的要求。這種方式延用了許多年，直至今天還在使用。后來人們逐漸發(fā)現，這種傳統(tǒng)的組陣方式雖然在總體上可以滿足大場地擴聲的需要，但是有兩個最突出的問題：一是大型組陣現場搭建繁雜;二是擴聲聲場存在明顯的聲干涉?？梢哉f這是傳統(tǒng)組陣在擴聲應用中最“致命”的缺陷。顯然問題的存在對某些使用場合，特別是對重放音質要求高的場所將不能滿足使用要求。為了解決這些問題，近十年來聲學家和揚聲器廠商又開始重溫“線性陣列系統(tǒng)具有良好的垂直指向性覆蓋和遠距離聲輻射的特點”，但是如何能完成全音域的重放？只有伴隨揚聲器設計與加工工藝的進步才能得以實現。法國L-ACOUSTICS公司于1993年首先推出了V-DOSC系統(tǒng)，在隨后的幾年里國際上一些著名的揚聲器生產廠商如美國的JBL、EVI、MEYER SOUND、APOGEE和法國的NEXO等也陸續(xù)推出了各自品牌的線陣列揚聲器系統(tǒng)。

就擴聲聲場而言，傳統(tǒng)組陣的聲輻射圖形（如指向性、頻率特性）很難控制，因而會造成觀眾區(qū)聲場不均勻，特別是擴聲聲場會出現明顯的聲干涉。

線陣列保持了傳統(tǒng)組陣可提供大聲壓級和遠距離供聲的特點，聲輻射圖形容易控制，具有良好的指向特性，觀眾區(qū)供聲聲場均勻。擴聲聲場的聲干涉也小，因而有利于提高擴聲質量。

目前在體育場館的多種活動中，如體育比賽的開幕式、閉幕式和大型文藝演出等，線陣列揚聲器系統(tǒng)得到了廣泛的使用。

8? 數字技術在體育場館電聲系統(tǒng)中的應用

當今，科技發(fā)展迅猛，電聲系統(tǒng)與設備更新換代很快，新技術與新產品不斷涌現。目前正處于模擬技術與數字技術交替發(fā)展的時期，傳統(tǒng)的模擬式廣播電聲系統(tǒng)正逐漸被數字式系統(tǒng)所代替，這一趨勢已成為科技發(fā)展的必然。

現代體育場館電聲系統(tǒng)亦應廣泛使用數字技術，這里說的數字技術主要包括兩個含義：一是系統(tǒng)中應盡可能采用數字式產品;二是采用數字化網絡、計算機技術對系統(tǒng)的操作運行進行控制。系統(tǒng)中采用數字式產品不僅能有效地提高系統(tǒng)的技術性能，同時也為數字化網絡傳輸奠定基礎。擴聲系統(tǒng)中采用的數字式產品主要有：數字調音臺和各類音頻信號處理器、帶DSP插板的功率放大器、網絡控制器等。由于現代體育場館的空間一般都較大，擴聲系統(tǒng)的傳輸管線多，布局也較復雜，這是經常要遇到的問題。擴聲系統(tǒng)采用數字化網絡傳輸方式，不僅能有效地提高系統(tǒng)的技術性能和可靠性，也為簡化傳輸管線和布局、系統(tǒng)操作與控制提供了很大方便。現代的電聲系統(tǒng)是一個工程集成的概念，不能簡單地把眾多的數字式產品等同于數字技術。

當前全球范圍內的數字革命中，計算機網絡作為計算機與通信相結合的產物正以驚人的速度發(fā)展著。特別是進入21世紀以來，無論是現代樓宇中所采用的智能化綜合控制系統(tǒng)，還是專業(yè)領域中的數字化技術應用，逐漸以網絡為載體實施數字化的解決方案。近年來國際上具有代表性的音頻數字化網絡系統(tǒng)公司有：法國Digigram公司，德國KLOTZ公司、STAGETEC公司和LAWO公司等，以及它們所提供的相應網絡系統(tǒng)。

2000年悉尼奧運會主體育場的電聲系統(tǒng)，就成功地使用了德國KLOTZ公司的數字化網絡系統(tǒng)，作為信號的傳輸與控制。

2008年奧運會的工程項目按要求是2006年完工，試運行一年后正式使用。也就是說，如果從現在開始設計到正式投入使用大約需要經歷四年左右的時間。

體育場館電聲系統(tǒng)設計方案要充分體現科技奧運、綠色奧運、人文奧運和數字奧運的理念。要具有遠瞻性、先進性、可靠性和科學性。同時，要充分注意到與“國際接軌”的要求。因此，設計者必須了解科技發(fā)展動態(tài)，掌握最新技術與產品信息，并結合國內外近代一些大型體育場館建設與實際使用中的成敗經驗，給出一個完善的電聲系統(tǒng)設計方案。

（選編自第二屆論壇演講稿）