李 斌

（大劇院演藝有限公司，甘肅 金昌 737100）

0 引言

隨著全民健身上升為國(guó)家戰(zhàn)略，永昌縣人民政府為進(jìn)一步健全全民健身服務(wù)功能，切實(shí)加強(qiáng)縣體育基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，興建了一座現(xiàn)代化多功能的綜合性體育場(chǎng)館。體育館于2013 年開工建設(shè)，于2016年10 月投入使用。它是展示永昌縣縣城魅力的一座標(biāo)志性建筑，將有效地解決永昌縣城區(qū)居民缺乏鍛煉場(chǎng)所和全縣體育競(jìng)技活動(dòng)缺乏陣地的問題，對(duì)完善城市功能、提升城市活力、繁榮縣城發(fā)展經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生積極重要的作用。

體育館位于永昌縣體育中心田徑場(chǎng)內(nèi)，如圖1所示，占地面積20 572 m2，總建筑面積7 942.77 m2，高22.5 m，長(zhǎng)83.2 m，寬62.8 m。主體結(jié)構(gòu)均采用鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)，一層中廳為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)和羽毛球場(chǎng)（共同交替使用），對(duì)面臺(tái)階上為主席臺(tái)和一層看臺(tái)，左右兩側(cè)分別是運(yùn)動(dòng)員、裁判員休息室和會(huì)議廳、活動(dòng)看臺(tái)、多功能用房等，二層為辦公室、健身房、觀眾看臺(tái)等，三層為舞蹈教室、音控室等功能用房，四層是乒乓球室。館內(nèi)有座椅3 010 個(gè)，其中固定座椅1 408 個(gè)，兩側(cè)活動(dòng)座椅共1 602 個(gè)。體育館可同時(shí)容納運(yùn)動(dòng)員200 多人，觀眾3 000 多人。體育館建筑造型獨(dú)特，外觀裝飾設(shè)計(jì)別致，采用鋼架玻璃結(jié)構(gòu)體現(xiàn)出通透、明亮、輕盈，具有現(xiàn)代時(shí)尚氣息，體現(xiàn)空間結(jié)構(gòu)與功能的完美結(jié)合，給人以新穎、典雅的感受，其輕質(zhì)的特性使得場(chǎng)館風(fēng)格飄逸，更富有動(dòng)感。

圖1 永昌縣體育館

1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

體育館滿足語(yǔ)言擴(kuò)聲清晰度、音樂聲能量的均勻覆蓋，是該系統(tǒng)的主要訴求。許多國(guó)內(nèi)外體育場(chǎng)館的建設(shè)實(shí)踐證明，將擴(kuò)聲部分配置成一個(gè)常備性、固定安裝、使用簡(jiǎn)單可靠的系統(tǒng)為最佳，以語(yǔ)言清晰、音樂聲均勻覆蓋為主要目標(biāo)。比賽場(chǎng)擴(kuò)聲是選手、裁判的重要聲音來(lái)源，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮音箱的布置及揚(yáng)聲器角度的合理選擇，做到各種聲音同時(shí)播放時(shí)清晰不混濁。比賽場(chǎng)是全場(chǎng)音箱布局的重要組成部分，完善比賽場(chǎng)空間區(qū)域的聲能覆蓋，能夠使其與大型擴(kuò)聲系統(tǒng)兼容，可以與大型擴(kuò)聲系統(tǒng)完美連接來(lái)滿足全場(chǎng)擴(kuò)聲的需求，也可以兼容排練使用音箱的獨(dú)立覆蓋，讓體育館在擴(kuò)聲功能上不管是在系統(tǒng)規(guī)模還是設(shè)備配置方面都具有較強(qiáng)的靈活性，既減少了資金的投入又可滿足各種文藝活動(dòng)的需求。

永昌縣體育館處于一個(gè)密封的空間平臺(tái)，觀眾席擴(kuò)聲是觀眾區(qū)域的重要聲音來(lái)源，設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮到了音箱的聲場(chǎng)布置及聲能量覆蓋均勻的需求，并保證語(yǔ)言擴(kuò)聲的清晰度需求。全場(chǎng)觀眾區(qū)采用分布式擴(kuò)聲方式，共設(shè)計(jì)了4 組、每組4 只的MU12型揚(yáng)聲器；賽場(chǎng)設(shè)計(jì)2 組、每組4 只MU12 型為一組的揚(yáng)聲器專為比賽區(qū)域提供較高的語(yǔ)言清晰度，并長(zhǎng)時(shí)間保障足夠的聲壓級(jí)，滿足不同種類型的重大體育賽事、大型集會(huì)、大規(guī)模展覽等活動(dòng)的擴(kuò)聲需求，確保視聽聲音均勻一致。分布式安裝擴(kuò)聲也同時(shí)具有提高直達(dá)聲比率、聲能量分布均勻、不易引起嘯叫等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)。音效聲能覆蓋如圖2 所示。

圖2 音效聲能覆蓋示意圖

2 計(jì)算機(jī)軟件輔助聲場(chǎng)設(shè)計(jì)

2.1 EASE 軟件聲學(xué)分析模擬

對(duì)于體育館而言，語(yǔ)言擴(kuò)聲清晰度、聲場(chǎng)均勻覆蓋是場(chǎng)館擴(kuò)聲的重要指標(biāo)。永昌縣體育館擴(kuò)聲系統(tǒng)主要安裝在籃球館?；@球館長(zhǎng)65 m，寬35 m、高20 m，體積50 000 多立方米。采用EASE 聲學(xué)分析軟件全面模擬聲場(chǎng)后，準(zhǔn)確模擬出了安裝揚(yáng)聲器后的聲學(xué)指標(biāo)。為了確保館內(nèi)擴(kuò)聲效果，針對(duì)多個(gè)頻點(diǎn)做了聲學(xué)設(shè)計(jì)方案，以達(dá)到擴(kuò)聲系統(tǒng)的高頻、中頻、低頻測(cè)量的“聲能量比例平衡”。

由于整個(gè)場(chǎng)館的建筑結(jié)構(gòu)和音箱的安裝位置是對(duì)稱的，整個(gè)體育館的聲場(chǎng)也基本對(duì)稱，因此測(cè)試點(diǎn)選擇一半場(chǎng)地即可。為防止測(cè)量點(diǎn)陷入強(qiáng)反射聲場(chǎng)中，選取測(cè)量點(diǎn)周圍距墻面最少有2 m 左右等間距的地方[1]，并分別在比賽場(chǎng)中和觀眾座位內(nèi)選擇12 個(gè)位置。測(cè)試信息采用1/3oct 粉紅噪音，在測(cè)試信息的中間頻段按倍頻程中心頻段取值，并針對(duì)各測(cè)量點(diǎn)所在的不同頻點(diǎn)量測(cè)出的頻點(diǎn)音壓級(jí)進(jìn)行適當(dāng)?shù)穆晥?chǎng)分布測(cè)試。最大聲壓級(jí)測(cè)量方法參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《廳堂擴(kuò)聲特性測(cè)量方法》GB/T 4959—2011 中的電輸入法[2]進(jìn)行測(cè)量。

因場(chǎng)館的前后左右建筑結(jié)構(gòu)相同，音箱的安裝也是按照?qǐng)鲳^對(duì)稱安裝的，因此選取場(chǎng)館一半進(jìn)行測(cè)試。在測(cè)量傳輸頻率特性時(shí)，分析記錄各測(cè)量點(diǎn)每一個(gè)1/3oct 頻帶聲壓級(jí)。測(cè)試結(jié)果如表1 所示。根據(jù)表1 的結(jié)果可計(jì)算出，在1 000 Hz，平均聲壓為103.55 dB，聲場(chǎng)不均勻度為5.2 dB；在4 000 Hz，平均聲壓為101.62 dB，聲場(chǎng)不均勻度為6.6 dB。各個(gè)測(cè)試點(diǎn)揚(yáng)聲器功率的測(cè)量和計(jì)算結(jié)果如表2 所示，根據(jù)表2 的結(jié)果可以計(jì)算出最大聲壓級(jí)為114.1 dB，平均聲壓級(jí)為111.3 dB。

由上述測(cè)量及計(jì)算數(shù)據(jù)表1、表2 可以看出：

表1 各測(cè)試點(diǎn)在不同頻率下的聲壓級(jí)測(cè)試結(jié)果

表2 聲壓級(jí)測(cè)量計(jì)算數(shù)據(jù)

（1）最大聲壓級(jí)為114.1 dB，滿足GB/T 28049—2011 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的體育館擴(kuò)聲系統(tǒng)級(jí)指標(biāo)中“最大聲壓級(jí)（dB）額定通帶內(nèi)大于或等于105 dB”的要求；

（2）傳輸頻率特性在信號(hào)頻帶允許范圍內(nèi)，符合GB/T 28049—2011 規(guī)范的體育館擴(kuò)音系統(tǒng)一級(jí)指標(biāo)要求；

（3）平均音場(chǎng)不均勻度符合GB/T 28049—2011規(guī)范的體育館擴(kuò)音系統(tǒng)一級(jí)指標(biāo)中“穩(wěn)態(tài)音場(chǎng)不均勻度在1 000 Hz、4 000 Hz 大部分區(qū)域小于或等于8 dB”的要求。

影響言語(yǔ)言清晰度的因素還有混響時(shí)間。混響時(shí)間的改變與內(nèi)裝有很大關(guān)系。建筑主體完工后，要進(jìn)行內(nèi)部裝飾。隨著人們審美的不斷提高，內(nèi)裝材料變得多種多樣。對(duì)于公共場(chǎng)所的裝修來(lái)說(shuō)，內(nèi)裝不僅要美觀，還要與場(chǎng)內(nèi)聲場(chǎng)相結(jié)合。永昌體育館內(nèi)裝時(shí)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)與工程方進(jìn)行了溝通并給予建議和數(shù)據(jù)指導(dǎo)。技術(shù)人員對(duì)場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行了聲學(xué)測(cè)量，給施工方提供了各種裝飾材料的吸音系數(shù)，如表3 所示，建議聲學(xué)裝修在不同區(qū)域選用不同的裝修材料和裝飾材料[3]。

表3 永昌體育館室內(nèi)裝修材料的吸音性能列表

2.2 擴(kuò)聲設(shè)備的選型和揚(yáng)聲器的布局

整個(gè)比賽場(chǎng)館內(nèi)的擴(kuò)音設(shè)備分為固定設(shè)備與流動(dòng)設(shè)備兩種。固定設(shè)備有數(shù)字音頻系統(tǒng)、數(shù)字功率放大器、跳線盤裝置、無(wú)線信號(hào)放大系統(tǒng)、音頻轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以及揚(yáng)聲器等。流動(dòng)設(shè)備有聲源設(shè)備、裁判頭戴話筒以及流動(dòng)監(jiān)聽等。觀眾區(qū)以固定式的擴(kuò)音系統(tǒng)方式，確保體育館具有較高的語(yǔ)音清晰度，并能長(zhǎng)期保持足量的聲壓級(jí)，能滿足全場(chǎng)擴(kuò)聲需求，符合觀眾區(qū)的聽聲要求。比賽區(qū)、主席臺(tái)區(qū)采用固定式與流動(dòng)式結(jié)合的辦法方便操作使用。在館內(nèi)沒有賽事的情況下可開展展會(huì)和要求不高的文藝演出等，提高了場(chǎng)館的利用率。在體育館內(nèi)有大型演出活動(dòng)時(shí)，也可以擴(kuò)展和兼容大型擴(kuò)聲系統(tǒng)。

2.3 館內(nèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)的選型

從總體上講，音響系統(tǒng)的選用直接決定了工程的功能指標(biāo)、品位及投資[5]。技術(shù)團(tuán)隊(duì)根據(jù)甲方對(duì)使用功能的需求，結(jié)合國(guó)內(nèi)場(chǎng)館的選配方法，本著對(duì)工程質(zhì)量、顧客責(zé)任及優(yōu)質(zhì)服務(wù)的準(zhǔn)則，在諸多品牌中揚(yáng)長(zhǎng)避短、博采眾長(zhǎng)，精心選擇了物有所值、符合室內(nèi)體育館需求的設(shè)備。

2.3.1 音源部分

音源部分采用4 套舒爾SLX24/58 型U 頻段系列的手持和頭戴無(wú)線話筒，自行選定頻率，可在1 000 多個(gè)帶寬中可選頻段，并在賽場(chǎng)區(qū)域內(nèi)安裝無(wú)線話筒天線放大器，整場(chǎng)覆蓋，為裁判員等聲音的傳送擴(kuò)聲提供保障。主席臺(tái)配置了8 支舒爾MX412D/C 型鵝頸可換型電容話筒頭會(huì)議話筒，它可使用心形、超心形以及全指向拾聲等給所有應(yīng)用者帶來(lái)超寬的頻率響應(yīng)以及更精確的音色重現(xiàn)。此外，還搭配一臺(tái)舒爾SCM810 型8 路的自動(dòng)話筒混音器，具有8 個(gè)卡農(nóng)話筒輸入通道（Phoenix 模組連接）和8 個(gè)非均衡6.35 mm 輔助輸入電平控制，8 個(gè)非平衡6.35 mm 直接線路電平輸入輸出，其中每個(gè)通路都可使用48 V 供電，并可選擇輸入或輸出電平的峰值輸出功率或限幅器，也可用于實(shí)況轉(zhuǎn)播取信號(hào)。

2.3.2 信號(hào)控制處理部分

調(diào)聲臺(tái)是整體擴(kuò)音系統(tǒng)的“心臟”，其特性的優(yōu)劣對(duì)整體音響系統(tǒng)來(lái)講具有舉足輕重的作用。從調(diào)聲臺(tái)的性能、用途、技術(shù)性指標(biāo)、音色、質(zhì)量、功能、穩(wěn)定性及兼容性等一些重點(diǎn)方面進(jìn)行全方位考慮，綜合性價(jià)比，技術(shù)人員最終選擇了GLL2400型調(diào)聲臺(tái)。它是一款緊湊型的調(diào)聲臺(tái)，具有24 路輸入通道、立體通道、單通道疊加、4 編組、6 個(gè)輔助聲道以及7×4 矩陣。

體育館內(nèi)用了3 臺(tái)DP48 數(shù)字頻處理器，采用用先進(jìn)的32位浮點(diǎn)DSP及數(shù)字濾波算法，24位A/D，D/A 轉(zhuǎn)換技術(shù)，信號(hào)采用2 進(jìn)6 出輸入與輸出通道，可隨意分配6 路輸出，配備為3 路立體聲道和6 路單聲道。動(dòng)態(tài)處理方面，它集成了分頻、延時(shí)、濾波、壓縮/限幅、均衡、電平和相位調(diào)整等功能，與館內(nèi)空間聲學(xué)結(jié)合設(shè)置參數(shù)，能夠?qū)?yōu)異的音質(zhì)與美好的元素進(jìn)行完美的展現(xiàn)。結(jié)合PC 機(jī)上安裝的控制軟件，可對(duì)14 臺(tái)HD2 型數(shù)字功放（每臺(tái)4 個(gè)通道）共50 多個(gè)通道提供超過(guò)110 dB 的動(dòng)態(tài)信號(hào)管理。HD2 型數(shù)字音頻功率放大器是可組合的放大器，集成了兩個(gè)1 200 W/4O HM（600 W/8O HM）的CLASS D 放大器，每臺(tái)有個(gè)4 通道可橋接級(jí)連。面板上總共有10 個(gè)檔位旋鈕設(shè)置輸出功率，平均工作效率超過(guò)80%。

2.3.3 揚(yáng)聲器音箱選型

基于音箱的頻響、靈感度、方向性、輸出功率、聲線分布、揚(yáng)聲器之間的干擾效應(yīng)、音箱的安放位置和角度、增益放大器的配接等重要指標(biāo)及基本參數(shù)，結(jié)合館內(nèi)EASE 聲學(xué)分析，經(jīng)過(guò)仔細(xì)篩選，技術(shù)人員最終選用了國(guó)內(nèi)貝塔斯瑞MU12型全頻揚(yáng)聲器、MU18B 型超低揚(yáng)聲器以及MU12M 型返聽揚(yáng)聲器等設(shè)備。揚(yáng)聲器紙盆喇叭的錐度大小會(huì)影響音箱的聲音質(zhì)感，因此選用具有12 英寸的低頻單元和一個(gè)3 英寸的驅(qū)動(dòng)單元的大功率音圈喇叭，選用高強(qiáng)度的TIL 材料作為盆骨架，增強(qiáng)了音圈的震動(dòng)輸出功率能力[4]。MU12 型二分頻全頻音箱為主音箱，用全新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)完全適應(yīng)了人耳對(duì)音色的要求。館內(nèi)揚(yáng)聲器的布局如表4 所示。

表4 永昌體育館音箱布局

2.4 館內(nèi)揚(yáng)聲器的布局

2.4.1 比賽區(qū)

比賽區(qū)采用2 組音箱，每組4 只MU12 型揚(yáng)聲器和兩只MU18B 型超低揚(yáng)聲器。揚(yáng)聲器按照設(shè)計(jì)角度吊裝在馬道上。在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮音箱的布置及聲壓覆蓋的均勻，做到各種聲音播放時(shí)聲音清晰不混濁。在比賽區(qū)域增加獨(dú)立超低揚(yáng)聲器，解決文藝類、舞蹈類演出時(shí)低音不足的問題。

2.4.2 觀眾區(qū)

全場(chǎng)觀眾區(qū)采用分布式擴(kuò)聲方式，共設(shè)計(jì)了4組每組4 只MU12 型全頻揚(yáng)聲器，按角度擴(kuò)聲覆蓋區(qū)域吊裝在馬道上，為觀眾區(qū)提供了較高的語(yǔ)音清晰度，能夠長(zhǎng)時(shí)間提供充足的聲壓級(jí)，以適應(yīng)各類重大體育比賽、報(bào)告、重大集會(huì)等的擴(kuò)音需要，可以確保視聽一致。

2.4.3 主席臺(tái)

主席臺(tái)設(shè)計(jì)安裝了8 路話筒自動(dòng)混音器、4 組MIC 信號(hào)輸入輸出端口以及4 只MU12M 型流動(dòng)返聽揚(yáng)聲器，分別放在主席臺(tái)的左右兩側(cè)，滿足在館內(nèi)開展大型活動(dòng)、會(huì)議等需求，也可以與大型擴(kuò)聲系統(tǒng)連接起來(lái)，滿足全場(chǎng)擴(kuò)聲的需求。配置方面有較大的靈活性和可擴(kuò)展性，既減少了資金的投入，又可滿足各種文藝活動(dòng)的需求，也方便使用者的操控。永昌體育館音頻系統(tǒng)如圖3 所示。

圖3 永昌體育館音頻系統(tǒng)

3 其他設(shè)計(jì)要點(diǎn)

對(duì)于固定安裝設(shè)備，信號(hào)線纜過(guò)長(zhǎng)易導(dǎo)致電阻增大，會(huì)影響信號(hào)傳輸并產(chǎn)生損耗。特別是功放與音箱的揚(yáng)聲器線纜過(guò)長(zhǎng)時(shí)，揚(yáng)聲器線的電阻對(duì)功放輸出極易造成負(fù)載阻抗變大的情況，會(huì)使音箱的音色變差。而永昌體育館的音控機(jī)房室選在三樓，既解決了信號(hào)線纜傳送距離過(guò)長(zhǎng)的問題，又解決了音響操控人員對(duì)賽場(chǎng)觀察的需求。

管線的預(yù)埋工作比較復(fù)雜，如果設(shè)計(jì)不到位，將會(huì)給后期設(shè)施配置造成不必要的困難，也為將來(lái)設(shè)施的擴(kuò)充造成很大的局限性，并且增加了施工的難度和工程量。對(duì)音響系統(tǒng)而言，一般需要預(yù)埋的管線包括信號(hào)線、音箱線纜、通信管線、控制網(wǎng)線以及供電管線等。這些線纜相互之間可能具有一定的干擾，因此預(yù)埋管線工作有一些特定的要求。不同性質(zhì)的線纜需要盡量分別預(yù)埋在不同的橋架和穿線管道。由于當(dāng)今體育館的規(guī)模愈來(lái)愈大，各種電器室內(nèi)裝飾設(shè)備也愈來(lái)愈多，如高壓裝飾燈、視頻高頻干擾、燈光控制器等均為體育館的常用設(shè)備裝置。因此，施工時(shí)可以對(duì)音頻系統(tǒng)進(jìn)行單獨(dú)的工藝連接，但其接地電流不能超過(guò)1 Ω。另外，在設(shè)備復(fù)雜的長(zhǎng)鏈路系統(tǒng)中，應(yīng)該盡量避免采用鏈型連接方法，而應(yīng)該采用星狀連接方法。星狀連接方法是把音頻系統(tǒng)的屏蔽鏈路分割為盡可能小的段或區(qū)，每個(gè)區(qū)段均采用獨(dú)立的引線接到一條公共接地端上，以免造成其他設(shè)備信號(hào)對(duì)音響信號(hào)的干擾。

4 結(jié)語(yǔ)

場(chǎng)館擴(kuò)聲不同于其他擴(kuò)聲，為了提高聲場(chǎng)的科學(xué)性、準(zhǔn)確性，首先要用計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確模擬出建筑聲學(xué)模型，根據(jù)模擬的聲學(xué)數(shù)據(jù)，給內(nèi)裝單位提出合理且有建設(shè)意義的參考意見。設(shè)計(jì)要充分理解場(chǎng)館的功能以及所選設(shè)備的各種特性，科學(xué)選型，有效布局，合理設(shè)計(jì)安裝位置和角度，使聲場(chǎng)各項(xiàng)聲學(xué)指數(shù)達(dá)標(biāo)。

永昌體育館于2016 年10 月投入使用，已成功舉辦各類大小賽事及文藝演出100 多場(chǎng)，得到了社會(huì)各界的好評(píng)，對(duì)于推動(dòng)永昌文體事業(yè)發(fā)展、加速縣城文體建設(shè)步伐、完善文體設(shè)施、提高公共文體使用能力、完善城市綜合服務(wù)功能以及提高文體化形象與檔次都具有非常重大的意義。