公共廣播系統(tǒng)聲學設計及其相關標準

1、公共廣播系統(tǒng)聲學設計及其相關標準彭妙顏【摘要】本文是廣州市科技計劃項目聲像燈光網絡化中央集控平臺及標 準以及廣東省科技計劃項目大型場館數字網經聲像智能控制與科學管理系統(tǒng) 研究開發(fā)項目的一分支研究對象。文中對正在制訂的公共廣播系統(tǒng)規(guī)范（草 案初稿）中的部份條款,與以往頒布的JGJ/T162-92民用建筑電氣設計規(guī)范有關有線廣播以及GBJ116-88火災自動報警設計規(guī)范中相關的條款作一 些對比,重點對其中有關聲學特性指標的內容和工程設計方法作一探討?！娟P鍵詞】公共廣播系統(tǒng)；聲學特性指標；工程設計一.公共廣播系統(tǒng)設計的相關標準隨著我國經濟發(fā)展及有關安全法律法規(guī)的日益完善，公共廣播（包括背景音 樂和緊

2、急廣播）的應用日益廣泛。但長期以來，國內尚未有一個專門為公共廣播 制訂的技術標準。國家建設部JGJ/T16-92民用建筑電氣設計規(guī)范中設有“有線廣播”（公 共廣播的舊稱）一章，對廣播系統(tǒng)的功放功率和天花揚聲器功率及設置等作了一 些規(guī)定。國標GBJ116-88火災自動報警設計規(guī)范中對火災事故廣播的揚聲器和 功率放大器等也有一些規(guī)定。但上述兩個規(guī)范均未有專門對公共廣播系統(tǒng)的功能、 分類、安全要求以及聲學特性指標和測量方法等作岀系統(tǒng)詳盡的規(guī)定。國家信息產業(yè)部2006年6月發(fā)布的2006年度電子工程建設標準定額制訂 修訂計劃中，提出在2006年6月起著手制訂公共廣播系統(tǒng)工程技術規(guī)范， 并要求2007年

3、6月完成報批稿。根據上述安排，由中國電子學會聲頻工程分會、 廣州市迪士普公司主編，廣州大學聲像與燈光技術研究所等參編的公共廣播系 統(tǒng)工程技術規(guī)范近期已完成草案初稿（以下簡稱“草案”）o本文擬對“草案”中制定的部份條款，與以往頒布的JGJ/T162-92及GBJ11 6-88中相關的條款作一些對比（見表1）,重點是對其中有關聲學特性指標的內 容和工程設計方法作一探討。表1公共廣播系統(tǒng)新舊設計規(guī)范部份條款對照表JGJ/T 1672民用建筑電氣設計規(guī)范有 關條款GBJ116-88火災自動報警設 計規(guī)范 有關條款GBXX-200X公共廣播系統(tǒng)規(guī) 范（草案初稿）有關條款1、功放額 定功率：（21. 3.

4、3）功放設備的容址一般按下述公 式計算：P=K： - K：EPc：式中P功放設備 輸岀總電功率W） : P。書每分路同（3. 34）火災爭故廣播設備用 擴音札其容雖不應小于火災 爭故廣播揚聲器容址較大的（428）如果不考慮突發(fā)公共 爭件緊急廣播則公共廣播功 放的額定輸出功率應不小干時廣播時最大電功率：玖一第i支路的用 戶設備額定容址，&一第i分路的同時需 要系數：服務性廣播時，客房節(jié)目每套& 取0.2-0.4：背景音樂系統(tǒng)Ki取05 0.6：業(yè)務性廣播時.艇取0. 7-0. 8：火 災爭故廣播時，K；取IO K：線路衰耗補 償系數：線路衰耗ldB時取126,線路衰 耗2dB時取1.58：乩一老

5、化系數.一般取 1.21. 4c（24. 4. 3）火災事故廣播系統(tǒng)宜設置專用的 播放設備，擴音機容量宜按揚聲器訃算容 量的13倍確定。（24. 4. 3. 5）火災爭故廣播備用擴音機,容 雖不應小于火災爭故廣播揚聲器容址最大 的3層中揚聲器容址總和的1. 5倍。三層揚聲器容址的總和。廣播揚聲器總功率的13倍。 （433）突發(fā)公共事件緊急廣 播用功率放大器的額定功率 不小于其所驅動的所有揚聲 器功率總和的15倍。突發(fā)公 共爭件緊急廣播用功率放大 器的功率總容址，必須滿足所 有廣播分區(qū)同時發(fā)布緊急廣 播的婆求而不是只滿足若干 個相鄰分區(qū)的要求。2、揚聲器 額定功 率：（21. 3. 5）辦公室.

6、生活間、客戶等，可采 用12W的揚聲器箱走廊.門廳及公共 活動場所的背景音樂、業(yè)務廣播等用3 5W。（24.4. 2.2）走道、大廳、餐廳等公共場 所裝設的火災爭故廣播揚聲器.額定功率 不應小于3舐實配功率不應小于2W。（3. 3.2）每個揚聲器的額定 功率M3W。（4.3.7）突發(fā)公共事件緊急 廣播用的取個揚聲器（或音 柱）的額定功率不小于3W。3、最大聲 壓級：（21.3.5） （4）在噪聲高、潮濕的場所設 宜揚聲器時.應采用號筒揚聲器.其聲壓 級應比環(huán)境噪聲大1015dB。（3.3.2） 1：業(yè)建筑內設宜的 揚聲器在其播放范鬧內最遠 點的播放聲壓級應高于背景 噪聲15dB見附件4、聲場不

7、 均勻度：（21.3.8）要求較高的場所，聲場不均勻 度不宜大于6dB見附件5、揚聲器配置：（24.4. 2.1）走道.大廳、餐廳等公共場 所.揚聲器的設置數邑 應能保證從木層 任何部位到最近一個揚聲器的步行距離不 超過15mo在走道交叉處、拐彎處均應設 揚聲器。走道末端帰后一個揚聲器距墻不 大于8m。（3. 3.2）火災爭故廣播揚聲 器的設宜，應符合下列要求：（1）民用建筑內揚聲器的設 宜，在走道和大廳等公共場1 所其數址應能保證從木樓層 任何部位到最近一個揚聲器 的步行距離不超過25m。（438）走道.大廳.餐廳等 公眾場所.揚聲器的配釵應 能保證從木層任何部位到垠 近一個揚聲器的步行距離

8、不 超過15mo在走道交叉處、拐 彎處均應設揚聲器。走道末端 最后一個揚聲器距墻不大于 8m。附件：公共廣播系統(tǒng)規(guī)范（草案初稿）規(guī)定的最大聲壓級和聲場不均勻度指 標背景音樂（一 級背景音樂（二級）業(yè)務性廣播（一級）業(yè)務性廣播（二級）緊急廣播（一 級）緊急廣播（二級）最大聲樂級鄉(xiāng) 80dB83dB三 80dB$86dBM86dB聲場不均勻度lk6 3KHz范圍內W8dBlk4KHz范圍內W8dBlk4KHz范圍內W8dB從上表可見，“草案”中有關功放功率、揚聲器功率和揚聲器配置等條款，與前 兩個規(guī)范相比雖有少量調整，但變化不大。而作出較重要變動的內容主要有兩個:第一是將“火災事故廣播”改為“突發(fā)

9、公共事件緊急廣播”,即把緊急廣播的 功能山單純的火災事故擴展到包括火災、地震、海嘯、反恐等突發(fā)事件，從而突 岀了時代特征。與此同時，對緊急廣播用功率放大器的額定功率相應地作了大幅度 的提高。舊規(guī)范規(guī)定“火災事故廣播”設備用的擴音機要求“其容量不應小于火災 事故廣播揚聲器容量最大的3層中揚聲器容量總和的1. 5倍” o而“草案”則要求 “功率總容量必須滿足所有廣播分區(qū)同時發(fā)布緊急廣播的要求，而不是只滿足若干 個相鄰分區(qū)的要求J從而確保各類突發(fā)公共事件緊急廣播有足夠充裕的功率貯備。第二是首次將最大聲壓級、聲場不均勻度、總噪聲級和傳輸頻率特性等聲學 特性指標和測量方法列入公共廣播系統(tǒng)規(guī)范，從而使公共

10、廣播系統(tǒng)從設訃、施工 到調試、測量、驗收等整個過程都將有一個比較統(tǒng)一的標準。對“草案”中“最大聲壓級” 一項指標，在討論過程中有兩種不同的意見， 都具備相當充份的論據：一種意見已寫入“草案”文件中,即是仿照GB 50371-2006廳堂擴聲系統(tǒng) 設計規(guī)范的模式，對不同類型的公共廣播系統(tǒng)進行分類，劃分等級，定出最大 聲壓級的指標數值（如$80dB, $86dB等）。這種模式可做到設計、驗收的指標 統(tǒng)一，便于操作，也便于作橫向比較。另一種意見則認為公共廣播所處聲學環(huán)境遠比一般劇場、會議廳等復雜得多。 一個會議室和一個工廠機械加工車間相比，其背景噪聲可能相差數十個dB。如按 舊標準（JGJ/T16-

11、92）中的21. 3. 5條款“聲壓級比環(huán)境噪聲大l（T15dB” （見表 1）進行設計，可能效果會好一些。至于背景噪聲數值的確定則有“實地測量”和 “經驗估算”兩種途徑：實地測量的方法適用于已經投入使用的場所，使用聲級 計在現場按聽者耳朵高度的位置去測量環(huán)境噪聲；而對于未建成或未投入使用的 場所則只能釆用經驗估算（查表）的方法。公共區(qū)域的典型噪聲聲壓級數值見參 考文獻3,可供參考。本文在討論公共廣播系統(tǒng)設計方法時，對上述兩種意見的方案均有舉例，供 讀者對比參考。二、公共廣播系統(tǒng)聲學指標的工程設計公共廣播系統(tǒng)聲學指標的工程設計追求最基本的標，是要在滿足最有效且 最經濟這兩個前提下，確定整個系統(tǒng)

12、所需揚聲器的數量、配置（布局）和功率， 使覆蓋區(qū)域達到規(guī)范要求的聲壓級和聲場不均勻度等基本聲學指標。公共廣播與一般廳堂擴聲的一個最大不同點是采用大量分散的揚聲器布局， 且揚聲器通常都比較靠近聽音者（最典型是天花揚聲器），因此設計訃算通常都 以直達聲場為主，對擴散聲場僅略作估算其至可以忽略，從而使整個計算過程簡 化。下面討論天花揚聲器定位、天花揚聲器功率計算和功率放大器功率計算三項 設計內容：（一八天花揚聲器定位設計：天花揚聲器定位設計的任務，是使用最少數量的揚聲器而能夠使收聽區(qū)域內 能獲得均勻的聲音分布，即具有基本相同的響度。實踐證明，對于未經過聽覺專門訓練的人群，當聲壓級的變化在3dB以內，

13、 人耳基本上覺察不出響度的變化：以此可作為天花揚聲器定位設計的參照依 據。圖1示岀山天花揚聲器組成的公共廣播系統(tǒng)叫圖中揚聲器的“有效覆蓋角” 是以離開揚聲器軸心聲爪級下降6dB的范圍。設計時使兩個相鄰的天花揚聲器的 覆蓋角交點正好位于收聽面（圖中聽者的耳朵）的高度。相同的兩個天花揚聲器 在交義點的合成使聲壓級增加3dB從而使得在整個收聽平面范圉內的聲壓級的 變化不超過3dBo從圖中可得出選擇揚聲器最佳定位的計算公式：揚聲器間距ds = 2cktan 0 /2式中：&二收聽距離，0二揚聲器有效覆蓋角。工程上常用的天花揚聲器覆蓋角多在90左右。將0二90代入上式可得在二2& tan （90 /2）

14、 =2d：據此可總結出公共廣播天花揚聲器最佳定位（能獲得良好均勻度）的一個經 驗規(guī)律：兩個天花揚聲器中點之間的距離約等于天花棚頂與收聽點之間垂直距離 的兩倍。如要作岀更精確的設計，則需要確定揚聲器覆蓋角0的數值，再代入上式， 即可算出最佳的ds值。如0二70 ,可算出ds二1.4血；如0=100 ,可算出ds二2. 384在等等。設計中還有一個收聽距離出的選擇問題。通常收聽距離出是直接取天花與 地面的垂直高度。較精確的訃算應當取天花與收聽者（立姿或坐姿）耳朵之間的垂 直距離。下面舉一實例：某餐廳的天花板離地面高度為2.9m,對于坐姿的人群，耳 朵距地面平均髙度約為1.1m,離天花棚頂平均高度約

15、為29 - 1.1 =1.8m, ill 此可推算出合適的揚聲器間距約為2X1. 8=3. 6mo上述計算結果還必需對照“草案”的第（438）條款，如果未能達到緊急 廣播強制性要求的15m、8m等間距（見表1），則必需按該條款作出調整。本例 算出的3. 6m間距遠小于上述要求，故無需改動。（二）、天花揚聲器功率計算：決定揚聲器的定位后，需要計算每個揚聲器的功率。下面介紹公式計算和査表 計算兩種方法。1.公式計算法叫根據電聲學理論，揚聲器覆蓋區(qū)的聲壓級SPL與揚聲器的靈敬度級5、饋給 揚聲器的電功率P以及聽音點與揚聲器的距離r等有如下關系：SPL=U+101gP-201gr dB設訃時，通常是根

16、據該公共廣播系統(tǒng)的類型和等級（見表1）確定最大聲壓 級SPL的值（dB）,再將聽音距離r和揚聲器靈敬度級Lm （可預選或設定）代 入上式，即可算岀應饋給揚聲器的電功率值。舉例：設計一個背景音樂（二級）系統(tǒng)，要求最大聲壓級80dB,聽音距離最遠為 8m,預選揚聲器靈敏度級為90dB/W/m,代入上式即可算出揚聲器功率約為6. 3Wo以上佔算未考慮早期反射聲群和鄰近揚聲器的貢獻。在室內，早期反射聲群和鄰 近揚聲器的貢獻可使聲壓級增加2、3dB左右。2、査表計算法叫根據圖2可查岀隨供聲距離（D）增加的聲壓級（dB）下降值。根據圖3可查出隨功率（P）增加的聲壓級（dB）增加值。舉例：一個靈敬度級為94

17、dB/W/m的天花揚聲器裝在一間辦公室覆蓋一個區(qū) 域，用聲級計在現場測出環(huán)境噪聲為72dBAo按JGJ/T16-92要求，設計的聲壓級 應比環(huán)境噪聲大1015dB,即取82 87dBo而本例比較特殊，用戶要求該辦公室 達到極佳的可聞度，為此需要再增加10dB,即聲圧級設計為72+25二97dB。已知天 花揚聲器距聽者耳朵約1. 8m,從圖2查出約需增加5. 2dB,這意味著揚聲器必須 提供97+5. 2二102. 2dB才能在1. 8m距離處使聽者的耳朵得到97dB的聲圧級。揚聲器聲壓級從94dB增加到102. 2dB,即增加了 102.2-94=8. 2dBo查圖3 可得出揚聲器所需功率為6