體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)方式和技術(shù)分析(1)

1、體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)方式和技術(shù)分析（1）【摘要】詳細(xì)介紹了體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)的主要設(shè)計(jì)方式，并對其各自的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了詳盡的分析和比較，并給出了具體的解決方案?！娟P(guān)鍵詞】體育場擴(kuò)聲系統(tǒng) 揚(yáng)聲器集中式為主，分散式為輔的布置方式 揚(yáng)聲器分散式布置的方式 揚(yáng)聲器集中式的布置方式自20世紀(jì)90年代中期至今，筆者比較圓滿地完成了多哥共和國洛美國家體育場（3萬人）、馬里共和國3.26國家體育場（6萬人）、陜西省中心體育場（6萬人）、河南省體育中心體育場（5萬人）、山東煙臺市體育中心體育館（3萬人）、坦桑尼亞共和國國家體育場（6萬人）等國內(nèi)外體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。上述工程都已竣工多年。通過對部分工程的調(diào)

2、查回訪表明：使用多年后，設(shè)備運(yùn)行良好，聲音效果能夠始終保持在當(dāng)初竣工時(shí)的狀態(tài)。1、 體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器的布置方式多哥共和國洛美國家體育場、陜西省中心體育場、河南省體育中心體育場采取以集中式為主、分散式為輔的方式；馬里共和國3.26國家體育場采取的是集中式，山東煙臺市體育中心體育館和坦桑尼亞共和國國家體育場采取的分散式。體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器的布置方式，筆者認(rèn)為大體由以下幾個(gè)因素決定。（1）建筑造型。凡具備建筑形體東、西看臺設(shè)防雨罩棚且呈對稱分布的條件（如果南、北看臺也有防雨罩棚則效果更好），擴(kuò)聲系統(tǒng)主揚(yáng)聲器無論采用集中式為主分散式為輔，還是分散式的布置方案，只要揚(yáng)聲器的位置設(shè)置合理，都能夠滿足

3、使用要求。目前，絕大多數(shù)的體育場由于容積、建筑形體以及體育工藝的特殊要求等諸多因素的影響，難以達(dá)到理想的建聲條件，這就要求從事擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的人員不斷學(xué)習(xí)和掌握國外的先進(jìn)理念和技術(shù)，通過合理的設(shè)備配置，最大限度的彌補(bǔ)由于建聲缺陷對語言清晰度可能造成的不良影響。(2)周圍環(huán)境狀況。目前，在城市中人口聚集區(qū)特別是高層住宅小區(qū)附近建設(shè)體育場，無論是由于擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器設(shè)置不當(dāng)，致使場內(nèi)直達(dá)聲大量外溢還是由于建筑造型本身的密閉性差，導(dǎo)致球類比賽時(shí)由場內(nèi)觀眾所產(chǎn)成的高聲級“聲污染”（注：經(jīng)常是鑼鼓喧天，人聲鼎沸，個(gè)別球迷使用的特制小喇叭最大聲壓級已經(jīng)超過了100dB）問題已經(jīng)引起業(yè)界和政府相關(guān)部門的高度重視

4、。西方發(fā)達(dá)國家，在體育場建設(shè)的規(guī)劃階段就綜合考慮了所處位置的海拔高度以及全年風(fēng)向變化規(guī)律等因素；進(jìn)而采取諸多加大罩棚覆蓋面積及其密閉性、頂部采用電動(dòng)開啟方式加蓋密封以及建設(shè)固定的室內(nèi)體育場等措施來解決聲污染問題。這些經(jīng)驗(yàn)很值得在今后的設(shè)計(jì)工作學(xué)習(xí)和借鑒。（3）投資方的資金狀況。資金的多少?zèng)Q定工程的質(zhì)量。 在國內(nèi)，特別是中、西部經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)的省份，第3種因素的影響占主要地位。下面談一談擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器各種布置方法的主要特點(diǎn)以及對可能出現(xiàn)問題應(yīng)采取的有效解決辦法。1.1集中式為主分散式為輔的布置方式1）主要優(yōu)點(diǎn)(1)對大多數(shù)觀眾來說聲像感的一致性最好；（2）觀眾席和比賽場地的聲場分布比較均勻：（3）空

5、場時(shí)除西看臺部分區(qū)域以外，其他看臺的反射聲干擾很小。（4）從擴(kuò)聲機(jī)房到主揚(yáng)聲器組的距離短、線路造成的損失小，不需要線徑太粗的電纜即可達(dá)到很高的阻尼系數(shù)，保證了音樂重放時(shí)的低頻效果。（5）使用設(shè)備少，綜合費(fèi)用僅相當(dāng)于分散式的1/21/3，具有很高的性價(jià)比。2）主要缺點(diǎn)：（1）為滿足超遠(yuǎn)距離聲場覆蓋的需要，對揚(yáng)聲器的靈敏度要求很高，最大聲壓級一般都超過140 dB。在體育場后部密閉性差的情況下，如果揚(yáng)聲器的垂直輻射角度控制不當(dāng)，其溢出場外的高強(qiáng)度直達(dá)聲會(huì)影響到周圍環(huán)境特別是附近高層住宅居民的生活，（2）、大型體育場觀眾席坡度陡，大約比中、小型體育場多1015度。因此，空場時(shí)，由東看臺頂部罩棚造成的

6、二次反射聲干擾對西看臺部分區(qū)域影響可能會(huì)比較大。3）避免缺陷的方法建在居民聚集區(qū)附近的體育場，只要措施得當(dāng)，還是完全可以采用集中式為主，分散式為輔的方式。首先，選用高靈敏度、高Q值、恒指向特性穩(wěn)定、特別是中低頻（250500Hz）延伸一致性控制好的揚(yáng)聲器；其次，嚴(yán)格控制好用于覆蓋東、南、北看臺揚(yáng)聲器的垂直指向性。其輻射角度應(yīng)20度。對于8萬人以上的大型體育場，可以采取增加每組揚(yáng)聲器的數(shù)量、小輻射角（510度）多層疊加方法。如果以觀眾席中部為參考點(diǎn)，經(jīng)調(diào)整后，使最后幾排觀眾席的聲壓級呈-3-5dB下降趨勢，加上后圍墻的阻擋，真正溢出場外的聲壓級將會(huì)比參考點(diǎn)降低10 dB以上，將大大減少對周圍環(huán)境

7、的干擾。如果建筑專業(yè)能適當(dāng)增加圍墻的高度（注：目前，通常為1500mm），則效果會(huì)更好。1.2分散式布置方式1)、主要優(yōu)點(diǎn)（1）、觀眾席與比賽場地的聲場分布均勻。（2）、反射聲干擾小。（3）、由于揚(yáng)聲器安裝的位置至觀眾席距離短，對其主要技術(shù)參數(shù)的要求低于集中式。（4）、擴(kuò)聲系統(tǒng)直達(dá)聲對周圍環(huán)境的影響要小于集中式為主，分散式為輔的布置方式。2)、主要缺點(diǎn)（1）、聲像感一致性差。（2）、聲源點(diǎn)多，如設(shè)置不當(dāng)易產(chǎn)生長延時(shí)聲干擾。（3）、線路傳輸距離太長。即使采用雙機(jī)房配置的方式來降低信號傳輸損失，從長遠(yuǎn)考慮，無論在系統(tǒng)運(yùn)行的安全性還是設(shè)備的長期維護(hù)保養(yǎng)等方面均不如集中式為主分散式為輔的布置方式。（4

8、）、音頻信號經(jīng)多次光電轉(zhuǎn)換后，其音質(zhì)受到影響。（5）、綜合費(fèi)用要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于集中式為主分散式為輔的布置方式。3）避免缺陷的方法大家知道，分散式擴(kuò)聲系統(tǒng)之所以可能長生長延時(shí)聲干擾的最主要原因是：覆蓋觀眾席和覆蓋比賽場地的揚(yáng)聲器，其聲場在部分區(qū)域相互疊加。主要發(fā)生的南、北看臺與東、西看臺交接處四個(gè)部分，影響前排觀眾席和部分比賽跑道。因?yàn)?，通常情況下用于覆蓋比賽場地的揚(yáng)聲器均對稱安裝在東、西看臺罩棚下，如果數(shù)量過少，水平輻射角太寬，容易造成與部分相臨看臺覆蓋觀眾席的揚(yáng)聲器聲場疊加，無論是時(shí)間差還是強(qiáng)度差均達(dá)到了產(chǎn)生長延時(shí)聲干擾條件。不過，通過合理調(diào)整，這種干擾問題是可以解決的。比如，在可能發(fā)生干擾的部位

9、，首先將用于覆蓋比賽場地?fù)P聲器的輻射角由鄰近觀眾席的跑道外側(cè)調(diào)整到內(nèi)側(cè)；然后，微調(diào)觀眾席揚(yáng)聲器的仰角將覆蓋區(qū)延伸至接近跑道內(nèi)側(cè)。當(dāng)然，在建設(shè)資金允許的情況下，適當(dāng)增加覆蓋比賽場地?fù)P聲器的數(shù)量，按東、西、南、北均勻布置。這樣，不僅可以解決長延時(shí)聲干擾的問題，而且，聲場經(jīng)多重疊加后，直達(dá)聲將大大加強(qiáng)，可能產(chǎn)生的相位干涉問題也得到了很好的解決。采取單機(jī)房控制，使用具備全頻、全天候、恒指向性、內(nèi)置模擬、數(shù)字、光纖輸入接口和計(jì)算機(jī)監(jiān)控功能的大功率有源揚(yáng)聲器應(yīng)是將來分散式擴(kuò)聲系統(tǒng)的最佳方案之一。4)經(jīng)驗(yàn)與認(rèn)識對于整個(gè)頂部罩棚呈非對稱造型的體育場，筆者認(rèn)為擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器布置采用集中式為主分散式為輔的布置方式

10、所達(dá)到的聲音效果要好于分散式的布置方式，見圖1某體育場反射聲分析圖（假定擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器布置采用集中式為主分散式為輔的方案）。通過聲線圖可以看到反射聲對東看臺和西看臺均無影響。筆者認(rèn)為東看臺在有罩棚的條件下，看臺俯仰角（坡度）的大小是能否對西看臺造成長延時(shí)反射聲干擾最主要的原因。與陜西省中心體育場相比，東看臺俯仰角相差10度左右，由此可看出，俯仰角越大（坡度越?。a(chǎn)生反射聲干擾的幾率就越小。當(dāng)然，罩棚的大小和形狀也是不可忽略的重要因素。有人曾撰文稱：在某體育場分散式擴(kuò)聲系統(tǒng)中，將覆蓋比賽場地的揚(yáng)聲器由原來的對稱安裝在東西罩棚下改為單邊布置，能夠大大改變貴賓席的反射聲干擾。筆者認(rèn)為此做法有所欠缺

11、。由于違背了分散式擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器布置的基本原則，造成大面積、高強(qiáng)度、長達(dá)數(shù)百毫秒的延時(shí)聲干擾，而不得不增加昂貴的數(shù)字化處理設(shè)備進(jìn)行補(bǔ)救；在開、閉幕式的文藝表演中，難以實(shí)現(xiàn)在大時(shí)差條件下動(dòng)作的協(xié)調(diào)一致，影響體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)主功能的發(fā)揮。至于對貴賓席反射聲干擾的改善更是無從談起。1.3集中式布置方式這種方式由于存在諸多技術(shù)難點(diǎn)，因此用的較少。在此不作分析。1.4.1幾種擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器布置方式的應(yīng)用1.4.1陜西省中心體育場1）擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器布置以集中式為主分散式為輔首先需要說明，它不單單是當(dāng)時(shí)西北地區(qū)最大的體育場，同時(shí)也是陜西省國際展覽中心的所在地，即便是現(xiàn)在，在全國采取這種組合式設(shè)計(jì)的綜合性建筑也

12、屈手可數(shù)。同時(shí)，也是建設(shè)在市區(qū)繁華地段，采取以集中式為主的擴(kuò)聲方式而沒有對周圍環(huán)境造成直達(dá)聲污染的體育場。真正擾民的倒是國際展覽中心有活動(dòng)時(shí)用于廣告宣傳的場外揚(yáng)聲器。筆者認(rèn)為，之所以能夠達(dá)到這樣理想效果主要有兩個(gè)原因。（1）由于使用功能的需要，在觀眾席后面增加一層36m高的環(huán)行附屬用房，無形中增加了一道聲屏障。（2）嚴(yán)格控制了用于覆蓋東、南、北看臺揚(yáng)聲器的垂直指向性。 由于使用功能的限制，只有東、西看臺設(shè)有遮陽防雨罩棚，其中西看臺為主看臺。 當(dāng)時(shí)，之所以沒有采取分散式設(shè)計(jì)方案最主要的原因是：（1）由于資金有限，不能使用性能優(yōu)良的進(jìn)口源揚(yáng)聲器；（2）如果采取定壓傳輸方式，則國產(chǎn)大功率揚(yáng)聲器變壓器質(zhì)量差，進(jìn)口產(chǎn)品的價(jià)格又太高；（3）無法進(jìn)行雙機(jī)房配置。因?yàn)槌骺磁_內(nèi)部及場內(nèi)觀眾席以外，所有其他房間的管理和使用權(quán)均歸展覽中心所有，體育場不能占用。當(dāng)時(shí)，曾作過這樣的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)國際展覽中心有活動(dòng)時(shí)，將體育場內(nèi)主擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器全部開啟，播放平均聲壓級超過90dB的音樂或語言類節(jié)目，只能聽到從個(gè)別觀眾出入口（注：當(dāng)時(shí)門未關(guān)）傳出的聲音，而對其他區(qū)域的影響很小。通過對部分參展觀眾的調(diào)查也證實(shí)了這一點(diǎn)。特別是近幾年來，作為國內(nèi)超級聯(lián)賽球隊(duì)（陜西國力隊(duì)）的主場，全年的使用頻率很高，