湖南衡阳新体育中心-体育场馆

湖南衡阳新体育中心

摘要：主要介绍了衡阳体育中心扩声系统的设计与应用，从系统要求、设备选型、扬声器系统布局等方面，阐述了衡阳新体育中心扩声系统解决方案的特点。

关键词：体育场扩声系统、计算机辅助声场设计、扬声器系统布局、光纤信号传输方式

湖南省衡阳市新体育中心是拥有建筑面积约36000平方米，观众席固定座位达3.5万个的大型现代化体育中心。自2009年5月建设以来，终于在2010年年底竣工，她将是雁城集体育竞赛和大型文艺演出、大型经贸活动于一体的多功能中心。衡阳市新体育中心的主扩声设备由PEAVEY中国大陆、港澳总代理广州埃威姆电子科技有限公司提供，并为衡阳市新体育中心体育场量身订制了完整的主扩声深化设计方案。

广州埃威姆电子科技有限公司作为衡阳市新体育中心的音响系统提供商，深知大型体育场的扩声环节的重要性和艰巨程度，鉴于此，埃威姆公司做足了大量的前期工作，包括声场模拟、实地考察、方案修正、专家设计等等一系列的详细周密的论证。作者有幸成为AVM工程技术团队中的一员，参与了本体育中心的安装调试工作，以下是本人对衡阳市新体育中心音响扩声系统解决方案的浅析：

1．扩声系统设计要求：

作为体育场的扩声系统首先要满足比赛扩声的要求，主要包括：入场式、团体操、足球比赛的现场解说、开幕式和闭幕式的领导讲话等。同时要考虑到各类体育比赛的功能要求，并兼顾大型文艺演出。因此，在体育场弱电系统中，有着非常重要的地位，所以应用于体育场的扩声系统应满足以下指标：

●足够的声压级，足够的声音动态范围。

●较高的语言清晰度，声音清晰、自然。

●良好的传声增益，保证话筒使用时具有足够的增益。

●均匀分布的声场，各个区域声音覆盖均匀。

●一致的频率传输特性，各个区域具有一致的声音效果。

2．扩声系统功能要求：

扩声系统满足的总体功能要求是以满足体育比赛的语音听音为主，应有良好的语音清晰度，满足配合文艺演出的流动扩声系统使用的功能。

3．扩声系统设计思想：

●保证体育场音响扩声系统有较高的语言清晰度和长时间提供足够的声压。

●场地各个位置无明显回声、颤动回声和声聚焦等音质缺陷。

●音响系统满足整个观众看台区域、足球比赛区域以及跑道区域的均匀扩声。

●声音涵盖区域内声场分布均匀，频率响应特性一致。

●扩声系统没有明显的声反馈问题。

●音响扩声系统扬声器系统为分散式群组布置的方式。

●音响系统配置多种保护措施和音频输入输出预备接口。

●音响系统设备配置满足多功能要求,包括进行各种体育比赛语言扩声，兼顾配合大型活动流动扩声系统的使用功能等。

●扬声器系统群组的外形和安装位置不影响场地的整体风格和安全。

4．扩声系统设计标准：

衡阳市新体育中心扩声系统参照了中华人民共和国行业标准《JGJ/T 131-2000，J42-2000体育馆声学设计及测量规范》、中华人民共和国体育行业标准《公共体育场建设等级标准》、中华人民共和国GB4959-85《厅堂扩声系统测量方法》、广电部GJY25-86《厅堂扩声系统声学特性指标》以及国际IEC通用标准中的的有关指标，保证体育场音响扩声系统具有标准指标。

5．扩声系统设计要点：

衡阳市新体育中心为拱形顶棚和环形观众看台结构，东西看台区域加上赛场区域，需要声音覆盖的区域较大，声音传播的距离也远近相差较大，按照相关体育设施场馆功能要求的规定，大型体育场扩声系统必须保证全部看台区域、跑道和赛场区域具有足够的声压级、声场分布均匀以及较高的语言清晰度。

我们在扩声系统设计中采用了国际久负盛名的计算机声场仿真模拟软件EASE V4.1，在设计安装位置和角度时，使用EASE电脑软件建模计算，可以在系统实施前模拟出完成后的效果，再根据得出的结果根据现场的现有条件进行综合设计。最后高效率的得到匹配的设计方案。

对于大型扩声系统，计算机辅助声场设计的第一步是依据建筑蓝图在电脑上建造建筑物模型再将所有表面建筑材料输入而完成三维建筑模型。根据场地资料，这个模型与实际建筑的形状、大小、建筑特征和表面材料一致，并在这个模型中按照观众区域计入虚拟观众后进行计算。

EASE V4.1模拟衡阳新体育中心各区域在参考测试频率1000Hz下的声压级分布图：

我们在取得准确的数据后，参考有关规范要求进行深化设计，调整扩声系统的一些参数，以科学合理的设计方案，在保证系统指标和使用功能要求的前提下，使体育场音响扩声系统的整体水准达到精确效果具备了充分的可预见性。

6．扬声器布局及选型

体育场扬声器布局主要有集中式布局和分散式布局两种，集中式布局是把所有扬声器集中到一处或几处统一安装，而分散式布局是把扬声器分散在各处安装，集中式布局安装位置相对集中，便于安装调试和检修，可解决声源间相互干扰的问题，但是，集中式布局的缺点也是十分明显的，在近场不能有过高的声压级，而远场又不能过低，要实现均匀声压级具有相当的难度，考虑到本体育场的特点和实际使用情况，不宜采用集中式布局。适宜采用分散式布局，扬声器系统群组以吊挂方式安装在顶棚下方的马道上，这样，既可以缩短投射距离，节约功率，减少传播中的高频损耗，还可以减少各投射区之间的干扰，而且还有安装、检修方便的优点。

由于场地面积非常大，为了保证音响扩声系统的声音质量和电声指标，我们对设计方案进行多次反复的设计与论证，找出技术重点并加以解决。

衡阳市新体育中心体育场平面为椭圆形，东西两侧设拱形顶棚，覆盖东西两侧的观众席。具有如下特点：

●体育场东西两侧构成半封闭空间，该部分顶棚近似四分之一圆弧形；南北侧无顶棚。

●顶棚高度较高，离地最高处达到52米，观众席至顶棚之间空间大，顶棚结构内，混响时间较长。

●马道高度高且不在同一水平面上，呈弧形。

●控制室至功率放大器信号传输距离远且线路复杂。

由于该体育场顶棚内东西侧观众席半封闭空间容积较大混响时间长对语音清晰度影响较大；马道呈圆弧形扬声器无法吊挂在同一水平面上且落差较大造成各点扩声环境迥异；南北侧看台无顶棚结构容易造成声音外溢对体育场外部造成声污染。由于大部分顶棚前沿高度在50米左右，为保证在50米的距离内声音有效涵盖在观众看台上，既要保证体育中心体育场内的扩声语言清晰度的要求，又要满足如团体操和赛前、赛间播放音乐时对音质的要求，声场不仅要覆盖观众席，也要覆盖足球场等比赛场地，这种条件下，对扬声器单元灵敏度、指向特性、功率承载能力、频率响应均有较高的要求。同时由于室外使用，又受安装条件的限制，音箱结构和箱体材料应适合于高空吊装要求，音箱的重量也有所限制。因此我们选用了体积小、效率高、指向性好、能量强大的VR112扬声器系统，以群组的方式分散布置在顶棚前沿的马道下，来保证整个足球场声场均匀涵盖和输出足够的声压级。其优点如下：

●VR112线阵列音箱低音单元采用了PEAVEY的Ram Air Cooling专利技术，当扬声器工作时，RAC会与钕铁硼磁路协同工作，将音圈发出的热量及时散发，使音色和效率保持恒定状态，较之传统的线阵列音箱，性能大为提高，可靠性更佳。在高音频段，两只大功率带状高音实现了极高的保真度，拥有良好的指向特性和极低失真，使音乐和语言的清晰度得到保障。

●相对于集中式布局，分散的布局可以使扬声器距离观众席较近，直达声比例强，反射声比例小，有利于提高清晰度，同时，声功率较小，声音不易外溢，降低了对场外的声污染。

●每列线阵2只模块组合，VR112高音和低音单元全部使用钕铁硼磁体，使得总重量大为降低。对吊装棚架的载荷要求非常低，保证了极高的安全可靠度。

●通过适当的扬声器系统指向角度设置和布局，保证听音区内声场均匀度优异，无听音盲区。

●扬声器系统覆盖范围内声音清晰，可分区控制全部或部分扬声器系统状态。

我们在体育场扩声系统中，采用分散式扬声器群组涵盖的布置方法，设计29组安装在顶棚下方的PEAVEY VR112扬声器群组来满足整个区域声音的均匀涵盖。

扬声器系统群组CAD布位图：

扬声器系统群组实景布位图：

西看台观众席棚顶用9对VR112音箱来分布，东看台观众席棚顶用8对VR112音箱分布，南、北观众席棚顶各用2对VR112音箱分布，东西比赛场地各用4对VR112分布。主席台设在西看台，在西看台标高50米的蓬盖下，设置3组VR112为主席台集中供声。

7. 扩声系统保护措施：

我们在音响系统中设计了多种保护措施，这些措施可以有效保证系统设备在使用过程中的安全性和可靠性，尤其在意外情况发生时，更可以保护设备不受损坏。
这些保护措施包括：

●系统信号限幅设置，有效防止意外或操作失误而损坏设备。

●系统配置防止话筒反馈措施。

●功率放大器具有完善的短路、电压、温度等多项监测保护。

●为了提高系统的稳定性，在原有信号传输的基础上增加一组信号传输线作为备份，确保系统正常运作。

8. 扩声系统接口预备：

音响扩声系统在工作时，可以通过主控调音台的辅助输出通道和矩阵输出通道，送出多个音频信号，这些信号将送至以下接口：

●主席台区域音频信号对接

●电视台转播输出

●广播电台转播输出

●流动演出系统音频信号对接

9．扩声系统配置设计：

衡阳市新体育中心共有2个机房，经过更合理的布局优化，本扩声系统仅利用了主控机房1个控制室，副机房作为辅助使用，这样更便于工作人员整体操控。主控机房位于主席台侧后方，在机房内，可以清楚地看见整个场地的情况。主控制室内设有CD、MD播放机以及无线话筒系统等音源设备，2台PEAVEY S4提供给主席台8支PEAVEY PM18S鹅颈拾音器自动完成混音工作，信号经调音台混合处理后通过光纤线缆以光信号方式传输进入PEAVEY DIGITOOL MX音频矩阵处理器，在处理器内进行音频信号矩阵分配、均衡、分频、电平设定、以及压限等各项参数设置后，送入相应的功率放大器，从而推动不同组别的扬声器进行扩声。光纤传输从根本上解决了交流声、串扰、信号衰减、频响变差以及失真等传统体育场馆常见的问题。

衡阳新体育中心扩声系统平面示意图：

现场的一个特点是两侧主看台距离远，主机房与音箱的距离远，使用传统的模拟信号传输方式，长距离线路中模拟信号衰减问题，始终是影响高档大型场馆音响系统出色音质的重要原因。在我们的方案中，通过光端机进行光信号传输，从而解决信号衰减问题，完全能够满足大型体育场馆音频系功统设计的需要。

无论如何优质的音箱线缆在长达几百米情况下的电阻也不可忽视，将功率放大器设在东西看台马道，以减少音箱线缆的长度，这不仅仅是电缆数量巨大，十分昂贵，更值得重视的是因线缆电阻增加会导致功率损耗以及因阻尼系数的降低导致的音质变坏。

为了避免音频信号在远距离传输过程中受到干扰，设在主机房的中央控制台与所有的数字矩阵处理器之间通过专用的光端机传输信号，从而解决信号衰减问题，使扩声系统充分发挥性能得到保证，完全能够满足大型体育场音频系统设计的需要。

光纤传输有以下优点：

●光信号传输比数字传输的距离更远。

●光纤完全绝缘，抗射频干扰（RFI）和电磁干扰（EMI），还消除了接地环路的干扰问题。

●数据传输容量大，不怕潮湿、不怕腐蚀、无污染、保密性强。

主扩声系统全套采用了PEAVEY音响器材：PEAVEY CS1400、CS4000专业级功率放大器各17台、PEAVEY Versarray 112 HI-END线阵音箱共58只，PEAVEY数字矩阵中央处理器DIGITOOL MX共8台，以及S-4自动混音器等其他周边设备……

DIGITOOL MX是一款代表着当代新科技水平的矩阵式数字音频处理器，是一个完全可自由设计的音频处理和控制系统，它包括2块32位并行处理的SHARC芯片和强大的体系结构，24位模拟/数字和数字/模拟转换，高达96kHz取样频率，音质纯朴无瑕。

DIGITOOL MX音频矩阵可通过RS232通讯协议与电脑连接，通过digitool utility V3.42 Software便可清晰明了的对输入、输出信号进行实时监控，同时实现包括8×8矩阵式信号路由设置、分频、均衡、压限、延时等各种信号的详细精准处理；可通过软件对系统进行升级；可实现多点对多点的信号交换，内部的矩阵路由器可实现各个音频通道根据不同需要任意组合；各输出通道可以根据不同需要播放粉红噪音和检测信号；每个输入通道可选择输入信号类型（MIC信号或LINE信号），可对电容话筒进行幻想供电；每个输入通道可以根据需要选取灵敏度（30dBu、24dBu、18dBu、12dBu）；可外接中控设备。在全球同类产品中，具有极高的性能价格比。

PEAVEY S4自动混音器既可独立使用，也可与调音台配合使用，还可以通过TRS线缆将多达10台单机进行级联，进而对40路输入分别调整，S4不但能够对拾音器信号进行混合，还能提高声音质量，并且对声音较小的发言者自动提高增益。S4独特的Automix技术随时检测各通道降低未使用的拾音器或优先级别低的拾音器增益使主拾音器保持音量优势，同时降低系统噪声并减少反馈几率。S4另外还拥有一个独特的MID-MORPH功能，能够显著增加语言的清晰度，非常实用。