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2022年冬季奥运会比赛场馆国家残疾人冰上运动比赛训练馆高清晰度扩声系统解决方案
作者:管理员    发布于:2020-03-06 11:04:42    文字:【】【】【

 

2022年冬季奥运会比赛场馆 国家残疾人冰上运动比赛训练馆高清晰度扩声系统解决方案

 

更新时间:2020-3-5 10:09:20 编辑:温情 文章来源:PROSO 调整文字大小:【

 

 

[导读] 作者:北京达尼利华科技发展有限公司   顾康 / 赵敬辉   体育场馆在扩声工程的设计与实施过程中,制约条件可能会很多,但首先要有明确、清晰的设计理念贯穿其中,这就是保证扩声的语言清晰度。首先要抓主要矛盾,即确保扩声的语言清晰度,这是扩声设计的第一任务,掌握了它就掌握扩声的成功要素。次要矛盾才是要考虑扩声的音质,即表现音乐当中,高频的延展性及泛音、中频的细腻真实及浑厚、低频的丰满度及瞬态弹性等,即扩声系统的音质。许多超大空间场馆的中低频的混响时间都较长,语言清晰度都成问题了,怎么考虑音质呢?你可以做个试验,如果把那些整套顶级HiFi或甚至是顶尖Hi-END级别的发烧音响,放在混响时间很长的公共大澡堂子里去聆听,那时候你就得选择要它声音的清晰度还是它的音质了。扩声的根本目的就是为了让语言听得到、听得清。如果扩声系统的声压级再大、声波覆盖再均匀,但是听不清,也就失去了扩声的最基本意义。因此说,没有语言清晰度(STIPA指标)的扩声设计,就是没有灵魂的扩声设计。

 

 

 


 

1、工程概况及声场分析

国家残疾人冰上运动比赛训练馆是全国首个残疾人冰上项目比赛训练专业场馆,同时也是北京2022年冬奥会和冬残奥会重点工程之一,项目位于顺义区后沙峪地区的中国残疾人体育运动管理中心园区内,固定座位1584个,无障碍坐席67个,总占地面积26901.6平方米,于2018年12月30日正式开工建设,场馆建成后将成为专项服务残疾人冰上运动、具有无障碍示范引领作用的专业化冰上运动比赛训练场馆,为国家冰上项目队备战冬残奥会提供更好的保障。

国家残疾人冰上运动比赛训练馆项目不同于一般的项目,政治意义更大不允许有任何闪失,在扩声系统设计之前,北京达尼利华科技发展有限公司工程师团队走访建筑设计院了解该场馆的建声设计情况,同时实地考察馆内声学环境,由于馆内自然采光以及美观性的要求,无法大量的悬挂空间吸声体,同时大面积的冰面对声学环境影响极为不利,冰面吸音系数500Hz仅为0.01,属于强反射材料,声音投射到冰面上会被大量的反射,再经过顶棚的二次反射,造成了馆内声场浑浊,讲话听不清楚。

 

综上所述,其声场环境不容乐观。因此就要考虑用什么样的扬声器和布局设计,会在较大声压级条件下又能最小化的激发声场以提高早后期声能比,同时避免声能集中在冰面上,远离冰面的反射。因此决定在保证扩声STIPA达标的基础上,利用V.M.A.Peutz理论公式来计算推导扬声器布局方案及数量,并做EASE论证。结合我公司在其他长混响声场条件下的经验及残疾人冰上训练中心的实际建筑声学环境,采用声源布点位置最少数量的2组高清线源扬声器作为主扩声扬声器,即分别布放在大屏两侧覆盖全场,它可保证混响时间达5秒条件下扩声语言清晰度STIPA指标超过0.50。

2、扩声系统设计需达到的声学特性指标:

满足GB28049-2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》中的体育馆扩声系统一级指标

具体要求如下:

1)语言传输指数:STIPA空场平均值>0.50(业主要求每个测点指标不小于0.45条件下,其平均值下方可有效)。

2)最大声压级(峰值):  观众看台区≥105dB;场地区≥98dB

3)传输频率特性:以125~4000Hz平均声压级为0dB,在此频带内允许± 4dB的变化(1/3倍频程测量);63-125Hz和4000~8000Hz的允许范围由标准GB28049-2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》的图8斜线部分确定;

4)传声增益:    125~4000HZ平均值≥-10dB。

5)稳态声场不均匀度:中心频率为1kHz、4kHz(1/3倍频程带宽),大部分区域不均匀度≤8dB。

6)系统总噪声级:NR-25

7)总噪声级:    NR-30

 

3、设备选型

为实现设计指标,确保在冰球馆混响时间偏长的情况下仍能保证扩声语言清晰度达到世界级标准,主扩线阵列扬声器选择的是可驾驭长混响时间的PROSO高清线源阵列扩声系统。

PROSO线源阵列扬声器组的原理:

 

PROSO线源阵列音箱之专利:高频带状耦合器也叫“平面波发生器”,是由多个紧密垂直排列的小音圈共同推动一个带状音膜发声,且共用一个带状磁体,这样模块之间不存在梳状滤波器效应,杜绝高频有害干扰问题。当耳朵距离振膜很近时,听到的是局部某个小音圈推动振膜局部能量,近听不吵,当耳朵距离高清线源音箱越远时,听到的是系统整体的声音,远听不小。


随着音箱模块垂直排列的数量增加,Q值增大,指向性增强。但无论多少模块,只要紧密垂直悬挂在一起仍然是一只音箱系统。听起来也是一只音箱(相当于数量N =1)。

因为是柱面波辐射,距离增加一倍3dB下降,声场均匀度肯定好;因为柱面波辐射,指向性强,容易调试,不易产生啸叫,传声增益高。

在建声混响时间超过标准,甚至体育场混响时间长达4秒条件下,只要采用数量少、指向性Q值高的PROSO高清线源音箱系统方案,就能保证语言清晰度。
在长混响时间条件下,保证冰球馆内语言清晰度,点声源传统音箱系统和传统线阵列音箱是无能为力的,是根本不可能的。

(1)高Q值指向性因子线源阵列扬声器系统PROSO   FL-2全天候线源阵列扬声器系统,使用2组,N仅为2,就可覆盖满场。

* 著名品牌PROSO的FL-2全天候线源阵列扬声器Q值随线源阵列长度(音箱模块)增加而增加,Q值可以很高,指向性可很强。12只PROSO  FL-2线源阵列音箱模块(如图)

其指向性因子:      500HZ    Q=38

                    1000HZ   Q=76

                    2000HZ   Q=151

这是任何点声源扬声器根本无法实现和达到的,各体育场馆具体应用PROSOFL-2线源阵列模块长度(模块叠加数量)多少,依据所需指向性因子Q值而定,可参考其一览表:

* PROSO全天候线源阵列扬声器FL-2仅有水平指向性900,垂直指向性很小,随阵列长度越长越趋尖锐,利用此特性能有效避开占有害混响声80%的顶棚,并且柱面波传播,距离增加一倍,3db衰减;即提高均匀度又提高清晰度。

* PROSO  FL-2线源阵列扬声器其频带宽,45HZ——18KHZ;灵敏度106db/m.w,功率600W,对于几百米长度具有足够大声压级是不存在问题的,仅仅增加线源阵列的长度(数量)而已;

(2)扬声器阵列数N是根据覆盖场地宽窄而定,一般场合应对称布放,N=2效果最佳。线源阵列数量越少,其间梳妆滤波器干涉越小,越有利于语言清晰度实现。

4、电声弥补建声不足实现STIPA目标的理论依据:

美国著名声学大师唐·戴维斯在其著作中评价peutz辅音清晰度损失率设计理念是跨世纪的贡献,在全世界它每天被使用,检验了它的精度和实用性。
    德国著名声学大师阿诺特将其数学模型应用在ADA公司EASE声场预测软件中,即ALcons%
、STIPA的声场模拟计算依据就来自于Peutz公式。

下式为荷兰闻名声学大师Peutz对扩声语言清晰度准确性的预测公式:

STIPA = 0.9482-0.1845×ln×ALcons%

 

式中:  ALcons%——辅音清晰度损失率百分比;

D2 ————扬声器到最远听众席距离;

RT60——— 房间的混响时间;在超大空间内是指声能衰变时间;

N ————功率比(或相等功率的扬声器数量);

Q ————扬声器的指向性因子;

V ————声场的容积;

M ————临界距离Dr修正值,通常取1

AL%<7%-12% 属于较好的语言清晰度

 

5、为实现STIPA目标依据上述理论而采取的电声手段:
根据设计院提供的建声的RT60计算数据,以及在声场各位置的RT60分布图给电声参考,但考虑因超大空间导致计算出现误差是难免的。因此,电声设计所依据的RT60必须要有安全余量,也就是如果实际的RT60比预计的偏长一些,电声也要保证STIPA目标的实现。因此北京达尼利华公司在扩声系统设计上,选择在四个方面具体做法来确保指标安全余量。
(1)提高STIPA目标值——当实际RT60出现偏差威胁STIPA目标时,也可增加设计目标保险系数;
(2)增加RT60指标余量——提高RT60安全余量,即当实际RT60大于设计值时仍确保STIPA目标值;
(3)减少声源布点数量——降低多个声源间因相互延时所引起的声场干涉问题,确保STIPA目标值;
(4)选择高Q值线声源——垂直辐射窄高Q值宽覆盖可减少罩棚反射和声源数提高早后期声能比;

将STIPA目标值、500Hz的RT60预计值、声场容积V、覆盖最远听众D2等参数导入上计算公式,得出所需线源阵列扬声器组500Hz 指向性Q值为37.5,所需布置的组数为2组。
查阅低频能量及指向性Q值皆高的PROSO双12寸的线源阵列扬声器Q值表对照,与上式推算出的500Hz 指向性Q值为38参数最接近的型号中,500Hz 的Q值是38所对应的线源阵列组的长度为4.2米。结合对以往类似建筑几何形状的声场设计经验,做出以下的布局设计。

 

为使扩声系统有能力弥补因建声不足引起的混响时间偏长等可能发生的建筑声学缺陷,国家残疾人冰上训练中心扩声系统扬声器采用相对集中布置的扩声方式,在大屏两侧集中吊装2组主扩声内置双12寸低频单元的线阵列扬声器,覆盖观众席区域和场地区域;同时做左右观众席上方分别吊装1只内置12寸低频单元的全频扬声器作为左右补声扬声器,在主席台上方吊装2只内置12寸低频单元的全频扬声器作为主席台返送扬声器。同时在大屏上方集中吊装2只内置双18寸低频单元的超低频扬声器,增加音乐重放时的丰满度。

 

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