国家奥运会英东游泳馆工程前的扩声语言清晰度设计方案论证(关注清晰度设计的技术文章)

1、国家奥运会英东游泳馆工程前的扩声语言清晰度设计方案论证工程实施后的实际测量结果祝科（北京达尼利华科技发展）国家奥体中心英东游泳馆是2008年北京奥运中的水球与现代五项中游泳部份的比赛场馆，同时也是第11届亚运会的游泳、跳水比赛场馆，被誉为“亚洲第一馆”。冠名“英东”的英东游泳馆是已故香港商人霍英东(2006年过世)于北京成功申办1990年亚运会时捐出1亿港元于亚运村兴建的，作为第十一届亚运会的主要场馆，是当时全亚洲最大、最先进的游泳馆，除此之外，游泳馆更曾于2001年作为世界大学生运动会的游泳专项的比赛场地，包括北京奥运会和北京残奥会在内，英东游泳馆共举办过至少4项大型的世界级运动会。直至现时

2、，游泳馆建筑面积达43020平方米，网架下容积V=124156立方米，固定 6000人座席，平均20.7立方米/座。分别设标准比赛池、练习池、跳水池及热身池4个泳池。由于游泳馆历史已久，加上这是北京奥运中的其中一个北赛场馆，因此北京奥委会在2005年12月开始为游泳馆进行修建，目标竣工日期为2007年的9月左右。北京奥组委把扩声验收指标与国际接轨，增加扩声清晰度STIPA测量指标，是“画龙点睛”之笔，道出了体育场馆扩声设计的灵魂：是核心、是要害，使扩声系统五项指标(必要条件)更加完善充分，是实事求是的举措，将掀起体育场馆设计的新篇章。对我国今后制定新的扩声指标和扩声设计，影响深远。笔者曾参与了

3、英东游泳馆前期的扩声系统设计与论证工作，包括扩声工程实施后的调试工作，见证了“北京08办”和“国家奥林匹克体育中心”分别委托“国家建筑工程质量监督检测中心”对英东游泳馆验收测量的全过程。也有幸参与了北京奥运会的保驾护航工作。1、概述：英东游泳馆比赛大厅的声场环境，就像一条大型船体内的，巨型底部倒扣在大厅上方做顶棚，且因金属顶棚结构承重不了多少吸声材料，因此，这种建筑结构会造成90%的有害超长混响声来自于顶棚和水面，历史上还出现了因所有吸声材料逐渐受潮，导致吸声材料失效，造成混响时间变长后的20年间，其扩声系统曾经历了两次改造，并使用过原装进口名牌扬声器系统及设备，扩声验收的五项指标包括最大声压

4、级、声场不均匀度、传输频率特性等主要指标都很优秀。但扩声出来的内容就从没听清楚过！甚至多年在身边一起工作的同事，用扩声系统讲话时，而彼此间都到了猜不出是谁在讲话的严重程度。但根据国家行业标准：“JGJ/T1312000”，业主也很无奈，扩声工程只能通过验收！作为奥运会改造馆，笔者事先通过设计方“北京建筑设计研究院”，找到具体负责建声设计和计算的“薛工”了解到：原建筑的承重结构不能动，为安全考虑，设计最新的吸声体只能吊挂原设计所需的三分之一。另外笔者又从负责北京英东游泳馆项目总包方“江苏建工”的总工那里了解到：为赶工期，吸声材料最终没能做防潮处理。因此，吸声材料如果逐渐受潮，导致吸声材料失效，将

5、会造成混响时间变长，万一建声改造效果还不行，混响时间长了怎么办？一定让历史不能再次重演！在工程之前我们为这次扩声清晰度的设计进行了充分的论证。为体现科技奥运、人文奥运、绿色奥运的理念，此次扩声设计并没有按照设计院的原设计方案，是因为原扩声设计是按照理想的混响时间1.9秒条件下而设计的，而实际几乎不可能达到1.9秒，为在长混响时间环境下，也能让看比赛的人们与运动员能很轻松的听清楚扩声的语言内容，笔者决定按混响时间4秒条件下，设计扩声清晰度STIPA目标要达到0.55,为达到此目的，必须另辟蹊径，运用科学的电声技术手段解决扩声语言清晰度，做到人文关怀，达到此次人文奥运、科技奥运，同时达到在同等声学

6、指标条件下，使用功放少，做到绿色节能。最后的工程实施后的实际扩声清晰度STI测量结果，比施工前论证时设计的扩声清晰度STI-PA数值0.55要高，达到了0.69，是因为实际的混响时间还不到预计的4秒。此结果证明是清晰度的保险设计，是留有余地的。这是除北京以外的三届奥运会（雅典、悉尼、亚特兰大）所有比赛场馆扩声清晰度最高的，因此获得了本次北京奥运会唯一扩声工程的优质工程奖。证明了运用PROSO高清线源音箱的高清扩声技术，是科学的、先进的、值得推广的好方法。具体论证过程如下：2、英东游泳馆在奥运会使用功能：承担2008北京奥运会的水球、现代五项的游泳等项目的正式比赛及决赛。3、达到北京奥组委提出的

7、要求：* 客观测量达到JGJ/T131-2000体育馆声学设计及测量标准一级扩声技术指标。* 奥组委要求：（1）最大声压级：103dB（平常使用95dB）（2）频响：语言125HZ5KHZ；音乐100HZ15KHZ4、设计院给的建声目标：按照行业标准，设计混响时间T60=1.9秒（5001kHz）满场5、英东游泳馆历史曾经的混响时间吸声材料逐渐受潮，导致材料失效，混响时间T60=5.0秒以上（5001kHz）满场工程之前对英东游泳馆的高清扩声技术设计方案进行论证的步骤（一）扬声器的布局与选型的方案论证：奥体中心的领导非常重视英东游泳馆扩声的语言清晰度，让我们就扩声音箱系统，采用“满天星式”的分

8、散布放常规音箱，或采用“满天星式”的分散布放PROSO高清线源音箱，还是采用“太阳式”的集中布放PROSO高清线源音箱，为了能在长混响时间条件下，保证奥运会英东游泳馆扩声语言清晰度的实现，进行一次充分必要的技术方案论证。（1）详细的真对全运会八、九、十届的有关场馆扬声器布局形式，声源布点少的“太阳式”布局造成语言清晰度高的成功案例，和声源布点多的“满天星式”布局造成语言清晰度差的失败案例分析；（2）2005年湖南省十运会株洲游泳馆、体育场扩声设计是由原来中标的Community常规点声源号筒式扬声器，多点分散布放声源方案，修改为声源布点少的“太阳式”布局，来布放PROSO高清线源扬声器的设计方

9、案后，扩声实现高语言清晰度的成功案例分析；（3）湖南长沙贺龙体育场，在没有做建声条件下，声源布点多的“满天星式”分散布放世界名牌BOSE的LT长冲程号筒式扬声器，听不清的失败教训分析；（4）详细分析了国际电声界：40年来关于点声源扬声器 扬声器阵列系统 线阵列扬声器系统 高清线源音箱的发展历程、优缺点；（5）详细分析和研究雅典体育场的扩声设计，包括使用传统扬声器阵列固定安装，并按照声源布点少的“太阳式”布局方式布放的来龙去脉，为了解决大型场馆、迪斯科广场、文娱场所，满足巨大覆盖区全部听众（85000座）要求具有足够大声压级（需要大量扬声器扩声），同时又要求高清晰度语言和音乐丰满，有层次的音质又

10、必须保持较小数量扬声器的矛盾。EAW扬声器阵列厂家积累了20年全力研究和奋斗的结果，以PPST技术和KF900系统，采用点声源技术及其控制的阵列，实施近、中、远投射，在长达180米的体育场内，满足对语言清晰度、音乐丰满的要求，（6）对国内外的真假线阵列扬声器的五种状态进行分析比较；（7）析北京英东游泳馆自1990年亚运会以来，因顶棚承重问题，无法把建声处理做到位，业内专家基本都知道它的“扩声清晰度”一直是老大难问题，北京亚运会以来的20年间，曾两次扩声改造，均采用进口名牌音箱，多声源分散布放扬声器在马道上，音箱数量较多的扩声方式。造成声源布点越多干扰越严重，语言清晰度一直不好的原因；（8）对辅

11、音清晰度损失率（AL%）计算理论与传统临界距离计算理论进行比较分析探讨：辅音清晰度损失率百分比理论是荷兰声学家V.M.A.Peutz（他是传统临界距离公式的发明人），因为传统临界距离公式没有可测量的清晰度STI指标挂钩,所以在此基础上加以完善，得出了“辅音清晰度损失率百分比计算公式”，这也是声场扩声清晰度的设计公式，V.M.A.Peutz于1971年12月首先提出来的，并发表在J.A.S.A音频工程期刊中。我国中科院声学所的沈教授在1980年扩声工程一书中P430有此公式，中国电子科技集团第三研究所电声杂志内部书刊声学工程一书P.190页，也有此理论公式。美国著名声学专家唐.戴维斯，在书中讲到

12、：Peutz在声学方面作出了跨时代贡献，是Peutz历经十年研究实践的结果，AL% 对语言可懂度的研究成果，每天在声学系统工程中使用，检验公式的精确和实用。Peutz这一跨世纪的贡献，其本质就是体育场馆语言清晰度的百分比，因此“辅音清晰度损失率”理论是理想的声场扩声清晰度设计模型。应用Peutz清晰度理论公式推导奥运会英东游泳馆的扩声设计过程如下：扩声语言清晰度STIPA设计目标：0.55 SIT = 0.94820. 1845lnALcons%求出辅音清晰度损失率：ALcons% = 10%通过得出辅音清晰度损失率：制定较长的混响时间：T60 = 4秒制定最少的声源（音箱）数量：N = 2只

13、度量出声场容积：V = 124156立方米度量出覆盖最远距离：D2 = 100米临界距离修正值：M =1通过得出设计目标的音箱指向性因子：再根据PROSO高清线源扬声器FL-2的指向性因子Q值表，确定将要使用的PROSO线源扬声器长度与模块数量根据Peutz辅音清晰度损失率（ALcons%）理论公式计算推导Q值：混响时间4秒使用音箱数量降低到最少2只PROSO 高清线源音箱系统，并能覆盖英东游泳馆全场。根据荷兰声学家Peutz（传统临界距离公式发明人）扩声语言清晰度设计的理论公式推导出的音箱500 Hz的Q值为57.6，结合英东游泳馆比赛大厅的声环境，它很像“巨型船体内的底部”，倒扣在比赛大厅

14、上面做金属顶棚的建筑特点，且因承重不了多少建声材料，比赛大厅内80%的有害混响声来自于顶棚，为达到T60在4秒下的语言清晰度为0.55 STI 的设计目标，给英东游泳馆“量身定做”符合Peutz公式使用2只音箱条件下推导出相应Q值的PROSO高清线源音箱，布放在游泳馆彩屏两侧，垂直悬挂， N=2。为英东游泳馆特制的PROSO线源音箱的特点：（1）定做的PROSO高清线源音箱指向性因子Q值如下：其各频率Q值分别为：500 Hz Q=571 KHz Q=1192 KHz Q=231(再根据PROSO专用的指向性因子Q值对照表，得出单只高清线源音箱符合的相应长度后，再通过总功率与灵敏度计算所需声压级

15、，共定做2只，每只为18个特制全天候高清线源模块拼接后组成符合的相应长度)（2）3dB衰减距离增加一倍；（3）集中垂直悬挂2只高清线源音箱，N =2，梳状滤波干扰很少；最重要的是，我们的设计是考虑适应英东游泳馆因天长日久，吸音材料逐渐受潮，吸声系数逐渐变差，混响时间逐渐会变长，而扩声清晰度还能保证的设计（注意：1只高清线源音箱无论由多少个模块组成，也只是整体为1只的作用效果，在指向性Q值增加其N可以不变，这样随着混响时间变长，只需继续增加高清线源音箱长度，即增加悬挂模块数量，就可增大高清线源音箱Q值，仍然可以保证游泳馆语言清晰度）所以，用最少的只数（2只）布放高清线源音箱又能覆盖全场，是英东游

16、泳馆扩声设计之首选。如果用传统的临界距离理论则无法准确预测清晰度标准：临界距离理论：直达声能平均值与混响声能平均值相等的界面到扬声器之间的距离（m）DC0.14根号下（QR）式中：Q指向性因子R房间常数其理论未涉及扬声器数量N，以及在长混响时间条件下扬声器之间产生的梳状滤波器，对语言清晰度降低的程度影响；* DC越大语言清晰度越高，但是 ：2 倍的DC与DC的语言清晰度STI不详；3.16 倍的DC与DC的语言清晰度STI不详。* DC与语言清晰度传输指数STI有“暧昧”关系但不直观因此使用传统的临界距离理论则无法准确计算或预测清晰度指标扩声清晰度设计的理论计算还必须与EASE 4.0设计相结

17、合，充分反映客观的事实真相；邀请国家奥体中心领导参观试听“用PROSO高清扩声技术和结合Peutz辅音清晰度损失率方法设计的，30万立方米容积的北京温都水城。北京温都水城是在(无建声设计)混响时间长达7.8秒条件下，经过严格的按照扩声清晰度设计计算结果进行施工，开业后，好评如潮！能感受在超大玻璃水空间的恶劣声环境下，PROSO高清线源音箱扩声系统带来的，清晰度非常高的语言和音乐效果；甚至还能看电影。经过比较分析深入研究，我们具有以下认识：A理论计算必须与计算机EASE仿真模拟相结合，降低声场干涉，排除梳状滤波器带来干扰，做到安全保险的扩声清晰度设计。B通过大量案例证明了高清线源扬声器系统布放数

18、量少而成功，与点声源扬声器布放数量多，而失败的结果分析，并结合荷兰声学家Peutz（传统临界距离公式发明人）。扩声语言清晰度设计的理论表明：在能满足全场声压级、均匀覆盖的前提下，用超强指向性的音箱数量越少，全场扩声语言清晰度就越高。运用“高清扩声技术”要求音箱能同时具备最重要的三个条件：单只音箱具备超强指向性的宽覆盖；单只音箱具备极超高的全频声压级；单只音箱具备极超高的清晰度重放；而PROSO高清线源音箱恰能同时满足上面的三个条件。这是使用PROSO的高清扩声技术解决方案，即使是安装在声环境恶劣的温都水城里，也能达到扩声高清晰度的主要原因。而游泳馆顶棚所造成有害反射声占全部的80%， PROS

19、O高清线源音箱利用其独特的专利技术（带状耦合器模块），在中高频部分完全耦合，不破坏垂直指向性，锐利的垂直指向性波瓣，让直达声有效的避开了顶棚，这是使用PROSO音箱达到高清晰度的原因之二。锐利的垂直指向性，提高了声波的传播效率，增强了直达声成分，同时解决一般扩声系统远程高频欠缺的弊端，是使用PROSO音箱高清晰度的原因之三。常规点声源音箱：高指向性的窄覆盖：高清线声源音箱：超指向性的宽覆盖：常规音箱Q值较大而窄覆盖，覆盖全场所需用的Q值与数量N，只成正比。语言或音乐脉冲信号在长T60环境下叠加后扭曲变形，清晰度STI被恶化：计算机仿真模型设计结论：混响时间4秒语言清晰度传输指数将为0.69 S

20、TI高清线源音箱Q值超高而宽覆盖，覆盖全场需用的Q值与数量N，可成反比语言或音乐脉冲信号在同T60环境叠加后只增加丰满度，清晰度STI被优化：高清线源音箱与伪高清线源音箱的鉴别：在空旷环境下，用8只以上扬声器箱体组成一条不弯曲的扬声器垂直阵列系统，距4米处等距离放置5只以上测量，用传送器等距离垂直排列，共同拾取扬声器垂直阵列发出的粉红噪声，各传送器同时做曲线采样独立分析。传送器各采样粉红噪声曲线重叠在一起分析判断：上图证明：此单组扬声器阵列的功率比N是1（总数量1只）结论：它是真，加大全频指向性Q值、优化音质。针对PROSO高清线源音箱的四个特点进行论证创新型个性化设计特点针对体育场馆的声场环

21、境，定制了专门特性的音箱来搭建系统，是PROSO扬声器产品能“驾驭”恶劣声场扩声清晰度的原因，PROSO音箱并不是“印刷厂”式的批量生产，而像“画室创作”式的根据不同的声场环境个性化定制音箱，外观完全相同的各单体高清线源模块箱体，其内部构造可能各有不同，从而使电声完美的与建筑环境相结合。系统高性价比特点根据Peutz扩声语言清晰度设计的理论要求：能满足全场均匀覆盖的前提下，用强指向性的音箱数量越少，全场扩声语言清晰度就越高。声场内PROSO音箱的数量减少使功放与信号传输线路相应减少，扩声DSP管理控制系统的搭建设计相对简单，大幅度降低造价。日常维护成本低、扩声清晰度还能能保证达到同等声学指标而

22、使用传统音箱数量多、又分散、为解决功放与音箱距离远的问题，相应增加分散的功放间，信号传输线路相应增多，造成扩声控制DSP管理系统过于复杂、庞大：需数字监测监控，网络控制光纤传输、数模转换等，系统造价与故障率相应提高，再为降低系统故障率而增加扩声控制管理的多种热倒备系统，投入造价更加庞大。日常维护成本高、扩声清晰度还不能保证。进听不吵、远听不小特点PROSO高清线源音箱的专利技术带状耦合器模块：多个紧密垂直排列音圈共用一个带状钕磁体并共同推动一个带状音膜，耳朵离它很近时，感受到的是某个小音圈推动局部音膜发出的声音，不吵。离它远时，听到的是整条线源音箱发出的声音，不小。语言扩声防啸叫特点让PROS

23、O高清线源音箱 “锐利”的垂直指向角度，与话筒垂直指向角度不在同一个声学层面里，让直达声从话筒上方“掠过”，避免直达声直接进入话筒，避免了啸叫。下面是利用声学软件EASE 4.0计算机仿真模型对两种布局方式的扩声清晰度进行论证对比：我们预测吸声材料受潮后，T60 = 4秒条件下按8只或2只的不同布局方式，分别用计算机仿真模型设计出英东游泳馆扩声语言清晰度STI，再把两个STI结论进行比对，看哪个正确。虽然可能与实际比会有一点误差，但它对正确选择扩声声场设计方向起到了很重要的指导性意义，希望引起重视，混响时间T60曲线按4秒设定下面采用PROSO高清线源音箱8只，满足覆盖全场时，在混响时间为4秒

24、条件下EASE模拟：对8只声源布放方案使用PROSO高清线源音箱或最少的2只声源布放方案进行了EASE仿真模型论证比较。“多声源方式”在马道上布放8只FL-2Y高清线源音箱系统，能覆盖满场（每侧4只，每只7个FL-2Y模块构成）其指向性因子：500HZ Q=161KHZQ=322KHZ Q=65（注：这比大型“点声源长冲程号筒”扬声器的Q值大2倍以上）我们分别模拟在三种混响时间条件下进行EASE4.0仿真模型设计扩声清晰度：(1)T60 = 2.0秒 语言清晰度：STIPA=0.5 （ 北京奥运会技术要求STIPA 0.5 ）(2)T60 = 2.5秒 语言清晰度：STIPA=0.45（语言清

25、晰度的临界值）(3)T60 = 4.0秒 语言清晰度：STIPA=0.4 （ 语言清晰度不理想）这种情况说明“多声源方式”布放线源阵列扬声器系统，只能在2.0秒混响时间条件下，才能保证奥运会语言清晰度要求。而混响时间T60 = 4.0秒时 STIPA=0.4，距离奥组委要求的STIPA0.5的技术指标差距很大，清晰度目标根本无法实现的。结论是明确的，纵然使用高Q值的线源阵列扬声器，在游泳馆的长混响时间条件下，采用分散布放方式，想保证游泳馆语言清晰度，也是无能为力的，依赖“建声”降低混响时间T60来弥补，按以往的统计和经验来看，根本不现实。下面采用PROSO高清线源音箱2只，满足覆盖全场时，在混

26、响时间为4秒条件下EASE模拟：计算机EASE仿真模型设计结论：混响时间4秒，使用2只PROSO高清线源音箱，语言清晰度传输指数STIPA将为0.69“最少声源方式”在大屏两侧布放2只FL-2Y高清线源音箱系统，能覆盖满场（每侧1只，每只18个FL-2Y模块构成）其指向性因子：500 Hz Q=571 KHz Q=1192 KHz Q=231（注：这比大型“点声源长冲程号筒”扬声器的Q值大6倍以上）笔者要求模拟在混响时间4秒条件下进行EASE4.0仿真模型设计扩声清晰度：(1) T60 = 4.0秒 语言清晰度： STIPA=0.69（ 远远超过北京奥运会技术要求STIPA 0.5 ）这种情况

27、说明“最少声源方式”布放高清线源音箱系统，能在4.0秒混响时间条件下，能保证奥运会语言清晰度要求。混响时间T60 = 4.0秒时 STIPA=0.69超过奥组委要求STIPA0.5技术指标的30%，哪怕混响时间再长一些扩声清晰度目标也没问题结论是明确的，使用PROSO高Q值的高清线源音箱系统，采用“最少声源方式”布放方式在游泳馆，即使在超长混响时间的恶劣条件下，也能保证游泳馆语言清晰度。完全不用依赖“建声”降低混响时间T60来弥补，按以往的PROSO类似案例（北京温都水城混响时间8秒环境下的扩声工程）和经验来看，根本没问题。布放2只高清线源音箱在大屏两侧的EASE模型声场分析清晰度、声压级、均

28、匀度（因篇幅有限除清晰度只展示结论）语言清晰度RASTI表1最大声压级 表2英东游泳馆扩声语言清晰度设计论证小结：使用EASE 4.0声学软件仿真模型设计，在英东游泳馆彩色显示屏两侧垂直悬挂2只，每只18个FL-2Y模块组成的PROSO高清线源音箱，在混响时间T60=4秒（500HZ1000HZ）条件下，其语言清晰度 STI=0.69及最大声压级都达到了奥组委要求提出的技术指标，而且有一定的设计余量。与荷兰声学家Peutz（传统临界距离公式发明人）扩声语言清晰度设计公式计算的结论是相同的，最后确定了“最少声源方式”布放高清线源音箱系统扩声方案，是在长混响时间T60=4秒（500HZ1000HZ

29、 满场）条件下，保证游泳馆观众席的语言清晰度是其关键，充分证明选用这种扩声方式是可以信赖的、稳妥的。垂直覆盖示意图垂直覆盖示意图水平覆盖示意图PROSO高清线源音箱的稳定性与可靠性的论证本次英东游泳馆扩声设计所选用的PROSO高清线源全天候FL-2型号系列的音箱，其单体模块中采用双12寸三分频两分推，所选用的12寸钕铁硼低频喇叭单元和另一个12寸中频钕铁硼喇叭单元，是选用世界最著名喇叭品牌之一的英国“百变龙” 品牌。音质、一致性、稳定性、可靠性非常高，是世界公认的，另外PROSO高清线源箱体设计理念既先进又科学，主动式电子分音让两个12寸频喇叭单元对应不同频率的表现分工明确，不像全频喇叭单元那

30、样负担重了，这样既提高音质又增加可靠性。PROSO高清线源全天候FL-2型号系列的音箱中高频钕铁硼喇叭单元采用PROSO著名的带状透镜耦合器专利技术，在它解决超大空间长混响环境下的扩声清晰度问题的同时，利用它的特殊结构：“带状耦合器”是由多个密集排列的小型音圈共同推挽一个带状音膜发声的原理（德国定做、专利保护），音圈间是并联关系，它们的可靠性来自于它们的特殊结构和材料，如同LED大屏的发光管一样不可能同时坏，这些密集排列的小型音圈，是互为备份的结构关系，它的特殊材料是来自于德国军工级的化工技术（专利保护）合成的，强度钢性、薄厚一致性、抗腐蚀性、耐热性很高，且非常的轻，如图例一：PROSO著名的

31、带状耦合器内部结构（图例一）PROSO著名的带状耦合器外形（ 图例二）它的外形是个长条状，很轻，体积非常小巧，且采用外部结构非常严谨，其抗震性、抗腐蚀性、阻燃性、抗温差性相当高。（如图例二）：应用了此技术所带来的另外好处是：它就不像常规线阵列音箱采用号筒或声透镜那样，需要很深和很宽的箱体尺寸，在同等声压级条件下，PROSO高清线源全天候FL-2型号系列的音箱是常规线阵列音箱体积的四分之一、重量的六分之一，从美观上也起到了“隐形”的味道，从吊挂的稳定性、安全性与可靠性方面，也有数倍的提高。本次英东游泳馆扩声设计所选用的PROSO 的DAF系列功放，也是也是为PROSO高清线源音箱量身定做的功放产

32、品，专家都知道，一般国内外专业功放的保护电路设计，是通过控制电压输入不削波失真，来控制电流防止削波失真的输出为目的，但电压转化成电流输出需要一个反应时间，遇到突发问题有时来不急，往往保护不利，而PROSO 的DAF系列功放 ，是靠内置微型电脑，实时的监测电流，来直接控制防止电流削波失真输出为目的，这种方式很直接，不需转化过程，因此在调音台信号失真后，导致PROSO 的DAF系列功放电平显示“红灯常亮”， 长时间满功率输出给扬声器时，长时间大声压级的喇叭仍然不失真，这时PROSO 的DAF系列功放的温度仍然保持“很冷”，并让它所服务的喇叭音圈，在大声压级状态下温度也持续“很冷”。功放与喇叭的工作

33、状态是良性循环，安全性与可靠性方面，也就有数倍的提高。这就是为什么它常服务与大型摇滚乐演出的原因。另外英东游泳馆的扩声设计所选用的所有产品，包括调音台、音频处理矩阵、各种信号源、音源、等所有周边器材都是应用过奥运会的进口名牌产品，所用设备产品的进货渠道都有厂家或总代理的直接授权安全性与可靠性方面，不容质疑。环保节能性本次英东游泳馆扩声设计所选用的PROSO高清线源全天候FL-2型号系列的音箱，所选用的喇叭单元，包括PROSO著名的带状透镜耦合器元件，是加入了超轻性、高阻性的PHL材料，阻抗在达到64欧姆时，高频灵敏度还能维持在106dB左右，低频也在98dB左右，功放和音箱的相隔距离如果很近的

34、话，这种高阻抗也就是意味着一台功放可以同时推动十几只甚至几十只音箱正常发声，如果声场要达到同等声学指标，这种技术所应用的功放数量非常少，同等条件下是常规扩声技术所使用功放数量的四分之一，耗费功率相应降低，耗电量也就大幅度减小，是常规扩声技术耗电量的四分之一，环保节能性当然很高。使用音箱线材的条数也就少了四分之三，为国家节省了大量资源。北京奥运会英东游泳馆应用了此技术，达到了绿色奥运，环保节能的目的。如果功放和音箱的相隔距离最长能达到一公里，也就是说常规功放数量条件下，使用标准音箱导线连接，定阻方式（音质好）仍可以正常使用。比如说：功放在控制室内，音箱可以在体育场的任何位置，都可以正常使用。向社

35、会揭示论证过程的意义针对不同声场环境，可定制专门特性的PROSO音箱来搭建系统。 PROSO音箱并不是“印刷厂”式的大批量生产，而像“画室创作”式的，根据不同的声场环境特性“量体裁衣”，定制针对性强，具备特殊参数及覆盖角的音箱及生产数量，从而使电声技术完美地与建筑声学环境相结合，往往在超长混响时间（7.8秒）、环境噪声很大（80dB）的恶劣声环境下，能做出超乎想象的高清晰度扩声结果，例：北京温都水城30万立方水空间，在超长混响时间（7.8秒）的环境下应用PROSO高清线源音箱，扩声清晰度STI-PA超过0.60。实践是检验真理的唯一标准，一个品牌的产品技术曾经做过多少项目并不主要，最关键的是做

36、过多少有代表性的项目“是否都很成功”；我们有湖南十运会的“株洲体育场”、“株洲游泳馆”(和英东游泳馆容积一样大小，混响时间也基本一样)，北京温都水城的超大玻璃“水空间剧场”、北京体育大学内的2008奥运会“中国国家综合体育馆群”（11个超大容积超长混响时间的体育馆扩声），北京师范大学内的2008奥运会“美国国家队多功能综合馆”， 北京交通大学内的2008奥运会“中国国家男子排球队训练馆”，即将在山东举行的十一届全运会“济宁体育馆”等都使用了PROSO个性化“量体裁衣”式的高清扩声技术解决方案。都是经过深入研究声学环境、通过声场扩声清晰度的严格计算设计解决方案、再利用EASE模型计算机分析论证，

37、最后“个性化”的针对设计，定制与扩声设计相符合的数量、指向性Q值的PROSO高清线源音箱，并成功地解决了以上这些案例中的各种因声学问题，包括解决如何提高语言清晰度和传声增益等扩声难题。通过每次对各种环境的各种声学难题的挑战，不间断深入研究理论与实践，并不断总结和积攒其规律性和经验；这些只是我们近3年来的探索与负责任的实践过程，但还有许多方面需学习提高，希望把此成熟的PROSO高清扩声技术能应用在英东游泳馆，解决声学难题，对社会有所贡献。同时把有用的经验献给社会并与同行们分享，是此次论证的意义。英东游泳馆的奥运会水球比赛中国VS美国英东游泳馆的奥运会水球比赛中国VS美国英东游泳馆的奥运会水球比赛

38、中国VS美国包括中央电视台2第一时间在内的多家媒体，集中报道了英东游泳馆科技奥运的几大亮点，首先提到扩声技术英东游泳馆是北京奥运会新建和改扩建的体育场馆扩声工程中唯一获奖的扩声工程以下是竣工后的专家组评估结论：扩声系统中的设备选配也是实现语言清晰度的保证：（一）高Q值，18个FL-2Y线源阵列模块，组成的2只高清线源扬声器，是保证高清晰度的关键；（二）选用SHURE的4入/1出自动混音台，始终保持一路输出，并且具有NOM功能，纵使有人插话，馆内声压级基本不变；（三）选配AFS反馈抑制器，防止和抑制建声产生的反射声等引起系统反馈，引起啸叫，保证扩声系统稳定，是实现语言清晰度的前提；（四）选配美国

39、雅士利12进12出DSP数字音频矩阵处理器，24bit A/D. D/A转换、处理，频带宽，动态大，S/N高（高达104db），不会给扩声系统带来噪声，信号/噪声的比高，有力的保证了语言清晰度；（五）24路4编组雅马哈调音台可进行调音，提高频率特性12KHZ电平，提高语言清晰度；（六）数字音频处理器可对电声系统进行分频、均衡、参数均衡、压缩/限幅等功能处理，保证传输特性达标。实质上是如实的反应语言或乐音的幅频特性，亦是保证语言清晰度实现；（七）使用数字音频处理器可对比赛、大会、音乐演出等不同功能要求，预先对数字功能模块预设、存储、调出，满足各种实用功能；（八）由于18个FL-2Y线源阵列模块频

40、带宽，从45HZ17KHZ可满足音乐播放，亦可通过调音台，低频提升，使其音乐丰满悦耳，高频明亮、有层次；（九）热备份用调音台一台，应急使用；扩声工程实施后的特性指标测量在07年末，安装调试的基础上进行自我检测，技术达标的情况下，主观试听：语言清晰、音乐丰满悦耳。2008年2月“北京08办”委托，“国家建筑工程质量监督检测中心”就“北京奥体中心英东游泳馆扩声系统”进行检测，具体如下：（1）检测依据体育馆声学设计及测量规程JGJ/T131-2000厅堂扩声特性测量方法GB/T4959-1995（2）检测仪器B&K公司：1027型信号发生器，4190型传声器3560B型多分析仪系统HP公司：3440

41、1A型数字多用表NTI公司：AL1型声学分析仪（3）检测结果：A.扩声系统特性指标（电声设计）数据* 最大声压级：107db* 传输频率特性：以125HZ4000HZ的平均声压级为0db，在此频带内观众席平均声压级不超过+2db,-1db* 传输增益：125HZ4000HZ的平均值为-5db* 扩声系统传输指数（即语言清晰度） 平均值为0.69 （STIPA）* 系统噪声：38db（A）,NR-32B建筑声学数据C检测结论北京奥体中心英东游泳馆扩声系统的最大声压级、声场不均匀度、传输频率特性、传声增益技术达到体育馆声学设计及测量规程JGJ/TBI-2000中的一级指标扩声系统语言清晰度指标国家

42、建筑工程质量监督检测中心检测各具体位置STI-PA平均值：0.69 STI最高值：0.79 STI空场测量STI-PA观众区各点的清晰度传输指数STI指标及分布图：其最大声压级：107 dB 超过奥组委规定 103 dB； 超过奥组委规定第三方客观检测确认英东游泳馆扩声系统设计达到了：* 体育馆声学设计及测量规程JGJ/T131-2000一级扩声特性指标；* 奥组委提出的最大声压级和语言清晰度的指标；通过此次实际检验，我们认为：通过论证围绕扩声清晰度为核心的设计采用最少的声源布局方式，最终结果证明是正确的，悬挂2只超高指向性Q值的，PROSO全天候“高清线源音箱”的高清扩声技术是很成功的。像“

43、大船的底部”倒扣在上面的顶棚，因顶棚只能承重三分之一的吸声体，大厅内80%的有害混响声来自于顶棚结论的认识奥组委提出的语言清晰度和最大声压级是体育场馆声学设计的画龙点睛之笔,道出了体育馆设计的活的灵魂：是核心、是要害，使扩声系统五项指标(必要条件)更加完全充分，是实事求是的举措，将掀起体育场馆设计的新篇章。1、厅堂场馆的语言清晰度设计是扩声系统的核心设计，笔者依据Peutz辅音清晰度损失率理念，对建声、电声进行综合考虑、互补设计；并结合声学软件EASE仿真模型设计，在设计阶段充分论证两种声源布局方式的扩声语言清晰度优劣，为寻找最佳扩声清晰度设计提供可靠依据。通过工程前的扩声清晰度设计论证与实际

44、工程后的检测，证明扩声清晰度论证数据与实际测量结果是相符的，这种以语言清晰度为核心设计扩声的论证方法是正确的、可行的。为今后的厅堂场馆正确的扩声清晰度设计，指明了方向；2、在超大空间超长混响时间的体育场馆语言清晰度设计，采用电声补偿建声的设计，使用少数量N、高Q值高清线源阵列扬声器系统扩声，集中悬挂布放，能为超大空间超长混响时间的体育场馆、文娱广场、休闲中心基地提供足够大声压级和高清晰度语言、丰满悦耳且有层次的音乐，效果是令人满意的，得到使用方的认可和赞许；3、我们在总结前辈成功经验、失败教训的基础上，通过实践认识再实践再认识，不断提高，不断完善我们的工作，使我们的工作做得尽善尽美。“实践是检

45、验真理的唯一标准”，让我们在实践中检验和提高自己吧！最后，让我们向具有真知灼见，有胆有识的，支持我们的奥体中心游泳馆彭维勇主任、何丽萍处长和各级领导表示衷心的敬意! 并诚挚的希望得到同行、专家们的批评斧正。扩声个性化设计的实质就是以人为本的扩声清晰度之设计兼述北京师范大学体育馆扩声工程个性化设计2010-6-1 祝科（总工）一、概述扩声工程个性化设计实质就是以人为本，以最佳效果为目的的两方面设计1.针对各个不同声场环境的扩声清晰度设计2.服务于扩声清晰度的功能与管理控制设计目前的问题是：业主投入各种项目的扩声资金不断提高，扩声清晰度却一直不高，但却能通过验收！原因之一：工程验收的五项扩声指标里

46、，目前暂时没有规定可测量的清晰度STTPA指标，因此满足扩声五项指标要求后还听不清也只能验收！原因是扩声五项指标是为清晰度服务的必要条件，但它们不是实现扩声清晰度的充分条件（要达到多种语言可懂度，清晰度STTPA指标要大于0.50 STI以上）原因之二：投入巨大资金做建声处理后的大型场馆，混响时间很难达标。其原因很复杂实际的混响时间往往比设计的偏长，这种环境下选择常规音箱、多声源布局扩声方式，语言清晰度很难达标。围绕体育场馆的扩声清晰度设计主要有三个部分。首先：语言清晰度的设计是第一位的，如何配置扩声系统设备来实现语言清晰度；如何实现音乐丰满度及多种功能的实现。其次：是扩声系统五项技术指标如何

47、设计，实质上也是语言清晰度的设计，只是必要条件而已。语言清晰度的设计，并结合该项目招标要求的五项扩声技术指标的设计，这才是扩声清晰度的充分必要条件。尤其是奥运会体育场馆提出语言可懂度STIPA0.50的技术指标，使其扩声系统设计指标更加完善。最后：是声学EASE软件仿真模型设计，是在工程设计阶段，就可预测体育场馆竣工后的语言清晰度（语言辅音清晰度损失率的百分比）。笔者例举北京师范大学体育馆之扩声工程个性化设计，就是依照上述之三个部分，按顺序进行设计的。本体育馆是北京奥运会的美国国家队各项目参赛队的专用综合热身馆，也是备受关注的最著名的梦之队美国国家篮球队热身的地方。美国方面要求语言扩声能让队员

48、们“很轻松的听清楚”，竟然要求达到扩声语言清晰度STIPA0.70（超过普通小型会议室的扩声语言清晰度要求）国内对于扩声清晰度方面的实践经验与研究相对落后和缺乏，不太适应这种非常高的清晰度要求. 截至目前，国内还没有哪个体育场馆的扩声语言清晰度有如此之高的要求！美国人测试认为：200Hz-4KHz间（1/3倍频程）对语言清晰度贡献之和为91.5中国人测试认为：200Hz-4KHz间（1/3倍频段）对语言清晰度贡献之和为93.8美国声学专家唐戴维斯说：“提供平滑的频响比扩展频响更重要！由增加频带宽度所引起的听觉感受，弱于不平坦的频响所带来的差别感受，对此很少有人能理解”。“英雄所见略同”，笔者在

49、考虑扩声设计时，也希望在观众席的声频率响应越平坦越好。这样，可以将语言、音乐的脉冲变化幅度随频率变化如实的反映到观众席听众双耳。传输频率特性越平坦，这样语言清晰度就越好，音乐的低频丰满度和高频明亮度也会越好。也就是指比赛大厅观众席，场地的幅频特性，一般可理解为声频率响应，它是指由主席台发言或场地声音 扩声系统 观众席声音的频率的响应，应该说在语言频段125Hz-4KHz间越平坦越好！因此业主要求语言可懂度STIPA0.70.当然这对于一个典型体育馆的声学环境来说，按行业习惯：扩声高清晰度的实现要依赖于“建声”大幅度的降低混响时间，语言可懂度STIPA0.70相当于很好的小会议室的扩声清晰度指标

50、，靠目前的建声处理技术，相当于把体育馆近6万立方米容积的比赛大厅的混响时间，降低到小于0.5秒条件下，常规扩声技术才能实现语言可懂度STIPA0.70，但对建声来说这是不可能完成的任务！笔者认为正确选择先进的声场扩声清晰度设计理念，结合先进科学的扩声技术与手段尤为重要，要解决此声学难题，首先不能墨守陈规，要敢于科技创新，必须另辟蹊径！大胆创新才有可能突破。二、扩声语言清晰度的设计：笔者认为在所有厅堂、场馆扩声系统设计中，扩声清晰度是灵魂，其中语言清晰度是第一位的，它即可主观试听，亦可客观测量，也是北师大学体育馆扩声系统的第一设计。（一）选择正确先进的声场扩声清晰度之理论设计依据。荷兰声学家Pe

51、utz 历经十年研究出的辅音清晰度损失率是设计的理论依据：式中：ST1是语言可懂度传递函数；ALcons%是辅音清晰度损失率百分比；D2：是扬声器离最远观众席距离；T60：是房间的混响时间；N：是功率比；（产生直达声的功率与直达声功率之外所有功率之比，相当于声源数量）Q：是扬声器的指向性因子；V：是房间的体积；M：是临界距离的修正值，一般M=1；美国声学家唐.戴维斯曾说过：Peutz的理论全世界每日在工程中应用，证明其理论精确与实用，另外，实践告诉我们依此理论所做的厅堂、场馆来看也是正确的。从理论公式可以看出，体育场馆的语言清晰度主要由两个专业决定，一是建筑声学之混响时间T60，二是电声专业之

52、扬声器Q值这是第一点。第二点，是辅音清晰度损失率越小，语言清晰度越高，因为ST1=0.94820.1845lnALcons%。语言清晰度临界值为ST1PA0.45，也就是ALcons%15%。我们设计场馆以此为据。北京奥运会对场馆提出ST1PA大于0.5，即ALcons%11%的要求。作为体育馆扩声系统设计，语言清晰度以ST1PA0.45（既ALcons%15%）作为依据。从建声和电声两专业进行设计。（二）建声和电声专业的语言清晰度设计。1、建声设计根据体育馆容积V=53887立方米，5000座位，每座容积11立方。依照JGJ/T131-2000体育馆声学设计及测量规程北京师范大学体育馆属于小

53、于80000立方米容积，混响时间规定应在1.3 1.6秒（满场5001000Hz），按常规扩声技术来设计，如果实现语言可懂度STIPA0.70，必须把北京师范大学体育馆近6万立方米容积比赛大厅的混响时间，要降低到0.5秒条件下，语言可懂度STIPA0.70才能实现，建声做不到！北京师范大学体育馆建筑声学是由北京建筑设计研究院进行设计，顶棚采用大面积网架结构，因考虑白天环保节能要求，其上铺设采光用的“透光”阳光板，为了采光节能环保要求，不能铺设吸声材料以免遮光；球节点金属网架以下四周侧墙全部采用木质厚板穿孔敷设，因考虑木板强度，穿孔率还不到7%，离墙体50mm，比赛场地为木质的篮球比赛用地板，主

54、席台、观众席及活动坐席为硬板塑料椅，经侧量混响时间T60在3.0秒左右（500Hz），远远无法满足常规电声设计要求。2、电声设计扬声器指向性因数Q值选取：在建声混响时间确定情况下，选取宽频带，高灵敏度，高Q值扬声器系统，在馆内使用最少的2只声源布放方式，来覆盖满场。根据北京师范大学体育馆的语言清晰度STIPA目标而计算推导扬声器指向性因数Q值过程笔者使用Peutz扩声声场辅音清晰度损失率（ALcons%）理论计算公式，依据PROSO高清线源音箱对北师大体育馆扩声环境的驾驭能力，要做到最可靠的也是最保险的语言清晰度设计，因此采取以下设计措施：笔者根据业主要求，把本体育馆的语言清晰度STIPA设计

55、目标定为平均值0.70，当然，这要远远高于北京奥运会场馆要求的语言清晰度STIPA平均值0.50。为了在长混响状态下保证扩声的语言清晰度，根据Peutz扩声语言清晰度设计的理论要求：能满足全场均匀覆盖前提下，用强指向性的声源布局的数量越少，全场扩声语言清晰度就越高(后有公式导算)。为此必须要求音箱能同时具备最重要的三个条件：（1）单只音箱具备超强指向性的宽覆盖（2）单只音箱具备极超高的全频声压级（3）单只音箱具备极超高的清晰度重放而PROSO高清线源音箱正是完全满足上述三个条件的具有“国际先进水平”的产品。根据笔者对本体育馆建声环境的分析和对PROSO高清线源音箱技术特性的了解，再结合以往笔者

56、对类似环境的扩声经验，其声源布局数量不能大于2只。这样体育馆即使长达3.0秒混响时间条件下扩声清晰度STIPA也能达到0.70。推算北师大体育馆符合语言清晰度设计要求的扬声器指向性因数Q值过程如下：扩声语言传输指数STIPA设计目标：求出辅音清晰度损失率：通过得出辅音清晰度损失率：制定测量的混响时间：制定满足覆盖的最少音箱数量：度量出比赛大厅声场容积：度量出覆盖最远观众距离：临界距离修正值：通过以上数据求出所需音箱的指向性因子：求出音箱500Hz条件下的指向性因子Q值：推算结论：定制2只PROSO高清线源音箱系统布放方案。每只所需各频率指向性Q值要求分别为：500Hz Q=64 ；1000Hz

57、 Q139；2000Hz Q277；4000Hz Q520；这种音箱数量很少；指向性因子Q很高的扩声系统，可满足混响时间T60为3.0秒的声场扩声清晰度STIPA平均值为0.70。在下面的PROSO高清线源音箱Q值表中，选择上面公式推导出的音箱Q值所对应的高清线源音箱型号、长度、相应拼接的模块数量 全天候高清线源音箱模块FL-2指向性因子Q值表根据上面Q值表所对应出以PROSO的20 只FL2模块拼接组成的一只长度为7米的，全天候高清线源音箱，其各频率指向性因数为：500Hz Q=64 ；1000Hz Q139；2000Hz Q277；4000Hz Q520；经上式推导所选择的音箱及布局方案：

58、（1）采用PROSO的FL-2高清线源音箱2只，长度分别为7米的，具备超高Q值及锐利垂直指向性的宽水平覆盖角度，以最少的两个声源满足全场覆盖布放的方式，同时考虑将来北师大体育馆的演出舞台位置，是放在体育馆一侧的LED全彩大屏幕的下方，因此把2只PROSO高清线源音箱分别对称式布放吊挂在大屏两侧，做到演出时的声像统一，既正好利用锐利的垂直角度，避开了占体育馆全部有害反射声、混响声80%的顶棚，再次提高了扩声清晰度。又利用锐利的垂直角度，制造“灯下黑”避开了大屏下面舞台上的演出话筒，提高演出扩声的传声增益。整个扩声系统的直达声分别覆盖两侧及对面的全场观众席及比赛场地（覆盖比赛场地的音量可单独控制）

59、。（2）采用4只F12全频带号筒式音箱作为主席台或舞台的流动返听音箱（音量可单独控制）。（3）采用四只NP7超低音悬挂在大屏上方的马道上，配合PROSO的FL2高清线源音箱，增加演出时的低音丰满度，并覆盖体育馆所有观众席及比赛场地（音量可单独控制）。注：这里是否能提高语言清晰度的关键是PROSO的FL2高清线源音箱的2000 Hz的Q值，加之500 Hz的指向性Q值，是明显影响语言清晰度的主要因数，它们也是影响传输频率特性的主要部分，况且500Hz也是明显影响语言清晰度的起始点。（三）扩声系统中管理与控制设备的选配也是实现语言清晰度的保证。1、高Q值、宽频带、大功率、高灵敏度、同时具备超强指向

60、性的宽覆盖的PROSO高清线源音箱的选取是保证语言清晰度的关键。2、选配SHURE强大超数量的AFS反馈抑制器，防止、抑制建声造成的反射声等引起反馈啸叫，保证系统稳定，是实现语言清晰度的保证。3、主席台、裁判席、PROSO返送音箱配置，防止演说者听不到自己声音而声嘶力竭，引起系统过载，引起失真，影响语言清晰度。4、选配ASHLY 的DSP数字音频处理器， 24bit A/D 、D/A转换和处理、频带宽、动态大，S/N高（高达104 dB），不会给扩声系统带来噪声，S/N高，有利保证语言清晰度。5、对MIDAS调音台和dbx均衡器可进行调音，提高影响语言清晰度频率12KHZ，增大清晰度。（四）、