扩声系统在大型体育场馆安装施工技术

国家速滑馆为综合性冰面体育场馆，场馆具有可同时举办短道速滑、花样滑冰和冰球相关赛事的能力。扩声系统以语言扩声为主，满足语言扩声及训练扩声使用的要求，场馆语言清晰度、声压级为国家一级标准，同时也可作为音乐扩声及演出活动辅助性演出扩声使用。1 扩声方案的选定国家速滑馆投影大致呈椭圆形，南北长约240 m、东西宽约174 m、高约33.8 m。冰面包含1条400 m×18 m专业速滑道场地，2块30 m×61 m国际标准溜冰场,冰面总面积达10 514 ㎡，场地空间巨大，结合冰面以及比赛大厅建筑做法，最终确定扩声系统最优方案（图1）。图1 场馆空间1.1 扬声器选定国家速滑馆结构挑蓬面积巨大，冰面吸音系数较低，造成观众区混响时间较长，顶棚所产生的有害混响声以及反射声占整个空间的80 %，因此扬声器要在“长混响”环境下确保语言的清晰度和音乐重放的丰满度与清晰度，决定选用低频指向性好、大功率的双12寸中频喇叭单元构成的全天候线阵列扬声器组，声学指标满足《北京冬奥会竞赛场馆音视频系统技术指标》，其中声压级（峰值）为105 dB，声压级（有效值）为95 dB，平均声压级为±5 dB。

1.2 扬声器布置

扩声系统集中吊装于中圈马道。马道自重110 t，总长454 m，均布约为242 kg/m。扬声器的布置要充分考虑马道的荷载情况。西侧观众席上方集中吊挂3组内置双12寸低频单元线阵列扬声器，总重量750 kg；东侧观众席上方集中吊挂3组内置双12寸低频单元线阵列扬声器总重量750 kg；东侧观众席上方集中吊挂两组面阵列音箱，每组6只，总重量300 kg；南北侧观众席各吊挂4组内置双12寸低频单元的线阵列扬声器作为补声扬声器，总重量100 kg，同时东侧观众席上方配备4只内置双18寸低频单元的超低频扬声器，总重量300 kg。线阵列扬声器采用每3只扬声器单元为1组，采用并联形式，接受1台四通道功放的输入信号，确保1只扬声器损坏的情况下不影响另外1只扬声器扩声。同时，各方向线阵列的某组扬声器单元出现故障时，均不影响这个方向线阵列其他单元扩声。这种相对集中加分散布置线阵列扬声器方式，不仅对全场的延时声干扰较小，而且可增加音乐重放时的丰满度。

1.3 线材及系统布置音频线缆经扩声线槽沿马道钢梯敷设至2层扩声控制室机柜，扩声系统音频处理中心采用以数字处理为核心的消防智能联动数字矩阵，可与集中控制系统联动，并与视频系统、转播系统、内场广播系统进行信号联络,满足各系统对扩声系统的信号需求和紧急情况下场内的扩声需要。

2 扩声系统安装马道上场地灯光、安防、消防等多个机电系统布置繁多，扬声器的吊挂位置不仅要考虑本系统声学、荷载自重问题，还要考虑与其他各机电系统的相对位置关系及抗干扰能力，因此吊挂位置要精准定位，达毫米级别。2.1 扬声器吊挂基础安装基础采用5号槽钢，根据整组线阵列扬声器的指向性和弯曲角度进行精确定位组装，每个基础需要钻孔12个，因钻孔位置决定后期音箱的安装角度，因此需要使用精密机床进行钻孔，孔距误差不大于5 mm（图2）。吊挂基础使用定制抱箍固定于马道主结构横梁上方，每个基础采用6个抱箍固定，抱箍均采用高强度螺栓固定（图3）。图2 扬声器吊挂基础图3 吊挂基础与马道结构固定2.2 扬声器吊装与就位每组扬声器之间用高强度固定件连接，在加大扬声器整体强度的同时，可以控制扬声器整体角度。扬声器的接线电阻需达到5~6 Ω，线间不能有短路。扬声器采用4点吊挂的方式，将承重点选择在已在马道固定的吊装基础结构上，采用4点吊挂的方式均匀分散每组扬声器的重量（图4）。图4 扬声器吊挂示意扬声器和吊挂基础之间通过6号304不锈钢链子以及 8不锈钢卸扣连接。最终将扬声器吊装在膜下方60 cm处，确保膜和马道之间的间隙与扬声器不发生冲突（图5）。图5 扬声器吊装就位2.3 扩声周边设备安装扩声系统设备周边设备较多，在整个系统搭建时需要按照严格的要求，保证各个设备之间可以稳定地传输信号。扬声器线单独敷设在信号线桥架，信号线桥架内不能有强电电源线，避免电磁场对音频信号的干扰。各个插头之间采用平衡式接法，根据各个设备的不同选用不同的接插件。所有音源设备经过跳线盘将声音信号输入至调音台。3 建筑环境对扩声系统的影响由于场馆各功能空间的立体构成，应充分考虑空间界面材料声学属性等声学环境特征。声音可以清晰地覆盖观众席、比赛场地及主席台等各功能区域，确保有足够的响度和平衡感。3.1 比赛大厅满场声学模拟分析模拟混响时间共设置4个声源，声源位于第二圈马道东南西北正下方1 m处，声源均为无指向性点声源。20个声源接收点均匀布置在观众席及比赛场地，距观众席和比赛场地分别为1.2 m、1.6 m。场馆内各频率吸声系数见表1。表1 各频率吸声系数3.2 模拟分析结果满场情况考虑观众及座椅的吸声贡献，赛时约12 000人，满场按照80 %，即9 600人。首层看台下竖墙位置多为媒体摄像人员、志愿者及安保人员，混响时间的控制应尽可能低，采用铝格栅吸声构造，以利于语言清晰度的提高。VIP玻璃及技术用房存在不利于观众及运动员听闻的声反射，甚至可能会影响比赛，因此应充分考虑扩声系统扬声器的调试。4 扩声系统的调试当扩声系统安装完毕，使之处于正常工作状态。再利用系统分频器、均衡器、延时器、压限器、反馈抑制器等设备，结合专业测量信号和声学检测仪器等对系统进行初步调试，并结合主观试听，在深度调试前调整到系统的最佳补偿状态。4.1 扩声系统初步调试整个系统调试的关键是扩声系统初步调试，初步调试涉及最多的是设备、调试的部位以及遇到的问题，所以要集中精力完成。需要准备的仪器和工具有相位仪、噪声发生器、频谱仪（含声级计）、万用表等。从音源开始逐步检查信号的传输情况，只有信号在各个设备中传输良好，才能使功放和扬声器得到经过正确处理的信号，才能获得更好的扩声质量。国家速滑馆属于对称的体育建筑，观众席测点可按看台的1/4区域内选取总座席的3 ‰，作为观众席测试点的数量。而在比赛场地1/4区域内选取9个点作为场地的测量点，上述测点做到分布均匀并具代表性。利用频谱仪在20 Hz~20 kHz的音频范围内，显示的速滑馆频响曲线在各测试点基本平直，对各个点进行测试时要使音量保持一致，记录调试后的均衡各频点电位器的位置依照扬声器的参数类别设定高、中、低频的分频点，直到各频段的听感平衡后，测定场地内声压级。在保证信号最佳动态的前提下，使系统的扩声声压在各点都达到设计的声压级，参考场馆内建筑材料对场地扩声的影响，调整扬声器的角度、摆位、指向，使声场的均匀度达到平衡状态。4.2 扩声系统深度调试依据JGJ/T 131—2012《体育场馆声学设计及测量规范》和GB/T 28049—2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》检测标准，在较低的环境噪声下，按照初步调试中选取的测试点，逐个对选取位置进行仪器测量，对扩声系统进行深度调试。4.3 扩声系统模拟运行扩声系统在正式运行前必须进行系统的模拟运行，系统中各个设备的工作状态各不相同，应检查各个设备在满负荷运行和长时间运行时的工作稳定性和发热情况，包括音质的变化、无线话筒的稳定性、各设备长时间工作时产生的噪声情况等。此外，供电线路和设备的发热情况直接关系工程的安全性，工程技术人员应高度重视。4.4 扩声系统总体调试各项系统调试分别完成后即可对整个系统进行总体调试，其主要任务是在场馆各个机电系统协同运行中检查相互关联的部分是否运行协调，确保在运行时不会产生相互影响和干扰，如检查场馆内大屏视频的切换能否使扩声系统产生噪声，检查场地灯光系统中的调光动作能否对扩声系统产生干扰等。5 结束语国家速滑馆扩声系统的方案选定、整体的安装调试，是扩声系统在大型体育场馆，尤其是冰面及超大面积挑蓬结构场馆安装运行的一次成功案例。通过扩声方案的反复计算比选扬声器的正确吊装、指向摆位，充