1、工程概況及聲場(chǎng)分析
國(guó)家殘疾人冰上運(yùn)動(dòng)比賽訓(xùn)練館是全國(guó)首個(gè)殘疾人冰上項(xiàng)目比賽訓(xùn)練專業(yè)場(chǎng)館，同時(shí)也是北京2022年冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)重點(diǎn)工程之一，項(xiàng)目位于順義區(qū)后沙峪地區(qū)的中國(guó)殘疾人體育運(yùn)動(dòng)管理中心園區(qū)內(nèi)，固定座位1584個(gè)，無(wú)障礙坐席67個(gè)，總占地面積26901.6平方米，于2018年12月30日正式開工建設(shè)，場(chǎng)館建成后將成為專項(xiàng)服務(wù)殘疾人冰上運(yùn)動(dòng)、具有無(wú)障礙示范引領(lǐng)作用的專業(yè)化冰上運(yùn)動(dòng)比賽訓(xùn)練場(chǎng)館，為國(guó)家冰上項(xiàng)目隊(duì)備戰(zhàn)冬殘奧會(huì)提供更好的保障。
國(guó)家殘疾人冰上運(yùn)動(dòng)比賽訓(xùn)練館項(xiàng)目不同于一般的項(xiàng)目，政治意義更大不允許有任何閃失，在擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，北京達(dá)尼利華科技發(fā)展有限公司工程師團(tuán)隊(duì)走訪建筑設(shè)計(jì)院了解該場(chǎng)館的建聲設(shè)計(jì)情況，同時(shí)實(shí)地考察館內(nèi)聲學(xué)環(huán)境，由于館內(nèi)自然采光以及美觀性的要求，無(wú)法大量的懸掛空間吸聲體，同時(shí)大面積的冰面對(duì)聲學(xué)環(huán)境影響極為不利，冰面吸音系數(shù)500Hz僅為0.01，屬于強(qiáng)反射材料，聲音投射到冰面上會(huì)被大量的反射，再經(jīng)過(guò)頂棚的二次反射，造成了館內(nèi)聲場(chǎng)渾濁，講話聽不清楚。
綜上所述，其聲場(chǎng)環(huán)境不容樂觀。因此就要考慮用什么樣的揚(yáng)聲器和布局設(shè)計(jì)，會(huì)在較大聲壓級(jí)條件下又能最小化的激發(fā)聲場(chǎng)以提高早后期聲能比，同時(shí)避免聲能集中在冰面上，遠(yuǎn)離冰面的反射。因此決定在保證擴(kuò)聲STIPA達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，利用V.M.A.Peutz理論公式來(lái)計(jì)算推導(dǎo)揚(yáng)聲器布局方案及數(shù)量，并做EASE論證。結(jié)合我公司在其他長(zhǎng)混響聲場(chǎng)條件下的經(jīng)驗(yàn)及殘疾人冰上訓(xùn)練中心的實(shí)際建筑聲學(xué)環(huán)境，采用聲源布點(diǎn)位置最少數(shù)量的2組高清線源揚(yáng)聲器作為主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器，即分別布放在大屏兩側(cè)覆蓋全場(chǎng)，它可保證混響時(shí)間達(dá)5秒條件下擴(kuò)聲語(yǔ)言清晰度STIPA指標(biāo)超過(guò)0.50。
2、擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)需達(dá)到的聲學(xué)特性指標(biāo)：
滿足GB28049-2011《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的體育館擴(kuò)聲系統(tǒng)一級(jí)指標(biāo)
具體要求如下：
1）語(yǔ)言傳輸指數(shù)：STIPA空?qǐng)銎骄担?.50（業(yè)主要求每個(gè)測(cè)點(diǎn)指標(biāo)不小于0.45條件下，其平均值下方可有效）。
2）最大聲壓級(jí)（峰值）： 觀眾看臺(tái)區(qū)≥105dB；場(chǎng)地區(qū)≥98dB
3）傳輸頻率特性：以125~4000Hz平均聲壓級(jí)為0dB,在此頻帶內(nèi)允許± 4dB的變化(1/3倍頻程測(cè)量);63-125Hz和4000~8000Hz的允許范圍由標(biāo)準(zhǔn)GB28049-2011《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》的圖8斜線部分確定；
4）傳聲增益： 125~4000HZ平均值≥-10dB。
5）穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)不均勻度：中心頻率為1kHz、4kHz（1/3倍頻程帶寬），大部分區(qū)域不均勻度≤8dB。
6）系統(tǒng)總噪聲級(jí)：NR-25
7）總噪聲級(jí)： NR-30
3、設(shè)備選型
為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)指標(biāo)，確保在冰球館混響時(shí)間偏長(zhǎng)的情況下仍能保證擴(kuò)聲語(yǔ)言清晰度達(dá)到世界級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，主擴(kuò)線陣列揚(yáng)聲器選擇的是可駕馭長(zhǎng)混響時(shí)間的PROSO高清線源陣列擴(kuò)聲系統(tǒng)。
PROSO線源陣列揚(yáng)聲器組的原理：
PROSO線源陣列音箱之專利：高頻帶狀耦合器也叫“平面波發(fā)生器”，是由多個(gè)緊密垂直排列的小音圈共同推動(dòng)一個(gè)帶狀音膜發(fā)聲，且共用一個(gè)帶狀磁體，這樣模塊之間不存在梳狀濾波器效應(yīng)，杜絕高頻有害干擾問題。當(dāng)耳朵距離振膜很近時(shí)，聽到的是局部某個(gè)小音圈推動(dòng)振膜局部能量，近聽不吵，當(dāng)耳朵距離高清線源音箱越遠(yuǎn)時(shí)，聽到的是系統(tǒng)整體的聲音，遠(yuǎn)聽不小。
隨著音箱模塊垂直排列的數(shù)量增加，Q值增大，指向性增強(qiáng)。但無(wú)論多少模塊，只要緊密垂直懸掛在一起仍然是一只音箱系統(tǒng)。聽起來(lái)也是一只音箱（相當(dāng)于數(shù)量N =1）。
因?yàn)槭侵娌ㄝ椛洌嚯x增加一倍3dB下降，聲場(chǎng)均勻度肯定好；因?yàn)橹娌ㄝ椛�，指向性�?qiáng)，容易調(diào)試，不易產(chǎn)生嘯叫，傳聲增益高。
在建聲混響時(shí)間超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，甚至體育場(chǎng)混響時(shí)間長(zhǎng)達(dá)4秒條件下，只要采用數(shù)量少、指向性Q值高的PROSO高清線源音箱系統(tǒng)方案，就能保證語(yǔ)言清晰度。
在長(zhǎng)混響時(shí)間條件下，保證冰球館內(nèi)語(yǔ)言清晰度，點(diǎn)聲源傳統(tǒng)音箱系統(tǒng)和傳統(tǒng)線陣列音箱是無(wú)能為力的，是根本不可能的。
（1）高Q值指向性因子線源陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)PROSO FL-2全天候線源陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)，使用2組，N僅為2，就可覆蓋滿場(chǎng)。
* 著名品牌PROSO的FL-2全天候線源陣列揚(yáng)聲器Q值隨線源陣列長(zhǎng)度（音箱模塊）增加而增加，Q值可以很高，指向性可很強(qiáng)。12只PROSO FL-2線源陣列音箱模塊（如圖）
其指向性因子： 500HZ Q=38
1000HZ Q=76
2000HZ Q=151
這是任何點(diǎn)聲源揚(yáng)聲器根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)和達(dá)到的，各體育場(chǎng)館具體應(yīng)用PROSOFL-2線源陣列模塊長(zhǎng)度（模塊疊加數(shù)量）多少，依據(jù)所需指向性因子Q值而定，可參考其一覽表：
* PROSO全天候線源陣列揚(yáng)聲器FL-2僅有水平指向性900，垂直指向性很小，隨陣列長(zhǎng)度越長(zhǎng)越趨尖銳，利用此特性能有效避開占有害混響聲80%的頂棚，并且柱面波傳播，距離增加一倍，3db衰減；即提高均勻度又提高清晰度。
* PROSO FL-2線源陣列揚(yáng)聲器其頻帶寬，45HZ——18KHZ；靈敏度106db/m.w，功率600W，對(duì)于幾百米長(zhǎng)度具有足夠大聲壓級(jí)是不存在問題的，僅僅增加線源陣列的長(zhǎng)度（數(shù)量）而已；
（2）揚(yáng)聲器陣列數(shù)N是根據(jù)覆蓋場(chǎng)地寬窄而定，一般場(chǎng)合應(yīng)對(duì)稱布放，N=2效果最佳。線源陣列數(shù)量越少，其間梳妝濾波器干涉越小，越有利于語(yǔ)言清晰度實(shí)現(xiàn)。
4、電聲彌補(bǔ)建聲不足實(shí)現(xiàn)STIPA目標(biāo)的理論依據(jù)：
美國(guó)著名聲學(xué)大師唐·戴維斯在其著作中評(píng)價(jià)peutz輔音清晰度損失率設(shè)計(jì)理念是跨世紀(jì)的貢獻(xiàn)，在全世界它每天被使用，檢驗(yàn)了它的精度和實(shí)用性。
德國(guó)著名聲學(xué)大師阿諾特將其數(shù)學(xué)模型應(yīng)用在ADA公司EASE聲場(chǎng)預(yù)測(cè)軟件中，即ALcons%
、STIPA的聲場(chǎng)模擬計(jì)算依據(jù)就來(lái)自于Peutz公式。
下式為荷蘭聞名聲學(xué)大師Peutz對(duì)擴(kuò)聲語(yǔ)言清晰度準(zhǔn)確性的預(yù)測(cè)公式：
STIPA = 0.9482－0.1845×ln×ALcons%
式中： ALcons%——輔音清晰度損失率百分比；
D2 ————揚(yáng)聲器到最遠(yuǎn)聽眾席距離；
RT60——— 房間的混響時(shí)間；在超大空間內(nèi)是指聲能衰變時(shí)間；
N ————功率比（或相等功率的揚(yáng)聲器數(shù)量）；
Q ————揚(yáng)聲器的指向性因子；
V ————聲場(chǎng)的容積；
M ————臨界距離Dr修正值，通常取1
AL%＜7%－12% 屬于較好的語(yǔ)言清晰度
5、為實(shí)現(xiàn)STIPA目標(biāo)依據(jù)上述理論而采取的電聲手段：
根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的建聲的RT60計(jì)算數(shù)據(jù)，以及在聲場(chǎng)各位置的RT60分布圖給電聲參考，但考慮因超大空間導(dǎo)致計(jì)算出現(xiàn)誤差是難免的。因此，電聲設(shè)計(jì)所依據(jù)的RT60必須要有安全余量，也就是如果實(shí)際的RT60比預(yù)計(jì)的偏長(zhǎng)一些，電聲也要保證STIPA目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因此北京達(dá)尼利華公司在擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)上，選擇在四個(gè)方面具體做法來(lái)確保指標(biāo)安全余量。
（1）提高STIPA目標(biāo)值——當(dāng)實(shí)際RT60出現(xiàn)偏差威脅STIPA目標(biāo)時(shí)，也可增加設(shè)計(jì)目標(biāo)保險(xiǎn)系數(shù)；
（2）增加RT60指標(biāo)余量——提高RT60安全余量，即當(dāng)實(shí)際RT60大于設(shè)計(jì)值時(shí)仍確保STIPA目標(biāo)值；
（3）減少聲源布點(diǎn)數(shù)量——降低多個(gè)聲源間因相互延時(shí)所引起的聲場(chǎng)干涉問題，確保STIPA目標(biāo)值；
（4）選擇高Q值線聲源——垂直輻射窄高Q值寬覆蓋可減少罩棚反射和聲源數(shù)提高早后期聲能比；
將STIPA目標(biāo)值、500Hz的RT60預(yù)計(jì)值、聲場(chǎng)容積V、覆蓋最遠(yuǎn)聽眾D2等參數(shù)導(dǎo)入上計(jì)算公式，得出所需線源陣列揚(yáng)聲器組500Hz 指向性Q值為37.5，所需布置的組數(shù)為2組。
查閱低頻能量及指向性Q值皆高的PROSO雙12寸的線源陣列揚(yáng)聲器Q值表對(duì)照，與上式推算出的500Hz 指向性Q值為38參數(shù)最接近的型號(hào)中，500Hz 的Q值是38所對(duì)應(yīng)的線源陣列組的長(zhǎng)度為4.2米。結(jié)合對(duì)以往類似建筑幾何形狀的聲場(chǎng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，做出以下的布局設(shè)計(jì)。
為使擴(kuò)聲系統(tǒng)有能力彌補(bǔ)因建聲不足引起的混響時(shí)間偏長(zhǎng)等可能發(fā)生的建筑聲學(xué)缺陷,國(guó)家殘疾人冰上訓(xùn)練中心擴(kuò)聲系統(tǒng)揚(yáng)聲器采用相對(duì)集中布置的擴(kuò)聲方式，在大屏兩側(cè)集中吊裝2組主擴(kuò)聲內(nèi)置雙12寸低頻單元的線陣列揚(yáng)聲器，覆蓋觀眾席區(qū)域和場(chǎng)地區(qū)域；同時(shí)做左右觀眾席上方分別吊裝1只內(nèi)置12寸低頻單元的全頻揚(yáng)聲器作為左右補(bǔ)聲揚(yáng)聲器，在主席臺(tái)上方吊裝2只內(nèi)置12寸低頻單元的全頻揚(yáng)聲器作為主席臺(tái)返送揚(yáng)聲器。同時(shí)在大屏上方集中吊裝2只內(nèi)置雙18寸低頻單元的超低頻揚(yáng)聲器，增加音樂重放時(shí)的豐滿度。
