1、舞台灯光系统设计体育场馆 扩声系统配置说明2015-01-21贵州恒汇川科技有限公司一、系统概述：体育管扩声项目在进行扩声设计时，不仅要考虑音响设备对建筑声场的要求，也要考虑到项目的工程预算，音箱和建筑装修的搭配。体育管主要满足语言及音乐扩声需求。该场所包含一个舞台，考虑到演出效果，也为了使系统的音频系统按照设计方案达到最佳效果，整个系统的设计应该从音源拾音和还音输出两个方面来考虑。从功能和使用角度上对这两个方面的要求是进行系统设计的根本依据。我方根据图纸规定的技术指标及各项功能要求，参照相关国家标准，对声学的特性指标进行了大量模拟实验和严格计算，精心设计了方案。在建声条件满足的情况下，将会完
2、全达到专业扩声系统的所有标准。由于语言信号主要集中在中频段，这里的等响曲线的曲度相差较小，所以基准声压级可以取98-103dB，同时为系统的扩声留下12-8dB的峰值余量及1-3dB的环境噪音余量。本扩声系统既要满足一定的声压级，最主要的是其混响时间不能过长，而且还要满足音乐扩声时的丰满度、明亮度及方向感（声像定位）。二、扩声系统设计依据及相关准则：2.1扩声系统的设计指标扩声系统的设计指标参考GB50371-2006体育场馆类及会议类扩声系统声学特性指标要求，在首先满足音乐类节目和保证语言清晰度及可懂度的扩声需求的同时还兼顾综艺表演的扩声需求。扩声系统设计要优于厅堂扩声系统设计规范(GB50
3、371-2006)标准中规定的体育场馆类及会议类扩声系统扩声系统二级指标。根据厅堂的使用功能是以音乐、语言为主，所以在制定扩声系统的声学指标时必须兼顾语言和音乐两种功能。具体要求如下：表1 体育馆扩声系统声学特性指标等级最大声压级（dB）传输频率特性声场不均匀度传声增益（dB）系统噪声一级105dB以1254000Hz平均声压级为0dB，在此频带内允许4dB的变化，63125Hz和4000Hz8000Hz的允许范围见图1.7.11000Hz，4000Hz时，大部分区域8dB125Hz4000Hz10dB不产生明显可察觉的噪声干扰二级100dB以1254000Hz平均声压级为0dB，在此频带内允
4、许10dB4dB的变化，63125Hz和40008000Hz的允许范围见图1.7.21000Hz，4000Hz时，大部分区域10dB125Hz4000Hz12dB不产生明显可察觉的噪声干扰三级95dB以2504000Hz平均声压级为0dB，在此频带内允许6dB4dB的变化，125250和40008000Hz的允许范围见图1.7.31000Hz，4000Hz时，大部分区域10dB250Hz4000Hz12dB不产生明显可察觉的噪声干扰图1.1体育馆一级传输频率特性范围图1.2体育馆二级传输频率特性范围图1.3体育馆三级传输频率特性范围2.2设计依据2.2.1甲方提供的有关图纸和文件2.2.2国家
5、及行业的有关技术标准依据现有的国家标准、规范，并参照国际上通用的规范进行。基本技术依据的概念，在此为参照和等同。（包括特性参数要求标准、特性参数测量方法规范标准、电气设计规范、安装要求等）GB/T 4959-95 厅堂扩声特性的测量方法；GB/50371-2006 厅堂扩声系统设计规范；GYJ25-1986 厅堂扩声系统特性指标； GB4959-1995 厅堂扩声特性测量方法；GBJ 76-84 厅堂混响时间测量方法；SJ2112-82 厅堂扩声系统设备互联的优选电气配接值；GB/T50314-2000 智能建筑设计标准；GB30962008 声环境质量标准；GB8898-2001 音频、视频
6、及类似电子设备安全要求；GBT3241-1998 倍频程和分数倍频程滤波器；GBT9003-1988 调音台基本特性测量方法；GB50052-95 供配电系统设计规范；GB50116-98 火灾自动报警系统设计规范；WH-19-2003 扩声系统的图符代号及制图规则；GB/T 1419793 声系统设备互连的优选配接值；GB1206089 声系统设备一般术语解释和计算方法；GB/T1447693 客观评价厅堂语言可懂度的“RASTI”法；GB/T155081995 语言清晰度的测试方法；GB50254259-96 电气安装工程施工及验收规范；GB50169-92 电气安装工程接地装置施工质量验
7、收规范；GB50303-2002 建筑电气工程施工质量验收规范；GB/T126661/6/90 电缆的耐燃性考核标准；GB50217/94 电缆设计规范； GB50258/96 电缆敷设规范；2.3设计相关事项声学设计规范中要求座位区的音质主要是足够声压级，语言清晰、可懂度高，其次是丰满度，厅内各处要有合适的响度和均匀度，观众区的任何位置不得出现回声和声聚焦等声学缺陷，并无来自观众厅内设备、外界环境噪声的干扰，这些指标形成室内音质设计的综合效果。2.3.1语言清晰度（a）、语言可懂度的影响因素有：1、音响系语言听闻条件的最后评定指标，是对语言能够听清楚的程度，即语言清晰度。它可以通过一定测验程
8、序获得。即在室内，由一位讲者根据预先规定的字表，念出一系列无连贯意义的单音节拍音，然后由许多正常听力的听者，将器听到的语音尽可能正确地用汉语拼音记下，器听得到的正确音节百分数称之为语言清晰度。即：音节清晰度S 听众正确听到的音节数 100% 测定用全部音节数由于语言有连贯意义，所发音节清晰度S在60以上就可认为很满意，引起可懂度已接近满分。当音节清晰度在35以下，则感到费力难懂；在35左右，听众需要注意力集中才能听懂。室内要达到满意的语言清晰度，通常要考虑到下列四个因素1、讲者的语声是否足够响，否则必须采用扩声系统。2、室内不受噪声和过分混响的干扰。3、室内形体设计中不出现回声和声聚焦，并使全
9、听有均匀分布的声场。4、在不用扩声条件下，讲者必须朝向听众发声，或者朝着发射面把言语声能有效地发射给听众。2.3.2语言可懂度的设计1、扬声器系统的带度和频率响应；2、响度和信噪比、3、室内混响时间；房间体积、尺寸和场地形状；4、从聆听者到扬声器的距离；5、扬声器的因素；6、投入运行的扬声器数量；7、直达声与混响声之比；8、讲话内容的传送速率；9、听众的分辨能力。（b）、 语言可懂度设计的原理由于讲话覆盖频率范围为100Hz8KHz，最大语音功率出现在250HZ和500Hz频段，在高频处迅速跌落，较低频率相应于无音，而稍高频率则为辅音，以2KHz为中心的倍频程段对可懂度影响约30%，在4KHz
10、和1KHz分别为25%和20%，这表明延伸高频响应具有重要意义，应保证24KHZ的可懂度重要频段具有适当的信噪比。（c）、语言可懂度的设计1、 选用优质、合理的扬声器2、合理选用电子周边设备，对局部频段进行调整，提高24KHZ频段的可懂度，使得在10KHZ范围内可懂度能有效改善。A：根据以上要求并仔细审阅了图纸，对系统方案内建筑数据 *建造体型形状（关系到声学缺陷的产生，反射声的分布） *系统方案体积（确定混响时间）*室内墙面、顶棚、地板、座椅等材料吸声系数*座位数和他们的排列。做了充分了解后，结合建筑体型和建筑声学特点，从满足使用功能角度出发，精心设计出一套能够符合功能要求、满足声学特性指标
11、要求的扩声系统方案。 B: 并以电声为主、建筑声学为提供的音质设计指导思想。首先对该体育中心系统方案内的建声特性进行分析研究（主要是吸声处理、吸声材料的选择、混响时间的确定和近次反射声的分布）。在对以上建声特性指标有了充分的了解并确定后，进而是扩声系统的声场设计。因为只有对声场深入仔细了解后，才能给出准确的电声设计指标，获得最佳的音质效果。C：室内的声学系统是由建声、电声以及形成室内空间的建筑要素组成的一个系统工程，在系统思想的指导下，以追求使用功能的整体效果最优为目的。2.3.3扩声系统对建筑声学的要求随着科技的进步技术的发展，特别是数字技术在音频领域中得以应用，使得声信号的记录、传输和重放
12、的音质有了很大的改善，但是决定音质的好坏不仅与设备有关，还与声学环境和入耳的听觉特性有关。在同样设备的条件下后者显得更为重要。所以系统方案扩声系统设计的根本问题是声学问题，不是简单的设备选型与组套，系统方案内的最终音质效果是电声与建声综合设计效果的体现，扩声系统设计首先要研究指定空间的声场，这一点非常重要。只有对要设计的场所进行深入的了解、并进行仔细的研究后，进而对场馆进行建声设计、处理和电声系统设计，并使二者完美结合，才能给出准确的“设计”，并获得最佳的音响效果。混响时间的确定一般来讲，混响时间短可提供语言的清晰度，混响时间稍长可提高语音的丰满度，但混响时间过长也会严重干扰视听，使语言清晰度
13、大大的降低。我们认为，应首先保证语言清晰度为主要目的。所以在进行扩声系统之前必须以特定的混响时间为基础，只有在特定的混响时间条件下对系统方案的声学特性指标的设计才是科学的、准确的，这也是我们电声设计考虑的重点。 混响时间的表达式为：式中 房间的平均吸声系数，可以用下式计算：式中 T60-混响时间V-闭室的容积,Si某个材料面的面积ai该材料的吸声系数混响时间和以下因素有关：(1)房间的体积：通常体积越大，混响时间越长；(2)房间内壁的材质：如果内壁是粗糙柔软的吸声材质，那么混响时间会短些，如果内壁是坚硬光滑的反射材质，那么混响时间会长些，房间的内壁指的是墙壁、天花板、地板，以及音乐厅内一切影响
14、声音传播的障碍物，特别是坐椅，增加有软垫的坐椅数量会缩短混响时间；(3)声音的频率：由于高频声音的反射和衍射能力比低频声音差，所以高频声音的混响时间比低频声音短。遵照上述原则，我们在计算机上建立了系统方案的实际立体模型，以国内各有关于体育场馆系统方案和会议系统方案的标准和规范对该体育场馆、会议系统方案采用固定混响，并以此作为我们进行电声设计的听音环境基础。三、扩声系统介绍：3.1扩声方式的选择体育场馆常用的扩声方式分为集中式扩声和分散式扩声。一般中小型体育场馆采用集中式扩声较多，大型、超大型体育场馆则采用分布式方法，例如长条型和低矮型的体育场馆，混响时间长或建声条件不好的，一般用分布式扩声。集
15、中式扩声方式：由于其扬声器离听众远，要求扬声器的声功率高，数量少。但是集中式有长延时反射问题；分散式的扬声器离听众近，受建声环境影响少，但是扬声器箱数量多。在此项目中综合考虑，选取了集中式扩声，配合辅助音箱的补声作用，来满足用户需求。在具体工程中，可根据具体实际情况权衡确定扬声器布置方案。对一个体育场馆而言，一般地说，扩声系统所处的地位是从属的，扬声器系统布置受诸多因素的制约。因此，协调土建、设备、系统设计之间的关系，保证主要设计要求得以实现，是系统设计者的主要任务之一。对室内体育馆而言，集中式布置扬声器系统的优点是：有明确的声像定位；可总控制全部或部分扬声器；传播距离远，照顾后场观众。其主要
16、问题是声压级和声音在传播途中的衰减问题。因此我们增加了补声音箱，扬长避短，改善这一缺点。而且还可以控制反射声的干扰，以提高在较长混响时间条件下的扩声语言清晰度。3.2体育馆扩声系统扩散系统采取集中式的方式，在舞台两侧吊挂安装，选取乡下的角度，增加直达声的覆盖角度，设定好与辅助音箱之间的扩声延时以及声压强度，使音箱之间声场叠加时，尽量减少相位差以及声压差问题；体育馆内大部分区域的扩声系统声学设计指标为：(1) 最大声压级：109 dB(2) 传输频率特性：250-4000 Hz，+46 dB(3) 声场不均匀度：1 000 HZ和4000 Hz -2 dB(4) 传声增益：-12 dB(5) 系
17、统噪声：扩声系统不产生明显可察觉的噪声干扰(6) 语言传输指数STI PA：0603.2.1扩声系统该体育馆宽24米，赛场深34米。音响系统功能主要满足赛事演出、广播背景音乐需求，以语言、音乐扩声为主。考虑到体育馆的预算要求和建筑结构，配置音频处理器，配置专业调音台，配置效果器，配置线阵列扩声音箱等以及与音箱功率相匹配的功放。体育馆设有中型舞台，需求中型演艺活动功能。根据场地结构大小，在满足演出类场所一级标准的前提下，设计高效合理的扩声方案。随着数字技术及材料科学在专业扩声领域的广泛应用，一种新型的扩声系统线性阵列，自欧美兴起并迅速席卷全球。与传统的以点声源为声学特性的矩阵音箱相比，线性阵列以
18、其线性声源为声学特性的突出优势，正日益取代传统扩声系统，被广泛地应用于流动演出、剧院厅堂扩声、体育场馆固定安装系统等等诸多领域。在该剧场内，为了后场的观众区应有足够的声压级和语音清晰度，满足该建筑对声学的要求，该主扬声器就必须具备远距离传声能力，同时根据人耳对中高频段的音频较为敏感的理论，我们同时要求该主扬声器发出的中高频语音信号要清晰透彻。据此设计线阵列扬声器。线阵列扬声器的基本工作原理是采用线声源代替原来的点生源。传统音箱是建立在点生源在空间以球面波方式传播的基础上。而线阵列扬声器系统是建立在线声源在空间以柱面波方式传播的基础上。球面波方式传播距离增加1倍，声波射束的截面积为原来的4倍,真
19、空中传播损耗6dB。而柱面波方式传播距离增加1倍，声波射束的截面积为原来的2倍，真空中传播损耗3dB，即声压级下降3dB。根据甲方提供的建设图纸，要处理好这类空间的扩声除了做好建筑声学设计外，对音箱的选型非常关键。一般的常规音箱角度大，灵敏度低，直接影响了语言的清晰度和直达的声压。要做到高灵敏度，并且角度要小，同时要具备扩展能力的话，除了线性阵列，常规音箱是解决不了这些难题的。一个现实中的线阵列系统与线声源不同，它是由分散的单元阵列组成，并且长度有限。判断一个线阵列是否正确形成的关键就是该阵列在整个重放频率范围内是否为一个连续的线声源。根据理论与实际相结合，可以得出一个线声源对比一个点声源的好
20、处如下：1.由距离产生的声压级衰减明显比较小，可以让远处的观众席有更高的声压，覆盖范围内的声压级更均匀，覆盖的范围更大。2.在同一个场地，使用线声源比使用点声源有更均匀的声场，在接近声源的地方，线声源的声压远远低于点声源的声压。这样为前区观众提供了一个比较好的听音条件。3.线声源产生的柱形波阵面具有非常强的垂直指向性，可以使声能量集中在某个区域，这样即使在高混响的环境中也可以提供极高的可懂度。线性阵列扩声基本原理：线性阵列的基本原理源于“线性声源”理论，即：只有符合“线性声源理论”，满足其构成条件的音箱阵列系统，才叫“线性阵列系统”。线性声源理论，源于1957年由声学工程师Olson发表的论文
21、，“线性声源是由大量分布在直线上，间隔相同，但非常小的等强度（SPL）同相位（phase）的点声源组成的阵列。”由此可见，一个理想的线声源由无限多个、间距极小并且连续等相的等强度振动单元组成，其声学波阵面为柱面波。独立的点声源，在满足一定条件下（包括：波长、形状、表面积、相对位置）紧密排列，在一定频率范围内可实现声学耦合，具备柱面波特性，构成类线性声源。理论上，线声源在传输特性上，超乎寻常！即：它的声压级衰减为传统点声源的一半（3dB），这也就是说：线性声源的传输效率比点声源高出一倍，这无异于“超导”效应，对传统专业扩声系统而言是革命性的超越！ 线性阵列扩声优势：1）线声源为圆柱形波阵面：2）
22、传统点声源为球面波形波阵面：结论：同样声功率条件下，传输距离大一倍！ 同样传输距离条件下，功率消耗少一倍！所以为了保证观众席有足够的声压级，和保证整体结构安全，操作方便，维修容易，工作可靠，扩展性能强，外形美观等因素。我们设计采用了有演唱会等级的声音效果的线性阵列来满足扩声需要。线阵列扬声器M-8III选用了12只8寸全频线性阵列扬声器吊挂于舞台两侧，每边6只，最高点吊挂距离稍微高于观众区最高处的位置；4只18寸超低频线性阵列扬声器摆放在舞台两侧，作为覆盖体育场左右区域低音主扩声；4只舞台返听音箱均匀分布在舞台之上，打向舞台方向，作为演员表演的返听作用，让表演者能听到自己的声音，从而更好的掌握
23、节奏感，是演出更成功。6只辅助音箱壁挂安装在赛场两侧的墙壁上，位于中后场区域，作为中后场补声作用，让声场均匀度和语言清晰度得到提高。3.2.2功率放大器 根据音箱的数量和型号类型，我们配置了相匹配的功率放大器共13台。稳定的功率输出是保证音箱正常工作的保障，同时，功放类型上的选择，其频响曲线应该与音箱的频率响应相适应。这里我们选择的是MOTIVITY品牌C系列功放，C系列是一款高性能产品，其电路为本公司2年多反复试验和实验，本公司命名为E类放大电路。E类放大电路技术克服了AB类功率做不大和H类发热量大出现的问题，它实现了D类功放的校录却没有对AB类功放的音质有任何损失。而且，E类技术解决了大功
24、率的功放用户经常遇到的重量，尺寸和发热等问题。E类技术是用最小的性能量输出最大的信号，大大提高了功放的效率。它利用D类功放工作的方式在输出端提供AB类功放的效果。几乎所有的能量全部给信号在输出端输出，只有少部分的能量从散热槽发散出去。当信号在输出端以AB类的工作方式输出时，输出信号就有非同一般的音质了。信号从输入端到输出端都保持模拟状态而不会转换成 脉宽调制信号。另外，E类专门为工作状态下低发热设计的功放。C系列就是说您拥有AB类功放的音质D类功放的效率。为满足更多场合试用，可以随你搭配，还可以定制各种功率应有尽有，全部2U设计，减少你对他的搬运带来的劳累，C系列专业功放适用于各类大型表演、超
25、级卡拉OK包房厢房等场合使用，是音箱工程中不可多得的精品。3.2.3周边处理和音源调音台配置MOTIVITY 16路调音台MX1624F，用于实现各种音频信号混合分配功能，对各路声信号进行一定的修饰、补偿；MX1624F调音台具有2路MIC输入，8路单声通道，4路立体声通道，8路单声通道带MIC/LINE和插入接口，每4个通道可开关控制的48V幻像电源；采用100mm Panasonic 推子。极大提升了系统的适用性和性价比。音频处理器采用的是MOTIVITY最新的8路音频处理器DP48。DP系列包括DP24、DP36、DP48、DP8080共四款数字矩阵处理器，其拥有强大的96KHz、24b
26、it AD/DA sigma-delta超高品质转换器，输入处理部分包含增益、静音、联调、高切、低切、参量均衡、相位、延时等处理单元。输出处理部分包含增益、静音、联调、分频、参量均衡、压限、相位、延时等处理单元。所有输入输出之间可以自由进行音频信号路由矩阵分配，并且输入输出通道名称可以更改。所有输入输出的参数可以联动调节，并且任意通道之间的参数可以自由复制，这两项设计可显著的提高操作人员的调试效率。延时模块具有高达682ms的延时能力，步距为0.021ms。面板输入输出均配有5段高精度电平指示LED，按键设计有背景指引LED，即使是在灯光昏暗的环境下，也不会影响您的正常操作。内置完善的信号发生
27、器，系统检测更加方便。具有密码保护功能，您设置好的参数，可以安全的保存在处理器中，有效防止他人误操作。拥有32个用户预设，1个出厂模式，用户预设名称均可修改。整机参数和单个预设文件均可以单独存储和调用。可以通过USB或RS232端口控制，通过RS485方式可以实现远程定时控制及多达256台级联。支持中英文PC操作软件，一键式联机，操作更加方便快捷。具有如此强大的音频处理能力，却仅有1U高度，并且所有音频接口均使用标准卡侬（XLR）接口。无论是在流动演出还是固定安装，DP系列矩阵处理器都能够提供精确的音频处理、优质的声音效果和稳定可靠的运行能力，绝对是任何一套高品质专业扩声系统的必配。1台效果器
28、，为演出时使用，对声音信号添加所需要的效果，使其更加悦耳动听；1台均衡器，主要针对返送音箱使用，既可以根据表演者的喜好对返送信号进行修饰，也可以实时处理返送音箱啸叫的可能；2台系统电源管理器，实现设备电源智能安全的管理分配；4套套无线手持话筒2套头戴式话筒实现发言功能；一台蓝光DVD播放机播放音视频源信号；现场预留有媒体录音接口，音频信号须提供会议各种语言的信号输出，采用平衡输出线路，保证音质的完美输出；3.3扩声系统设计特点小结足够的声压级选用扬声器功率大、灵敏度高，与之匹配的功放具有足够的功率储备，系统有足够动态余量，以适应还原大动态的节目信号；良好的声场均匀度 严格按照国标要求建设，项目
29、建设结合工程实际情况特点进行专业设计、合理安排施工工艺。高保真的系统 总谐波失真应都小于0.1%。可以预见，根据本方案设计的扩声系统经合理调试后，将提供高保真的扩声系统；平滑的传输频率特性扬声器布置合理，所选用的扬声器均采用恒定指向号角，6dB角外的声能衰减迅速；另外，选用的传声器均为心型指向、超心型指向。因此，系统的传声增益要达到设计目标是有保障的。四、舞台灯光系统舞台灯光部分是整个舞台舞美设计中的一个重要环节，充分而完美的灯光配置，将给每一个演出、会议等活动营造出精彩纷呈的场景。其对舞台具有最直观的效果。灯光要求a照明质量要求视觉上的满足仅光亮度是不够的，即使有了演出所要求的亮度，全部的演
30、出意图也不能充分地、正确地表现出来。要根据情节巧妙地使用舞台灯具，使演出得到正确地、深入人心地表现，这就不仅要考虑光的亮度而且还必须充分考虑光质的问题。b照明水平要求：舞台照度没有固定的模式，因贵舞台使用功能的多样性，演出风格有所不同，所以应将各种舞台设备配齐，供灯光师们选用，使舞台的平均照度30000LX。c色温和显示性的要求色温和显示性的确很有讲究，大多数椰球聚光灯有几种不同容量的灯光供选择，其中色温高低直接影响到发光率。长期实践证明，舞台使用色温3000K的灯光比较合适。d眩光限制要求：在贵场馆的舞台中，除了需要灯光布置外，还需要注意眩光问题，光柱的投射角应控制在30-60度之间，最理想
31、的角度是45度，当光柱照射范围包括观众眼部时，则对观众产生刺眼的感觉影响观看，由于投光的多方向性且舞台有一定的高度，距前排观众很近，这是对他们不可能产生眩光，而当演员在舞台一侧时，附近的观众必须以仰角观看演员的面部，这种逆于观众视线方向的侧面布光就可能产生眩光，所以在舞台设计中一般对舞台边缘来说，内侧布光角度须提供到55度，光圈不宜超过首排观众的膝部，也就是说，灯位间距一般应根据投光角55度的原则来确定，除了直射眩光以外，还应避免舞台台面涂刷光亮的油漆造成的反射眩光。e 造型立体感的要求应通过灯光的合理运用，以得到不同程度的照明方向性的立体感效果，造型的功能可使表演区变换层次，或是强烈庄重，也可以是淡雅无华的，但应避免过多的缺乏亮度对比的漫射光，而显得困乏无措，方向性不要太强，防止造型的呆板，窄束光的集射光获得阴影过多时，影像交错又会杂乱而冲淡了造型的美感，同时部分灯具加装换色器，以提高灯光变化的自由度。
