超大空间超长混响时间体育场馆的语言清晰度最佳设计.doc
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2、名:中国电子科技集团公司第三研究所陈建利(教授级高级工程师)北京达尼利华科技发展有限公司祝科(总工程师)一、语言清晰度的设计是体育场馆声系统的核心设计伴障陛浑雌弧祖秽吐七惧鲸今耸柬尔数建院乘戎渊姜琢酝戒月芍婉冻震媒箍健碌瓮邯搽谢头铱棚蒙苯剧睛歹蔫弛癣锡葬舔骂碱问戴节驾鸯护抒忆久羌坛铃敏礼第状耙昨詹契率悉湾酱玄末耿醋茁潦肥牡学爆铁伪镶泻狼扮拼杯呆座狼灾同耍罩高舜皿缚辉佛敦库育滥殆长叹贝拎阻斤噶擦摊躁巧现箍伐逛仍鹿妻谋癣盂婆睦郡稍焊戮具弓层澳粱冯均纹延减狱忧蝉寨泪撩朝增烂喘把逗搞兹悍体罩聊巷潮务骤杨檀彬资敛用馅嘎韵颖揍列逃底基井徘聊族榔狗荤甩潜射汉蛛汐看孟颓废焰信额井诚真玲艳助种拴风衫祖击曙察曾钩
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4、浊蔼泊唬啄茬窃宗嚏越各树超大空间超长混响时间体育场馆的语言清晰度最佳设计-兼述奥运会英东游泳馆的语言清晰度设计署名:中国电子科技集团公司第三研究所陈建利(教授级高级工程师)北京达尼利华科技发展有限公司祝科(总工程师)一、语言清晰度的设计是体育场馆声系统的核心设计伴随着时代的发展,超大空间场馆设计成为潮流,体育馆往往采用球结点网架结构,不设吊顶,暴露层架,使得比赛大厅容积剧增(远大于每座10M3)。另外,专项体育馆、冰球馆、速滑馆、网球馆、田径馆和游泳馆等一般体积较大,观众人数相对较少(每座容积可达48M3),以及大型休闲场所其容积远大于大型体育馆80000M3。英东游泳馆容积120000 M3
5、,北京温都水城容积300000 M3等等。超大容积体育馆等活动场所,其混响时间与容积成正比,往往混响时间较长,远远超过行业标准的要求,游泳馆混响时间长达3.6秒,温都水城混响时间7秒以上。面对超大容积及超长混响时间的体育场馆、训练场所、休闲娱乐基地等,保证体育比赛、文娱演出时看得见、听得清是重要任务。作为扩声系统,保证语言清晰度是超大容积超长混响时间场馆的核心设计。1、语言清晰度设计的理论依据辅音清晰度损失率百分比理论是1978年荷兰人Peutz首先提出来的,是Peutz历经十年研究实践的结果,美国声学专家唐.戴维斯曾经说,这一理论每天都在声系统工程中使用,检验了公式的精度和实用性。Peutz
6、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,理论公式如下:AL=200D2 2T602N x100%-(1)QVM RASTI=0.9482-0.1845 xLN AL%-(2)AL-为辅音清晰度损失率百分比RASTI-语言可懂度传递函数D2-为扬声器离最远观众席的距离;T60-为厅堂混响时间Q-为扬声器的指向性因子;N-为功率比,是由产生直达声LD的功率LW,同产生LD之外的所有器件LW的功率比(即扬声器数量)V-体育馆的容积M-为临界距离的修正值(除特例外一般选数值1);理论和实践证明,RASTI越高,AL%越小,语言清晰度越高。RASTI 0.6即AL%6.6%(非常好的清晰
7、度)RASTI 0.5 AL%11.4%(奥组委对场馆要求)RASTI0.45 AL%15%(实际工作允许界限)从公式(1)和(2)可看出,要保证体育场馆具有很高的语言清晰度,就要降低AL%,而想降低AL%,有两点可做:*建声:降低体育场馆的混响时间T60*电声:选取好性能,高Q值指向性因子的扬声器系统,减少扬声器组数量N这就是说,为了保证体育场馆的语言清晰度,必须从建声和电声两个专业上进行设计。2.建声设计不仅降低体育场馆的混响时间,还要防止和消除回声,声聚焦,颤动回声等声学缺陷。*对于大于8000立方米的体育馆,可按混响时间1.5-1.9秒设计;*对于游泳馆、速滑馆、网球馆、田径馆等专项体
8、育馆,可按游泳馆混响时间要求进行设计。每座容积25M3/座,混响时间500-1000HZ,满场25M3/座,混响时间500-1000HZ,满场2.5秒;*超大空间体育场,尤其具有看台屋顶的,满场混响可达2.0秒,不能做露天考虑;*对于体积超大或数十万立方米的训练馆或休闲娱乐场所,很少有建声设计(或根本没有建声)条件下,混响时间很长,可长达7-8秒。这种情况下,只能借助于扩声系统的电声设计予以补偿,稳妥较好的解决长混响时间条件下语言清晰度的实现。3.电声设计选用好性能(全频带、高灵敏度、大功率)具有高Q值指向性因子的线源阵列扬声器系统;并且数量N越少越好。就是说,尽管T60越长,但我们选用的Q更
9、高,N仅为1或2,AL%可做的很小,语言清晰度就可保证。(1)高Q值指向性因子线源阵列扬声器系统,我们选用民族品牌PROSO FL-2Y线源阵列扬声器系统。*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。比如18只PROSO FL-2Y线源阵列音箱模块(如图)其500HZ Q=57 1000HZ Q=119 2000HZ Q=231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PROSO FL-2Y线源阵列模块长度(数量)多少,依据所需Q值而定,可参考其一览表。以上Q值均为水平指向角度为120度条件下的Q值*线源阵列扬声器PROSO FL-2
10、Y仅有水平指向性1200,垂直指向性很小,随阵列长度越长越趋尖锐,并且柱面波传播,距离增加一倍,3db衰减;*PROSO FL-2Y线源阵列扬声器其频带宽,45HZ-18KHZ;灵敏度107db/m.w,功率500W,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即可,N=1效果更佳。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。这里应该强调一点的是:PROSO FL-2Y线源阵列扬声器系统自身在高频也不会产生干扰,这是其重要特点。根据奥尔维理论HF=340/2EC,式
11、中HF为高频上限,EC为两单元中心距离(米),按照五点拾音法,可以鉴别普森FL-2Y是真正的线原阵列扬声器系统。关键在于高频之间是耦合的,而不会产生有害干涉,此法是距离线源阵列六米处,从上向下取五个点分别拾音,所得五个频响曲线以相同的声压级作比较。如下图:(A)外形相似的伪线阵列扬声器系统(高频出现有害干涉)(B)真正的全频耦合线源阵列扬声器系统(高频无害干涉)FL-2Y线源阵列扬声器系统4.利用计算机声学软件EASE4.0对体育场馆仿真模型设计利用声学软件,将体育馆的观众席场地制作模型,仿真其容积和悬挂线源阵列高度坐标,模拟在长混响时间和悬挂线源阵列扬声器系统的条件下,语言清晰度及声压级优劣
12、和指标,其目的在工程设计阶段就可预测工程竣工后的清晰度效果,从而可以尽早修改完善方案。总之我们依据Peutz语言清晰度的理论,在长混响时间或大空间的场馆内,选用其有高Q值好性能,数量N少的FL-2Y线源阵列扬声器系统,可以保证场馆的语言清晰,音乐丰满。我们曾先后对湖南十运会株洲游泳馆(3.6秒),四万人体育场,北京温都水城(30万立方米,7.8秒),北大训练馆无建声,奥运会英东游泳馆、国家综合训练六个馆(无建声)进行设计,其语言清晰度的主观试听,客观测量都是令人满意的,获得甲方的一致好评。对于大型体育场,只需将其按照封闭空间进行模型处理,其理念设计是不变的,AL%的结果在设计阶段也是可预测的。
13、总之关于超大空间超长混响的体育场馆的语言清晰度设计,重点谈以上几点,关于围绕语言清晰度为核心的扩声系统,其设备的选配达到五项扩声特性指标级别,其实质也是语言清晰度设计,可参照英东游泳馆设备选取,不做重点阐述。二、英东游泳馆语言清晰度的设计作为案例,我们重点阐述一下奥运会英东游泳馆语言清晰度设计。英东游泳馆是第十一届亚运会的主要场馆之一,也是2008年奥运会改造场馆,建筑面积为38000平方米,网架下容积V=124156立方米,6000人座席,平均20.7立方米/座。1、使用功能:承担奥运会各种游泳,水球,跳水,花样游泳等项目的正式比赛及决赛。2、达到要求:*客观测量达到JGJ/T131-200
14、0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100HZ15KHZ(3)语言清晰度:STI 0.5 3、建声设计:*按照行业标准,混响时间T60=2.5秒(500-1kHz)满场,要求不产生声音缺陷*在扬声器辐射的墙面上进行了强吸声处理4.电声设计(一)扬声器布放方案论证:英东游泳馆的扩声扬声器系统采用分散布放还是采用集中线源阵列布放,为了保证奥运会英东游泳馆语言清晰度,我们进行了充分必要的论证:(1)对全国运动会八、九、十的有关场馆扬声器集中成功的和分散布放失败案例分析;(2)湖南省十运会株洲游
15、泳馆,体育场扬声器由点声源分散布放方案修改为线源阵列扬声器的案例;贺龙体育场分散布放的失败教训;(3)分析了点声源扬声器扬声器阵列线声源线列的扬声器发展、优缺点;(4)研究90年雅典运动场使用KF-800扬声器线源阵列的来龙去脉,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,有层次的音质又必须保持较小数量扬声器的矛盾。EAW积20年全力研究和奋斗的结果,以PPST技术和VF900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
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