体育馆扩声显示系统解决方案.docx

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体育馆扩声显示系统解决方案

体育馆扩声显示系统

解决方案

一、概述

***体育馆总建筑面积12709平方米，固定观众席人数为4445人，活动看席1004席.

我公司在仔细研究招标文件和观察场地条件之后，首先定出了三条总体设计思路：

※本着经济合理性的原则，避免投资重复浪费。

扩声系统中的各子系统应该设计成可分可合，既相对独立又紧密结合——提供给甲方一套性能价格比高的系统；

※充分考虑到体育场建成后的经营作用，扩声系统的主要设备全部选择国内外行业内公认度高的品牌——方便甲方以后承接国内外大型体育比赛和流动演出项目；

※本着先进性科学性的原则——体育场的扩声系统达到国内外先进水平；

我们将紧紧围绕着以上三条思路，本着先进性、可靠稳定性、经济合理性的三大原则，严格按照各项技术指标及功能要求，依照相关的国家标准，对体育馆的扩声系统做出详细的设计与建议。

下面我们开始分项介绍设计方案。

二、扩声系统的功能及构成

2.1扩声系统的功能

扩声系统应能满足以下功能：

▲能满篮球、排球、乒乓球、羽毛球、体操等国内、国际比赛的语言扩声显示需要；

▲为集会、群众性文艺演出、报告性会议等节目演出提供辅助和补充。

2.2扩声系统的构成

扩声系统包含四大部分：

▲观众席的扩声系统；

▲比赛场地的扩声系统。

▲娱乐演出的扩声系统

▲LED大屏显示系统

三、扩声系统设计依据及设计目标

3.1设计依据

3.1.1根据甲方提供的建筑图纸；

3.1.2《体育馆声学设计及测量规程》JGJ/T131-2000；

3.1.3《厅堂扩声系统声学特性指标》GYJ25-86；

3.1.4《厅堂扩声特性测量方法》GB/T4959-1995；

3.1.5《声系统设备互连的优选配接值》GB14197-93；

3.1.6《客观评价厅堂语言可懂度的RASTI法》GB/T14476-93；

3.1.7《民用建筑电气设计规范》JGJ/T16-92；

3.1.8《电网电源供电的家用和类似一般用途的电子及有关设备的安全要求》GB8898-97

3.1.9其它相关行业规范、标准等；

3.1.10经济指标、性能价格比。

3.2本扩声系统设计可实现的目标

3.2.1观众席达到足够声压级，以保证语言清晰度，达到并超过《体育馆声学设计及测量规程》中的二级指标；

3.2.2除客观达标外还要满足人耳的主观听音感受；

3.2.3系统稳定性好、传声增益高；

3.2.4减少由于声音的反射而造成场内回声对语言清晰度的影响；

3.2.5系统操作简便；

3.2.6保证场地有较高的语言清晰度和长时间提供足够的声压

3.2.7声音涵盖服务区内声音与频响覆盖均匀。

3.2.8音响系统满足多项使用功能要求，拥有清晰的语言扩声和均匀的声场分布。

3.2.9音响系统设备在正常使用中各种噪声指标小于规定的限值。

四、电声系统设计说明

4.1主扩声系统的设计流程

✧Panasonic专用声场模拟软件辅助进行声场设计；

✧信号加工处理设备的选型；

✧电声设备的连接及信号流程；

✧电声系统的控制与管理。

4.2声场设计

声场设计是从体育馆的实际情况（形状、面积、装潢材料等）出发进行考虑，结合建声设计出的建声参数，借助计算机设计的体育馆模型来分析场内的声场特点，并对扩声系统的声场（声学特性）进行辅助设计、计算，从而决定扬声器的选型与布局。

体育馆室内背景噪声限值设计为NR-45

空场混响时间：

RT60=2.0±0.1S,满场混响时间：

RT60≤1.9S

4.2.1模型的建立

根据现场考察和图纸结合，我们采用声场分析软件EASE4.0建立三维模型（如上图）。

4.2.2观众区域建立

4.2.3扬声器的选型

我们经过国际知名Panasonic品牌音响设计软件对扬声器进行了反复分析比较和论证，最后我们确定选用多项获得世界独家专利的世界著名品牌日本PanasonicRAMSAAT300系列中的高级扬声器作为本体育馆的主扩声扬声器，日本PanasonicRAMSAAT300高级扬声器拥有上百个专为剧场,音乐厅,场馆等大型演出精心设计的高级扬声器型号，并是自84年以后奥运会主会场的唯一选择的扩声系统，及众多分会场首选品牌。

我们为扩声系统选择了WS-AT300产品中集SCWG专利，高人声还原技术的高级扬声器，该系列是专为剧场，音乐厅、体育场馆、大型演出精心设计的，是传统扬声器无法比拟的。

PanasonicRAMSAAT300高级扬声器具有以下特点：

1RAMSASCWG的完美的波前传播确保了最佳的音质

传统扬声器的定向结构会引起辐射阻抗的干扰，导致声音不自然，通过计算机模拟，RAMSA可以用其理想的扬声器波形解决这一问题，将波前干扰降至最低实现声音的精确重现。

RAMSA号角和矩形号角的性能比较：

扬声器名称

RAMSA

矩形漏斗式号角

覆盖区频率响应均匀度

好

较好

覆盖区声音定位

好

较好

覆盖区最佳听音位置

范围大

范围小

频率之间声干涉

小

较小

低频指向性

水平椭圆

垂直椭圆

中低频指向性

水平椭圆

水平椭圆

中高频指向性

水平椭圆

圆角棱形

指向性的一致性

完全一致

不一致

指向性一致的覆盖角度

宽

窄

当世界上的音响工程师们利用物理原理无法改变传统的扬声器矩阵的所存在的“缺陷”的情况下，Panasonic公司的工程师们开辟了超常规的理念，创新地利用先进的信号处理技术，来改善对扬声器矩阵系统的波形控制；同时，通过物理原理改良和重新设计了号筒式辐射器的声轴中心，有效地控制了号筒式辐射器的水平指向性（低频的指向性由垂直变成水平），使扬声器中的高、中、低频的指向性完全一致。

并以一点声源的方式工作，使整个扬声器矩阵系统尤如只有一个扬声器在工作。

扬声器矩阵系统覆盖范围的波形是一个完全连惯的波形，而且经号筒式辐射器传波出去的声音中的每个频率都是均匀的，彻底解决了传统的扬声器矩阵系统产生的“声压不均匀、相位失真、声波抵消和频率干涉等”致命缺陷、使覆盖范围内的任何位置都能听到最佳的声音效果（见下图）。

常规扬声器群有明显的相互干扰,RAMSA扬声器群工作时是一个连贯的波形

“SCWG”扬声器阵列与其他扬声器阵列的比较

扬声器阵列名称

“SCWG”扬声器

阵列

“同轴”扬声器矩阵阵列

“传统”扬声器阵列

扬声器阵列发声方式

阵列点声源

阵列内有几个不同点的声源

阵列内有几个不同点的声源

扬声器阵列波形

无波浪整体波形

有波浪

有波浪

扬声器之间声干涉

无

有

有

声音定位

好

较好

较差

声音清晰度

好

较好

较差

最佳听音位置

辐射范围内任何位置

辐射范围内的局部位置

辐射范围内的局部位置

频率响应均匀度

完全均匀

较“传统”扬声器好些

不均匀

WS-AT300单个扬声器输入200W功率时，覆盖区域（40°Hx60°V内）到达40米处声压级别可以约90分贝（通过电声功率计算机软件计算得出。

）

4.2.4扬声器系统的布置方式

4.2.4.1扬声器布置遵照如下原则：

①扬声器的重量应符合实际场地的情况及吊挂点承载的要求；

②在任何情况下，扬声器的布置应该保证所有听众接收到均匀的声能，即有良好的声场均匀度；

4.2.4.2确定扩声形式及扬声器布局：

结合体育馆的实际情况，综合考虑两种扬声器布置方式的优缺点，我方决定在此体育馆不用单纯的分散式或集中式扩声，而采用一种既分散又相对集中的新的扬声器布置方式。

此种布局是通过不同扬声器（组）对观众席和比赛场地进行覆盖，然后对每组扬声器进行准确的延时设计，减少延时回声，使观众席上保证有足够的声压级和良好的语言清晰度。

具体安装方式如下：

※比赛场地扬声器组及北主席台扬声器组

通过8只PanasonicWS-AT300（40°Hx60°VRMS200瓦/连续输入功率400瓦），频响：

70HZ-18kHZ，最大输出：

126分贝）和四只PanasonicWS-AT350（功率容量400W,频响：

30HZ–1.4kHZ），组合成两组全频阵列扬声器，给全场放音乐用，公布比赛结果，配合大屏使用，和举行各类文体活动等用途．配置四只PanasonicWS-AT300（40°Hx60°VRMS200瓦/连续输入功率400瓦），频响：

70HZ-18kHZ，最大输出：

126分贝）,作为舞台的返听用。

另外配置两只PanasonicWS-AT80（60°Hx60°VRMS80瓦/连续输入功率1600瓦，频响：

70HZ-20kHZ）,作为控制室的监听扬声器

※东、西、南、东南、西南看台扬声器组

通过东、西看台18只PanasonicWS-AT300（40°Hx60°VRMS200瓦/连续输入功率400瓦），频响：

70HZ-18kHZ，最大输出：

126分贝）扬声器均匀覆盖观众区，分为6组，每组三只，组成线性列阵，扬声器安装于马道下方。

具体位置见下图所示：

东西看台扬声器垂直辐射（红线覆盖角）

南、东南、西南通过6只PanasonicWS-AT300（40°Hx60°VRMS200瓦/连续输入功率400瓦），频响：

70HZ-18kHZ，最大输出：

126分贝）扬声器均匀覆盖观众区，分为3组，每组二只，组成线性列阵，扬声器安装于马道下方。

具体位置见下图所示：

南看台扬声器垂直辐射（红线覆盖角）

观众区扬声器水平布置图

EASE软件中听众区域音箱的分布和指向角度图

以上扩声系统的布置方式有如下优点：

●直达声强，语言清晰度高；

●声场压差小；

●易分区控制；

●减少了声外溢，避免了对周围环境造成“噪声污染”；

●全频扬声器总连续输入功率为14400W，完全满足体育馆扩声系统声压级需求。

4.2.5听众席指向性分析

从上图可以看出扬声器可以覆盖了听众席区域

4.2.6声场特殊考虑

为提高扩声系统的稳定性，防止声反馈，提高系统的传声增益，同时，考虑到本体育馆扩声系统使用需求的特殊性和多功能性，本设计对所有区域扬声器系统进行单独控制，包括调节音量、均衡处理、延时处理，以便调节各区域声场；同时不影响全场扩声区域的声场特性。

4.2.7观众席声场的分析

分析条件：

湿度50%，温度20%，大气压1013Hpa，

1000HZ（1/3倍频层带宽）时声场分析

上图蓝点为观众席音箱放置的位置

4000HZ（1/3倍频层带宽）时声场分析

上图蓝点为观众席音箱放置的位置

超过体育场馆二级要求

各频点的声场分析详见附件（图）

4.2.8观众席语言清晰度分析

500HZ　分析

1000HZ分析

2000HZ分析

由上图可见语言清晰度良好.

4.2.9体育场监听和场外音量的调节

配置了两只PanasonicWS-AT80扬声器与控制内，便于监听场外的扬声器的音量，当场外人声或一些其他声音过大的时候，可以通过调音台对音量进行适当的增加。

4.3传声器和音源

4.3.1配置

根据使用功能的要求配置了能适应各种用途的传声器和无线传声器：

●2只PanasonicWX-4220手持式无线话筒，

●4只SHUREPG58有线话筒；

●2只鹅颈话筒给主席台发言用；

●音源的配置选用了日本的Panasonic的专业DVD和SONY的MD和CD播放器。

4.3.2传声器安装

在传声器和音箱安装上面，为避免声反馈（当音箱和话筒正面相对时，容易产生声反馈），我们在安装和使用时：

●设计返听扬声器与话筒是同方向，不容易产生声反馈；

●大屏扬声器与话筒立体面错开，亦不容易产生声反馈；

●同时采用了数字多功能调音台，也可以有效抑制声音的反馈。

4.3.3传声增益

从图纸上计算得出话筒与返听音箱之间的距离约为20到30米之间，返听扬声器（输入200W时）到主席台上面声压级别，根据电声软件可以算出到达此处声压级别为95db到98db之间，设计中每个扬声器功率都是调节，在调试过程中可以满足传声增益的要求。

4.4信号加工处理设备的选型

4.4.1数字多功能调音台

在体育场的现场演出中，由于演出类型复杂多样，对系统的动态要求非常大，同时要求噪声非常低，调音台的选择是关键。

它是扩声系统进行信号加工混合的重要一环，是调音师对节目进行艺术加工的关键工具。

本系统的主扩声调音台选用PanasonicWR-D40多功能调音台，它具有14路单声道、6组立体声输入、2对立体声输出，6路编组输出、1路立体声主输出和一对立体声监听输出；该调音台SYSTEMINONE设计，功能几乎包括所有调音台及周边设备所具备的功能，诸如均衡、压限、混响、反馈抑制、延时（可使整个体育场得到自然的声音）、音量自动平衡（可以放心扩声）、降低噪音、信号发生器、及5.1声道环绕处理等功能。

用此款音频控制设备，减少了其他周边设备因自声原因带来的噪声或电流声，用此款设备绝对不会出现明显的电流声和噪声。

4.5功率放大器

我们选用日本Panansonic公司的功率放大器作为扩声系统的功率放大器，RAMSA系列功率放大器专门是为高要求的音乐会，录音棚等专业音频扩声设计的高性能、高可靠性功率放大器,。

Panansonic功率放大器采用了先进的线路设计及高质量的电器组件，左右声道完全独立分开,操作安全可靠，并具有绝对的过载驱动能力和高超的总体性能，拥有过热、直流、短路、防冲击、削波限幅和专利的次声滤波，同时具有体积小、功率大、可靠性高的特点；特别是采用了多项完善的过载保护功能，为功放长时间运作提供了有效保障。

4.6电声设备的连接及信号流程

系统连接:

有线话筒采用音王37芯128P高性能音频线连接。

信号流程:

系统的整个信号流程采用平衡设计

　　线及接插:

系统所有配线及接插均符合国际电气优选配接值要求,扬声器线路损耗低于0.5dB。

　　系统预留接口：

系统预留有电台、电视台转播接口,以及现场调音位接口。

4.7全彩LED显示屏

工程概况：

本系统主要功能是显示整个会场的比赛情况和信息发布功能，位于体育馆的正前方。

屏面积约8.5平方面左右，可进行同步显示及左右异步显示。

另外还可以可播放PAL制式及NTSC制式的电视、录像、VCD、LD节目等。

显示屏特性：

（1）节目源丰富：

室内全彩色LED显示屏可播放文字、图像、动画等非视频节目，可播放PAL制式及NTSC制式的电视、录像、VCD、LD节目和各种基于WINDOWS的图像图形，并可对这些视频内容进行录放同步和实时捕捉，以及将各种图像编辑后用画中画播出。

（2）图像效果好：

根据贵方实际需要及现场环境，本控制系统采用反Υ非线性纠偏功能，使显示效果更符合人的视觉特点，能使人感觉到亮度、色彩的变化均匀，过渡平滑，加上对屏上每点每色的256灰度的调整，在三基色的情况下可提供一千六百多万种颜色，极大地丰富了画面色彩，增加了画面的清晰度，使画面具有感染力。

（3）画面稳定：

显示屏扫描每秒120帧，可以对应CRT动态视频内容进行实时显示。

显示屏画面无闪烁、脱尾现象。

（4）整屏亮度，对比度可以调节：

软件实现整屏亮度，对比度的统一调节，以适应不同的应用环境。

根据贵校校礼堂现场情况，我们采用了有针对性的专业软件做为本显示系统的控制系统。

（5）显示内容控制方便：

专业软件采用与计算机同步显示方式，全面兼容WINDOWS操作平台，无须特殊软件支持。

屏幕显示内容可以为计算机显示器上设置的任意位置的区域，还可通过设置不同内容的子显示区域实现画中画的功能。

（6）数据采集和传输稳定方便：

取样卡与计算机直接连接无需其他转接卡，采用差分驱动方式传送，可远距离传输。

（7）模块化设计：

显示屏由标准单元组成。

使LED显示屏可以进行任意大小的无缝拼接。

统一的模块化显示单元安装维修时只需在安装框架上拆卸固定螺丝即可。

（8）抗干扰性能良好：

本屏数据采集卡和多媒体卡采用多层布线，电源层和地线层加有高频滤波，增加了整个系统的抗干扰能力，远程传输采用屏蔽双绞线做通讯线，各信号进行差分处理，保证信号远程传输的可靠性。

（9）白平衡的调节效果好：

充分利用软硬件资源，根据CIE色度学标准系统，选取合适红、绿、蓝色发光二极管发光波长和发光强度，配以高精度的色度仪，通过计算机对整屏进行白平衡的调节和色度设置，并且有专门的软件支持。

系统组成：

服务器

非线性编辑机

屏幕主控机

自动控制机

系统控制软件示意图

PLC

配电柜

音视频控制台

本系统由编辑部分、显示部分、音视频控制部分、自动控制部分（光传感器、温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、配电柜）、屏幕监视部分等组成。

编辑部分通过一台编辑机按照用户需要进行文字、图像、动画、视频的编辑，通过网络将编辑好的内容传输到服务器，屏幕主控机通过网络取出服务器上编辑好的文件，按照预先编排好的节目单进行播放。

音视频控制器由录像机、DVD机、有线电视、卫星接收机、摄像机、实时转播系统、广场音响系统等组成、音视频控制器可根据用户需要手动或自动切换各种视频源信号，也可通过屏幕主控机串口实现无人值守自动播放功能，并可根据用户预先编排好的顺序进行各种视频的播放。

主要部分功能介绍：

1、屏幕主控机

计算机是LED显示屏系统的控制中枢。

计算机内装有多媒体卡，同步控制卡；安装显示屏控制、驱动软件和显示屏实时播放软件，循环或自动运行用户设定好的节目单，根据节目单的内容从服务器上取得有关数据。

屏幕主控机CRT上的有效显示区域和显示屏的显示效果直接映射，一一对应，所见即所得。

也可根据用户需要切换不同的视频源，播放不同的视频节目。

屏幕主控机的控制软件可根据显示屏体安装的光敏感器反馈来的环境亮度手动或自动调节显示屏亮度和进行非线性Gammacrt矫正。

屏幕主控机根据显示效果调节显示屏的对比度、色饱合度，也可分别调节红、绿、蓝的亮度值，以达到最佳显示效果。

（1）多媒体卡

多媒体LED视频卡是专门为LED大屏幕使用的新一代高性能的多媒体视频卡，它是集显示、解压、视频及动画加速多功能与一体的高性能的多媒体卡，具有64位（BIT）图形加速的位块传送（BITBLT）功能，真正做到了传统的GUI加速和高速全动态视频处理能力，支持DirectX。

支持基于软件解压的AVI和MPEG视频回放，软解压播放VCD速度高达70帧/秒以上，画面可以任意缩放，画面平滑、清晰、稳定。

该卡的红、绿、蓝数字信号均有8位输出，做到了真正的256级灰度的输出。

该卡可以接收两路复合视频信号及一路S-VIDEDO视频信号，支持PAL制式或NTSC制式的视频信号。

可外接录像机、VCD、LD电视等视频信号。

（2）同步控制卡

采用xinlinx（theprogrammablelogiccommpany）公司大规模可编程逻辑器件FPGA，其逻辑门高达100万门，工作频率高达180M以上，无失真地接收多媒体卡发送过来的24BITRGB数据信号，输入256级灰度，经非线性Gammacrt矫正输出1024级灰度信号。

采用高速PCI总线结构大大满足了全彩屏的实时灰度调节功能，同步控制卡是显示屏实现灰度调节控制、视频处理的控制中心。

把经过处理的灰度数据信号和各种同步控制信号通过网络线分区发送到显示屏上的分去扫描板。

主要功能：

●无失真地接受多媒体卡24bitRGB信号，进行256级灰度等级的调节。

●非线性无线级校正功能。

●控制、数据信号的降频，减少信号传输过程中信号干扰。

●视频效果进行降噪处理。

●调色板转换功能。

●色空间转换功能。

●图像边缘增强，高速运动补偿技术。

●白平衡调节功能。

2、显示屏体

显示板由分区扫描板、LED显示模块、控制连接线、工作电源、安装框架组成，室内LED显示屏最小的显示单元为像素点，像素点由R、G、B色二极管组成，显示板把扫描板发送过来的灰度信号数据通过灰度调节器驱动在各个显示单元表现出来，把您想发布的信息通过图像、文字、动画、视频画面展现出来。

（1）区扫描板

本显示系统采用集中控制，分区扫描的方式进行整屏控制。

降低了整屏工作频率，提高了系统的稳定性。

扫描板的主要功能是把从同步控制卡发送过来的数据进行缓冲、暂存及格式变换，并把数据分区发送到显示板上进行显示。

并向各个显示分区提供显示所需的各种控制信号。

（2）显示单元模组

显示单元模组是显示屏最小显示单元，根据像素密度决定显示模组最基本的显示尺寸，显示屏有许多单元模组组成，上下、左右可任意拼接，模向分成不同的显示区域有不同的分区扫描板进行控制，使整个显示屏以模块化结构进行组装，便于现场安装调试、维修、保证整个系统安全稳定的运行。

显示模组采用恒流源驱动方式。

系统功能简介

LED室内全彩屏显示系统是集光电子技术、计算机技术、音像处理技术、数字通信技术、计算机网络技术于一体的电子宣传媒体。

可对所有的文字、图像、视音频进行加工处理，编辑。

按照用户需求进行实时播出。

1、文字、静态图像、动画信息播放功能；

2、视频播出功能；

3、网络信息播出功能。

主要系统构成及应用技术

我们本着系统简捷、实用、可靠、操作简便易行，把整个LED室内全彩屏系统分成以下几部分：

1、显示屏控制系统

（1）图像采集技术

（2）白平衡调整技术

（3）亮度控制D/T转换技术

（4）恒流控制技术

（5）非线形校正技术

（6）图像亮度、色度、对比度调节技术

（7）图像锐度调节

（8）图像降噪声处理技术

（9）超大规模可编程逻辑器件FPGA应用技术

2、显示屏控制、驱动软件及播放软件

本显示屏随机配备你所需的各种软件有：

●基于WINDOWS界面的多媒体卡安装软件。

●基于WINDOWS界面的视频播放软件。

●LED显示屏专用驱动软件。

●基于WINDOWS操作的多体制作，播放软件（包括3D、2D动画制作；软件，多媒体播放编辑软件等）。

3、显示屏体包括：

●像素构成：

整屏亮度、观察视角、观看距离、平整度。

●单元模组

4、视、音频管理及多媒体播放系统

LED全彩屏显示系统，是集显示、多媒体控制技术一体的大型显示设备，支持多种视频、音频源。

统一对播放节目进行编排和管理。

视音频切换矩阵备有232或422串口，可以和计算机直接相联接，有专门的通讯软件支持，通过软件对播放节目的顺序进行编排，自动播放，也可人工干预。

视音频切换矩阵备有8路视音输入，4路视音频输出，8路视音频输入可以接入不同的视音频源，如摄像机、DVD、录像机、卫星电视、有线电视等。

4路视音频输出两路和屏幕主控机联接，一路和体育中心视音频系统。

另外两路预留。

5、计算机网络系统：

本显示系统除显示屏体外，其控制部分本身就是一个开放的计算机局域网络。

本显示系统的计算机网络系统由：

服务器、屏幕主控机、自动控制机、非线性编辑机、INTNET网络等组成，服务器是整个显示系统的数据和文件中心。

其它设备作为服务器的工作站，由服务器进行综合协调。

6、低压配电控制系统：

供电方式采用单相三线制供电，保证零线漏电流为零。

显示屏金属框架和大地进行良好接地，信号地接地电阻小于3欧姆防止电磁干扰、强电干扰以及其他干扰。

另外使用独立于保护地的号地，供网络和控制系统使用。

7、系统保护：

显示屏采用模块化无接缝箱体拼装结构，显示屏单元模块自成一体，安装只需接好交流220V电源和控制信号线即可。

箱体设计充分考虑防水、防潮、散热、通风、安装、维修等因素，可大大提高现场的