多功能厅舞台灯光音响方案.docx
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多功能厅舞台灯光音响方案
设
计
方
案
Ⅰ.声学设计说明
一、设计依据及参考
1、《剧场建筑设计规范》（JGJ57－2000）
2、《电影院建筑设计规范》（JGJ58—2008）
3、《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》（GB/T50356-2005）
4、《厅堂混响时间测量规范》（GBJ76-84）
6、《民用建筑隔声设计规范》（GBJ118-88）
7、《建筑内部装修设计防火规范》（GB50222-95）
二、使用功能
多功能厅，其主要功能为召开会议，同时兼顾小型文艺演出及电影。
使用时以电声为主，自然声为辅。
三、设计原则
声学设计应保证厅内具有足够的语言清晰度和适当的音乐丰满度。
应使多功能厅内的声场分布均匀，要求厅堂内的任何位置上不得出现声缺陷，且不受设备噪声、机房噪声及外界环境噪声的干扰。
使得厅堂既音质清晰、丰满，又要在形式上庄重简洁。
四、厅堂概况
该多功能厅为矩形平面，固定座椅384座。
台口至观众厅后墙水平距离22.5m；观众厅宽19.8m。
观众厅容积2738.3m3,每座容积7.1座/m3。
镜框式台口宽12m，台口高5m。
观众席距天花平均高度为6.1m。
五、设计目标
（1）混响时间及其频率特性
参照《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学设计规范》（GB/T503356－2005），确定该多功能厅满场设计混响时间中频为0.9s±10%。
设计厅内混响时间频率特性如下表所示：
频率
125Hz
250Hz
2000Hz
4000Hz
频率特性比值
1.00～1.35
1.00～1.15
0.90～1.00
0.80～1.00
（2）声场不均匀度
在使用扩声系统的情况下，声场不均匀度取决于扩声系统扬声器的配置。
本多功能厅声场不均匀度应符合语言和音乐兼用的扩声系统一级标准，声场不均匀度满足：
f=1KHz，4KHz，△LP≤±4dB
（3）早期衰变时间
EDT=1.0s±10%
（4）清晰度
D50≥0.5
（5）语言传输指数
STI≥0.65
（6）背景噪声
多功能厅背景噪声应满足NR-30噪声评价曲线的要求。
（7）厅内无明显音质缺陷，堂内的任何位置上不得出现回声、多重回声、颤动回声、声聚焦和共振。
（8）声场的规划设计
为了获得期望的混响时间，本多功能厅中频需要的吸声量约为415㎡。
除了座椅的吸声量，确定后墙作为主要的吸声面。
两侧墙面采取与装饰设计风格相统一以及吸声和扩散相结合的构造方式。
可有效的防止来自观众厅后墙的延时反射声在舞台上形成回声以及在观众厅侧墙形成颤动回声。
在前部墙面提供早期反射声，有利于音乐演出。
天花作为重要的反射面，经过严格的设计，以便为观众提供更多的早期反射声，增加语言的清晰度和音乐的明晰度。
为控制舞台的混响时间，并有利于扩声系统设计，同时防止在观众厅后墙和舞台墙面间产生颤动回声，舞台空间将吸声处理。
（9）各界面的声学构造规划
1.观众厅天花：
双层12mm厚纸面防潮石膏板；
2.地面：
观众坐席区木地板；
3.观众厅后墙：
强吸声构造，降噪系数约0.75；
4.观众厅侧墙：
吸声与扩散相结合，降噪系数约0.25；
5.舞台：
地面木地板墙面：
强吸声构造，降噪系数约0.75；
6.座椅：
观众厅座椅采用背垫与坐垫软包，其余部分为硬木的座椅，座位宽580mm，吸声系数采用设计值，且翻动时无噪声。
7.控制室：
天花：
吸声构造，降噪系数约0.5
墙面：
强吸声构造，降噪系数约0.75
8.音箱桥、音箱室内：
强吸声构造，降噪系数约0.75
8.隔声门
隔声门的隔声量≥35dB
10.隔墙
观众厅与控制室隔以及周边房间墙体隔声量≥50dB
六、混响时间测算表
V=2738.3m3
构造
面积
125
250
500
1k
2k
4k
α
A
α
A
α
A
α
A
α
A
α
A
1
舞台木地板
25.9
0.15
3.885
0.12
3.108
0.1
2.59
0.08
2.072
0.08
2.072
0.08
2.072
2
观察窗
2
0.18
0.36
0.06
0.12
0.04
0.08
0.03
0.06
0.02
0.04
0.02
0.04
3
木门
4.8
0.16
0.77
0.15
0.72
0.1
0.48
0.1
0.48
0.1
0.48
0.1
0.48
4
观众厅后墙
125.7
0.3
37.71
0.6
75.42
0.75
94.275
0.75
94.275
0.75
94.275
0.75
94.275
5
通风孔、前墙音箱孔、面光孔、耳光孔
光孔
37.1
0.1
3.71
0.15
5.565
0.2
7.42
0.22
8.162
0.25
9.275
0.3
11.13
6
天花
438.7
0.24
105.288
0.12
52.644
0.05
21.935
0.05
21.935
0.04
17.548
0.04
17.548
7
观众厅侧墙
326.6
0.2
65.32
0.2
65.32
0.25
81.65
0.25
81.65
0.25
81.65
0.25
81.65
8
观众席木地板
165.3
0.05
8.265
0.05
8.265
0.05
8.265
0.05
8.265
0.05
8.265
0.05
8.265
9
台口
60
0.3
18
0.35
21
0.4
24
0.45
27
0.5
30
0.55
33
1
0
4/5满场
248.5
0.3
92.10
0.43
132.01
0.44
135.08
0.45
138.15
0.51
156.57
0.5
153.50
1/5空场
1434.6
0.19
14.630
0.31
23.870
0.35
26.950
0.37
28.490
0.39
30.030
0.38
29.260
空气吸收4mv
0
0
0
0
0
0
0.003
8.2149
0.009
24.6447
0.022
60.2426
室内平均吸声系数α
0.244
0.270
0.281
0.286
0.300
0.301
总吸声量A
350.04
388.04
402.73
410.54
430.21
431.22
混响时间T60
1.11
0.99
0.94
0.91
0.83
0.78
七、混响时间频率特性曲线测算：
八、各房间噪声控制标准：
房间/空间
允许噪声标准
观众厅
NR30
舞台机械动作时（观众席第一排）
50dB（A）
门厅
40dB（A）
控制室
NR35
九、多功能厅结构及装修工艺示意图
Ⅱ.扩声及会议系统设计说明
一、声场分析
我们针对具体的实际情况，建立了EASE模拟分析，得出了这样的结果，结果令人非常满意，达到了国家针对多功能厅场所的声学一级标准。
多功能厅的主扩声采用美国著名品牌EAW的MK系列扬声器6只分别进行观众区左中右扩声，其都是采用一只MK2366U进行近场覆盖；采用6只MK8126U放置于台唇处进行观众区拉声像音箱。
采用2只SB528z作为超低音音箱，实现低频的完美表现。
并且用2只VFM129作为舞台流动返听音箱，以实现舞台返听区声音的完美覆盖
1、下面是对该剧场观众区EASE分析结果：
分析：
根据以上250HZ-6.3KHz全频带模式总声压级为最小116.81dB；图数据对比剧院扩声国家一级标准的不小于103db，本方案可以达到要求。
另外，根据以上分析结果，我们建立如下表格进行声场均匀度分析：
频率
最大SPL
最小SPL
平均SPL
不均匀度
250Hz
107.72
106.60
107.19
1.12
500Hz
106.64
104.90
105.67
1.74
1000Hz
104.91
102.99
104.00
1.92
2000HZ
108.25
105.83
107.14
2.42
4000HZ
108.19
104.93
106.59
3.26
6300Hz
109.73
106.15
107.63
3.58
分析：
根据以上数据对比剧场扩声国家一级标准要求1000Hz时小于或者等于6dB、4000Hz时小于或者等于8dB，均满足要求。
综上所述，在声压级以及声场均匀度方面，该系统声场覆盖可以满足设计要求。
语言清晰度计算
EASE的语言清晰度计算是基于建声上满足或接近图中的混响时间频响曲线，电声上选用的所有扬声器都处在正常的工作状态下采用RASTI法计算得出的期望值指数，RASTI法是客观评价厅堂语可懂度的快速语言传输指数。
与可懂度有关的语言传输质量是根据模拟实际讲话人声学特性的测试信号通过房间时的调制指数mi的降低确定的，测试信号由位于讲话人位置的声源传输到听音者人位置上的传声器，此处的调制指数是mo，RASTI法是基于满足以下几项要求的计算应用：
1、基本上是线性语言传输（无削波等）；2、宽带语言传输（典型值为200Hz—6KHz），因为此方法是以假定基本上是无限制的语言谱为基础的；3、背景噪声中不包含纯音，在倍频带频谱中，无明显的峰或谷；4、背景噪声无脉冲特征；5、混响时间随频率变化不太大时，以上是国家标准GB/74959-1995中厅堂扩声特性测量方法的依据，EASE的RASTI法是基于以上的测量方法而得出的数据，而且是国际电工委员会IEC和美国电子工业协会（EIA）通用的数据标准，这个RASTI指数对于没有受过训练的讲演者听众在复杂的听音情况下,此指数0.4—0.45为可以，0.45—0.5为好，0.5-0.55为良好，0.55-0.6优良，0.6—0.9为优秀。
下图模拟计算的数据。
结果各频段的平均值为0.695，达到了优秀的标准，完全可以满足使用者的要求
2、观众席语言清晰度计算：
上图的语言清晰度的模拟计算数据为MAX：
0.747,MIN：
0.626,AVG:
0.695；达到了优秀的标准。
3、观众席辅音损失度计算：
辅音损失度指数0%—7%很好，7%—11%为良好，11%-15%为可以，15%-18%不良，18%以上不可忍受。
下图的模拟计算数的数据。
结果各频段的平均值为4.01%,达到了很好标准，完全可以满足使用者的要求。
上图的辅音损失度的模拟计算数据为MAX：
5.72%,MIN：
2.97%,AVG:
4.01%；达到了很好的标准。
综上所述，按照本次的设计，该方案观众席声场完全可以达到多功能厅扩声系统声
学特性指标一级标准。
二、系统设计特点
多功能厅主要作为中型现场演艺表演、并兼顾会议、演出、视频会议等需求，考虑到实际的使用需求，在设计上完全是按照多功能厅国家标准中的一级标准进行的。
系统本着简单智能化、数字化的设计要求，在设备选用时应使用具有代表性的核心数字产品，使得整个系统融为一体，而真正营造出操作使用方便，性能先进稳定的科学的音频系统；为达到完美的电器指标、参数的匹配，各设备间的系统兼容性及方便的售后维护。
三、设计思想
1、扩声系统功能定位
多功能厅是主要承担会议召开、庆典活动的地方。
作为一流水平的多功能厅，其具有以下功能：
Ø满足小型音乐类节目的演出要求；
Ø满足庆典活动等的举行；
Ø满足语言类节目如小品话剧、会议演讲等要求。
整个主扩声系统是按扩声指标满足并超过、达到GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》标准中多功能类扩声系统特性一级的指标要求。
2、科学的系统理念设计
可靠性、稳定性
音视频系统具备长期稳定工作能力，所选用设备均符合国际质量及可靠性标准。
经济性、实用性
音视频系统必须满足本多功能厅要求的系统功能要求和水平，系统具有良好的性价比，实用而不夸张、高档而不奢侈。
同时设计必须具有可实现性、操作方便、维护容易。
先进性、方便性
系统组成应根据使用要求，可非常灵活的对系统根据不同用途进行预先设定程序，以方便甲方人员使用。
可扩展性
科学技术及产品是不断发展进步，本音响系统应具有扩展升级功能，可为将来的发展预留接口和空间。
一致性
音视频系统必须依据技术指标的一致性原则来选定设备，设备的档次应保持在同一水平线上，避免设备之间的使用上出现瓶颈现象。
3、设计依据
为了多功能厅打造成一流的多用途类扩声系统的场所，我们的设计严格遵循现有的资料及标准规范进行设计：
JGJ-57-2000/J67-2001《剧场建筑设计规范》
JGJ/T16-92《民用建筑电器设计规范》
GBJ16-92（95年修订）《建筑设计防火规范》
GB/T50314-2000《智能建筑设计标准》
GB/T50311-2000《建筑与建筑群综合布线工程设计规范》
GB/T50312-2000《建筑与建筑群综合布线系统工程验收规范》
GB50259-96《电气装置安装工程电气照明装置施工及验收规范》
GB50169-92《电气安装工程接地装置施工质量验收规范》
GBJ232《电气装置安装工程施工及验收规范》
GB50300《建筑工程施工质量验收统一标准》
GB50303《建筑电气安装工程施工质量验收规范》
GB50057《建筑物防雷设计规范》
GB/T14549/93电能质量、公用电网谐波
GB50258/96电缆敷设规范
GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》
GB4959-95《厅堂扩声特性测量方法》
GBJ76-84《厅堂混响时间测量方法》
GB/T14197-93《声系统设备互连的优选配接值》
GB50198《民用闭路监视电视系统工程技术规范》
GB7401《彩色电视图象质量主观评价方法》
JBJ93《工业自动化仪表工程施工技术规范》
GY/T106《有线电视系统技术规范》
GY/T121《有线电视系统测量方法》
GBJ79《工业企业通讯接地设计规范》
GB/T126661/6/90电缆的耐燃性考核标准
四、音频系统设计说明
1、音频系统设计依据和标准
为了使设计的目标具有可“度量性”，该多功能厅声场的建筑环境，节目类型及音源动态参照《厅堂扩声系统声学特性指标》GB50371-2006的多用途类扩声系统设计的声学特性指标设计，应该为本多功能厅扩声系统的设计选用国家《音乐扩声系统一级声学特性指标》，设计的指标如下：
项目
GB50371-2006音乐扩声类系统一级指标
最大声压级
额定通带内：
大于或等于103dB
传输频率特性
以100～6300Hz的平均声压级为0dB，在此频带内允许范围+4～-4dB：
50～100Hz和6300～12500Hz的
稳态声场不均匀度
1000Hz时小于或等于6dB；4000Hz时小于或等于8dB
传声增益
125～6300Hz的平均值大于或等于-8dB
早后期声能比
500~2000HZ内1/1倍频带分析值大于或等于+3dB
系统噪声
NR-20
足够的声压级
随着现代音频技术的发展以及人们听觉鉴赏水平的提高，要求系统有足够动态余量，以适应不失真还原大动态的节目信号。
设计所选用的扬声器功率大，灵敏度高，与之相匹配的功率放大器具有足够的功率储备。
良好的声场均匀度
设计中所选的扬声器显然是根据听众区的具体位置和面积，组成“点”声源音箱组，有效降低阵列的梳状滤波效应，所选用的扬声器都是恒指向扬声器，有利于语言清晰度的提高，听众区都处于扬声器的覆盖范围内，可以预见声场均匀度是良好的，而通过计算机的模拟运算结果也可证明这一点。
平滑的传输频率特性
系统中对每路扬声器都进行参量均衡的调整，使其在指向性控制范围内各频率声束宽度变化很小，没有过激点和陷波点，而且在扩声系统中，每路扬声器都连接有一台房间均衡器（在DSP数字音频处理系统中），能提供足够的手段改善观众区和舞台区耦合空间声场对传输频率特性的影响，确保系统的传输频率特性平滑。
良好的传声增益
系统中的扬声器布置合理，主要表演区均在主扩声扬声器的覆盖范围外，所选用的扬声器采用恒定指向号角，－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。
低的系统噪声
系统噪声的产生及引入，主要跟设备的档次以及系统配接方法有关。
显而易见,在设计中所选的设备均采用了本底噪声较低的优质产品，系统采用星型接地。
系统适应性强，方便扩展
通过对设备体系的分析,我们认为在设计过程中除对上述客观可测量指标进行重点考虑外，还可从使用的角度出发，放宽系统的适应性，除可以满足会议扩声要求外，它也可以满足现场演出和播放音乐的要求，整个系统有效重放频率宽度为27Hz—20kHz，系统的调音台和处理设备，都保留有足够的扩展空间。
可靠性高、技术成熟
系统在设计中，充分考虑扬声器的最大声压级、功放的功率储备、扬声器的保护、音频处理器的处理能力等要素，功放与扬声器单元的设计处于最佳匹配状态，这种系统整体解决方案，除对音质高保真重放有利外，另一个重要的优势就是大大提高了设备的可靠性，系统操作管理方便。
2、音频设计方法及设计过程
1）设计方法及声场模拟
仅凭借经验是不能完全准确的设计厅堂扩声设计的，当然经验可以知道我们进行前期预算，为了满足各种扩声系统指标、研究声场分布情况，确定扬声器系统的种类、安装角度、功率以及详细的安装位置，系统设计时宜使用计算机模拟仿真软件。
模拟仿真时应注意设置软件中建筑声学条件符合实际的情况。
针对该多功能厅的扩声系统声学特性，根据所现场情况及图纸等各种数据要求进行模拟EASE4.3声学辅助设计软件模拟分析。
使用计算机辅助设计软件EASE4.3（EletroAcousticSimulatorforEngineers）的声学特性指标进行辅助设计和计算，使得计算的声学特性指标更加准确。
本设计方案是采用EASE4.3系统软件，并根据《厅堂扩声系统声学特性指标》、《厅堂扩声特性测量方法》标准进行设计、计算的，其设计计算结果以声场分布彩色展示图的方式给出。
在多功能厅的左中右吊挂两只音箱组成音箱组，音箱选择水平60度和垂直60度的音箱，两只通过物理方式摆放可组成水平120度，垂直60度的音箱组，以满足多功能厅的扩声需求。
通过进行EASE模拟，也得到了均匀的声场覆盖，同时也验证了设计的准确实用性。
多功能厅空场稳态情况下，声压级指标达到国家《音乐扩声系统一级声学特性指标》的标准，250z到6300Hz平均声压级为117.98dB,可达到室内多功能厅的音乐扩声系统一级声学的要求，而且还留有余量，可以完全满足多功能厅的应用需求；综上所述，在声压级以及声场均匀度方面，该系统声场覆盖可以满足设计要求。
3、设计流程
声学设计规范中要求观众区的音质主要是语言清晰、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，这些指标形成室外广场音质设计的综合效果。
做了充分了解后，结合建筑体型和电声学特点，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、满足声学特性指标要求的扩声系统方案。
4、扩声系统声功率计算
多功能厅的主扩声系统，参照《厅堂扩声系统设计规范GB50371-2006》音乐扩声系统一级标准，额定带通范围内：
平均压级≥103dB。
根据点声源法则中的平方反比定律，距离每增加一倍声压级衰减6dB，（忽略阵列在一定距离及一定频率上是柱面波衰减，并以此作为余量）以此类推距离音箱20米处要达到演出类扩声系统一级标准≥103dB时，距离音箱1米处要达到的最大声压级为123dB，我们采用的全频两分频扬声器最大声压级为125dB。
能够符合《厅堂扩声系统设计规范GB50371-2006》音乐扩声系统一级标准,并具有足够的余量。
5、声音清晰度和声反馈的控制
影响声音清晰度的原因主要由以下三个因素组成：
a、厅内的混响；b、厅内的环境噪声和信号声压的比率；c、多功能厅的声学建筑造成的频率不均匀。
解决声场均匀度和清晰度问题实际就是扬声器的选型与安装问题，如何在既定的建声条件下选择适合的音箱和安装的位置成了解决这一问题的关键。
无论在任何模式时，我们首先要考虑的当然是语言的清晰度。
在混响时间的设计上应综合考虑语言与音乐的兼容，根据混响半径公式：
由公式可以看出，增大扬声器指向性因数（Q值），Dm也相应增大，由此直达声声能覆盖距离也得到了增大，远离主扬声器组的观众席才可以获得较高的语言清晰度。
因此在无法解决不同使用形式混响时间矛盾时，采用高Q值的扬声器能提高语言的清晰度。
对于第二个因素，由于我们在此工程中采用的是高素质的器材，系统能提供足够高的信噪比，和较大的系统声压储备，所以完全能压制场内的观众噪声。
对于第三个因素，控制扬声器的位置，使两组扬声器的距离不超过17M并且调整水平角度为90°扬声器的绝大部分能量控制在所需范围，充分利用了直达声，避免声反射而影响清晰度。
对于声反馈的处理是采用了双层的解决办法：
一、在工程调试中通过对系统的参数的精心调试，如相位、驻波等,这些方面处理得当话筒的传声增益自然能得到保证；二、在音频系统设备上的各个输出上，在处理器处理上加入了参量均衡，这样两方面的相结合，就能使反馈基本上消除。
6、扩声系统设计和设备选型
依据以往的工程经验，多功能厅的声学设计应包括建声和扩声两方面的内容。
前者主要是控制混响时间和音质缺陷；后者则要确保厅堂内有足够大的声压级、均匀的声场分布，以及在不同的使用功能时所要求的声学效果，两者是相辅相成的，只有相互密切配合，才有可能用最低的投资而获得最好的艺术和音质效果。
事先，在计算机上建立了与厅堂观众区实体相似的产体模型，依据声学特性指标要求，将建筑声学的有关特性与电声作为“一体”进行综合设计考虑。
充分考虑直达声和混响声的扩散与叠加及声学比，尽量增大50MS以前的声能密度，提供有效混响时间的声能量，减弱声反馈、提高清晰度。
按音箱摆位图所示，突出优特点是：
立体空间听音、声像定位准确、声像移动效果明显、声场十分活跃、可懂度高、动态范围大，是目前本系统中最理想的应用。
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