郴州应急扩声系统技术说明.docx
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郴州应急扩声系统技术说明
文件编号：
Q/KC-JL-JC-57
受控状态：
■受控□非受控
保密级别：
□公司级□部门级■项目级□普通级
采纳标准：
GB/T19001-2000idtISO9001：
2000标准
质量记录编号：
0617106MY
合同编号：
郴洲市应急指挥中心
扩声系统说明
Version1.0
2007.03.18
WrittenByCreator
长沙科创计算机系统集成有限公司
AllRightsReserved
音响系统概述：
郴州市应急指挥中心的扩声系统作用为会议、报告等以语言为主的活动，所需要的扩声系统需要能清晰的还原语言信号，要求在设计系统时首先保证有良好的语言清晰度和足够的、均匀的声压级；同时，应急指挥中心的重要活动应急指挥会议等等，要求有高质量的扩声系统与其配合，力求将各种音源尽可能完美的还原出来，保证各种活动的顺利进行，让与会议人员除了在视觉上有美的享受外，在听觉上也能如享天籁般的感觉，尽享艺术之美妙，这样又要求所设计的扩声系统有较高、较均匀的声场设计，要具有较好的音乐信号清晰度和丰满度等。
设计依据及设计目标
1．设计依据
经过对图纸的仔细研究，并结合贵方的要求，参照我公司所做的一些类似工程，依据如下几项主要技术标准和规范来进行设计:
Ø《厅堂扩声系统声学特性指标》GYJ25-86；
Ø《剧院建筑设计规范》JGJ57-2000/J67-2001；
Ø《厅堂扩声特性测量方法》GB/T4959-95；
Ø《声系统设备互连的优选配接值》GB14197-93；
Ø《客观评价厅堂语言可懂度的RASTI法》GB/T14476-93；
Ø《厅堂混响时间测量规范》GBJ76-84；
Ø《民用建筑电器设计规范》JGJ/T16-92；
Ø《快速语言传输指数》GB/T14476-93；
Ø《声学语言清晰度测试方法》GB/T15508-1992；
Ø《电气装置安装工程施工及验收规范》GBJ232-90,92；
Ø《工业企业通信接地设计规范》GBJ79-85；
Ø《测试传声器技术条件》GB2019-87；
Ø《分散型控制系统工程设计规定》HG/T20573-95；
Ø《城市区域环境噪声标准》GB3096-93；
Ø其他相关行业的规范、标准。
除了根据上述国家相关行业规范与标准，郴洲应急指挥中心的设计按如下依据进行：
坚持使整个系统具有先进性、实用性、可靠性、扩展性和灵活性。
（1）、扩展性
系统具有可在不作变动或少作变动的情况下，对系统进行扩展,应急中心配备了足够多的各类接口,无论是网络还是视频都可以轻松的接入整个系统
（2）、可靠性和稳定性
系统应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。
（3）、超前性和先进性
系统应是满足可靠性和实用性前提下的先进系统。
设备应尽可能选用最先进的国际一流产品。
系统构成应采用最先进的设计理念和手段。
（4）、灵活性和方便性
系统具有可实现性、设备操作方便、管理和维护容易，操作界面简便、灵活。
（5）、智能性
系统可一体化智能控制。
（6）、统一性
系统必须依据技术指标的一致性原则来选定设备。
2．目标
扩声系统满足活动、会议等对厅堂扩声的要求，达到国家相关标准
扩声系统设计说明
设计手段
针对扩声系统声学特性，采用世界上最先进声学计算机辅助设计软件EASE（ElectroAcousticSimulatorforEngineers）3.0版本进行设计及计算。
其设计计算结果以声场分布彩色展示图的方式给出。
通过EASE软件所计算的主要内容包括：
∙125~8000Hz1/3倍频程混响时间频率特性曲线；
∙125~8000Hz1/3倍频程混响声场最大声压级；
∙1000Hz的辅音损失（ALcons%）；
∙1000Hz的快速传递指数（RASTI）；
通过计算可以直观地看到扩声系统声学特性指标的预期结果，对本工程具有良好的
扩声系统声学特性指标
会议室（厅）名称
声学特性指标
郴州市应急指挥中心会议室
语言扩声系统一级
——语言扩声系统达到一级特性指标
∙最大声压级：
250Hz~4000Hz内≥90dB
∙传输频率特性：
以250~4000Hz的平均声压级为0dB，允许+4~-6dB；100~250Hz、4000~6300Hz内允许≤-4dB
∙传声增益：
250~4000Hz的平均值≥-12dB
∙声场不均匀度：
1000Hz、4000Hz≤8dB
∙总噪声级：
≤HR30
——语言和音乐兼用扩声系统二级特性指标
∙最大声压级：
250Hz~4000Hz内≥93dB
∙传输频率特性：
以250~4000Hz的平均声压级为0dB，允许+4~-6dB；100~250Hz、4000~6300Hz内允许≤-4dB
∙传声增益：
250~4000Hz的平均值≥-12dB
∙声场不均匀度：
1000Hz、4000Hz≤10dB
∙总噪声级：
≤HR30
功能要求
在拟定本扩声系统设计方案中我们充分考虑到会议室的声学环境、使用功能和招标文件的内容要求，系统设计目标应达到：
∙满足扩声系统声学特性指标及各种会议对扩声系统的使用功能要求；
∙语言清晰度高、有足够的声级、声场分布均匀，声像一致性好、较高的传声增益、无噪声干扰和音质缺陷；
∙更满足人耳对音质的主观听音要求；
∙系统具有较高的可靠性、易维护性、安全性及可扩展性；
扩声系统对建筑声学的要求
会议室的声学设计应包括“建声和电声”两方面的内容。
前者主要是控制混响时间和音质缺陷；后者则要确保室内有足够的声级、均匀的声场分布、较高的系统稳定余量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良好的艺术和音质效果。
建立模型
通过使用EASE软件，按照会议室（厅）的结构在计算机上建立仿真模型。
会议室模型效果图
混响时间
一般来讲，混响时间短可提高语言的清晰度，混响时间长可提高音乐的丰满度，本会议厅应首先保证语言清晰度为主要目的，同时兼顾音乐的使用要求。
按照上述条件，在已建立的各会议室（厅）声学模型上对观众厅的侧墙、后墙、顶棚、地面、座椅等定义相应的吸声材料后设计的混响时间曲线如下图：
会议室混响时间频率特性曲线
需要指出的是，观众厅要获得良好的音质效果，除满足混响时间参数外，还必须注意控制室内可能产生的音质缺陷（颤动回声、空调噪声等）。
声场设计
扬声器的选型
——分析与构思
扬声器的选型与布局是整个扩声系统设计的重要一环，因为声学特性指标中的几项重要指标和最终的音质效果都直接与此有关。
（1）为满足语言扩声时清晰度同时又满足音乐扩声丰满度的音质要求，除充分利用扬声器的指向性对观众席直达声有良好覆盖外，观众席（特别是后区）得到的直达声能与混响声能比值（声学比）要有一合适的比值和余量。
设计时考虑到会议室的体积较大，实际建成之后有可能混响时间较长，设计时按照6dB考虑。
（2）由于混响声能有利于减少声场的不均匀度和提高音乐的丰满度等积极因素，但过大会降低清晰度。
混响半径公式：
Dm=0.141
，式中：
Dm：
混响半径
Q：
扬声器的指向性因数
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。
（3）在扬声器的使用上选用高Q值并且在水平、垂直两个方向都具有恒定指向号筒式扬声器。
只有这样才能加强混响声中有效部分的声能覆盖，增大50ms以前的声能密度、提高有效混响时间的声能量（有效声能）、减弱声反馈、提高清晰度，才能保证扬声器指向覆盖范围内对任何角度的听众都能传送清晰的声音。
——扬声器的确定
在会议室声学模型上，通过计算机辅助设计对选定扬声器的：
Ø指向特性、扬声器之间的干涉效应；
Ø各安装位置上的水平角度、垂直角度和旋转角度；
Ø全部扬声器的输入功率分配及均衡调整等；
进行了仔细的分析、计算和验证，最终本设计方案选用了美国公司代表现今最先进的技术和最新专利“渐进转变波导音箱”具有高Q值（指向因数）。
多功能会议室也按照标书要求配套专用音箱。
——为何选高Q扬声器
选用高Q值扬声器是为了确保语言清晰度。
语言清晰度辅音损失率：
ALCONS%=
式中：
D2——扬声器离最远观众距离
T60——混响时间
Q——扬声器的指向性因数
V——会议室的体积M3
N——功率比产生LD的功率LW与除LD之外的所有器件LW比。
M——修正系数
以上理论公式和实践告诉我们：
Ø建筑声学中，T60（混响时间）越小，语言清晰度辅音率（ALCONS%）也越低，即语言清晰度越高。
T60（混响时间）越长，语言清晰度辅音率越高，即语言清晰度越。
但音乐丰满度越好。
Ø电声系统中，扬声器Q值越高，则语言清晰度辅音损失率（ALcons%）越小，即语言清晰度越高，反之Q值越低，语言清晰度越低。
由此可看出，我们的设计是建声和电声的综合设计，是以解决语言清晰度为主而（在会议室混响时间已确定时，通过提高扬声器的Q值提供语言清晰度）进行扩声系统设计。
（我们选用的就是Q值高的英国CELESTION百变龙音箱）
扬声器的布置方式
本会议室扩声系统的扬声器布置遵照如下原则：
Ø扬声器的重量应符合吊挂点承载的要求；
Ø扩声应该得到自然的印象（保持声像一致性）；
Ø扬声器的位置在建筑上是合理的；
Ø扬声器的安放应避免声反馈和产生回声干扰并提高传声增益；
Ø扬声器的布置保证利用扬声器的指向特性来覆盖观众席，所有听众接收到均匀的声能。
遵照上述原则，各会议室扬声器采用集中布局方式。
此种布局，通过扬声器指向特性对观众席的覆盖，既能使观众席上有足够的声压级、良好的语言清晰度，同时又能满足音乐方向感、空间感、生动感的需要。
主要技术特点表现在：
Ø来自扬声器的直达声和自然声源的声音方向大致相同；
Ø有利于提高传声增益，不易产生由声反馈引起的啸叫；
Ø有利于对观众席座位的直达声有良好覆盖外；
Ø直达声强、声场均匀、空间方向感好，语言清晰度高。
本扩声系统的声学设计就是建立在会议室的立体模型上，以相关的建筑、声学参数为依据，通过计算机给以分析、计算并得出准确的结果。
依据本设计方案所给出的扩声设计计算结果，可以清楚的看到了应急中心预期的扩声系统声学特性指标。
——应急中心
混响声场最大声压级分布图（空场稳态准峰值）
音箱按全场覆盖。
100Hz混响声场声压级111~112；声场不均匀度≤1dB
125Hz混响声场声压级113~115；声场不均匀度≤2dB
250Hz混响声场声压级109~111；声场不均匀度≤2dB
500Hz混响声场声压级108~109；声场不均匀度≤1dB
1000Hz混响声场声压级106~109；声场不均匀度≤3dB
2000Hz混响声场声压级108~111；声场不均匀度≤3dB
4000Hz混响声场声压级107~109；声场不均匀度≤2dB
6300Hz混响声场声压级109~111；声场不均匀度≤2dB
1000Hz快速传递指数（语言清晰度RASTI）：
0.63~0.7
1000Hz的辅音损失（ALcons%）：
5~7
Ø会议室扩声系统声学特性指标分析
由声场分布图中统计的计算结果统计如下表：
100Hz
125Hz
250Hz
500Hz
1000Hz
2000Hz
4000Hz
6300Hz
111~112
dB
112~114
dB
109~111
dB
108~109
dB
106~109
dB
108~111
dB
107~109
dB
109~111
dB
（1）大声压级（空场稳态准峰值）：
由统计表中可计算出，250~4000Hz范围内平均声压级为108.5dB。
（2）声场的不均度：
由统计表中可计算出，1000、4000Hz≤1dB。
（3）传输频率特性：
由表计算可得出，250~4000Hz的平均值声压级为108.5dB，与表中125~4000Hz的声压级比较，均满足≤±4dB的范围；在100~125Hz内≤2dB；在4000~6300Hz内≤2dB，两项均在指标范围内。
（4）快速传递指数（语言清晰度RASTI）：
0.63~0.70。
（5）辅音损失率（语言可懂度ALCONS%）：
5%~7%。
2.5电声设备配置说明
音响系统工程设计可称之为音响连锁，每一个设备环节都是关键。
根据各会议厅功能使用对设备的要求并结合实际情况，严格遵守认真负责的选型原则，坚持实用性与适用性相结合，保持设备档次性能的一致性。
主要表现在：
∙选系统：
系统性能配套、性能价格比合理，具有时代水平；
∙选产品：
设备性能易配接、可靠性高、安全性好；
∙可靠性：
在可靠性高的条件下，选用功能强的产；
∙选信誉：
用有售后服务好的厂家或代理商的名牌产品。
（1）音源设备：
DVD和卡座;
（2）数字信号处理器：
音频处理器是扩声系统的中心设备，音频处理器所具备的功能质量将直接关系到系统的质量和今后操作的灵活性和方便性。
本系统选用了美国生产数字音频处理器TCXO24。
（3）功率放大器：
功率放大器的选择是按照扬声器厂家推荐进行优化配置。
同时考虑到功放到扬声器之间连线电阻对阻尼的影响，功放选用CROWN公司最新推出的专业功率放大器。
（4）其它设备：
均按照要求配置。
（5）配电系统：
系统的供电设计按照设计范围内所有设备容量1.5倍考虑。
系统采用单相或三相供电，用电负荷10KW，在技术用房设独立接地接点，接地电阻小于1欧，避免与其它机电产品或照明共地。
应急指挥中心声场达到的声学指标
1、作为会议、报告扩声时等对语言扩声时要求有良好的语言清晰度和足够的声压级.
2、作为文艺活动类的扩声要求时，扩声系统应能达到一定的音乐信号明晰度、响度、饱满度和动态范围等。
3、除了上述要求，指标应满足《厅堂扩声系统特性指标》（GYJ25-86）中所规定的语言和音乐扩声系统一级标准，另外还要考虑到它们的动态上限和背景噪声级。
见下表：
分类特性
语言和音乐兼用扩声系统一级
最大声压级（空场稳定准峰值声压级（dB）
0.125～4.0kHz范围内平均声压级≥95dB
传输频率特性
0.063～8.0kHz以0.125～4.0kHz的平均声压级为0dB，允许＋4～－12dB,且在0.125～4.0kHz内允许≤±4dB
传声增益（dB）
0.125～4.0kHz的平均值≥－8dB
声场不均匀度（0dB）
1.0/4.0kHz≤8dB
应急指挥中心对建声提出的建议
现在的音响系统已不是简单堆放音箱和设备配接，而是一个集声学（声场）和电子学（电声设备配接）为一体的“声音闭环系统”，两者互相配合，才能设计出比较好的听音环境。
所以，厅堂扩声的声学设计应包括“建声和电声”两方面的内容。
前者主要是控制混响时间和音质缺陷；后者则要确保观众厅有足够的声压级、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良好的音乐效果。
所以声场设计应从该厅堂的实际情况出发进行考虑，结合建声设计出的建声参数，从而决定扬声器的选型与布局。
建筑声学建议
根据国家行业标准GYJ25-86《厅堂扩声系统声学特性指标》中有关建筑声学的要求以及本厅堂的实际情况，主要目的是对观众厅声学缺陷处理和混响时间控制提出合理化的建议。
建议：
应急指挥中心作为一个多功能活动场所，以各种会议、报告，音乐等语言和音乐均需要表现的扩声场所，因此，对声学的要求也是以此为出发点，既保证语言信号的清晰度又要保证音乐有一定的丰满度，声压级也要达到国家相关的语言和音乐扩声一级标准。
要保证语言和音乐信号的这些表现特性，必须从建筑声学和扩声系统（电声）两个方面控制，建筑声学必须控制好房间的混响时间并消除房间的声学缺陷，为扩声系统提供良好的听音环境，如观众厅内各处要求有合适的响度、均匀度、清晰度和丰满度，在厅内不得出现回声、颤动回声和声聚集等等。
混响时间
据前述该的使用功能定位，以及其体形特征和容积大小，建议混响时间如下：
语言扩声又有音乐表现需要的多功能应急指挥中心：
混响时间RT60=1.4±0.1s@500-1000Hz
这样不至于语言因混响太大影响清晰度，也不至于混响太小影响了音乐的丰满度等。
噪声控制
厅堂空场时，其室内噪声不论来自厅内或由外界串入的任何噪声，不得超过规定的限值。
不论来自厅内的，或是厅外其他有关设备的噪声源，都应做相应的声学处理。
应特别关注顶棚、隔墙、门窗的隔声、隔振设计，空调系统和舞台机械的噪声控制由各专业深化设计时达标。
主扬声器的选型
扬声器（简称音箱）是音响系统的喉舌,直接影响还音的音质,是音响系统最关键的部分。
它如像歌星的嗓子,有了好的歌喉,才能唱出优美动听的歌曲。
因此，选择声音宏亮、音质优美、失真极微、工作可靠的扬声器是广大用户共同关心和追求的目标。
创立于1985年的CELESTION百变龙公司位于英国南部的Senden镇，在其历史建筑物式的厂房里，CELESTION百变龙员工本着创立世界知名扬声器品牌宗旨，通过将近二十年的努力，成为了世界专业音响行业的专业扬声器专家。
CELESTION百变龙在英国是扬声器工业的先锋，为不断提高扬声器系统的各种性能，在设计和生产中采取了许多行之有效的新技术措施，在技术上不断创新和突破。
从原材料的开发、喇叭单元的设计和生产、音箱的设计和生产，一切都不用外求。
它是根据专业音乐人士的严格要求，研制性能杰出，功能强大、品牌齐全、优质高效扬声器系统的著名专业厂家。
20多年来CELESTION百变龙克服了扬声器系统中散热、干涉、失真、共振等一系列问题，创造了大量的专利技术，使CELESTION百变龙扬声器系统在频率均衡方面具有高音清晰明亮；中音定位准确、饱满、穿透力强；低音厚实有力等特点。
在高灵敏度、高声压、低失真方面达到了世界上扬声器系统之最。
因而CELESTION百变龙扬声器系统声音清晰、保真、层次分明、音色优美。
CELESTION百变龙的扬声器系统的单元均采用钕金属单元新技术新工艺，优化的单元和箱体耦合，其enclosurevolume声音控制技术使之重放的声音具有极高的效率和良好传送效果。
人们称为“磁中之王”的Nd钕金属，其磁性能较好，最大磁能积（HB）m可达45～55MGOe，比铁氧体、铝镍钴和钐钴等永磁体，分别高出15倍、8倍及2倍。
因此Nd钕金属扬声器单元在效能转换方面比一般铁氧体扬声器单元更有效率，更节能，单元体积更小，重量更轻。
CELESTION百变龙的扬声器轻质高效的钕金属驱动器配合专利可转动高音号角，达到多功能的紧密性强的固定安装系统。
CELESTION百变龙扬声器中的内置无源分频器或双功放分频器采用最新的CAD设计手段把高音、中音、低音三种扬声器单元的特性恰如其分的融合在一起，准确的分频点和平滑的频响的优质分频器使各单元达到最佳的匹配。
因而对各种乐器和语言有最出色的表现力。
CELESTION百变龙扬声器系统有极高的可靠性。
按照AES-2国防用工业标准。
扬声器单元只要通过2小时粉红噪声满功率负载不烧毁即为合格。
而CELESTION百变龙所选用的单元则把此标准提高到300小时。
因而CELESTION百变龙产品向用户保证6年无故障工作的承诺。
这在世界上也是绝无仅有的。
CELESTION百变龙扬声器系统有很高的性能价格比。
CELESTION百变龙的高性能和合理的价格，使它在世界各品牌产品中名列前茅。
CELESTION百变龙的全部扬声器单元、压缩驱动器、恒定指向号筒、无源分频和箱体等都是经过精心设计、精心选择和精心细作装配而成，因而有极高的品质、优美的音质、极低的失真、平滑的频响和简捷的安装等各项优良的性能，并赢得了世界各地广大专业人士的信赖和推崇。
在这个项目中我们选用的就是英国的CELESTION百变龙音箱
指挥中心大厅为方形结构，我们采用2只大功率CS-152音箱作为主音箱，2只大功率SUB15超低音音箱作为超频低音箱，采用2只CS-122M音响作为返听音箱，2只CS-122大功率音箱作为补音音响，配套背景音乐系统构置成指挥中心大厅整体音效系统如下：
左右主音响：
各吊一只（CS152）挂在指挥中心大屏台口两侧或是安置在两侧的音响仓内，角度偏向内侧（约30度），这样可以更好的覆盖中前排的观众。
左右超低音音响：
各吊一只（SUB15）挂在台口两侧或是安置在两侧的音响仓内位置在主音响下面，角度偏向内侧（约30度），这样可以更好的覆盖中前排的观众。
辅助音响：
4只音响（2只CS112和2只CS122M）挂在指挥中心观众席左右侧面或是安置在观众席左右侧面的音响仓内均匀分布，这样可以更好的覆盖全场的观众，达到声场均匀的功效。
作为对池席音效补音，形成全方位音效。
扩音系统流程图
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