雷 鳴 ，謝海嘯，顧克明，李媛敏，魏 民，劉隨強(qiáng)，朱向前

（1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三研究所，北京 100015；2.北京奧特維科技有限公司，北京 100015）

指揮大廳空間跨度大，人員分布復(fù)雜。為確保指揮過(guò)程中語(yǔ)言清晰、指令傳達(dá)精準(zhǔn)，它對(duì)系統(tǒng)的傳聲增益、語(yǔ)言清晰度、聲場(chǎng)不均勻度和聲像定位等都有很高的要求。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要給予充分考慮，才能達(dá)到預(yù)期的效果。筆者有幸參與了深圳城市運(yùn)管中心指揮大廳擴(kuò)聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施、調(diào)試、測(cè)量和驗(yàn)收過(guò)程，為了確保指揮大廳的擴(kuò)聲系統(tǒng)能達(dá)到預(yù)期效果，前期進(jìn)行了大量理論計(jì)算，運(yùn)用先進(jìn)的軟件工具進(jìn)行了模擬仿真，并組織專家進(jìn)行了評(píng)審和論證。實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案執(zhí)行，嚴(yán)格把控每道工序的施工質(zhì)量。調(diào)試過(guò)程中，根據(jù)使用需求進(jìn)行專業(yè)的設(shè)置和編程，并通過(guò)多輪測(cè)試和調(diào)整，使指揮大廳最終達(dá)到了優(yōu)質(zhì)效果。因此，下面將主要闡述系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施和調(diào)試過(guò)程，并展現(xiàn)指揮大廳最后測(cè)量的結(jié)果和實(shí)際達(dá)到的效果。

1 工程概況

該指揮大廳位于建筑的第3 層，項(xiàng)目總建筑面積約3 250 m2，裝修樓層總高度為12 m。如圖1所示，大廳主要功能區(qū)域建筑面積為2 230 m2，主要由6個(gè)圓形島區(qū)功能席、2 個(gè)3 人業(yè)務(wù)席、1 個(gè)條形業(yè)務(wù)席、1 個(gè)半圓形指揮席、1 個(gè)圓形指揮洽商席和沙盤區(qū)組成，共92 席。

由于該指揮大廳建成后主要用于開(kāi)展日常數(shù)據(jù)監(jiān)控管理和應(yīng)急重大事件應(yīng)急聯(lián)動(dòng)處置，因此平時(shí)會(huì)與全市各部委進(jìn)行大量數(shù)據(jù)、通信、音視頻和其他信息互聯(lián)互通。為了保障指揮大廳各項(xiàng)重要工作的順利開(kāi)展，它的擴(kuò)聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)必須具備較高的穩(wěn)定性、可靠性和冗余性。此外，要保證指揮大廳的各項(xiàng)指令能及時(shí)、精準(zhǔn)地傳達(dá)，擴(kuò)聲系統(tǒng)必須既要具備較好的聲場(chǎng)不均勻度，還要具備較高的語(yǔ)言清晰度和系統(tǒng)傳聲增益，做到清晰、自然和不易嘯叫。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)要求

城市運(yùn)營(yíng)管理中心是智慧城市運(yùn)行管理的“大腦”與“中樞”，負(fù)責(zé)城市狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)（Observe）、城市異常的智能預(yù)警（Orient）、關(guān)鍵問(wèn)題的智慧決策（Decision）以及重大事件的協(xié)同處置（Act），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)資產(chǎn)的運(yùn)營(yíng)增值，提升城市治理體系和治理能力現(xiàn)代化水平。指揮大廳是城市運(yùn)營(yíng)管理中心展開(kāi)各項(xiàng)工作的重要樞紐，因此設(shè)計(jì)擴(kuò)聲系統(tǒng)時(shí)不僅結(jié)構(gòu)上要穩(wěn)定、可靠以及有充分的冗余，而且要便于操作人員使用，能在不同場(chǎng)景模式下進(jìn)行快速切換。在設(shè)備選型上，要結(jié)合大廳的空間布局、聲學(xué)環(huán)境和使用需要合理選型，最終滿足高質(zhì)量、高標(biāo)準(zhǔn)和高性能的要求，從基礎(chǔ)設(shè)施的層面襯托出指揮大廳使用上的智能和技術(shù)上的先進(jìn)。

2.2 設(shè)計(jì)要求

該指揮大廳建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的主要原則為前場(chǎng)反射、中場(chǎng)擴(kuò)散、后場(chǎng)吸聲、頂棚強(qiáng)吸以及門窗隔音，通過(guò)科學(xué)、專業(yè)的建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)，達(dá)到合理的混響時(shí)間，有利于語(yǔ)言擴(kuò)聲獲得較好的語(yǔ)言清晰度和系統(tǒng)傳聲增益，同時(shí)有利于音樂(lè)重放時(shí)獲得足夠的響度和較好的傳輸頻率特性。此外，要求聲場(chǎng)分布均勻，沒(méi)有振顫回聲等聲學(xué)缺陷，無(wú)明顯干擾缺陷，同時(shí)背景噪聲達(dá)到允許的標(biāo)準(zhǔn)［1］。

根據(jù)指揮大廳的尺寸，首先詳細(xì)計(jì)算大廳的容積。該廳容積約為10 500 m3，由此參照GB/T 50356—2005《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)會(huì)議廳堂的建聲設(shè)計(jì)要求，并結(jié)合大廳的使用需求，設(shè)定指揮大廳混響時(shí)間設(shè)計(jì)值為（1.0±0.2）s 中頻（500 Hz），125～4 000 Hz 的RT60 范圍應(yīng)在0.8～1.2 s，低頻（125 Hz）時(shí)的混響時(shí)間設(shè)計(jì)允許控制在中頻混響時(shí)間的1.3 倍之內(nèi)［2-4］。

在電聲設(shè)計(jì)方面，指揮大廳的擴(kuò)聲系統(tǒng)理應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 28049—2011《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》會(huì)議類一級(jí)指標(biāo)設(shè)計(jì)，具體指標(biāo)如表1 所示。

考慮到該廳的重要性，設(shè)計(jì)方面提出了更高要求，尤其是在聲場(chǎng)不均勻度和語(yǔ)言清晰度方面，即聲場(chǎng)不均勻度在125～4 000 Hz 頻率范圍內(nèi)小于6 dB，STIPA≥0.6。

2.3 設(shè)計(jì)難點(diǎn)

由于指揮大廳是智慧城市的指揮樞紐，承載著城市監(jiān)測(cè)、預(yù)警、決策和應(yīng)急處置等重大功能，因此擴(kuò)聲系統(tǒng)必須穩(wěn)定、可靠，保證各種渠道音頻交互信息清晰、精準(zhǔn)傳達(dá)。結(jié)合使用場(chǎng)景，認(rèn)為設(shè)計(jì)中存在以下難點(diǎn)。

（1）指揮大廳空間大，容積已超過(guò)10 000 m3，且整個(gè)區(qū)域跨越近3 層的高度，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因此，如何進(jìn)行建聲設(shè)計(jì)和如何精準(zhǔn)把控好建筑聲學(xué)裝修效果，對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)發(fā)揮作用具有重要影響。

（2）指揮大廳正前方是一塊跨度36.6 m 的小間距LED 大屏，在顯示多幅高清畫(huà)面時(shí)如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的聲像一致性，并能隨著畫(huà)面移動(dòng)而變化是一大難點(diǎn)。

（3）指揮大廳共有6 個(gè)圓形島區(qū)功能席和1 個(gè)圓形指揮洽商席，而工作人員就座的方向各異，如何確保任何一名工作人員發(fā)言都不會(huì)嘯叫，提高系統(tǒng)傳聲增益是一大難題。

（4）指揮大廳所有工作席位需要一邊操作一邊進(jìn)行對(duì)話，既要求話筒的形態(tài)不能干擾正常工作，又要求話筒能夠具備大范圍拾音性能，還要考慮提到的系統(tǒng)傳聲增益，因此話筒的選型是一件極其重要且困難的工作。

（5）指揮大廳面積大，人員分散，分布范圍廣，為使每位人員都能清晰、自然地聽(tīng)到指揮席指令，必須使整個(gè)聲場(chǎng)分布均勻，這也是一個(gè)難點(diǎn)。

為解決好以上5 方面難題，達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，從建聲設(shè)計(jì)、傳聲器選型、揚(yáng)聲器選型、揚(yáng)聲器布局、揚(yáng)聲器投射角度和音頻信號(hào)自動(dòng)跟隨處理等多方面進(jìn)行綜合考慮，最終得到了一套合理的方案。

2.4 混響時(shí)間

為了使指揮大廳的聲場(chǎng)均勻覆蓋且具備較好的聲像一致效果，在電聲設(shè)計(jì)過(guò)程中，除了設(shè)計(jì)主擴(kuò)揚(yáng)聲器之外，往往需要配備多組輔助揚(yáng)聲器進(jìn)行組合才能實(shí)現(xiàn)。但是，隨著揚(yáng)聲器數(shù)量的增多，STIPA 值隨之會(huì)下降，從而帶來(lái)語(yǔ)言清晰度下降的負(fù)面影響，如式（1）和式（2）所示［2-5］：

其中：STIPA為語(yǔ)言傳輸指數(shù)；ALCONS%為輔音清晰度損失率百分比；D2為揚(yáng)聲器至最遠(yuǎn)觀眾席距離；T60為混響時(shí)間；Q為揚(yáng)聲器的指向性因子；為會(huì)場(chǎng)體積；M為臨界距離修正系數(shù)，一般取1；N為揚(yáng)聲器數(shù)量。

為避免這個(gè)問(wèn)題，在容積不變的情況下，需要從降低混響時(shí)間T60和提高揚(yáng)聲器指向性因子Q兩個(gè)方面著手解決。下面先從建聲設(shè)計(jì)的角度選擇合適的混響時(shí)間。

前面已經(jīng)提到，按照以往建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的思路，根據(jù)指揮大廳的容積10 500 m3，參照GB/T 50356—2005《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)范》的對(duì)會(huì)議廳堂的建聲設(shè)計(jì)要求，容積與混響時(shí)間存在如圖2 所示的關(guān)系。

指揮大廳的混響時(shí)間設(shè)計(jì)值理應(yīng)落在1.0～1.4 s。但是，大廳主要應(yīng)用于應(yīng)急指揮調(diào)度，對(duì)語(yǔ)言清晰度有很高要求，同時(shí)要結(jié)合混響時(shí)間對(duì)清晰度的影響?；祉憰r(shí)間對(duì)清晰度的影響，如圖3 所示。

從圖3 可以看出：混響時(shí)間在2～5 s 時(shí)，對(duì)清晰度的影響最大；當(dāng)混響時(shí)間在1～2 s 時(shí)，對(duì)清晰度的影響有所緩和，但依舊比較明顯；當(dāng)混響時(shí)間低于1 s 后，尤其是0.6 s 以下時(shí)，對(duì)清晰度的影響已經(jīng)不明顯。為了使指揮大廳能獲得較好的語(yǔ)言清晰度，最終設(shè)定混響時(shí)間的設(shè)計(jì)值RT為（1.0±0.2）s 中頻（500 Hz）［2-5］。

為了達(dá)到這個(gè)設(shè)計(jì)值，在建聲設(shè)計(jì)中采取了以下吸聲措施。

2.4.1 吊頂聲處理

頂棚的吸聲面積非常大，對(duì)整個(gè)室內(nèi)的吸聲起著關(guān)鍵作用。因此，處理好頂棚吸聲對(duì)整個(gè)禮堂的聲學(xué)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。經(jīng)計(jì)算分析，如圖4 所示，在吊頂內(nèi)安裝100 mm 厚的吸聲結(jié)構(gòu)（容重37.5 kg/m3），下鋪鋼絲網(wǎng)噴黑。此措施對(duì)增加低頻吸聲量、改善混響時(shí)間以及提高語(yǔ)言清晰度和語(yǔ)音明晰度具有很好的作用。

2.4.2 墻面聲處理

房間平行墻面極易產(chǎn)生顫動(dòng)回聲，引起共振和聲染色，破壞聽(tīng)音效果。所以，要對(duì)四面墻體裝修面進(jìn)行科學(xué)計(jì)算和有效推算，預(yù)防上述現(xiàn)象的發(fā)生。

指揮大廳LED 大屏為充分照顧人眼視角的感受，采用了微弧形的設(shè)計(jì)方案，從物理上形成了一個(gè)聲學(xué)放射腔。擴(kuò)聲音箱主要暗裝在大屏兩側(cè)和上下方，因此LED 大屏面墻體的處理極為重要。如圖5 所示，LED 大屏面墻體下部及兩側(cè)采用強(qiáng)吸音結(jié)構(gòu)——木質(zhì)吸音板。為照顧美觀，選用白楓材質(zhì)。墻體內(nèi)部采用100 厚吸音棉處置。LED 大屏面墻體上部選用穿孔吸音板，墻體內(nèi)部同樣采用100 厚吸音棉處理（外包黑色無(wú)紡布）。

兩側(cè)墻體采用木板共振吸聲結(jié)構(gòu)，對(duì)防止聲音共振和吸收低頻具有良好的作用。依據(jù)“中場(chǎng)擴(kuò)散”的原則，為使整個(gè)聲場(chǎng)更加均勻，防止低頻共振，側(cè)墻體使用3 種不同的聲學(xué)構(gòu)件，并按照不同的方式有機(jī)組合起來(lái)，采用穿孔板結(jié)構(gòu)（如圖6 所示），通過(guò)赫姆霍茲共振原理，將無(wú)效的聲音通過(guò)墻面?zhèn)鬟f到墻體內(nèi)，通過(guò)墻體內(nèi)的吸聲結(jié)構(gòu)進(jìn)行吸聲，增加吸聲量。采用薄木板共振吸聲結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)作用：一是使聲音擴(kuò)散，增加早期反射聲的能量，使參會(huì)人員聽(tīng)到的聲音更加自然和舒服；二是增加低頻段的吸收力度，利于提高語(yǔ)言清晰度。墻體下方采用木條裝飾結(jié)構(gòu)，目的是拓展吸收頻帶，使整個(gè)環(huán)境吸收趨于均衡，從而達(dá)到良好的擴(kuò)聲環(huán)境。

后墻墻面采用數(shù)論擴(kuò)散結(jié)構(gòu)，部分材料開(kāi)孔率大于25%，內(nèi)填10 cm 吸聲材料，將大廳內(nèi)的無(wú)效的反射聲、混響聲吸收掉，防止因多次反射造成混響時(shí)間過(guò)長(zhǎng)致使語(yǔ)言渾濁不清，影響語(yǔ)言清晰度指數(shù)。

2.4.3 地面聲處理

地面采用吸聲地毯，主要用于增加高頻帶吸收量，一定程度上抑制系統(tǒng)的高頻嘯叫。工程前期進(jìn)行了大量詳細(xì)和科學(xué)的建聲設(shè)計(jì)，同時(shí)實(shí)施過(guò)程中進(jìn)行了嚴(yán)格的工藝控制，最終該指揮大廳的混響時(shí)間如表2 所示。

表2 指揮大廳最終混響時(shí)間

從表2 可以看出，該指揮大廳的實(shí)際混響時(shí)間完全達(dá)到了設(shè)計(jì)的預(yù)期要求，有利于獲得較好的語(yǔ)言清晰度。

2.5 揚(yáng)聲器選型

從指揮大廳的空間布局可以看出，大廳寬度近45 m，徑深20 m，形狀扁寬，主擴(kuò)揚(yáng)聲器的水平角度需要在122°以上才能充分覆蓋全場(chǎng)。因此，為保證大廳實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)均勻覆蓋，不能采用傳統(tǒng)點(diǎn)聲源進(jìn)行覆蓋。此外，為了提高系統(tǒng)傳聲增益和語(yǔ)言清晰度，要盡量減少揚(yáng)聲器直達(dá)聲在墻壁和吊頂?shù)姆瓷洹Ｒ虼?，要控制好主擴(kuò)揚(yáng)聲器的垂直指向性，將直達(dá)聲控制在有效覆蓋區(qū)域內(nèi)。根據(jù)以上分析，選擇行業(yè)內(nèi)性價(jià)比非常高的某線性音柱，將兩支線性音柱進(jìn)行疊加，有效延展了擴(kuò)聲距離，能為會(huì)議廳提供優(yōu)秀的傳輸頻率特性，水平角度可達(dá)150°，垂直角度可控制在30°左右，完全滿足系統(tǒng)的需求。它的頻響特性曲線、阻抗曲線和波束角度隨頻率的變化曲線如圖7 所示。

此外，該廳正前方是一塊36.6 m 寬、5.81 m 高的LED 大屏。主擴(kuò)揚(yáng)聲器組雖能實(shí)現(xiàn)較均勻的聲場(chǎng)覆蓋，但大廳跨度太大，大廳工作人員最終無(wú)法識(shí)別聲音從哪一幅畫(huà)面出來(lái)的，會(huì)給應(yīng)急指揮等工作帶來(lái)嚴(yán)重的影響。為此，在大屏上下各布置了共5 組聲像定位線陣列揚(yáng)聲器，每組揚(yáng)聲器組水平角度可達(dá)110°，下方揚(yáng)聲器組垂直角度約10°，上方揚(yáng)聲器組垂直角度約15°，使大廳工作人員可以充分感受到聲像一致的效果。尤其是通過(guò)數(shù)字音頻處理器編程，聲音可根據(jù)畫(huà)面操控軌跡進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，制造出聲隨畫(huà)動(dòng)的立體聲效。

由于指揮大廳整個(gè)面積已超過(guò)1 000 m2，為了便于中央圓形指揮席與6 個(gè)圓形島區(qū)功能席的工作人員進(jìn)行一對(duì)一交互，同時(shí)不影響其他區(qū)域的工作人員，在中央圓形指揮席和功能島區(qū)分別布置了3 組近場(chǎng)交互揚(yáng)聲器，每組水平角度約120°，以實(shí)現(xiàn)指揮席人員與功能席人員的快速交互。

2.6 傳聲器選型

根據(jù)用戶的使用需求，指揮大廳的發(fā)言模式主要有3 種：一是半圓形指揮席人員現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度功能席、業(yè)務(wù)席及外場(chǎng)人員；二是中央圓形指揮席人員與圓形島區(qū)功能席人員進(jìn)行一對(duì)一交互；三是指揮人員通過(guò)無(wú)線話筒在大屏前方的沙盤區(qū)進(jìn)行模擬仿真和討論交流。因此，選型原則如下：一是確保半圓形指揮席發(fā)言的音質(zhì)和可靠性，確保指令精準(zhǔn)傳達(dá)；二是為其他所有功能席和業(yè)務(wù)席提供舒適的拾音條件，確保操作和發(fā)言兩不誤；三是在大空間范圍內(nèi)確保無(wú)線發(fā)言全覆蓋，無(wú)盲區(qū)。

最終，該廳的傳聲器選型情況如下。

半圓形指揮席采用大振膜雙音頭電容話筒。該話筒使用2 個(gè)14 mm 鍍金振膜音頭，一個(gè)采用數(shù)字傳輸，一個(gè)采用模擬傳輸，可實(shí)現(xiàn)單話筒雙備份功能，確保在應(yīng)急指揮過(guò)程中指令能得到精準(zhǔn)、可靠傳達(dá)。

功能席和業(yè)務(wù)席人員配備模擬陣列話筒。該話筒采用麥克風(fēng)陣列技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)走廊式拾音（如圖8所示），最佳拾音范圍為30～80 cm。在恒定的聲音條件下，它的音量變化僅3 dB 左右。尤其是在發(fā)言人轉(zhuǎn)頭、前后移動(dòng)、站立和物體遮擋等情況下，仍能清晰、自然地拾取聲音，大大增強(qiáng)了功能席和業(yè)務(wù)席發(fā)言的舒適性，實(shí)現(xiàn)了操作和發(fā)言兩不誤。

在大廳配備了2 套無(wú)線領(lǐng)夾和4 套無(wú)線手持話筒。為確保無(wú)線話筒實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)覆蓋、無(wú)盲區(qū)，在大廳安裝了4 個(gè)無(wú)線話筒接收天線，通過(guò)信號(hào)混合和分配，可以實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)無(wú)死角覆蓋。

2.7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

由于指揮大廳在新型智慧城市治理中具有非常重要的作用，因此對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性提出了很高的要求，需要在設(shè)計(jì)過(guò)程中重點(diǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

2.7.1 傳聲系統(tǒng)

半圓形指揮席的大振膜雙音頭話筒拾取發(fā)言人的聲音后，如圖9 所示，一方面通過(guò)手拉手的連接方式將數(shù)字音頻信號(hào)傳輸給數(shù)字會(huì)議主機(jī)，數(shù)字會(huì)議主機(jī)經(jīng)過(guò)混音處理后向系統(tǒng)數(shù)字調(diào)音臺(tái)輸出音頻信號(hào)，最后輸送給主用數(shù)字音頻處理器進(jìn)行場(chǎng)景編程和設(shè)置，以滿足席位的擴(kuò)聲需求。另一方面，每只大振膜雙音頭話筒的模擬音頻信號(hào)一一輸送給音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸器轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制室的音頻網(wǎng)絡(luò)解碼器，經(jīng)混音后輸出給備用數(shù)字音頻處理器，從而實(shí)現(xiàn)兩套系統(tǒng)互為備份的目的，大大提升了系統(tǒng)的可靠性。

功能席和業(yè)務(wù)席人員配備的模擬陣列話筒，是根據(jù)項(xiàng)目特殊需求研發(fā)的一款新產(chǎn)品。它除了具備模擬話筒的優(yōu)點(diǎn)之外，在與音頻網(wǎng)絡(luò)傳輸器和一體化管控平臺(tái)進(jìn)行適配后，如圖10 所示，可以實(shí)現(xiàn)每路話筒的電平監(jiān)測(cè)、數(shù)字音頻處理、發(fā)言模式設(shè)置、發(fā)言權(quán)限管理、故障檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制等功能，具備了一般模擬話筒和數(shù)字會(huì)議話筒都不具備的智能管控性能，是擴(kuò)聲系統(tǒng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的一個(gè)成功應(yīng)用。

此外，系統(tǒng)配備了2 套無(wú)線領(lǐng)夾和4 套無(wú)線手持話筒。由于該廳面積很大，為了確保信號(hào)的接收質(zhì)量，系統(tǒng)將2 對(duì)接收天線安裝于會(huì)場(chǎng)，傳回控制室后混合，再經(jīng)放大分配給6 臺(tái)接收機(jī)，從而保證無(wú)線話筒在大廳全場(chǎng)使用無(wú)盲區(qū)，系統(tǒng)連接如圖11所示。

2.7.2 音頻處理系統(tǒng)

根據(jù)指揮大廳擴(kuò)聲系統(tǒng)對(duì)輸入輸出通道和場(chǎng)景模式的使用需求，采用基于集中式的信號(hào)處理架構(gòu)的數(shù)字音頻處理器，可實(shí)現(xiàn)信號(hào)分布式接入，并支持均衡、延時(shí)、混音、壓限以及濾波等各種音頻處理插件。最大32 路可路由回聲抑制，8 個(gè)本地通道卡槽，可實(shí)現(xiàn)32 路模擬輸入或輸出通道，支持64×64 個(gè)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)音頻通道。模塊化編程，可根據(jù)用戶使用場(chǎng)景進(jìn)行不同模式編程，還可以根據(jù)信號(hào)源的使用方式進(jìn)行不同程序處理。尤其是可根據(jù)圖像移動(dòng)的軌跡，在處理器內(nèi)部進(jìn)行編程，使聲音自動(dòng)追隨圖像移動(dòng)，大大方便了系統(tǒng)使用，并大幅提升了系統(tǒng)的擴(kuò)聲質(zhì)量和效果。

2.7.3 揚(yáng)聲器系統(tǒng)

為實(shí)現(xiàn)聲場(chǎng)的均勻覆蓋，指揮大廳選擇線陣音柱為主、輔助揚(yáng)聲器為輔的方式。在提高語(yǔ)言清晰度和系統(tǒng)傳聲增益方面，選擇指向性強(qiáng)的音柱和線陣列輔助揚(yáng)聲器。在實(shí)現(xiàn)聲像定位方面，采用多組線陣列輔助揚(yáng)聲器來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，音柱和輔助揚(yáng)聲器之間實(shí)際上也是互為備份的關(guān)系，一旦某個(gè)揚(yáng)聲器出現(xiàn)故障，不會(huì)影響整體，仍能維持大廳擴(kuò)聲系統(tǒng)的正常工作。

2.8 揚(yáng)聲器布局

根據(jù)指揮大廳的使用需求，考慮語(yǔ)言清晰度、系統(tǒng)傳聲增益和聲場(chǎng)不均勻度等因素，對(duì)主擴(kuò)線陣音柱和聲像定位線陣列揚(yáng)聲器進(jìn)行了科學(xué)、合理布局，具體位置如圖12 所示。

2.9 聲場(chǎng)模擬設(shè)計(jì)

除了用AUTOCAD 設(shè)計(jì)揚(yáng)聲器布局之外，還利用先進(jìn)的EASE 4.3 軟件對(duì)布局方案進(jìn)行模擬仿真和效果驗(yàn)證，混響時(shí)間則采用指揮大廳的實(shí)測(cè)值，最后聲場(chǎng)模擬情況如圖13 所示。

揚(yáng)聲器在指揮大廳仿真模型中渲染后，可以得到一系列的混響聲場(chǎng)數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)計(jì)算與分析，最終得到系統(tǒng)的傳輸頻率特性曲線，如圖14 所示。

由傳輸頻率特性曲線圖可以看出，在頻帶125～4 000 Hz內(nèi)完全滿足+4～-6 dB的設(shè)計(jì)要求。同樣，在EASE 中可以逐一驗(yàn)證最大聲壓級(jí)、聲場(chǎng)不均勻度和語(yǔ)言清晰度。

3 系統(tǒng)調(diào)試

通過(guò)EASE 模擬仿真，在對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行逐一驗(yàn)證后，確定了揚(yáng)聲器和布局的可行性。在系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)的安裝高度、位置和角度進(jìn)行安裝。在經(jīng)過(guò)一系列系統(tǒng)初步設(shè)置后，下面進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試工作。

3.1 聲場(chǎng)實(shí)際測(cè)量

在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初步調(diào)試后，需全面測(cè)量系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的不足，從而為系統(tǒng)下一步的優(yōu)化調(diào)試提供指導(dǎo)。按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 4959—1995《廳堂擴(kuò)聲特性測(cè)量方法》聲場(chǎng)測(cè)量點(diǎn)規(guī)定，在指揮大廳中軸線一側(cè)區(qū)域內(nèi)的8 個(gè)測(cè)量點(diǎn)，具體分布如圖15所示，測(cè)量?jī)x器采用NTi XL2 音頻分析儀。

在對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)經(jīng)過(guò)全面測(cè)量后，整理和分析了所有數(shù)據(jù)。

3.1.1 系統(tǒng)傳輸頻率特性

通過(guò)電輸入法將120～4 000 Hz 的聲壓級(jí)進(jìn)行算術(shù)平均，以此為0 dB 可以得到指揮大廳實(shí)際的傳輸頻率特性曲線如圖16 所示。

由曲線圖可以看出，在120～4 000 Hz 頻帶內(nèi)的變化為+3.7～-3.0 dB，結(jié)果符合國(guó)標(biāo)GBT28049—2011《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》會(huì)議類一級(jí)指標(biāo)要求的+4～-6 dB 范圍，滿足設(shè)計(jì)要求。

另外，將這個(gè)曲線與模擬仿真得到的曲線進(jìn)行對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，曲線整體走向大致相同，但在個(gè)別點(diǎn)出現(xiàn)了較大差異。這是由于模擬仿真輸入的混響時(shí)間值是實(shí)測(cè)的平均值，并不能全面、真實(shí)反映指揮大廳的建聲環(huán)境。在今后的模擬仿真過(guò)程中，要想使模擬仿真值更接近真實(shí)值，需在大廳建聲材料上下功夫，使之與真實(shí)環(huán)境保持一致，以使得到的模擬曲線與實(shí)際曲線更接近，更具參考價(jià)值。

最后，將實(shí)際傳輸頻率特性曲線與混響時(shí)間實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，傳輸頻率特性曲線與混響時(shí)間的走向保持一致。由于低頻測(cè)量時(shí)存在少量誤差和揚(yáng)聲器在高頻的較快衰減，導(dǎo)致實(shí)際曲線略有誤差，屬于正常范圍?？梢?jiàn)，建聲環(huán)境對(duì)傳輸頻率特性的影響非常大，再次印證了建聲設(shè)計(jì)對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的重要性，是電聲設(shè)備發(fā)揮作用的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，要達(dá)到預(yù)期的建聲效果，聲學(xué)裝修實(shí)施過(guò)程中對(duì)材料和工藝的嚴(yán)格把控也至關(guān)重要［6-10］。

3.1.2 系統(tǒng)傳聲增益

在系統(tǒng)傳聲增益測(cè)量過(guò)程中采用的是聲輸入法。計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)，可以得到125～4 000 Hz 的平均值為-8.8 dB，滿足GB/T 28049—2011《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》會(huì)議類一級(jí)指標(biāo)要求的大于或等于-10 dB 的要求。系統(tǒng)的傳聲增益的提高主要得益于兩個(gè)方面：一方面是混響時(shí)間得到了較好控制，為擴(kuò)聲系統(tǒng)提供了良好的建聲環(huán)境，減少了擴(kuò)聲系統(tǒng)對(duì)話筒的混響聲反饋；另一方面是合理的揚(yáng)聲器選型和布局，即選用了指向性較強(qiáng)、頻響特性較好的線陣音柱和線陣列輔助揚(yáng)聲器，并通過(guò)合理的布局及組合，大幅降低了揚(yáng)聲器對(duì)話筒直達(dá)聲的反饋。

3.1.3 聲場(chǎng)不均度

同樣，數(shù)據(jù)整理后得到了聲場(chǎng)不均勻度情況——1 kHz 為5.6 dB，2 kHz 為6.0 dB，4 kHz 為5.3 dB。該結(jié)果符合GB/T 28049—2011《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》會(huì)議類一級(jí)指標(biāo)要求的8 dB，同時(shí)符合更嚴(yán)格的設(shè)計(jì)要求6 dB。這個(gè)結(jié)果主要?dú)w結(jié)于兩個(gè)原因：一是揚(yáng)聲器選用線陣音柱和線陣列揚(yáng)聲器，其突出的波束控制特性有利于聲音傳播得更遠(yuǎn)，使聲場(chǎng)更均勻；二是線陣音柱和線陣列揚(yáng)聲器的合理組合，有效彌補(bǔ)了聲場(chǎng)弱區(qū)，使全場(chǎng)聲壓級(jí)分布均勻，使工作人員的聽(tīng)感舒適。

3.1.4 最大聲壓級(jí)

測(cè)量過(guò)程中，為了保護(hù)擴(kuò)聲系統(tǒng)，在留有一定余量的情況下，對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)的最大聲壓級(jí)進(jìn)行測(cè)量，較為輕松地獲得了有效平均聲壓級(jí)101.4 dB。該值明顯高于GBT28049—2011《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》會(huì)議類一級(jí)指標(biāo)要求的98 dB（最大峰值聲壓級(jí)）。

3.1.5 語(yǔ)言清晰度

設(shè)計(jì)過(guò)程中，反復(fù)強(qiáng)調(diào)指揮大廳重在語(yǔ)言擴(kuò)聲，整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也緊緊圍繞語(yǔ)言清晰度展開(kāi)。因此，在測(cè)量過(guò)程中，語(yǔ)言清晰度是最重要的一個(gè)測(cè)試項(xiàng)，主要通過(guò)測(cè)量語(yǔ)言傳輸指數(shù)STIPA來(lái)體現(xiàn)，最終測(cè)量結(jié)果如表3 所示。

表3 語(yǔ)言清晰度測(cè)量值表

從測(cè)量得到的數(shù)值可以看出，STIPA 值最低的是第8 點(diǎn)的0.6，主要是因?yàn)槎嘟M揚(yáng)聲器交叉覆蓋所致，STIPA 值最高的是第7 點(diǎn)的0.75。按照IEC標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量?jī)x器NTi XL2 的定義，指揮大廳的語(yǔ)言清晰度屬于良（國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)0.6～0.75 之間屬良，國(guó)標(biāo)0.65 以上屬優(yōu)）。指揮大廳建成使用后，全場(chǎng)聲音清晰且自然［3-5］。

3.2 系統(tǒng)調(diào)整

通過(guò)初步測(cè)量和數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，通過(guò)數(shù)字音頻處理器，根據(jù)使用需求進(jìn)行細(xì)致、深入的調(diào)整和優(yōu)化，并再次測(cè)量進(jìn)行了驗(yàn)證。個(gè)別問(wèn)題經(jīng)過(guò)多次反復(fù)測(cè)量和調(diào)整，最終使系統(tǒng)達(dá)到了最佳狀態(tài)。

3.3 最終效果

經(jīng)過(guò)團(tuán)隊(duì)辛勤的設(shè)計(jì)、實(shí)施、測(cè)量和調(diào)試，指揮大廳的建聲環(huán)境和擴(kuò)聲效果均達(dá)到了設(shè)計(jì)預(yù)期。除自身測(cè)量驗(yàn)證通過(guò)外，擴(kuò)聲系統(tǒng)也通過(guò)了第三方機(jī)構(gòu)的檢驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，擴(kuò)聲效果優(yōu)良，得到了用戶的高度認(rèn)可。指揮大廳最終實(shí)際效果如圖17 所示。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)深圳城市運(yùn)營(yíng)管理中心指揮大廳擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施、測(cè)量和調(diào)試的全面敘述可知：建聲環(huán)境是擴(kuò)聲系統(tǒng)的基礎(chǔ)，建聲設(shè)計(jì)對(duì)擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)起著至關(guān)重要的作用；擴(kuò)聲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，是保證系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的關(guān)鍵；傳聲器和揚(yáng)聲器的選型和布局，是電聲設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，直接影響系統(tǒng)的傳聲增益、語(yǔ)言清晰度和聲場(chǎng)不均勻度［6-10］。