1、國家奧運會英東游泳館工程前的擴聲語言清晰度設計方案論證工程實施后的實際測量結果祝科（北京達尼利華科技發展）國家奧體中心英東游泳館是2008年北京奧運中的水球與現代五項中游泳部份的比賽場館，同時也是第11屆亞運會的游泳、跳水比賽場館，被譽為“亞洲第一館”。冠名“英東”的英東游泳館是已故香港商人霍英東(2006年過世)于北京成功申辦1990年亞運會時捐出1億港元于亞運村興建的，作為第十一屆亞運會的主要場館，是當時全亞洲最大、最先進的游泳館，除此之外，游泳館更曾于2001年作為世界大學生運動會的游泳專項的比賽場地，包括北京奧運會和北京殘奧會在內，英東游泳館共舉辦過至少4項大型的世界級運動會。直至現時

2、，游泳館建筑面積達43020平方米，網架下容積V=124156立方米，固定 6000人座席，平均20.7立方米/座。分別設標準比賽池、練習池、跳水池及熱身池4個泳池。由于游泳館歷史已久，加上這是北京奧運中的其中一個北賽場館，因此北京奧委會在2005年12月開始為游泳館進行修建，目標竣工日期為2007年的9月左右。北京奧組委把擴聲驗收指標與國際接軌，增加擴聲清晰度STIPA測量指標，是“畫龍點睛”之筆，道出了體育場館擴聲設計的靈魂：是核心、是要害，使擴聲系統五項指標(必要條件)更加完善充分，是實事求是的舉措，將掀起體育場館設計的新篇章。對我國今后制定新的擴聲指標和擴聲設計，影響深遠。筆者曾參與了

3、英東游泳館前期的擴聲系統設計與論證工作，包括擴聲工程實施后的調試工作，見證了“北京08辦”和“國家奧林匹克體育中心”分別委托“國家建筑工程質量監督檢測中心”對英東游泳館驗收測量的全過程。也有幸參與了北京奧運會的保駕護航工作。1、概述：英東游泳館比賽大廳的聲場環境，就像一條大型船體內的，巨型底部倒扣在大廳上方做頂棚，且因金屬頂棚結構承重不了多少吸聲材料，因此，這種建筑結構會造成90%的有害超長混響聲來自于頂棚和水面，歷史上還出現了因所有吸聲材料逐漸受潮，導致吸聲材料失效，造成混響時間變長后的20年間，其擴聲系統曾經歷了兩次改造，并使用過原裝進口名牌揚聲器系統及設備，擴聲驗收的五項指標包括最大聲壓

4、級、聲場不均勻度、傳輸頻率特性等主要指標都很優秀。但擴聲出來的內容就從沒聽清楚過！甚至多年在身邊一起工作的同事，用擴聲系統講話時，而彼此間都到了猜不出是誰在講話的嚴重程度。但根據國家行業標準：“JGJ/T1312000”，業主也很無奈，擴聲工程只能通過驗收！作為奧運會改造館，筆者事先通過設計方“北京建筑設計研究院”，找到具體負責建聲設計和計算的“薛工”了解到：原建筑的承重結構不能動，為安全考慮，設計最新的吸聲體只能吊掛原設計所需的三分之一。另外筆者又從負責北京英東游泳館項目總包方“江蘇建工”的總工那里了解到：為趕工期，吸聲材料最終沒能做防潮處理。因此，吸聲材料如果逐漸受潮，導致吸聲材料失效，將

5、會造成混響時間變長，萬一建聲改造效果還不行，混響時間長了怎么辦？一定讓歷史不能再次重演！在工程之前我們為這次擴聲清晰度的設計進行了充分的論證。為體現科技奧運、人文奧運、綠色奧運的理念，此次擴聲設計并沒有按照設計院的原設計方案，是因為原擴聲設計是按照理想的混響時間1.9秒條件下而設計的，而實際幾乎不可能達到1.9秒，為在長混響時間環境下，也能讓看比賽的人們與運動員能很輕松的聽清楚擴聲的語言內容，筆者決定按混響時間4秒條件下，設計擴聲清晰度STIPA目標要達到0.55,為達到此目的，必須另辟蹊徑，運用科學的電聲技術手段解決擴聲語言清晰度，做到人文關懷，達到此次人文奧運、科技奧運，同時達到在同等聲學

6、指標條件下，使用功放少，做到綠色節能。最后的工程實施后的實際擴聲清晰度STI測量結果，比施工前論證時設計的擴聲清晰度STI-PA數值0.55要高，達到了0.69，是因為實際的混響時間還不到預計的4秒。此結果證明是清晰度的保險設計，是留有余地的。這是除北京以外的三屆奧運會（雅典、悉尼、亞特蘭大）所有比賽場館擴聲清晰度最高的，因此獲得了本次北京奧運會唯一擴聲工程的優質工程獎。證明了運用PROSO高清線源音箱的高清擴聲技術，是科學的、先進的、值得推廣的好方法。具體論證過程如下：2、英東游泳館在奧運會使用功能：承擔2008北京奧運會的水球、現代五項的游泳等項目的正式比賽及決賽。3、達到北京奧組委提出的

7、要求：* 客觀測量達到JGJ/T131-2000體育館聲學設計及測量標準一級擴聲技術指標。* 奧組委要求：（1）最大聲壓級：103dB（平常使用95dB）（2）頻響：語言125HZ5KHZ；音樂100HZ15KHZ4、設計院給的建聲目標：按照行業標準，設計混響時間T60=1.9秒（5001kHz）滿場5、英東游泳館歷史曾經的混響時間吸聲材料逐漸受潮，導致材料失效，混響時間T60=5.0秒以上（5001kHz）滿場工程之前對英東游泳館的高清擴聲技術設計方案進行論證的步驟（一）揚聲器的布局與選型的方案論證：奧體中心的領導非常重視英東游泳館擴聲的語言清晰度，讓我們就擴聲音箱系統，采用“滿天星式”的分

8、散布放常規音箱，或采用“滿天星式”的分散布放PROSO高清線源音箱，還是采用“太陽式”的集中布放PROSO高清線源音箱，為了能在長混響時間條件下，保證奧運會英東游泳館擴聲語言清晰度的實現，進行一次充分必要的技術方案論證。（1）詳細的真對全運會八、九、十屆的有關場館揚聲器布局形式，聲源布點少的“太陽式”布局造成語言清晰度高的成功案例，和聲源布點多的“滿天星式”布局造成語言清晰度差的失敗案例分析；（2）2005年湖南省十運會株洲游泳館、體育場擴聲設計是由原來中標的Community常規點聲源號筒式揚聲器，多點分散布放聲源方案，修改為聲源布點少的“太陽式”布局，來布放PROSO高清線源揚聲器的設計方

9、案后，擴聲實現高語言清晰度的成功案例分析；（3）湖南長沙賀龍體育場，在沒有做建聲條件下，聲源布點多的“滿天星式”分散布放世界名牌BOSE的LT長沖程號筒式揚聲器，聽不清的失敗教訓分析；（4）詳細分析了國際電聲界：40年來關于點聲源揚聲器 揚聲器陣列系統 線陣列揚聲器系統 高清線源音箱的發展歷程、優缺點；（5）詳細分析和研究雅典體育場的擴聲設計，包括使用傳統揚聲器陣列固定安裝，并按照聲源布點少的“太陽式”布局方式布放的來龍去脈，為了解決大型場館、迪斯科廣場、文娛場所，滿足巨大覆蓋區全部聽眾（85000座）要求具有足夠大聲壓級（需要大量揚聲器擴聲），同時又要求高清晰度語言和音樂豐滿，有層次的音質又

10、必須保持較小數量揚聲器的矛盾。EAW揚聲器陣列廠家積累了20年全力研究和奮斗的結果，以PPST技術和KF900系統，采用點聲源技術及其控制的陣列，實施近、中、遠投射，在長達180米的體育場內，滿足對語言清晰度、音樂豐滿的要求，（6）對國內外的真假線陣列揚聲器的五種狀態進行分析比較；（7）析北京英東游泳館自1990年亞運會以來，因頂棚承重問題，無法把建聲處理做到位，業內專家基本都知道它的“擴聲清晰度”一直是老大難問題，北京亞運會以來的20年間，曾兩次擴聲改造，均采用進口名牌音箱，多聲源分散布放揚聲器在馬道上，音箱數量較多的擴聲方式。造成聲源布點越多干擾越嚴重，語言清晰度一直不好的原因；（8）對輔

11、音清晰度損失率（AL%）計算理論與傳統臨界距離計算理論進行比較分析探討：輔音清晰度損失率百分比理論是荷蘭聲學家V.M.A.Peutz（他是傳統臨界距離公式的發明人），因為傳統臨界距離公式沒有可測量的清晰度STI指標掛鉤,所以在此基礎上加以完善，得出了“輔音清晰度損失率百分比計算公式”，這也是聲場擴聲清晰度的設計公式，V.M.A.Peutz于1971年12月首先提出來的，并發表在J.A.S.A音頻工程期刊中。我國中科院聲學所的沈教授在1980年擴聲工程一書中P430有此公式，中國電子科技集團第三研究所電聲雜志內部書刊聲學工程一書P.190頁，也有此理論公式。美國著名聲學專家唐.戴維斯，在書中講到

12、：Peutz在聲學方面作出了跨時代貢獻，是Peutz歷經十年研究實踐的結果，AL% 對語言可懂度的研究成果，每天在聲學系統工程中使用，檢驗公式的精確和實用。Peutz這一跨世紀的貢獻，其本質就是體育場館語言清晰度的百分比，因此“輔音清晰度損失率”理論是理想的聲場擴聲清晰度設計模型。應用Peutz清晰度理論公式推導奧運會英東游泳館的擴聲設計過程如下：擴聲語言清晰度STIPA設計目標：0.55 SIT = 0.94820. 1845lnALcons%求出輔音清晰度損失率：ALcons% = 10%通過得出輔音清晰度損失率：制定較長的混響時間：T60 = 4秒制定最少的聲源（音箱）數量：N = 2只

13、度量出聲場容積：V = 124156立方米度量出覆蓋最遠距離：D2 = 100米臨界距離修正值：M =1通過得出設計目標的音箱指向性因子：再根據PROSO高清線源揚聲器FL-2的指向性因子Q值表，確定將要使用的PROSO線源揚聲器長度與模塊數量根據Peutz輔音清晰度損失率（ALcons%）理論公式計算推導Q值：混響時間4秒使用音箱數量降低到最少2只PROSO 高清線源音箱系統，并能覆蓋英東游泳館全場。根據荷蘭聲學家Peutz（傳統臨界距離公式發明人）擴聲語言清晰度設計的理論公式推導出的音箱500 Hz的Q值為57.6，結合英東游泳館比賽大廳的聲環境，它很像“巨型船體內的底部”，倒扣在比賽大廳

14、上面做金屬頂棚的建筑特點，且因承重不了多少建聲材料，比賽大廳內80%的有害混響聲來自于頂棚，為達到T60在4秒下的語言清晰度為0.55 STI 的設計目標，給英東游泳館“量身定做”符合Peutz公式使用2只音箱條件下推導出相應Q值的PROSO高清線源音箱，布放在游泳館彩屏兩側，垂直懸掛， N=2。為英東游泳館特制的PROSO線源音箱的特點：（1）定做的PROSO高清線源音箱指向性因子Q值如下：其各頻率Q值分別為：500 Hz Q=571 KHz Q=1192 KHz Q=231(再根據PROSO專用的指向性因子Q值對照表，得出單只高清線源音箱符合的相應長度后，再通過總功率與靈敏度計算所需聲壓級

15、，共定做2只，每只為18個特制全天候高清線源模塊拼接后組成符合的相應長度)（2）3dB衰減距離增加一倍；（3）集中垂直懸掛2只高清線源音箱，N =2，梳狀濾波干擾很少；最重要的是，我們的設計是考慮適應英東游泳館因天長日久，吸音材料逐漸受潮，吸聲系數逐漸變差，混響時間逐漸會變長，而擴聲清晰度還能保證的設計（注意：1只高清線源音箱無論由多少個模塊組成，也只是整體為1只的作用效果，在指向性Q值增加其N可以不變，這樣隨著混響時間變長，只需繼續增加高清線源音箱長度，即增加懸掛模塊數量，就可增大高清線源音箱Q值，仍然可以保證游泳館語言清晰度）所以，用最少的只數（2只）布放高清線源音箱又能覆蓋全場，是英東游

16、泳館擴聲設計之首選。如果用傳統的臨界距離理論則無法準確預測清晰度標準：臨界距離理論：直達聲能平均值與混響聲能平均值相等的界面到揚聲器之間的距離（m）DC0.14根號下（QR）式中：Q指向性因子R房間常數其理論未涉及揚聲器數量N，以及在長混響時間條件下揚聲器之間產生的梳狀濾波器，對語言清晰度降低的程度影響；* DC越大語言清晰度越高，但是 ：2 倍的DC與DC的語言清晰度STI不詳；3.16 倍的DC與DC的語言清晰度STI不詳。* DC與語言清晰度傳輸指數STI有“曖昧”關系但不直觀因此使用傳統的臨界距離理論則無法準確計算或預測清晰度指標擴聲清晰度設計的理論計算還必須與EASE 4.0設計相結

17、合，充分反映客觀的事實真相；邀請國家奧體中心領導參觀試聽“用PROSO高清擴聲技術和結合Peutz輔音清晰度損失率方法設計的，30萬立方米容積的北京溫都水城。北京溫都水城是在(無建聲設計)混響時間長達7.8秒條件下，經過嚴格的按照擴聲清晰度設計計算結果進行施工，開業后，好評如潮！能感受在超大玻璃水空間的惡劣聲環境下，PROSO高清線源音箱擴聲系統帶來的，清晰度非常高的語言和音樂效果；甚至還能看電影。經過比較分析深入研究，我們具有以下認識：A理論計算必須與計算機EASE仿真模擬相結合，降低聲場干涉，排除梳狀濾波器帶來干擾，做到安全保險的擴聲清晰度設計。B通過大量案例證明了高清線源揚聲器系統布放數

18、量少而成功，與點聲源揚聲器布放數量多，而失敗的結果分析，并結合荷蘭聲學家Peutz（傳統臨界距離公式發明人）。擴聲語言清晰度設計的理論表明：在能滿足全場聲壓級、均勻覆蓋的前提下，用超強指向性的音箱數量越少，全場擴聲語言清晰度就越高。運用“高清擴聲技術”要求音箱能同時具備最重要的三個條件：單只音箱具備超強指向性的寬覆蓋；單只音箱具備極超高的全頻聲壓級；單只音箱具備極超高的清晰度重放；而PROSO高清線源音箱恰能同時滿足上面的三個條件。這是使用PROSO的高清擴聲技術解決方案，即使是安裝在聲環境惡劣的溫都水城里，也能達到擴聲高清晰度的主要原因。而游泳館頂棚所造成有害反射聲占全部的80%， PROS

19、O高清線源音箱利用其獨特的專利技術（帶狀耦合器模塊），在中高頻部分完全耦合，不破壞垂直指向性，銳利的垂直指向性波瓣，讓直達聲有效的避開了頂棚，這是使用PROSO音箱達到高清晰度的原因之二。銳利的垂直指向性，提高了聲波的傳播效率，增強了直達聲成分，同時解決一般擴聲系統遠程高頻欠缺的弊端，是使用PROSO音箱高清晰度的原因之三。常規點聲源音箱：高指向性的窄覆蓋：高清線聲源音箱：超指向性的寬覆蓋：常規音箱Q值較大而窄覆蓋，覆蓋全場所需用的Q值與數量N，只成正比。語言或音樂脈沖信號在長T60環境下疊加后扭曲變形，清晰度STI被惡化：計算機仿真模型設計結論：混響時間4秒語言清晰度傳輸指數將為0.69 S

20、TI高清線源音箱Q值超高而寬覆蓋，覆蓋全場需用的Q值與數量N，可成反比語言或音樂脈沖信號在同T60環境疊加后只增加豐滿度，清晰度STI被優化：高清線源音箱與偽高清線源音箱的鑒別：在空曠環境下，用8只以上揚聲器箱體組成一條不彎曲的揚聲器垂直陣列系統，距4米處等距離放置5只以上測量，用傳送器等距離垂直排列，共同拾取揚聲器垂直陣列發出的粉紅噪聲，各傳送器同時做曲線采樣獨立分析。傳送器各采樣粉紅噪聲曲線重疊在一起分析判斷：上圖證明：此單組揚聲器陣列的功率比N是1（總數量1只）結論：它是真，加大全頻指向性Q值、優化音質。針對PROSO高清線源音箱的四個特點進行論證創新型個性化設計特點針對體育場館的聲場環

21、境，定制了專門特性的音箱來搭建系統，是PROSO揚聲器產品能“駕馭”惡劣聲場擴聲清晰度的原因，PROSO音箱并不是“印刷廠”式的批量生產，而像“畫室創作”式的根據不同的聲場環境個性化定制音箱，外觀完全相同的各單體高清線源模塊箱體，其內部構造可能各有不同，從而使電聲完美的與建筑環境相結合。系統高性價比特點根據Peutz擴聲語言清晰度設計的理論要求：能滿足全場均勻覆蓋的前提下，用強指向性的音箱數量越少，全場擴聲語言清晰度就越高。聲場內PROSO音箱的數量減少使功放與信號傳輸線路相應減少，擴聲DSP管理控制系統的搭建設計相對簡單，大幅度降低造價。日常維護成本低、擴聲清晰度還能能保證達到同等聲學指標而

22、使用傳統音箱數量多、又分散、為解決功放與音箱距離遠的問題，相應增加分散的功放間，信號傳輸線路相應增多，造成擴聲控制DSP管理系統過于復雜、龐大：需數字監測監控，網絡控制光纖傳輸、數模轉換等，系統造價與故障率相應提高，再為降低系統故障率而增加擴聲控制管理的多種熱倒備系統，投入造價更加龐大。日常維護成本高、擴聲清晰度還不能保證。進聽不吵、遠聽不小特點PROSO高清線源音箱的專利技術帶狀耦合器模塊：多個緊密垂直排列音圈共用一個帶狀釹磁體并共同推動一個帶狀音膜，耳朵離它很近時，感受到的是某個小音圈推動局部音膜發出的聲音，不吵。離它遠時，聽到的是整條線源音箱發出的聲音，不小。語言擴聲防嘯叫特點讓PROS

23、O高清線源音箱 “銳利”的垂直指向角度，與話筒垂直指向角度不在同一個聲學層面里，讓直達聲從話筒上方“掠過”，避免直達聲直接進入話筒，避免了嘯叫。下面是利用聲學軟件EASE 4.0計算機仿真模型對兩種布局方式的擴聲清晰度進行論證對比：我們預測吸聲材料受潮后，T60 = 4秒條件下按8只或2只的不同布局方式，分別用計算機仿真模型設計出英東游泳館擴聲語言清晰度STI，再把兩個STI結論進行比對，看哪個正確。雖然可能與實際比會有一點誤差，但它對正確選擇擴聲聲場設計方向起到了很重要的指導性意義，希望引起重視，混響時間T60曲線按4秒設定下面采用PROSO高清線源音箱8只，滿足覆蓋全場時，在混響時間為4秒

24、條件下EASE模擬：對8只聲源布放方案使用PROSO高清線源音箱或最少的2只聲源布放方案進行了EASE仿真模型論證比較。“多聲源方式”在馬道上布放8只FL-2Y高清線源音箱系統，能覆蓋滿場（每側4只，每只7個FL-2Y模塊構成）其指向性因子：500HZ Q=161KHZQ=322KHZ Q=65（注：這比大型“點聲源長沖程號筒”揚聲器的Q值大2倍以上）我們分別模擬在三種混響時間條件下進行EASE4.0仿真模型設計擴聲清晰度：(1)T60 = 2.0秒 語言清晰度：STIPA=0.5 （ 北京奧運會技術要求STIPA 0.5 ）(2)T60 = 2.5秒 語言清晰度：STIPA=0.45（語言清

25、晰度的臨界值）(3)T60 = 4.0秒 語言清晰度：STIPA=0.4 （ 語言清晰度不理想）這種情況說明“多聲源方式”布放線源陣列揚聲器系統，只能在2.0秒混響時間條件下，才能保證奧運會語言清晰度要求。而混響時間T60 = 4.0秒時 STIPA=0.4，距離奧組委要求的STIPA0.5的技術指標差距很大，清晰度目標根本無法實現的。結論是明確的，縱然使用高Q值的線源陣列揚聲器，在游泳館的長混響時間條件下，采用分散布放方式，想保證游泳館語言清晰度，也是無能為力的，依賴“建聲”降低混響時間T60來彌補，按以往的統計和經驗來看，根本不現實。下面采用PROSO高清線源音箱2只，滿足覆蓋全場時，在混

26、響時間為4秒條件下EASE模擬：計算機EASE仿真模型設計結論：混響時間4秒，使用2只PROSO高清線源音箱，語言清晰度傳輸指數STIPA將為0.69“最少聲源方式”在大屏兩側布放2只FL-2Y高清線源音箱系統，能覆蓋滿場（每側1只，每只18個FL-2Y模塊構成）其指向性因子：500 Hz Q=571 KHz Q=1192 KHz Q=231（注：這比大型“點聲源長沖程號筒”揚聲器的Q值大6倍以上）筆者要求模擬在混響時間4秒條件下進行EASE4.0仿真模型設計擴聲清晰度：(1) T60 = 4.0秒 語言清晰度： STIPA=0.69（ 遠遠超過北京奧運會技術要求STIPA 0.5 ）這種情況

27、說明“最少聲源方式”布放高清線源音箱系統，能在4.0秒混響時間條件下，能保證奧運會語言清晰度要求。混響時間T60 = 4.0秒時 STIPA=0.69超過奧組委要求STIPA0.5技術指標的30%，哪怕混響時間再長一些擴聲清晰度目標也沒問題結論是明確的，使用PROSO高Q值的高清線源音箱系統，采用“最少聲源方式”布放方式在游泳館，即使在超長混響時間的惡劣條件下，也能保證游泳館語言清晰度。完全不用依賴“建聲”降低混響時間T60來彌補，按以往的PROSO類似案例（北京溫都水城混響時間8秒環境下的擴聲工程）和經驗來看，根本沒問題。布放2只高清線源音箱在大屏兩側的EASE模型聲場分析清晰度、聲壓級、均

28、勻度（因篇幅有限除清晰度只展示結論）語言清晰度RASTI表1最大聲壓級 表2英東游泳館擴聲語言清晰度設計論證小結：使用EASE 4.0聲學軟件仿真模型設計，在英東游泳館彩色顯示屏兩側垂直懸掛2只，每只18個FL-2Y模塊組成的PROSO高清線源音箱，在混響時間T60=4秒（500HZ1000HZ）條件下，其語言清晰度 STI=0.69及最大聲壓級都達到了奧組委要求提出的技術指標，而且有一定的設計余量。與荷蘭聲學家Peutz（傳統臨界距離公式發明人）擴聲語言清晰度設計公式計算的結論是相同的，最后確定了“最少聲源方式”布放高清線源音箱系統擴聲方案，是在長混響時間T60=4秒（500HZ1000HZ

29、 滿場）條件下，保證游泳館觀眾席的語言清晰度是其關鍵，充分證明選用這種擴聲方式是可以信賴的、穩妥的。垂直覆蓋示意圖垂直覆蓋示意圖水平覆蓋示意圖PROSO高清線源音箱的穩定性與可靠性的論證本次英東游泳館擴聲設計所選用的PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱，其單體模塊中采用雙12寸三分頻兩分推，所選用的12寸釹鐵硼低頻喇叭單元和另一個12寸中頻釹鐵硼喇叭單元，是選用世界最著名喇叭品牌之一的英國“百變龍” 品牌。音質、一致性、穩定性、可靠性非常高，是世界公認的，另外PROSO高清線源箱體設計理念既先進又科學，主動式電子分音讓兩個12寸頻喇叭單元對應不同頻率的表現分工明確，不像全頻喇叭單元那

30、樣負擔重了，這樣既提高音質又增加可靠性。PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱中高頻釹鐵硼喇叭單元采用PROSO著名的帶狀透鏡耦合器專利技術，在它解決超大空間長混響環境下的擴聲清晰度問題的同時，利用它的特殊結構：“帶狀耦合器”是由多個密集排列的小型音圈共同推挽一個帶狀音膜發聲的原理（德國定做、專利保護），音圈間是并聯關系，它們的可靠性來自于它們的特殊結構和材料，如同LED大屏的發光管一樣不可能同時壞，這些密集排列的小型音圈，是互為備份的結構關系，它的特殊材料是來自于德國軍工級的化工技術（專利保護）合成的，強度鋼性、薄厚一致性、抗腐蝕性、耐熱性很高，且非常的輕，如圖例一：PROSO著名的

31、帶狀耦合器內部結構（圖例一）PROSO著名的帶狀耦合器外形（ 圖例二）它的外形是個長條狀，很輕，體積非常小巧，且采用外部結構非常嚴謹，其抗震性、抗腐蝕性、阻燃性、抗溫差性相當高。（如圖例二）：應用了此技術所帶來的另外好處是：它就不像常規線陣列音箱采用號筒或聲透鏡那樣，需要很深和很寬的箱體尺寸，在同等聲壓級條件下，PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱是常規線陣列音箱體積的四分之一、重量的六分之一，從美觀上也起到了“隱形”的味道，從吊掛的穩定性、安全性與可靠性方面，也有數倍的提高。本次英東游泳館擴聲設計所選用的PROSO 的DAF系列功放，也是也是為PROSO高清線源音箱量身定做的功放產

32、品，專家都知道，一般國內外專業功放的保護電路設計，是通過控制電壓輸入不削波失真，來控制電流防止削波失真的輸出為目的，但電壓轉化成電流輸出需要一個反應時間，遇到突發問題有時來不急，往往保護不利，而PROSO 的DAF系列功放 ，是靠內置微型電腦，實時的監測電流，來直接控制防止電流削波失真輸出為目的，這種方式很直接，不需轉化過程，因此在調音臺信號失真后，導致PROSO 的DAF系列功放電平顯示“紅燈常亮”， 長時間滿功率輸出給揚聲器時，長時間大聲壓級的喇叭仍然不失真，這時PROSO 的DAF系列功放的溫度仍然保持“很冷”，并讓它所服務的喇叭音圈，在大聲壓級狀態下溫度也持續“很冷”。功放與喇叭的工作

33、狀態是良性循環，安全性與可靠性方面，也就有數倍的提高。這就是為什么它常服務與大型搖滾樂演出的原因。另外英東游泳館的擴聲設計所選用的所有產品，包括調音臺、音頻處理矩陣、各種信號源、音源、等所有周邊器材都是應用過奧運會的進口名牌產品，所用設備產品的進貨渠道都有廠家或總代理的直接授權安全性與可靠性方面，不容質疑。環保節能性本次英東游泳館擴聲設計所選用的PROSO高清線源全天候FL-2型號系列的音箱，所選用的喇叭單元，包括PROSO著名的帶狀透鏡耦合器元件，是加入了超輕性、高阻性的PHL材料，阻抗在達到64歐姆時，高頻靈敏度還能維持在106dB左右，低頻也在98dB左右，功放和音箱的相隔距離如果很近的

34、話，這種高阻抗也就是意味著一臺功放可以同時推動十幾只甚至幾十只音箱正常發聲，如果聲場要達到同等聲學指標，這種技術所應用的功放數量非常少，同等條件下是常規擴聲技術所使用功放數量的四分之一，耗費功率相應降低，耗電量也就大幅度減小，是常規擴聲技術耗電量的四分之一，環保節能性當然很高。使用音箱線材的條數也就少了四分之三，為國家節省了大量資源。北京奧運會英東游泳館應用了此技術，達到了綠色奧運，環保節能的目的。如果功放和音箱的相隔距離最長能達到一公里，也就是說常規功放數量條件下，使用標準音箱導線連接，定阻方式（音質好）仍可以正常使用。比如說：功放在控制室內，音箱可以在體育場的任何位置，都可以正常使用。向社

35、會揭示論證過程的意義針對不同聲場環境，可定制專門特性的PROSO音箱來搭建系統。 PROSO音箱并不是“印刷廠”式的大批量生產，而像“畫室創作”式的，根據不同的聲場環境特性“量體裁衣”，定制針對性強，具備特殊參數及覆蓋角的音箱及生產數量，從而使電聲技術完美地與建筑聲學環境相結合，往往在超長混響時間（7.8秒）、環境噪聲很大（80dB）的惡劣聲環境下，能做出超乎想象的高清晰度擴聲結果，例：北京溫都水城30萬立方水空間，在超長混響時間（7.8秒）的環境下應用PROSO高清線源音箱，擴聲清晰度STI-PA超過0.60。實踐是檢驗真理的唯一標準，一個品牌的產品技術曾經做過多少項目并不主要，最關鍵的是做

36、過多少有代表性的項目“是否都很成功”；我們有湖南十運會的“株洲體育場”、“株洲游泳館”(和英東游泳館容積一樣大小，混響時間也基本一樣)，北京溫都水城的超大玻璃“水空間劇場”、北京體育大學內的2008奧運會“中國國家綜合體育館群”（11個超大容積超長混響時間的體育館擴聲），北京師范大學內的2008奧運會“美國國家隊多功能綜合館”， 北京交通大學內的2008奧運會“中國國家男子排球隊訓練館”，即將在山東舉行的十一屆全運會“濟寧體育館”等都使用了PROSO個性化“量體裁衣”式的高清擴聲技術解決方案。都是經過深入研究聲學環境、通過聲場擴聲清晰度的嚴格計算設計解決方案、再利用EASE模型計算機分析論證，

37、最后“個性化”的針對設計，定制與擴聲設計相符合的數量、指向性Q值的PROSO高清線源音箱，并成功地解決了以上這些案例中的各種因聲學問題，包括解決如何提高語言清晰度和傳聲增益等擴聲難題。通過每次對各種環境的各種聲學難題的挑戰，不間斷深入研究理論與實踐，并不斷總結和積攢其規律性和經驗；這些只是我們近3年來的探索與負責任的實踐過程，但還有許多方面需學習提高，希望把此成熟的PROSO高清擴聲技術能應用在英東游泳館，解決聲學難題，對社會有所貢獻。同時把有用的經驗獻給社會并與同行們分享，是此次論證的意義。英東游泳館的奧運會水球比賽中國VS美國英東游泳館的奧運會水球比賽中國VS美國英東游泳館的奧運會水球比賽

38、中國VS美國包括中央電視臺2第一時間在內的多家媒體，集中報道了英東游泳館科技奧運的幾大亮點，首先提到擴聲技術英東游泳館是北京奧運會新建和改擴建的體育場館擴聲工程中唯一獲獎的擴聲工程以下是竣工后的專家組評估結論：擴聲系統中的設備選配也是實現語言清晰度的保證：（一）高Q值，18個FL-2Y線源陣列模塊，組成的2只高清線源揚聲器，是保證高清晰度的關鍵；（二）選用SHURE的4入/1出自動混音臺，始終保持一路輸出，并且具有NOM功能，縱使有人插話，館內聲壓級基本不變；（三）選配AFS反饋抑制器，防止和抑制建聲產生的反射聲等引起系統反饋，引起嘯叫，保證擴聲系統穩定，是實現語言清晰度的前提；（四）選配美國

39、雅士利12進12出DSP數字音頻矩陣處理器，24bit A/D. D/A轉換、處理，頻帶寬，動態大，S/N高（高達104db），不會給擴聲系統帶來噪聲，信號/噪聲的比高，有力的保證了語言清晰度；（五）24路4編組雅馬哈調音臺可進行調音，提高頻率特性12KHZ電平，提高語言清晰度；（六）數字音頻處理器可對電聲系統進行分頻、均衡、參數均衡、壓縮/限幅等功能處理，保證傳輸特性達標。實質上是如實的反應語言或樂音的幅頻特性，亦是保證語言清晰度實現；（七）使用數字音頻處理器可對比賽、大會、音樂演出等不同功能要求，預先對數字功能模塊預設、存儲、調出，滿足各種實用功能；（八）由于18個FL-2Y線源陣列模塊頻

40、帶寬，從45HZ17KHZ可滿足音樂播放，亦可通過調音臺，低頻提升，使其音樂豐滿悅耳，高頻明亮、有層次；（九）熱備份用調音臺一臺，應急使用；擴聲工程實施后的特性指標測量在07年末，安裝調試的基礎上進行自我檢測，技術達標的情況下，主觀試聽：語言清晰、音樂豐滿悅耳。2008年2月“北京08辦”委托，“國家建筑工程質量監督檢測中心”就“北京奧體中心英東游泳館擴聲系統”進行檢測，具體如下：（1）檢測依據體育館聲學設計及測量規程JGJ/T131-2000廳堂擴聲特性測量方法GB/T4959-1995（2）檢測儀器B&K公司：1027型信號發生器，4190型傳聲器3560B型多分析儀系統HP公司：3440

41、1A型數字多用表NTI公司：AL1型聲學分析儀（3）檢測結果：A.擴聲系統特性指標（電聲設計）數據* 最大聲壓級：107db* 傳輸頻率特性：以125HZ4000HZ的平均聲壓級為0db，在此頻帶內觀眾席平均聲壓級不超過+2db,-1db* 傳輸增益：125HZ4000HZ的平均值為-5db* 擴聲系統傳輸指數（即語言清晰度） 平均值為0.69 （STIPA）* 系統噪聲：38db（A）,NR-32B建筑聲學數據C檢測結論北京奧體中心英東游泳館擴聲系統的最大聲壓級、聲場不均勻度、傳輸頻率特性、傳聲增益技術達到體育館聲學設計及測量規程JGJ/TBI-2000中的一級指標擴聲系統語言清晰度指標國家

42、建筑工程質量監督檢測中心檢測各具體位置STI-PA平均值：0.69 STI最高值：0.79 STI空場測量STI-PA觀眾區各點的清晰度傳輸指數STI指標及分布圖：其最大聲壓級：107 dB 超過奧組委規定 103 dB； 超過奧組委規定第三方客觀檢測確認英東游泳館擴聲系統設計達到了：* 體育館聲學設計及測量規程JGJ/T131-2000一級擴聲特性指標；* 奧組委提出的最大聲壓級和語言清晰度的指標；通過此次實際檢驗，我們認為：通過論證圍繞擴聲清晰度為核心的設計采用最少的聲源布局方式，最終結果證明是正確的，懸掛2只超高指向性Q值的，PROSO全天候“高清線源音箱”的高清擴聲技術是很成功的。像“

43、大船的底部”倒扣在上面的頂棚，因頂棚只能承重三分之一的吸聲體，大廳內80%的有害混響聲來自于頂棚結論的認識奧組委提出的語言清晰度和最大聲壓級是體育場館聲學設計的畫龍點睛之筆,道出了體育館設計的活的靈魂：是核心、是要害，使擴聲系統五項指標(必要條件)更加完全充分，是實事求是的舉措，將掀起體育場館設計的新篇章。1、廳堂場館的語言清晰度設計是擴聲系統的核心設計，筆者依據Peutz輔音清晰度損失率理念，對建聲、電聲進行綜合考慮、互補設計；并結合聲學軟件EASE仿真模型設計，在設計階段充分論證兩種聲源布局方式的擴聲語言清晰度優劣，為尋找最佳擴聲清晰度設計提供可靠依據。通過工程前的擴聲清晰度設計論證與實際

44、工程后的檢測，證明擴聲清晰度論證數據與實際測量結果是相符的，這種以語言清晰度為核心設計擴聲的論證方法是正確的、可行的。為今后的廳堂場館正確的擴聲清晰度設計，指明了方向；2、在超大空間超長混響時間的體育場館語言清晰度設計，采用電聲補償建聲的設計，使用少數量N、高Q值高清線源陣列揚聲器系統擴聲，集中懸掛布放，能為超大空間超長混響時間的體育場館、文娛廣場、休閑中心基地提供足夠大聲壓級和高清晰度語言、豐滿悅耳且有層次的音樂，效果是令人滿意的，得到使用方的認可和贊許；3、我們在總結前輩成功經驗、失敗教訓的基礎上，通過實踐認識再實踐再認識，不斷提高，不斷完善我們的工作，使我們的工作做得盡善盡美。“實踐是檢

45、驗真理的唯一標準”，讓我們在實踐中檢驗和提高自己吧！最后，讓我們向具有真知灼見，有膽有識的，支持我們的奧體中心游泳館彭維勇主任、何麗萍處長和各級領導表示衷心的敬意! 并誠摯的希望得到同行、專家們的批評斧正。擴聲個性化設計的實質就是以人為本的擴聲清晰度之設計兼述北京師范大學體育館擴聲工程個性化設計2010-6-1 祝科（總工）一、概述擴聲工程個性化設計實質就是以人為本，以最佳效果為目的的兩方面設計1.針對各個不同聲場環境的擴聲清晰度設計2.服務于擴聲清晰度的功能與管理控制設計目前的問題是：業主投入各種項目的擴聲資金不斷提高，擴聲清晰度卻一直不高，但卻能通過驗收！原因之一：工程驗收的五項擴聲指標里

46、，目前暫時沒有規定可測量的清晰度STTPA指標，因此滿足擴聲五項指標要求后還聽不清也只能驗收！原因是擴聲五項指標是為清晰度服務的必要條件，但它們不是實現擴聲清晰度的充分條件（要達到多種語言可懂度，清晰度STTPA指標要大于0.50 STI以上）原因之二：投入巨大資金做建聲處理后的大型場館，混響時間很難達標。其原因很復雜實際的混響時間往往比設計的偏長，這種環境下選擇常規音箱、多聲源布局擴聲方式，語言清晰度很難達標。圍繞體育場館的擴聲清晰度設計主要有三個部分。首先：語言清晰度的設計是第一位的，如何配置擴聲系統設備來實現語言清晰度；如何實現音樂豐滿度及多種功能的實現。其次：是擴聲系統五項技術指標如何

47、設計，實質上也是語言清晰度的設計，只是必要條件而已。語言清晰度的設計，并結合該項目招標要求的五項擴聲技術指標的設計，這才是擴聲清晰度的充分必要條件。尤其是奧運會體育場館提出語言可懂度STIPA0.50的技術指標，使其擴聲系統設計指標更加完善。最后：是聲學EASE軟件仿真模型設計，是在工程設計階段，就可預測體育場館竣工后的語言清晰度（語言輔音清晰度損失率的百分比）。筆者例舉北京師范大學體育館之擴聲工程個性化設計，就是依照上述之三個部分，按順序進行設計的。本體育館是北京奧運會的美國國家隊各項目參賽隊的專用綜合熱身館，也是備受關注的最著名的夢之隊美國國家籃球隊熱身的地方。美國方面要求語言擴聲能讓隊員

48、們“很輕松的聽清楚”，竟然要求達到擴聲語言清晰度STIPA0.70（超過普通小型會議室的擴聲語言清晰度要求）國內對于擴聲清晰度方面的實踐經驗與研究相對落后和缺乏，不太適應這種非常高的清晰度要求. 截至目前，國內還沒有哪個體育場館的擴聲語言清晰度有如此之高的要求！美國人測試認為：200Hz-4KHz間（1/3倍頻程）對語言清晰度貢獻之和為91.5中國人測試認為：200Hz-4KHz間（1/3倍頻段）對語言清晰度貢獻之和為93.8美國聲學專家唐戴維斯說：“提供平滑的頻響比擴展頻響更重要！由增加頻帶寬度所引起的聽覺感受，弱于不平坦的頻響所帶來的差別感受，對此很少有人能理解”。“英雄所見略同”，筆者在

49、考慮擴聲設計時，也希望在觀眾席的聲頻率響應越平坦越好。這樣，可以將語言、音樂的脈沖變化幅度隨頻率變化如實的反映到觀眾席聽眾雙耳。傳輸頻率特性越平坦，這樣語言清晰度就越好，音樂的低頻豐滿度和高頻明亮度也會越好。也就是指比賽大廳觀眾席，場地的幅頻特性，一般可理解為聲頻率響應，它是指由主席臺發言或場地聲音 擴聲系統 觀眾席聲音的頻率的響應，應該說在語言頻段125Hz-4KHz間越平坦越好！因此業主要求語言可懂度STIPA0.70.當然這對于一個典型體育館的聲學環境來說，按行業習慣：擴聲高清晰度的實現要依賴于“建聲”大幅度的降低混響時間，語言可懂度STIPA0.70相當于很好的小會議室的擴聲清晰度指標

50、，靠目前的建聲處理技術，相當于把體育館近6萬立方米容積的比賽大廳的混響時間，降低到小于0.5秒條件下，常規擴聲技術才能實現語言可懂度STIPA0.70，但對建聲來說這是不可能完成的任務！筆者認為正確選擇先進的聲場擴聲清晰度設計理念，結合先進科學的擴聲技術與手段尤為重要，要解決此聲學難題，首先不能墨守陳規，要敢于科技創新，必須另辟蹊徑！大膽創新才有可能突破。二、擴聲語言清晰度的設計：筆者認為在所有廳堂、場館擴聲系統設計中，擴聲清晰度是靈魂，其中語言清晰度是第一位的，它即可主觀試聽，亦可客觀測量，也是北師大學體育館擴聲系統的第一設計。（一）選擇正確先進的聲場擴聲清晰度之理論設計依據。荷蘭聲學家Pe

51、utz 歷經十年研究出的輔音清晰度損失率是設計的理論依據：式中：ST1是語言可懂度傳遞函數；ALcons%是輔音清晰度損失率百分比；D2：是揚聲器離最遠觀眾席距離；T60：是房間的混響時間；N：是功率比；（產生直達聲的功率與直達聲功率之外所有功率之比，相當于聲源數量）Q：是揚聲器的指向性因子；V：是房間的體積；M：是臨界距離的修正值，一般M=1；美國聲學家唐.戴維斯曾說過：Peutz的理論全世界每日在工程中應用，證明其理論精確與實用，另外，實踐告訴我們依此理論所做的廳堂、場館來看也是正確的。從理論公式可以看出，體育場館的語言清晰度主要由兩個專業決定，一是建筑聲學之混響時間T60，二是電聲專業之

52、揚聲器Q值這是第一點。第二點，是輔音清晰度損失率越小，語言清晰度越高，因為ST1=0.94820.1845lnALcons%。語言清晰度臨界值為ST1PA0.45，也就是ALcons%15%。我們設計場館以此為據。北京奧運會對場館提出ST1PA大于0.5，即ALcons%11%的要求。作為體育館擴聲系統設計，語言清晰度以ST1PA0.45（既ALcons%15%）作為依據。從建聲和電聲兩專業進行設計。（二）建聲和電聲專業的語言清晰度設計。1、建聲設計根據體育館容積V=53887立方米，5000座位，每座容積11立方。依照JGJ/T131-2000體育館聲學設計及測量規程北京師范大學體育館屬于小

53、于80000立方米容積，混響時間規定應在1.3 1.6秒（滿場5001000Hz），按常規擴聲技術來設計，如果實現語言可懂度STIPA0.70，必須把北京師范大學體育館近6萬立方米容積比賽大廳的混響時間，要降低到0.5秒條件下，語言可懂度STIPA0.70才能實現，建聲做不到！北京師范大學體育館建筑聲學是由北京建筑設計研究院進行設計，頂棚采用大面積網架結構，因考慮白天環保節能要求，其上鋪設采光用的“透光”陽光板，為了采光節能環保要求，不能鋪設吸聲材料以免遮光；球節點金屬網架以下四周側墻全部采用木質厚板穿孔敷設，因考慮木板強度，穿孔率還不到7%，離墻體50mm，比賽場地為木質的籃球比賽用地板，主

54、席臺、觀眾席及活動坐席為硬板塑料椅，經側量混響時間T60在3.0秒左右（500Hz），遠遠無法滿足常規電聲設計要求。2、電聲設計揚聲器指向性因數Q值選取：在建聲混響時間確定情況下，選取寬頻帶，高靈敏度，高Q值揚聲器系統，在館內使用最少的2只聲源布放方式，來覆蓋滿場。根據北京師范大學體育館的語言清晰度STIPA目標而計算推導揚聲器指向性因數Q值過程筆者使用Peutz擴聲聲場輔音清晰度損失率（ALcons%）理論計算公式，依據PROSO高清線源音箱對北師大體育館擴聲環境的駕馭能力，要做到最可靠的也是最保險的語言清晰度設計，因此采取以下設計措施：筆者根據業主要求，把本體育館的語言清晰度STIPA設計

55、目標定為平均值0.70，當然，這要遠遠高于北京奧運會場館要求的語言清晰度STIPA平均值0.50。為了在長混響狀態下保證擴聲的語言清晰度，根據Peutz擴聲語言清晰度設計的理論要求：能滿足全場均勻覆蓋前提下，用強指向性的聲源布局的數量越少，全場擴聲語言清晰度就越高(后有公式導算)。為此必須要求音箱能同時具備最重要的三個條件：（1）單只音箱具備超強指向性的寬覆蓋（2）單只音箱具備極超高的全頻聲壓級（3）單只音箱具備極超高的清晰度重放而PROSO高清線源音箱正是完全滿足上述三個條件的具有“國際先進水平”的產品。根據筆者對本體育館建聲環境的分析和對PROSO高清線源音箱技術特性的了解，再結合以往筆者

56、對類似環境的擴聲經驗，其聲源布局數量不能大于2只。這樣體育館即使長達3.0秒混響時間條件下擴聲清晰度STIPA也能達到0.70。推算北師大體育館符合語言清晰度設計要求的揚聲器指向性因數Q值過程如下：擴聲語言傳輸指數STIPA設計目標：求出輔音清晰度損失率：通過得出輔音清晰度損失率：制定測量的混響時間：制定滿足覆蓋的最少音箱數量：度量出比賽大廳聲場容積：度量出覆蓋最遠觀眾距離：臨界距離修正值：通過以上數據求出所需音箱的指向性因子：求出音箱500Hz條件下的指向性因子Q值：推算結論：定制2只PROSO高清線源音箱系統布放方案。每只所需各頻率指向性Q值要求分別為：500Hz Q=64 ；1000Hz

57、 Q139；2000Hz Q277；4000Hz Q520；這種音箱數量很少；指向性因子Q很高的擴聲系統，可滿足混響時間T60為3.0秒的聲場擴聲清晰度STIPA平均值為0.70。在下面的PROSO高清線源音箱Q值表中，選擇上面公式推導出的音箱Q值所對應的高清線源音箱型號、長度、相應拼接的模塊數量 全天候高清線源音箱模塊FL-2指向性因子Q值表根據上面Q值表所對應出以PROSO的20 只FL2模塊拼接組成的一只長度為7米的，全天候高清線源音箱，其各頻率指向性因數為：500Hz Q=64 ；1000Hz Q139；2000Hz Q277；4000Hz Q520；經上式推導所選擇的音箱及布局方案：

58、（1）采用PROSO的FL-2高清線源音箱2只，長度分別為7米的，具備超高Q值及銳利垂直指向性的寬水平覆蓋角度，以最少的兩個聲源滿足全場覆蓋布放的方式，同時考慮將來北師大體育館的演出舞臺位置，是放在體育館一側的LED全彩大屏幕的下方，因此把2只PROSO高清線源音箱分別對稱式布放吊掛在大屏兩側，做到演出時的聲像統一，既正好利用銳利的垂直角度，避開了占體育館全部有害反射聲、混響聲80%的頂棚，再次提高了擴聲清晰度。又利用銳利的垂直角度，制造“燈下黑”避開了大屏下面舞臺上的演出話筒，提高演出擴聲的傳聲增益。整個擴聲系統的直達聲分別覆蓋兩側及對面的全場觀眾席及比賽場地（覆蓋比賽場地的音量可單獨控制）

59、。（2）采用4只F12全頻帶號筒式音箱作為主席臺或舞臺的流動返聽音箱（音量可單獨控制）。（3）采用四只NP7超低音懸掛在大屏上方的馬道上，配合PROSO的FL2高清線源音箱，增加演出時的低音豐滿度，并覆蓋體育館所有觀眾席及比賽場地（音量可單獨控制）。注：這里是否能提高語言清晰度的關鍵是PROSO的FL2高清線源音箱的2000 Hz的Q值，加之500 Hz的指向性Q值，是明顯影響語言清晰度的主要因數，它們也是影響傳輸頻率特性的主要部分，況且500Hz也是明顯影響語言清晰度的起始點。（三）擴聲系統中管理與控制設備的選配也是實現語言清晰度的保證。1、高Q值、寬頻帶、大功率、高靈敏度、同時具備超強指向

60、性的寬覆蓋的PROSO高清線源音箱的選取是保證語言清晰度的關鍵。2、選配SHURE強大超數量的AFS反饋抑制器，防止、抑制建聲造成的反射聲等引起反饋嘯叫，保證系統穩定，是實現語言清晰度的保證。3、主席臺、裁判席、PROSO返送音箱配置，防止演說者聽不到自己聲音而聲嘶力竭，引起系統過載，引起失真，影響語言清晰度。4、選配ASHLY 的DSP數字音頻處理器， 24bit A/D 、D/A轉換和處理、頻帶寬、動態大，S/N高（高達104 dB），不會給擴聲系統帶來噪聲，S/N高，有利保證語言清晰度。5、對MIDAS調音臺和dbx均衡器可進行調音，提高影響語言清晰度頻率12KHZ，增大清晰度。（四）、