1、工程概況及聲場分析

國家殘疾人冰上運動比賽訓練館是全國首個殘疾人冰上項目比賽訓練專業(yè)場館，同時也是北京2022年冬奧會和冬殘奧會重點工程之一，項目位于順義區(qū)后沙峪地區(qū)的中國殘疾人體育運動管理中心園區(qū)內，固定座位1584個，無障礙坐席67個，總占地面積26901.6平方米，于2018年12月30日正式開工建設，場館建成后將成為專項服務殘疾人冰上運動、具有無障礙示范引領作用的專業(yè)化冰上運動比賽訓練場館，為國家冰上項目隊備戰(zhàn)冬殘奧會提供更好的保障。

國家殘疾人冰上運動比賽訓練館項目不同于一般的項目，政治意義更大不允許有任何閃失，在擴聲系統設計之前，北京達尼利華科技發(fā)展有限公司工程師團隊走訪建筑設計院了解該場館的建聲設計情況，同時實地考察館內聲學環(huán)境，由于館內自然采光以及美觀性的要求，無法大量的懸掛空間吸聲體，同時大面積的冰面對聲學環(huán)境影響極為不利，冰面吸音系數500Hz僅為0.01，屬于強反射材料，聲音投射到冰面上會被大量的反射，再經過頂棚的二次反射，造成了館內聲場渾濁，講話聽不清楚。

綜上所述，其聲場環(huán)境不容樂觀。因此就要考慮用什么樣的揚聲器和布局設計，會在較大聲壓級條件下又能最小化的激發(fā)聲場以提高早后期聲能比，同時避免聲能集中在冰面上，遠離冰面的反射。因此決定在保證擴聲STIPA達標的基礎上，利用V.M.A.Peutz理論公式來計算推導揚聲器布局方案及數量，并做EASE論證。結合我公司在其他長混響聲場條件下的經驗及殘疾人冰上訓練中心的實際建筑聲學環(huán)境，采用聲源布點位置最少數量的2組高清線源揚聲器作為主擴聲揚聲器，即分別布放在大屏兩側覆蓋全場，它可保證混響時間達5秒條件下擴聲語言清晰度STIPA指標超過0.50。

2、擴聲系統設計需達到的聲學特性指標：

滿足GB28049-2011《廳堂、體育場館擴聲系統設計規(guī)范》中的體育館擴聲系統一級指標

具體要求如下：

1）語言傳輸指數：STIPA空場平均值＞0.50（業(yè)主要求每個測點指標不小于0.45條件下，其平均值下方可有效）。

2）最大聲壓級（峰值）：  觀眾看臺區(qū)≥105dB；場地區(qū)≥98dB

3）傳輸頻率特性：以125~4000Hz平均聲壓級為0dB,在此頻帶內允許± 4dB的變化(1/3倍頻程測量);63-125Hz和4000~8000Hz的允許范圍由標準GB28049-2011《廳堂、體育場館擴聲系統設計規(guī)范》的圖8斜線部分確定；

4）傳聲增益：    125~4000HZ平均值≥-10dB。

5）穩(wěn)態(tài)聲場不均勻度：中心頻率為1kHz、4kHz（1/3倍頻程帶寬），大部分區(qū)域不均勻度≤8dB。

6）系統總噪聲級：NR-25

7）總噪聲級：    NR-30

3、設備選型

為實現設計指標，確保在冰球館混響時間偏長的情況下仍能保證擴聲語言清晰度達到世界級標準，主擴線陣列揚聲器選擇的是可駕馭長混響時間的PROSO高清線源陣列擴聲系統。

PROSO線源陣列揚聲器組的原理：

PROSO線源陣列音箱之專利：高頻帶狀耦合器也叫“平面波發(fā)生器”，是由多個緊密垂直排列的小音圈共同推動一個帶狀音膜發(fā)聲，且共用一個帶狀磁體，這樣模塊之間不存在梳狀濾波器效應，杜絕高頻有害干擾問題。當耳朵距離振膜很近時，聽到的是局部某個小音圈推動振膜局部能量，近聽不吵，當耳朵距離高清線源音箱越遠時，聽到的是系統整體的聲音，遠聽不小。

隨著音箱模塊垂直排列的數量增加，Q值增大，指向性增強。但無論多少模塊，只要緊密垂直懸掛在一起仍然是一只音箱系統。聽起來也是一只音箱（相當于數量N =1）。

因為是柱面波輻射，距離增加一倍3dB下降，聲場均勻度肯定好；因為柱面波輻射，指向性強，容易調試，不易產生嘯叫，傳聲增益高。

在建聲混響時間超過標準，甚至體育場混響時間長達4秒條件下，只要采用數量少、指向性Q值高的PROSO高清線源音箱系統方案，就能保證語言清晰度。
在長混響時間條件下，保證冰球館內語言清晰度，點聲源傳統音箱系統和傳統線陣列音箱是無能為力的，是根本不可能的。

（1）高Q值指向性因子線源陣列揚聲器系統PROSO   FL-2全天候線源陣列揚聲器系統，使用2組，N僅為2，就可覆蓋滿場。

* 著名品牌PROSO的FL-2全天候線源陣列揚聲器Q值隨線源陣列長度（音箱模塊）增加而增加，Q值可以很高，指向性可很強。12只PROSO  FL-2線源陣列音箱模塊（如圖）

其指向性因子：      500HZ    Q=38

                    1000HZ   Q=76

                    2000HZ   Q=151

這是任何點聲源揚聲器根本無法實現和達到的，各體育場館具體應用PROSOFL-2線源陣列模塊長度（模塊疊加數量）多少，依據所需指向性因子Q值而定，可參考其一覽表：

* PROSO全天候線源陣列揚聲器FL-2僅有水平指向性900，垂直指向性很小，隨陣列長度越長越趨尖銳，利用此特性能有效避開占有害混響聲80%的頂棚，并且柱面波傳播，距離增加一倍，3db衰減；即提高均勻度又提高清晰度。

* PROSO  FL-2線源陣列揚聲器其頻帶寬，45HZ——18KHZ；靈敏度106db/m.w，功率600W，對于幾百米長度具有足夠大聲壓級是不存在問題的，僅僅增加線源陣列的長度（數量）而已；

（2）揚聲器陣列數N是根據覆蓋場地寬窄而定，一般場合應對稱布放，N=2效果最佳。線源陣列數量越少，其間梳妝濾波器干涉越小，越有利于語言清晰度實現。

4、電聲彌補建聲不足實現STIPA目標的理論依據：

美國著名聲學大師唐·戴維斯在其著作中評價peutz輔音清晰度損失率設計理念是跨世紀的貢獻，在全世界它每天被使用，檢驗了它的精度和實用性。
    德國著名聲學大師阿諾特將其數學模型應用在ADA公司EASE聲場預測軟件中，即ALcons%
、STIPA的聲場模擬計算依據就來自于Peutz公式。

下式為荷蘭聞名聲學大師Peutz對擴聲語言清晰度準確性的預測公式：

STIPA = 0.9482－0.1845×ln×ALcons%

式中：  ALcons%——輔音清晰度損失率百分比；

D2 ————揚聲器到最遠聽眾席距離；

RT60——— 房間的混響時間；在超大空間內是指聲能衰變時間；

N ————功率比（或相等功率的揚聲器數量）；

Q ————揚聲器的指向性因子；

V ————聲場的容積；

M ————臨界距離Dr修正值，通常取1

AL%＜7%－12% 屬于較好的語言清晰度

5、為實現STIPA目標依據上述理論而采取的電聲手段：
根據設計院提供的建聲的RT60計算數據，以及在聲場各位置的RT60分布圖給電聲參考，但考慮因超大空間導致計算出現誤差是難免的。因此，電聲設計所依據的RT60必須要有安全余量，也就是如果實際的RT60比預計的偏長一些，電聲也要保證STIPA目標的實現。因此北京達尼利華公司在擴聲系統設計上，選擇在四個方面具體做法來確保指標安全余量。
（1）提高STIPA目標值——當實際RT60出現偏差威脅STIPA目標時，也可增加設計目標保險系數；
（2）增加RT60指標余量——提高RT60安全余量，即當實際RT60大于設計值時仍確保STIPA目標值；
（3）減少聲源布點數量——降低多個聲源間因相互延時所引起的聲場干涉問題，確保STIPA目標值；
（4）選擇高Q值線聲源——垂直輻射窄高Q值寬覆蓋可減少罩棚反射和聲源數提高早后期聲能比；

將STIPA目標值、500Hz的RT60預計值、聲場容積V、覆蓋最遠聽眾D2等參數導入上計算公式，得出所需線源陣列揚聲器組500Hz 指向性Q值為37.5，所需布置的組數為2組。
查閱低頻能量及指向性Q值皆高的PROSO雙12寸的線源陣列揚聲器Q值表對照，與上式推算出的500Hz 指向性Q值為38參數最接近的型號中，500Hz 的Q值是38所對應的線源陣列組的長度為4.2米。結合對以往類似建筑幾何形狀的聲場設計經驗，做出以下的布局設計。

為使擴聲系統有能力彌補因建聲不足引起的混響時間偏長等可能發(fā)生的建筑聲學缺陷,國家殘疾人冰上訓練中心擴聲系統揚聲器采用相對集中布置的擴聲方式，在大屏兩側集中吊裝2組主擴聲內置雙12寸低頻單元的線陣列揚聲器，覆蓋觀眾席區(qū)域和場地區(qū)域；同時做左右觀眾席上方分別吊裝1只內置12寸低頻單元的全頻揚聲器作為左右補聲揚聲器，在主席臺上方吊裝2只內置12寸低頻單元的全頻揚聲器作為主席臺返送揚聲器。同時在大屏上方集中吊裝2只內置雙18寸低頻單元的超低頻揚聲器，增加音樂重放時的豐滿度。