学校体育场馆数字化扩声系统解决方案 ——宝业恒公司—产品技术部

　　目前我国学校的基础建设正在大力发展，在硬件配套上面也在逐步完善，而体育场馆是每个学校必须建设的项目，既丰富了学生的课外活动生活，又锻炼了体质，还在文化娱乐方面提高了学校的教学质量。当今建设的学校体育场馆都设计了舞台，比如篮球馆、羽毛球馆或者是综合体育馆等，在馆内一侧设计了100-200m²的室内舞台，体育馆即可作为体育锻炼的场地，又可作为举办一些文艺汇演的场地，可以容纳整个学校的学生、老师参与演出。这对体育馆的装修方面、扩声方面、灯光照明方面、通风方面及建声方面提出了新的要求。本文主要从建声、扩声方面为学校的体育场馆提供一套数字化扩声系统解决方案。

　　一个体育场馆要有好的声场必须有专业的建声方面的设计，由于体育场馆的建声不好，那么再好的扩声系统都不可能有好的演出效果，混响时间长，声音出来就会浑浊不清，所以必须在建筑、装修方法想办法去除混响。体育场馆的地面、墙壁、玻璃、天花等地方都需要添加吸音体，把原来声音反射较为强烈的地方加入吸音和隔音效果的材料，不让声音过多的反射。还有就是噪音的问题，比如室内的排风扇、空调、电机等可能产生噪声的设备需要隔音，靠近马路的体育场馆要考虑室外噪音的影响，需要用隔音玻璃或隔断来阻止室外噪音，靠近居民区的体育场馆也要考虑采用隔音来防止声音扰民。

　　装修的材料地面可以选择柔软有弹性的地毯、地胶等。如图1、2

　　图1 地毯

　　图2 地胶

　　墙面采用穿孔吸音木板或聚酯纤维吸音板(如图3、4)，吸音木板与墙体留有空间，填充吸音棉(如图5)，但不要使用矿棉材料，会使人过敏发痒，最好是在吸音木板后面贴有布匹，防止填充的材料因为震动漏出来。

　　图3 穿孔吸音木板

　　图4 聚酯纤维吸音板

　　图5 吸音棉

　　图6 贴有穿孔吸音木板的墙面

　　玻璃窗安装厚实的窗帘，既可挡光，又可吸音防止玻璃反射声音，距离地面较高的玻璃窗可安装电动窗帘，采用遥控或手动控制窗帘打开或关窗帘。

　　天花采用悬挂吸音体来防止声音反射(如图7)，既美观又实用，吸音体材料选择较轻的纤维材料，表面贴有布匹，防止纤维掉落。

　　图7 天花吊挂吸音体

　　舞台地板采用木地板，幕布有大幕、前沿幕、侧幕、横幕、背景幕等，舞台上的声音反射一般都比较好，有幕布作为吸音。

　　体育场馆举办一些大型的表演活动，或者是全校的一些会议、讲座、体育比赛等，这就需要一套功能齐全的扩声系统，可以采用模拟的一些设备搭配使用，但功能及可扩展性不强，而且由于场地改造布线方面限制，功能上满足不了演艺扩声的要求，所以本文介绍网络数字化的扩声系统，用C-MARK品牌的AUDIONET网络音频平台及网络有源音箱来做介绍。

　　AUDIONET网络音频平台通过网络传输、处理、监控音频信号，可采用普通CAT-5网线进行音频传输，超过100米的远距离传输音频信号可采用光纤传输几公里甚至几十公里远，一条网线可传输64路CD标准音质音频信号，音频信号传输处理无压缩、损耗及干扰，音频信号的DSP处理都可在网络音频处理器上调用，比如某路音频信号需要添加均衡器和压限器等，只需在操作软件上用鼠标拖一个均衡器和压限器，用鼠标将这路音频信号输入连接到均衡器和压限器再到输出口，那么这路音频信号就有了这些功能。我们可以在舞台设备机房与控制室之间通过AUDIONET网络音频平台相互传输及处理音频信号，避免远距离传输音频信号产生的干扰、损耗、音质劣化等问题，线材成本及安装过程中所需的线管、线槽、人工等都能节省，并且通过两条网线可使舞台设备机房和控制室之间音频信号的相互传输冗余备份，当一条网线断路时另一条网线可无缝的接替工作，确保音响系统工作不中断。

　　网络有源音箱只需通电用一条网线连接AUDIONET网络音频平台设备，就能高品质的扩声，通过监控软件可实时的控制、检测音箱的工作状况，不需要通过耳朵听音箱就能看到是否工作正常。内置D类数字功放机确保扩声万无一失，功放的保护电路完善，对于过载、过热等问题都可以避免，具有功率大，重量轻，效率高耗电少，声音清澈、层次分明等特点，完美的还原声音。

　　下面我们就以一个体育馆做例子，这个体育馆是个多功能的运动场馆，既能作为篮球馆使用、也可以作为羽毛球馆使用，在体育馆南面有个80平方米的固定舞台，可拼接30平方米的活动舞台扩展到110平方米的舞台使用。扩声系统既要满足体育比赛扩声需求，又要满足演艺、会议等扩声需求，控制室在舞台侧对面。如下图：

　　扩声系统设备的选型

　　1、本扩声系统性能

　　(1)、扩声系统完全满足体育馆演艺、会议、比赛时声音清晰、动态范围大的要求，并达到国标JGJ/T131-2000中体育馆声学设计及测量规范的声学设计的一级标准。

　　(2)、本扩声系统的设计原则

　　体育馆内声场均匀

　　体育馆内的频率传输特性平直

　　体育馆内视听方向一致

　　并有利于克服回输，提高传声增益

　　还要兼顾音乐及语音混响时间频率特性

　　2、本扩声系统特点及优越性

　　产品性能好，通过网络传输处理音频信号，无损耗及干扰;

　　性能稳定性，可满足体育馆功能要求;

　　可根据需求调整，有多种模块可选，适用于各种功能的工作环境，比如开会时可调用会议模式扩声，演出时可调用演出模式扩声;

　　兼容扩展性好，外扩设备联结容易;

　　使用及调整方便，可防止误操作造成的设备损坏及调乱处理参数变化造成音质变差;

　　如下图音箱摆位:

　　在舞台两侧设计放置4只双15寸全频网络有源音箱，4只18寸网络有源超重低音音箱，双15寸全频网络有源音箱放置在18寸网络有源超重低音音箱上面，可覆盖整个体育馆扩声。4只15寸网络有源返听音箱放置在舞台上，可覆盖整个舞台扩声。舞台对面吊挂6只10寸网络有源全频音箱，演艺、会议使用时作为补声，体育比赛时作为体育馆语言扩声使用。

　　为了达到并超过相关国家标准的技术指标，我们借助先进的计算机声场模拟软件EASE 根据体育馆的实际尺寸对音响系统的扩声效果进行了模拟计算。经过计算机对各项指标的测算，结果都表明应用C-MARK音箱能达到并超出国家标准。

　　演艺、会议扩声音箱声场覆盖图：

　　体育比赛体育馆声场覆盖图(6只10寸网络有源全频音箱)：

　　体育馆举办各类文艺晚会、会议、体育比赛时，扩声系统信号需从舞台传输到控制室，文艺演出舞台的音源比较多，比如：架子鼓、吉他、贝斯、电子琴、钢琴、小提琴等乐器，这些音源要传输到控制室，必须每路独立通过信号电缆传输到控制室调音台，模拟传输方式会产生信号干扰、信号衰减、信号损耗等问题，因为传输距离比较远，音频信号质量必然受损。这里我们设计采用网络音频传输器进行传输，在舞台侧的设备机房放置一台16路模拟音频输入的网络音频传输器，通过一条网线就能将16路音频信号无损的传输到对面的控制室，通过控制室的两台8进8出的网络音频传输器转换成模拟音频信号输出到调音台。调音台进行增益、处理、分配后输出给到一台8进8出的网络音频传输器，转换成数字音频信号并经过网络音频处理器处理过后通过网线传输给到每只网络有源音箱。传输及处理都是在网络上进行，避免了音质劣化。

　　设备连接图如下：

　　当前在专业音响领域数字化是其发展方向，使用一体化数字处理系统正逐步取代传统的均衡器、压限器、分频器等一大堆分立的模拟设备。在本设计中我们使用AUDIONET数字网络音频平台作为整个扩声系统音频信号的传输和处理。该网络数字扩声系统由数字调音台、网络音频传输器、网络音频处理器、网络音频接口、网络有源音箱等组成。系统设备通过CobraNet网口与网络音频接口(EtherNet Switches)进行连接，具有相当高的灵活性。在已经搭建好的CobraNet音频网络中，无须手动拔插改变硬件设备的连接方式，我们要做的只是使用RS1200软件，通过鼠标点击一下各模块间所需要的连线，然后点击编译就代替了设备间的音频连接线。同样的，如果您需要一台均衡器，只需按动鼠标将均衡模块拖放到RS1200软件桌面，其他功能模块的添加也时这样。如此这样的方便，就可对CobraNet音频网络中的所有音频信号的音频处理方案和参数进行设置或实时控制，实现音频信号传输、处理的全数字化。它将数字处理器和计算机平台进行了最合理与优化的组合。将音响设计和应用集于一身来完成，使得音响工程设计师在进行音响工程系统设计的时候，充分享受了计算机网络带来的便利。

　　该系统优点：

　　根据不同场合的需求，方便地实现音频信号的网络传输与远程控制。可以大大降低系统的安装维护的成本。

　　可以节省大量昂贵的音频线缆和敷设工程量。

　　所有音频信号的传输是以数字形式在以太网上传输的，完全克服了模拟信号传输过程中产生的各种音质劣化现象。

　　音频信号的传输方向可通过专业的软件进行设置，并可以固化在传输器中，系统设置完成后，即可完全脱离计算机，独立运行，具有很高的灵活性和很高的性价比。

　　可以实现点对点的传输，点对多点传输，或广播式的传输。可以方便的对音频信号进行矩阵传输。

　　点对点传输：

　　点对多点传输：

　　操作方便：通过使用简单的图形操作软件对网络音频处理器进行控制，并可预设8种处理模式，适合不同场合下的使用要求，无需改变设备配置与物理连接，进一步方便了使用。

　　音频处理功能强大：在RS1200软件中提供多种虚拟数字音频处理设备，完全可以替代大量专业的音频处理设备。

　　该系统目前可代替均衡器、压限器、分频器、信号分配器、延时器、参量均衡器、混音器、动态处理器等绝大多数模拟设备。只需要一条5类双绞线即可代替多达64条的模拟音频线路，传输64声道未经压缩的数字信号，具有很强的抗电磁干扰能力。并且每路音频信号的传输方向可以任意设置，从而大大简化了扩声系统的设计与施工。其音频输入与输出通道采用模块结构，输入可按需要选择LINE接口或MIC IN接口。背板上具有一个RS232接口，可与外部设备的RS232接口相连，进行远程的数据传输与交换。其内部还具有独立的MCU控制，可脱离计算机独立运行。有2个100MB/S的网络接口(RJ45)和以太网相连，所有输入和输出信号均通过网络接口发送与接收，2个网络接口互为备份，当一个端口出现故障时，另一个网络端口将自动接替工作，提供不间断的网络传输支持，最大限度的保证了系统的稳定性与连续性，因而是各种会议、大型体育馆、影剧院、露天广场、大型演艺厅、主题公园等工程的绝佳选择。

　　本设计中，我们使用了两台DRB-1网络音频处理器对整个系统的音频信号进行处理，再利用两台网络音频传输器DRC0808A和一台DRC1600A 进行信号传输。

　　还音部分全部采用网络有源音箱，用一根CAT5 网线对该音箱进行远程监控和DSP 调节，并可实现网络音频信号接收，采用CobraNet技术，具有备份模拟输入接口及CobraNet网络输入接口功能。可在PC端远程对有源音箱的工作温度、负载两端电压、电流进行监控，并可实现增益调节和远程开关机功能。音频传输、控制、监测，仅用一根CAT5网线和RJ45水晶头连接,使用安装极为方便。低音和中高音分别用两个独立D类功放推动。具有完善的保护功能(短路保护、过流保护、过欠压保护、直流保护、功率压限、温度压限、削波限幅器)。

　　网络有源音箱监控图：

　　网络有源音箱DSP处理参数图：

　　实现功能

　　体育馆扩声系统不仅能对DVD、录像机、录音卡座等AV音源设备进行扩声，而且，还可实现对会议发言和远端音频信号进行还原扩声：

　　1、 能接收、发送远端音频信号;

　　2、 能对音频信号进行还原、放大，并且不会产生回音和啸叫;

　　3、会议扩声时，以主扬声器为主，其他扬声器则加以配合以达到单点声源的效果;

　　4、系统保证了声场的均匀度指标;

　　5、系统应能平衡主扬声器和辅助扬声器在音质和声压级上的差别;

　　6、数字化调音台信噪比高、失真小，带哑音编组且带有多路输出。保证了调音台背景噪声最小，且有足够的音频信号输出通道提供电视会议及音频录制端口等。

　　7、为了提高系统的可靠性，网络有源音箱具有可靠性最高的智能化电路控制设计;

　　8、前置反馈抑制、选用强指向话筒及无线话筒采用内置反馈抑制及限幅。话筒在不同位置时均有良好的传声增益，不致引起扬声器啸叫;

　　9、可播放电视会议、摄像、录像、DVD/VCD/CD/MP3、CATV等输出的音频;

　　10、音源要求：能够长时间不中断、连续录音。除了专业CD、专业卡带等音源外，还备有可供了音源设备使用的接入口;

　　11、非专业人士也可轻松的进行数字混音、数字调音，预置效果、应用场景可以一键到位;

　　12、使每一位观众人员都能听到清晰的声音;

　　13、舞台下与舞台上人员也可参与发言、讨论;

　　14、能通过接口与集中控制系统连接。

　　15、数字调音台能通过平板电脑无线控制

　　16、系统能保存8种音响处理模式，开会时可调用会议模式，演出时可调用演出模式，保障不同场合扩声系统都能完美的还音。

　　17、设备维护简单，不需要专业人员管理

　　18、数字调音台具有50个场景保存，方便演出、会议、比赛时直接调用。

　　19、处理参数固化在网络音频处理器中，不易调乱

　　20、数字调音台内置有音乐播放器，可直接播放U盘内乐曲。