建聲與電聲在指揮中心設(shè)計(jì)中的統(tǒng)籌應(yīng)用

馬慶賀，張煥勝，余暉良，邱 建

（北京奧特維科技有限公司，北京 100015）

關(guān)鍵字：建筑聲學(xué)；電聲學(xué)；指揮中心；聲學(xué)設(shè)計(jì)

0 引 言

隨著信息技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，智能化和信息化成為城市管理的趨勢(shì)，智慧城市的概念應(yīng)運(yùn)而生。如何將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行集中監(jiān)控、集中管理、集中調(diào)度指揮，這需要指揮中心來(lái)實(shí)現(xiàn)。

指揮中心承載智慧城市運(yùn)營(yíng)平臺(tái)的業(yè)務(wù)運(yùn)行，為入駐的運(yùn)行專(zhuān)班和相關(guān)部門(mén)提供高效、舒適的協(xié)同辦公環(huán)境；整合各類(lèi)社會(huì)治理信息資源，利用融合通信、智能語(yǔ)音及一體化可視音視頻指揮調(diào)度等現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)上傳下達(dá)、綜合匯聚、協(xié)同會(huì)商、專(zhuān)題研判、指揮調(diào)度及信息發(fā)布功能，為構(gòu)建統(tǒng)一指揮、專(zhuān)常兼?zhèn)?、反?yīng)靈敏、上下聯(lián)動(dòng)、平戰(zhàn)結(jié)合的指揮體系提供支撐，實(shí)現(xiàn)政府部門(mén)、社會(huì)力量一體化協(xié)同作戰(zhàn)，以及省委、省政府領(lǐng)導(dǎo)開(kāi)展聯(lián)合會(huì)商并指揮處置突發(fā)事件提供基礎(chǔ)支撐保障。因此，建設(shè)一套先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠的聲學(xué)指揮調(diào)度環(huán)境顯得尤為重要。

1 設(shè)計(jì)原則

指揮大廳長(zhǎng)度為40 m 左右，寬度約為20 m，裝修完成后高度約為7 m。大廳共設(shè)置48 個(gè)操作業(yè)務(wù)席位及27 個(gè)指揮調(diào)度席位。

聲學(xué)環(huán)境的建設(shè)是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅與電聲效果（即音響設(shè)備的配置、系統(tǒng)調(diào)試等）有關(guān)，還與聲音傳播的環(huán)境（即建筑聲學(xué)特性）密切相關(guān)[1]。為此，聲學(xué)環(huán)境的設(shè)計(jì)需遵循以下原則。

1.1 建聲要求

根據(jù)《劇場(chǎng)、電影院和多用途廳堂建筑聲學(xué)技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50356—2005）中的規(guī)定，指揮大廳室內(nèi)混響最佳混響時(shí)間范圍如圖1 所示。

圖1 會(huì)堂、報(bào)告廳和多用途禮堂對(duì)不同容積V 的觀眾廳在500～1 000 Hz 時(shí)滿場(chǎng)的合適混響時(shí)間T 的范圍

根據(jù)聲學(xué)分析，需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)空間內(nèi)的吊頂、地面、墻面作不同程度的吸聲處理和擴(kuò)散處理，以達(dá)到最佳聲場(chǎng)[2]。聲場(chǎng)應(yīng)達(dá)到以下效果：

（1）不出現(xiàn)顫動(dòng)回聲；

（2）不出現(xiàn)較強(qiáng)的聲反射面；

（3）不出現(xiàn)明顯的聲共振現(xiàn)象；

（4）不出現(xiàn)聲聚焦區(qū)；

（5）整個(gè)頻段聲音的吸收要均勻。

為了達(dá)到建聲空間的使用效果，結(jié)合指揮大廳的容積，設(shè)計(jì)需滿足如表1 所示的指標(biāo)。

表1 指揮大廳建聲指標(biāo)

1.2 電聲要求

按《廳堂、體育場(chǎng)館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 28049—2011）設(shè)計(jì)，電聲指標(biāo)應(yīng)達(dá)到規(guī)范中會(huì)議類(lèi)擴(kuò)聲系統(tǒng)聲學(xué)特性一級(jí)指標(biāo)，具體如表2 所示。

表2 指揮大廳電聲指標(biāo)

聲音主觀評(píng)價(jià)目標(biāo)[3]設(shè)定為：

（1）語(yǔ)言清晰、音樂(lè)明晰度好，音質(zhì)良好，無(wú)聲學(xué)缺陷；

（2）聲像定位準(zhǔn)確，視聽(tīng)一致性好；

（3）聲音分布均勻，頻響平坦；

（4）音樂(lè)豐滿、空間感強(qiáng)、明亮度好。

2 建聲設(shè)計(jì)

指揮大廳建聲設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是，在不改變?cè)Y(jié)構(gòu)形式和原裝修風(fēng)格的前提下，采用合理的吸聲結(jié)構(gòu)和吸聲材料，保證達(dá)到中頻1.0～1.2 s（500 Hz）的混響時(shí)間設(shè)計(jì)指標(biāo)[4]。

2.1 混響控制

指揮中心天花板四邊水平吊頂，兩側(cè)墻面采用穿孔金屬板，孔徑2 mm，穿孔率15%。金屬板后填充50 mm 厚玻璃棉，容重為48 kg·m-3。

為了避免聲聚焦，LED 對(duì)面的背景LOGO 墻面采用25 mm 厚的布藝吸聲軟包。軟包后空腔大于100 mm。

2.2 隔聲控制

砌塊墻體雙面20 mm 厚水泥砂漿抹灰，墻體用水泥砂漿封死，不應(yīng)有穿透性的裂縫及孔洞。管道穿墻套管用玻璃棉封死。出入門(mén)采用隔聲門(mén)，隔聲量應(yīng)大于40 dB[5]。

2.3 混響時(shí)間測(cè)量

2.3.1 測(cè)量方式

指揮大廳建設(shè)完成之后，筆者使用專(zhuān)業(yè)測(cè)試儀器NTi Audio XL2 進(jìn)行混響時(shí)間的測(cè)量。由音頻處理器輸入擴(kuò)聲系統(tǒng)粉紅噪聲，播放5 s 噪聲，使廳堂達(dá)到穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)，停止5 s，通過(guò)測(cè)試儀進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試結(jié)果分析和記錄。

此次測(cè)量為空?qǐng)霏h(huán)境測(cè)量，大廳為對(duì)稱(chēng)形狀，測(cè)量點(diǎn)選取如圖2 所示。

圖2 混響時(shí)間測(cè)量選點(diǎn)示意

2.3.2 測(cè)量結(jié)果及分析

在以上選定的測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行混響時(shí)間的完整測(cè)量，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 指揮大廳混響時(shí)間測(cè)量記錄

對(duì)所有測(cè)點(diǎn)、業(yè)務(wù)操作坐席區(qū)域及領(lǐng)導(dǎo)指揮坐席區(qū)域的測(cè)量結(jié)果分別取平均，結(jié)果如圖4 所示。

圖4 指揮大廳業(yè)務(wù)操作區(qū)和領(lǐng)導(dǎo)指揮區(qū)的混響時(shí)間對(duì)照

指揮大廳業(yè)務(wù)操作坐席區(qū)域500 Hz 的混響時(shí)間為1.15 s，滿足廳堂的混響時(shí)間國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（1～ 1.2 s）；領(lǐng)導(dǎo)區(qū)混響時(shí)間1.26 s，略偏高，與后墻的吸聲材料及后墻的凹面造型有關(guān)。后期，設(shè)計(jì)人員與裝修單位協(xié)調(diào)對(duì)后墻的軟包覆蓋面積進(jìn)行了調(diào)整，以滿足全場(chǎng)的混響時(shí)間要求。

3 電聲設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

指揮大廳的電聲系統(tǒng)主要滿足會(huì)議討論、演示匯報(bào)、視頻會(huì)議、音頻播放及融合通信等多種功能需求，依托網(wǎng)絡(luò)音頻實(shí)現(xiàn)指揮大廳與各配套要素會(huì)議室的互聯(lián)互通，語(yǔ)音信號(hào)集中調(diào)度管理。電聲系統(tǒng)的傳輸、路由及處理采用網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化架構(gòu)，提高系統(tǒng)抗干擾性及可擴(kuò)展性。系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)熱備技術(shù)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急情況下的無(wú)縫自動(dòng)切換，保證整個(gè)音頻系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。指揮中心電聲系統(tǒng)架構(gòu)如圖5 所示。

圖5 指揮中心電聲系統(tǒng)架構(gòu)圖

指揮大廳話筒、視頻會(huì)議終端等音源信號(hào)經(jīng)無(wú)源分配器分別進(jìn)入主、備兩套獨(dú)立的音頻傳輸系統(tǒng)，分別和主、備數(shù)字調(diào)音臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，經(jīng)處理、路由后的數(shù)字音頻信號(hào)通過(guò)交換機(jī)系統(tǒng)輸出至支持Dante 數(shù)字音頻協(xié)議的揚(yáng)聲器系統(tǒng)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)與其他配套會(huì)議室的互聯(lián)互通。同時(shí)，模擬音頻信號(hào)接入智能音頻切換系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主備模擬信號(hào)的智能切換，輸出至錄播、視頻會(huì)議終端及融合通信等系統(tǒng)。

3.2 聲場(chǎng)設(shè)計(jì)

主擴(kuò)音箱選用指向性強(qiáng)、支持Dante 協(xié)議的有源線陣列揚(yáng)聲器，在LED大屏幕兩側(cè)分別吊掛1組，每組由5 只雙8 寸全頻揚(yáng)聲器和1 只低頻揚(yáng)聲器組成。通過(guò)調(diào)整線陣列的指向角度，能夠?qū)U(kuò)聲集中打到聽(tīng)眾區(qū)，避開(kāi)吸聲不好的反射墻壁，提高直達(dá)聲、減少混響聲，有效地克服傳聲嘯叫，提高語(yǔ)言清晰度。同時(shí)，通過(guò)調(diào)整遠(yuǎn)近場(chǎng)音箱的電平比，提高整體會(huì)場(chǎng)的聲壓級(jí)均勻度。通過(guò)Dante 數(shù)字音頻協(xié)議傳輸信號(hào)，可以提高系統(tǒng)的抗干擾性，提高信噪比，增加語(yǔ)言清晰度。

另外，由于大廳較寬，為了提高前場(chǎng)坐席區(qū)域的直達(dá)聲，在LED 屏幕下側(cè)固定安裝4 支輔助補(bǔ)聲揚(yáng)聲器，同時(shí)起到拉聲像的作用。

中后場(chǎng)主席指揮區(qū)域布置4 只輔助揚(yáng)聲器，安裝在兩側(cè)墻面，為領(lǐng)導(dǎo)講話提供清晰的返送直達(dá)聲。同時(shí)，對(duì)于前區(qū)主擴(kuò)揚(yáng)聲器作為補(bǔ)聲，實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)聲壓級(jí)的均勻覆蓋。指揮大廳的揚(yáng)聲器布置如圖6所示。

圖6 指揮大廳揚(yáng)聲器布置圖

3.3 聲場(chǎng)模擬分析

在本方案設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員選用德國(guó)的EASE4.3 軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。該軟件是專(zhuān)業(yè)音響界最權(quán)威的聲場(chǎng)模擬軟件，可以輔助分析設(shè)計(jì)的聲壓是否均勻、語(yǔ)言清晰度是否符合現(xiàn)場(chǎng)需要。在EASE 建模過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員注意了模型精確度對(duì)運(yùn)算結(jié)果的影響，并提高模型的近似度以提高運(yùn)算結(jié)果的參考性。

3.3.1 聲場(chǎng)分析

指揮大廳125～4 000 Hz 總聲壓級(jí)分布如圖7所示。

從圖7 可以獲得指揮大廳在125～4 000 Hz頻段的總聲壓級(jí)數(shù)據(jù)。按照國(guó)家會(huì)議類(lèi)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，此頻率帶寬內(nèi)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)的最大聲壓級(jí)應(yīng)大于等于98 dB。圖7 數(shù)據(jù)最大聲壓級(jí)為111.01 dB，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖7 指揮大廳125～4 000 Hz 總聲壓級(jí)分布圖

指揮大廳1 000 Hz 總聲壓級(jí)分布如圖8 所示。

從圖8 可以獲得指揮大廳在1 000 Hz 頻點(diǎn)的總聲壓級(jí)數(shù)據(jù)。按照國(guó)家會(huì)議類(lèi)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，此頻點(diǎn)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)的聲壓級(jí)不均勻度應(yīng)小于或等于8 dB。圖8 數(shù)據(jù)聲壓級(jí)最大值和最小值的差值為4.44 dB，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖8 指揮大廳1 000 Hz 總聲壓級(jí)分布圖

指揮大廳4 000 Hz 總聲壓級(jí)分布如圖9 所示。

從圖9 可以獲得指揮大廳在4 000 Hz 頻點(diǎn)的總聲壓級(jí)數(shù)據(jù)。按照國(guó)家會(huì)議類(lèi)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，此頻點(diǎn)穩(wěn)態(tài)聲場(chǎng)的聲壓級(jí)不均勻度應(yīng)小于或等于8 dB。圖9 數(shù)據(jù)聲壓級(jí)最大值和最小值的差值為3.01 dB，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖9 指揮大廳4 000 Hz 總聲壓級(jí)分布圖

指揮大廳語(yǔ)言傳輸指數(shù)STI 比例如圖10 所示。

從圖10 可以獲得指揮大廳的語(yǔ)言傳輸指數(shù)STI 數(shù)據(jù)。按照國(guó)家會(huì)議類(lèi)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，語(yǔ)言傳輸指數(shù)STI 應(yīng)大于0.5。圖10 數(shù)據(jù)最小值為0.54，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

圖10 指揮大廳語(yǔ)言傳輸指數(shù)STI 比例圖

4 結(jié) 語(yǔ)

筆者所在的北京奧特維科技有限公司承擔(dān)了該指揮中心的建設(shè)工作。從一個(gè)技術(shù)人員的角度來(lái)看，該工程是一個(gè)非常成功的設(shè)計(jì)項(xiàng)目，完成了一個(gè)相對(duì)完善的系統(tǒng)。最讓人欣慰的就是在設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員統(tǒng)籌兼顧了建聲與電聲的綜合設(shè)計(jì)，使得很多工程上的聲學(xué)問(wèn)題得以解決。