北京達(dá)尼利華科技發(fā)展有限公司,是國家聲學(xué)規(guī)范的參編單位,專業(yè)從事電子建筑聲學(xué)方面的研究,就是通過電聲、建聲等因素綜合起來的互補(bǔ)設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)STIPA指標(biāo)為目的。公司二十多年來一直秉承以尖端科技為先導(dǎo)的科學(xué)發(fā)展觀,并擁有十多項(xiàng)國際專利。
公司以注重科學(xué)技術(shù)為核心,高度重視業(yè)主方、使用方的利益,一直把如何提高擴(kuò)聲清晰度放在突出首要位置!基于這些,我們從上百個(gè)運(yùn)用PROSO高清擴(kuò)聲技術(shù)的場館案例中,選擇幾個(gè)具有代表意義的典型案例,與廣大業(yè)界同仁們一起分享。這些案例的最終結(jié)果,都有第三方權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)實(shí)際的測量數(shù)據(jù)作為佐證,讓更多的人了解達(dá)尼利華公司及其設(shè)計(jì)理念,了解PROSO高清擴(kuò)聲技術(shù)對社會的重要性,以及如何將它運(yùn)用于工程中。
奧運(yùn)會英東游泳館的高清擴(kuò)聲設(shè)計(jì)
工程概述
PROSO高清擴(kuò)聲技術(shù)是通過奧運(yùn)會英東游泳館的使用才開始被外界關(guān)注的,也開始逐漸走向全國的。其實(shí)它的影響力遠(yuǎn)不止這點(diǎn),只因英東游泳館建聲環(huán)境一直是糾纏了20年的老大難問題,進(jìn)口、國產(chǎn)擴(kuò)聲設(shè)備都嘗試過,借用陳館長的話說:20年了沒有一天能聽清楚過的。奧運(yùn)會的到來給了PROSO一次機(jī)會,他當(dāng)時(shí)獨(dú)有的“對癥下藥”的理念,讓不差錢的“英東”眼前一亮,就自然的PK掉了幾個(gè)知名進(jìn)口品牌。殊不知,業(yè)主頂著多大壓力選了PROSO高清擴(kuò)聲技術(shù),但當(dāng)彭主任等到最終的結(jié)果時(shí)他笑了,發(fā)自內(nèi)心的,很燦爛。在英東創(chuàng)造的歷史不是達(dá)尼利華的,是整個(gè)中國擴(kuò)聲行業(yè)的,因?yàn)橛昧藝a(chǎn)擴(kuò)聲揚(yáng)聲器品牌的英東游泳館,在混響時(shí)間大幅超標(biāo)的條件下,STIPA指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過建聲比英東好很多的水立方。同時(shí)也超過了建聲好過英東的其它奧運(yùn)場館,但那些場館用的都是進(jìn)口知名品牌擴(kuò)聲系統(tǒng)。這慢慢的改變了國人對國產(chǎn)擴(kuò)聲技術(shù)的看法,影響更深遠(yuǎn)。
設(shè)計(jì)思路
奧運(yùn)會場館項(xiàng)目不同于常規(guī)項(xiàng)目,其政治意義更大不允許閃失。在擴(kuò)聲設(shè)計(jì)開始前,筆者走訪相關(guān)設(shè)計(jì)院了解該館的建聲設(shè)計(jì)的情況。了解得知建聲設(shè)計(jì)的空間吸聲體最終只能吊掛三分之一數(shù)量,是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)的承重限制問題造成的。另外,吸聲用離心玻璃棉沒有隔潮措施,兩年后吸聲作用會逐漸失效。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(yáng)聲器和布局設(shè)計(jì),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。因此決定在保證擴(kuò)聲STIPA達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上,利用V.M.A.Peutz理論公式來計(jì)算推導(dǎo)出兩種方案并做EASE論證。初步論證的結(jié)果是:第一種是采用聲源布點(diǎn)位置最少數(shù)量的2組高清線源揚(yáng)聲器作為主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器,即分別布放在大屏兩側(cè)覆蓋全場,它可保證混響時(shí)間達(dá)7.8秒條件下STIPA達(dá)標(biāo)0.50。第二種是采用多點(diǎn)聲源布置方式的8組高清線源揚(yáng)聲器,即在泳池兩側(cè)看臺各均勻布放4組作為主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器,它可滿足混響時(shí)間3秒條件下STIPA達(dá)標(biāo)0.50,這個(gè)方案保險(xiǎn)系數(shù)不高,因?yàn)榛祉憰r(shí)間很容易突破3秒。最后決定二次論證,即將EASE模型調(diào)整混響時(shí)間為4秒條件下,將上述兩方案用同一EASE模型的4秒混響時(shí)間條件下進(jìn)行模擬分析,選STIPA最高的方案進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。后面會給讀者具體描述第二次EASE論證過程。
方案定稿深化設(shè)計(jì)前的二次論證
這次論證是個(gè)漫長的過程,但利用了聲學(xué)EASE模型的論證手段,再加上解決過北京溫都水城“水空間”語言清晰度的自信,以下是計(jì)算機(jī)仿真模型論證內(nèi)容:
建立客觀混響條件下的EASE聲學(xué)模型,將兩種布局方式的8組線源揚(yáng)聲器布局方式與2組線聲源布局方式放入相同聲學(xué)條件的EASE模型中進(jìn)行STIPA論證對比。預(yù)測英東游泳館吸聲材料受潮后,中頻空場T60 = 4.0秒?茨膫(gè)指標(biāo)更高。雖然可能與實(shí)際比會有一點(diǎn)誤差,但它對選擇聲場設(shè)計(jì)的正確方向起到了很重要的指導(dǎo)意義。
上圖:英東游泳館EASE聲學(xué)模型四視圖
上圖:英東游泳館EASE模型T60曲線按4秒設(shè)定
上圖:采用8組PROSO高清線源揚(yáng)聲器,在EASE模型中的位置
上圖:采用8組PROSO高清線源揚(yáng)聲器RT60為4秒的STIPA模擬計(jì)算出圖
計(jì)算機(jī)EASE仿真模型設(shè)計(jì)結(jié)論
空場混響時(shí)間4.0秒,使用8組PROSO高清線源揚(yáng)聲器,STIPA計(jì)算為0.40,此第一種擴(kuò)聲設(shè)計(jì)方案不能達(dá)標(biāo)。
下圖:采用2組PROSO高清線源揚(yáng)聲器,RT60為4.0秒條件下EASE模擬:
上圖:采用2組PROSO高清線源揚(yáng)聲器,在EASE模型中的位置
上圖:采用2組PROSO高清線源揚(yáng)聲器RT60為4秒的STIPA模擬計(jì)算出圖
計(jì)算機(jī)EASE仿真模型設(shè)計(jì)結(jié)論:
混響時(shí)間4.0秒,使用2組PROSO高清線源揚(yáng)聲器, STIPA計(jì)算為0.69.,第二種擴(kuò)聲設(shè)計(jì)方案遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過北京奧運(yùn)會技術(shù)要求STIPA >0.5 指標(biāo)要求。這種情況說明最少聲源布局方式,能在4.0秒混響時(shí)間條件下,能保證英東游泳館達(dá)到高清擴(kuò)聲效果。即使吸聲材料受潮后的混響時(shí)間再長一些,奧運(yùn)STIPA目標(biāo)也沒問題。
論證結(jié)果是明確的,使用PROSO高Q值的高清線源揚(yáng)聲器系統(tǒng),采用“最少聲源布置方式”應(yīng)用PROSO高清擴(kuò)聲技術(shù)在英東游泳館,即使混響時(shí)間在4.0秒的惡劣條件下,也能保證英東游泳館高清擴(kuò)聲效果。另外,按以往的PROSO類似案例(北京溫都水城RT60為7.8秒環(huán)境下的擴(kuò)聲工程)和經(jīng)驗(yàn)來看,根本沒問題。
上圖:英東游泳館EASE模型四視圖
最大聲壓級 表2
英東游泳館STIPA設(shè)計(jì)論證小結(jié):
使用EASE 4.0聲學(xué)軟件仿真模型設(shè)計(jì),在英東游泳館彩色顯示屏兩側(cè)垂直懸掛2只,每只18個(gè)FL-2模塊組成的PROSO高清線源音箱,在混響時(shí)間T60=4.0秒(500HZ—1000HZ)條件下,其語言清晰度 STIPA=0.69及最大聲壓級都達(dá)到了奧組委要求提出的技術(shù)指標(biāo),而且有一定的設(shè)計(jì)余量。與荷蘭聲學(xué)家V.M.A.Peutz理論公式計(jì)算的結(jié)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(tǒng)擴(kuò)聲方案,是在長混響時(shí)間T60=4.0秒(500HZ—1000HZ 滿場)條件下,保證游泳館觀眾席的語言清晰度是其關(guān)鍵,充分證明選用這種擴(kuò)聲方式是可以信賴的、穩(wěn)妥的。
第三方國家建筑工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢測結(jié)果:
* 最大聲壓級:107db
* 傳輸頻率特性:以125HZ—4000HZ的平均聲壓級為0db,在此頻帶內(nèi)觀眾席平均聲壓級不超過+2db,-1db
* 傳輸增益:125HZ—4000HZ的平均值為-5db
* 語言傳輸指數(shù):STIPA(即語言清晰度) 空場平均值為0.69
* 系統(tǒng)噪聲:38db(A),≤NR-32
檢測結(jié)論
英東游泳館擴(kuò)聲系統(tǒng)的最大聲壓級、聲場不均勻度、傳輸頻率特性、傳聲增益
達(dá)到《廳堂、體育場館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T28049-2011中體育館一級指標(biāo)
空場測量STIPA指標(biāo)及分布圖
上圖:第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)所選檢測位置及對應(yīng)的STIPA指標(biāo)
上圖1: 奧運(yùn)會水球比賽中
上圖2:高清線源揚(yáng)聲器在大屏兩側(cè)
上圖3:高清線源揚(yáng)聲器定制的顏色與建筑背景渾然一體
工程小結(jié):
北京奧運(yùn)會之前,達(dá)尼利華只是個(gè)名不見經(jīng)傳的小型民營技術(shù)型企業(yè)。在此之前的那十多年,達(dá)尼利華公司做了大量的理論與基礎(chǔ)實(shí)踐工作,解決了以湖南省運(yùn)會一場兩館、北京亦莊體育中心、福建仰恩大學(xué)體育館、北京溫都水城“水空間”為代表的長混響時(shí)間條件下的擴(kuò)聲清晰度問題。為日后的PROSO高清擴(kuò)聲技術(shù)積累了豐富經(jīng)驗(yàn)。因此,在競爭奧運(yùn)會英東游泳館擴(kuò)聲系統(tǒng)工程中,PROSO高清擴(kuò)聲技術(shù)從眾多世界知名進(jìn)口品牌廠家中脫穎而出,并非偶然。因此,達(dá)尼利華公司非常感謝北京奧運(yùn)會給了這次機(jī)會,同時(shí)他也回報(bào)了在家門口的這個(gè)奧運(yùn)會一個(gè)高清擴(kuò)聲的效果。
亞洲體量最大的室內(nèi)體育場的高清擴(kuò)聲設(shè)計(jì)
工程概述:
鄂爾多斯東勝體育場總投資二十幾億元,是擁有5萬座位的160萬立方米巨大空間的,全亞洲體量最大的室內(nèi)體育場。用于給它做擴(kuò)聲設(shè)計(jì)及論證的時(shí)間達(dá)數(shù)月,因?yàn)榻o如此規(guī)模室內(nèi)空間做聲學(xué)設(shè)計(jì)在國內(nèi)是空白,在世界也很罕見,沒有國外資料、沒有國內(nèi)參考、沒有案例借鑒、也沒有實(shí)施經(jīng)驗(yàn),可研性極強(qiáng)。由甲方指定讓清華大學(xué)與達(dá)尼利華聯(lián)合在一起,利用電聲、建聲綜合互補(bǔ)的設(shè)計(jì)理念,共同來完成業(yè)主提出的擴(kuò)聲STIPA指標(biāo)要達(dá)到較高水平的目標(biāo)。這與英東游泳館不同的是難度更大、挑戰(zhàn)性更大、任務(wù)更艱巨。首先的問題是取多少混響時(shí)間合適,最終是清華大學(xué)的建聲設(shè)計(jì)做到所謂的極致后,再交給達(dá)尼利華利用高清擴(kuò)聲技術(shù)來彌補(bǔ)建聲留下的不足部分,以到達(dá)到較高STIPA指標(biāo)的目的。但建聲設(shè)計(jì)的局限性要比擴(kuò)聲的局限性大得多,占頂棚四分之一的可開啟部分與占頂棚一半的采光部分的下方,是不能安裝吸聲材料的。這將出現(xiàn)吸聲量不足、吸聲的均勻度不夠,造成許多位置的混響時(shí)間差距較大,聲場缺陷較明顯,對提高語言清晰度STIPA指標(biāo)極具困難。
設(shè)計(jì)思路
根據(jù)建聲設(shè)計(jì)提供的聲學(xué)模型中,觀眾席、場地具有代表的各個(gè)位置的RT60指標(biāo)的具體數(shù)據(jù),
觀察聲場的聲學(xué)規(guī)律特性,再結(jié)合V.M.A.Peutz理論公式聲學(xué)計(jì)算,推導(dǎo)出以STIPA達(dá)到相關(guān)目
標(biāo)的揚(yáng)聲器布局、聲源布點(diǎn)位置的數(shù)量與其指向性Q值等數(shù)據(jù),最后得出結(jié)論:即得出符合RT60
在7秒條件下,能實(shí)現(xiàn)STIPA目標(biāo)值0.52的線源陣列揚(yáng)聲器組數(shù)及Q值,即500Hz 的指向性Q值
為72.53,線源揚(yáng)聲器布置組數(shù)為10組。并將這10組PROSO高清線聲源揚(yáng)聲器分配西看臺上方的
相關(guān)位置以及東看臺上方的相關(guān)位置,并利用計(jì)算機(jī)EASE聲學(xué)模擬進(jìn)行論證。
2.3、3.3建立東勝室內(nèi)體育場三維模型圖進(jìn)行方案論證
上圖:東勝室內(nèi)體育場EASE四視圖
上圖:東勝室內(nèi)體育場EASE模型RT60曲線圖
上圖:計(jì)算機(jī)EASE聲學(xué)模擬STIPA論證
上圖:計(jì)算機(jī)EASE聲學(xué)模擬STIPA、SPL論證
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)論證STIPA及五大指標(biāo)的結(jié)論
1)空場125—2kHz的T60平均值≥7秒時(shí),語言清晰度STIPA空場平均值≥0.568 很好
上表:為EASE計(jì)算機(jī)聲學(xué)論證STIPA結(jié)論
2)最大聲壓級250Hz-4000Hz范圍內(nèi)平均聲壓級為≥105dB,達(dá)到體育場一級指標(biāo)。
上表:為EASE計(jì)算機(jī)聲學(xué)論證SPL結(jié)論
3)傳輸頻率特性:
選用的為頻率響應(yīng)特性曲線平坦的PROSO品牌FL線源陣列揚(yáng)聲器組及EV鵝頸傳聲器。
美國百威品牌數(shù)字音頻矩陣DSP具有音量、分頻、壓線、圖示均衡、參量均衡、相位等功能,與之揚(yáng)聲器相對應(yīng),調(diào)整揚(yáng)聲器覆蓋的觀眾席聲場,保證其頻率響應(yīng)達(dá)到要求。
4)傳聲增益現(xiàn)場調(diào)試后測量
選配SHURE品牌 DFR22具有數(shù)量可選取的多點(diǎn)自動反饋抑制器AFS,選配EV品牌可變指向鵝頸傳聲器,可抑制任何惡劣建聲造成的反饋嘯叫,提高傳聲增益。
選取高指向性Q值的PROSO品牌FL線源陣列揚(yáng)聲器組,避免直達(dá)聲大量進(jìn)入傳聲器,避免聲反饋現(xiàn)象的產(chǎn)生,提高傳聲增益。
5)聲場均勻度1KHz≤6.1dB,4000Hz≤6.99dB,達(dá)到一級標(biāo)準(zhǔn)。
注:中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《廳堂、體育場館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB28049-2011中規(guī)定的體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)一級指標(biāo):穩(wěn)態(tài)聲場不均勻度,1K、4K時(shí)小于或等于8 dB。
6)系統(tǒng)噪聲
設(shè)計(jì)中使用美國百威品牌數(shù)字音頻矩陣,其信噪比超過100 dB,擴(kuò)聲系統(tǒng)不會出現(xiàn)噪聲。
如果地線連接正確,擴(kuò)聲系統(tǒng)不會產(chǎn)生噪聲。
論證結(jié)論:通過對聲音系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(EASE4.3仿真模型),可預(yù)測鄂爾多斯東勝區(qū)體育場在T60=7秒條件下,使用10組PROSO全天候線源陣列揚(yáng)聲器,其聲學(xué)技術(shù)特性能夠達(dá)到中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《廳堂、體育場館擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB28049-2011中規(guī)定的,體育場擴(kuò)聲系統(tǒng)一級指標(biāo)。其中的STIPA>0.57。
設(shè)計(jì)指標(biāo)與第三方檢測指標(biāo)的對比
由業(yè)主方出面邀請第三方的國家工程質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心來為東勝室內(nèi)體育場做驗(yàn)收檢測
屋頂密閉后的實(shí)測空場RT60指標(biāo)
屋頂密閉后的實(shí)測空場RT60曲線:
上圖:第三方檢測機(jī)構(gòu)實(shí)測東勝室內(nèi)體育場密閉空間RT60曲線
工程小結(jié):
東勝體育場創(chuàng)造了一個(gè)奇跡,160萬立方米室內(nèi)空間達(dá)6秒條件下,擴(kuò)聲STIPA指標(biāo)竟然達(dá)到空場平均值0.60的指標(biāo),這相當(dāng)于幾百立方米空間的小型會議室擴(kuò)聲的清晰度了。鄂爾多斯東勝室內(nèi)體育場的體量與美國達(dá)拉斯牛仔室內(nèi)體育場的體量相當(dāng)、建聲條件基本接近,但前者比后者的擴(kuò)聲STIPA指標(biāo)要高出幾個(gè)量級,筆者將這個(gè)案例寫成論文在2014年世界AES大會上發(fā)表,并引起世界同行們的廣泛關(guān)注。因此可以說,這個(gè)成就是代表中國電聲行業(yè)的一個(gè)里程碑,值得自豪。