首都體育館作為2022年北京冬奧會冰上項目短道速滑、花樣滑冰的主賽場，為滿足賽事的需求， 在現(xiàn)有設施的基礎上進行了改擴建，涉及分賽事中心、運動員公寓、滑冰館、體育館、綜合訓練館共五大場館，總建筑面積140 254 ㎡。其中，包括體育館內的音視頻系統(tǒng)、體育工藝系統(tǒng)進行改造。下面筆者僅就體育館場地擴聲系統(tǒng)（以下簡稱“場地擴聲系統(tǒng)”）部分的改造方案及實施要點進行解析。
1 體育館概況
2022年北京冬奧會的主要比賽用館首都體育館，其建筑面積45 406 ㎡，其中，地下一層為38 842 ㎡，地上四、六層6 564 ㎡，建筑高度28.16 m。一層的中心場地內設有31 m×61 m具有多功能轉換的標準冰場，大頂鋁板造型至冰場的高度為20.6 m，觀眾席區(qū)設有15 400個座位，如圖1所示。
圖1 體育館內景
體育館的改造項目要建立體育建筑智能化的專用設施系統(tǒng)，主要包括：大屏幕顯示及控制、場地擴聲系統(tǒng)、廣播電視轉播布線、標準時鐘、升旗控制、比賽設備集成系統(tǒng)、競賽信息實時發(fā)布系統(tǒng)。
2 場地擴聲系統(tǒng)的設計要點及難點
場地擴聲系統(tǒng)作為覆蓋區(qū)域為觀眾席區(qū)以及比賽場地（FOB）的固定安裝擴聲系統(tǒng)，主要滿足比賽所需的語言節(jié)目并兼顧音樂播放的擴聲要求。
2.1 設計要點
場地擴聲系統(tǒng)的設計及方案的實施依據(jù)JGJ31—2003《體育建筑設計規(guī)范》、JGJT179—2009《體育建筑智能化系統(tǒng)工程技術規(guī)程》、JGJ354—2014《體育建筑電氣設計規(guī)范》、GB/T28049—2011《廳堂、體育場館擴聲系統(tǒng)設計規(guī)范》、JGJ/T131—2012《體育場館聲學設計及測量規(guī)程》。
在如此體量的場館內設計場地擴聲系統(tǒng)，需要重點把握以下幾個要點。
場地擴聲系統(tǒng)必須有足夠大的聲功率，并且要達到足夠高的語言清晰度，以保證觀眾能聽清晰賽事進程及解說的聲音。同時，還要考慮聲像定位以準確重現(xiàn)賽場的動態(tài)位置。
場地使用傳聲器時，要特別注意采取有效措施避免聲反饋的問題，避免影響比賽的正常進行。
系統(tǒng)要有冗余的數(shù)字網絡接口，可以用于連接比賽場地區(qū)臨時擴展的移動式的擴聲系統(tǒng)。
為滿足奧運會比賽期間的賽事直播、轉播的需要，系統(tǒng)應具備可調整覆蓋電視轉播評論員區(qū)域的聲壓級，或臨時關閉該區(qū)域的擴聲設備，以保證該區(qū)域聲壓級可控，或沒有擴聲的直達聲。
系統(tǒng)可以與其他體育工藝系統(tǒng)如競賽信息發(fā)布系統(tǒng)、現(xiàn)場大屏系統(tǒng)、比賽設備集成管理系統(tǒng)等聯(lián)動。
2.2 設計難點
對于整體建筑結構，由于不能改變原有的結構，特別是頂棚的整體承載負荷，與安裝揚聲器系統(tǒng)的需求相距甚遠，因此，要對揚聲器系統(tǒng)的吊掛有專門的設計。
建筑聲學環(huán)境方面，體育館的吸聲不足，混響時間偏長，因此，希望通過揚聲器的布置解決這一問題。
冬奧會期間，短道速滑及花樣滑冰兩項賽事對于擴聲系統(tǒng)有著不同的需求，如表1所示，并且轉換時間短，只有半天的時間。
對于現(xiàn)場觀看表演和電視直播，視頻系統(tǒng)、照明系統(tǒng)要比場地擴聲系統(tǒng)更加重要，因此，在項目的實際和實施中，視頻和照明系統(tǒng)要優(yōu)先考慮。
2.3 系統(tǒng)方案
擴聲系統(tǒng)的總體改造方案，系統(tǒng)的音頻控制、傳輸通過Dante網絡構建數(shù)字加模擬的混合網，場館內所有音頻信號均匯聚到音頻控制機房進行分發(fā)。數(shù)字調音臺同樣采用一主一備，主調音臺可搬至場內進行現(xiàn)場調控，并在主席臺區(qū)預留音頻接口箱，可接入有線傳聲器、無線傳聲器系統(tǒng)。系統(tǒng)使用時，需要根據(jù)不同賽事的使用場景對數(shù)字調音臺以及功率放大器進行預設。系統(tǒng)基本框架如圖2所示。
圖2 場地擴聲系統(tǒng)原理圖
對于像冬奧會這樣重要的賽事，系統(tǒng)的安全性與可靠性極為重要。除注重選用可靠性高的設備外，對于信號傳輸主干網采用光纖傳輸，部分采用模擬線纜，以滿足一些特殊的使用場景。同時，設置點對點的直通路徑進行傳輸，如功能機房與功能機房之間、現(xiàn)場不同區(qū)域之間、現(xiàn)場與功能機房之間。這種傳輸路徑穩(wěn)定、延時小，降低數(shù)據(jù)傳輸中的丟包問題，故障排查簡單。
系統(tǒng)的配電，根據(jù)奧運賽事的需求，均采用雙路市電+ATS+UPS，相關電氣設備安裝于四層音頻控制室�，F(xiàn)有供電方式在市電閃絡時不會對擴聲系統(tǒng)造成影響；ATS開關容量160 A，運行方式為互為備用；UPS電源柜就近安裝于配電柜旁，輸出65 kW，在線運行，可帶柜內全部負荷持續(xù)供電30 min。為了保障賽時安全運行，在賽前做好配電柜內所有電氣設備的隱患排查工作，留好備品備件，賽時安排專人對配電柜進行看護。
對于聲場的設計，揚聲器系統(tǒng)既考慮主席臺區(qū)的覆蓋，又要考慮整個觀眾區(qū)的覆蓋；在揚聲器選型上，要符合重量要輕、體積小、聲壓大等性能，以滿足承重、避免建聲缺陷、提高語言清晰度、避讓視頻照明等其他設備等一系列的相關要求。通過仿真軟件NS-1模擬設計，確定揚聲器數(shù)量、吊掛高度、投射角度等，以達到體育建筑設計規(guī)范一級指標，聲壓級為105 dB，語音清晰度指數(shù)不小于0.5，聲場模擬點位如圖3所示。不同的區(qū)域根據(jù)實際的面積、縱深覆蓋需求，對線陣列揚聲器的數(shù)量、分頻、吊掛角度與高度進行配置。主擴聲揚聲器系統(tǒng)采用14組雙12英寸三分頻無源全頻線陣列揚聲器，吊掛覆蓋整個觀眾區(qū)。其中，北側方向共分8組，每組根據(jù)覆蓋區(qū)域分別由2～8只揚聲器單元組成；東西方向各1組，每組4只揚聲器單元；南側方向共分4組，每組根據(jù)覆蓋區(qū)域分別由4～8只揚聲器單元組成。揚聲器布置平面圖如圖4所示。以評論員席以及播報席區(qū)域為例，由于區(qū)域觀眾席第一排至最后一排的高差為15 m，如圖5所示，因此使用了2組線陣列揚聲器進行覆蓋，分別使用了4只、7只揚聲器單元，其吊掛角度、高度分別為-7°、20.5 m，-2°、17.9 m，如圖6所示。
圖3 聲場模擬點位圖
圖4 場館揚聲器系統(tǒng)實際布置平面圖
圖5 評論員席及播報席位區(qū)域圖
圖6 覆蓋評論員席及播報席位區(qū)域兩組線陣列揚聲器的吊掛
另外，在體育工藝系統(tǒng)中，采用了比賽設備集成管理系統(tǒng)，通過比賽設備集成管理平臺，可將場地擴聲系統(tǒng)、大屏顯示系統(tǒng)、賽事運營系統(tǒng)、場地燈光系統(tǒng)以及場地投影系統(tǒng)進行集成互聯(lián)，通過將各系統(tǒng)集成聯(lián)動，滿足不同使用場景下的功能需求，增加了系統(tǒng)使用運行的方便性、整體性。
3 系統(tǒng)實施的要點
系統(tǒng)的設計和實施受場地裝修的限制，既要照顧整個場館美觀，又要滿足場館內功能的使用要求。因此，對于系統(tǒng)方案的實施，隨時與相關方溝通，不斷進行調整優(yōu)化。
（1）揚聲器的吊掛
在揚聲器系統(tǒng)吊掛過程中，由于首都體育館保留了原有大頂球型網架結構、馬道，在球型網架的結構下還有鋁板造型結構以及龍骨，而揚聲器系統(tǒng)的吊掛點位于大廳頂層鋁板之上，需要穿過結構下懸桿、鋁板和鋁板固定龍骨層，避開燈光線路以及馬道，并且每一組線陣列揚聲器的安裝位置不相同，需要精確的定位，以滿足現(xiàn)場覆蓋的范圍及角度�；谶@種情況，在進行了實地勘察測量后，經各方討論，最后選擇了單獨設計安裝鋼結構吊點的吊掛方式。根據(jù)現(xiàn)場不同的位置，定制吊掛揚聲器的鋼架，如圖7、圖8、圖9所示，吊掛高度可以在鋼架上調整。這一結構不僅可以避開場地照明光路等，還可以應對施工過程中馬道等一些設施的更改。
圖7 吊掛揚聲器的鋼架
圖8 吊掛揚聲器鋼架的實景
圖9 揚聲器的吊裝
（2）投影幕布對揚聲器系統(tǒng)的影響
比賽場地上空設置有巨大的投影幕布，面積與比賽場地近乎一樣。為此，對場地擴聲系統(tǒng)提出了多種方案。其中，一種方案是調整揚聲器的覆蓋角度，以避免因投影幕布反射形成的回聲，但受整體環(huán)境所限，難以實現(xiàn)。另一種方案是考慮采用透聲幕布，揚聲器吊掛在透聲幕布上方，但會影響投影效果。在實施中，最初采用透聲幕布，經過多方溝通，方案幾經調整，在安裝位置與投影幕布之間取得平衡，最終采取分段式幕布加揚聲器吊掛調整，將揚聲器吊掛與各幕布之間，并選用8只小尺寸、高聲壓的點聲源揚聲器P12，既不會影響投影效果，也可滿足聲場覆蓋，達到設計指標。
（3）音頻線纜的敷設
對于音頻線纜的敷設，由于首都體育館初修建于1968年，管線橋架設計相對復雜繁瑣，場館1層至4層垂直橋架沒有完全貫通，4層的水平橋架也沒有聯(lián)通，大大增加了音視頻傳輸線纜敷設的難度，同時大大增加了音頻線纜的敷設長度。因此，在現(xiàn)場的音視頻插座箱與四層音控室之間，采用光纜及中繼設備進行傳輸，包括調音臺接口箱、交換機、音頻光端機等。通過數(shù)模結合的傳輸方式，解決了信號傳輸線纜過長的問題，并大大增加了信號傳輸?shù)目煽啃耘c安全性，滿足了奧運賽事期間不同賽事的需求，2022年北京冬季奧運會組委會技術組可根據(jù)不同使用場景進行切換。
4 聲學測試結果
施工完畢后，進行了現(xiàn)場實測，測點如圖10所示。經現(xiàn)場測試，擴聲系統(tǒng)聲壓級可基本達到設計值，其他測量結果見圖11、表2—表4。測試結果反映，該項目達到設計目標及行業(yè)相關標準指標。
圖10 測點位置圖
圖11 傳輸頻率特性
5 結語
首都體育館改造項目的方案設計與實施，體現(xiàn)了簡約而不簡單的理念，具有可靠性、實用性，特別使在前端固定設備的布置、安裝方面，不斷深化設計；對于控制處理部分的設計，充分滿足前端固定安裝設備至機房控制操作設備之間的傳輸、處理的需求，盡量簡化機房控制設備的操作繁瑣程度，采取集成化的控制方案。系統(tǒng)調試、測試后，運行穩(wěn)定，清晰度得到用戶的認可，并通過驗收。經過測試賽的應用，證明這項設計完全達到要求。
