金晓明

（国防大学军事文化学院，北京 100081）

声场设计是扩声设计的基础和前提。在工程项目启动时，需要对建筑声学环境进行认真测评研究，在数据真实有效的基础上，有针对性地实施扩声声场设计，以实现高质量的扩声效果。

某学院将原篮球馆改造为多功能排演场，安装了移动式舞台、配套装置及扩声系统，用于专业教学、文艺演出和大型会议。根据GB50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》[1]和GB/T28049-2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》[2]，该场馆扩声系统声压级要求达到文艺演出类一级标准（额定通带内大于等于106 dB）。为达到扩声要求，需掌握并分析该场馆的建声环境特性，从而优化扩声系统方案的设计。由于没有多功能排演场的存档资料及相关数据，笔者通过实地测量结合理论计算的方法，完成了扩声方案的设计及实施，并满足了使用要求。

图1 多功能排演场平面图

1 场馆基本情况

所有场馆数据通过实地勘察测量而得。

1.1 建筑结构

该场馆为矩形封闭空间，长38 m、宽27 m、高10 m，测量墙面、地面、吊顶展开面积为3 352 m2。场馆平面图见图1，场馆立面图见图2，场馆侧面图见图3。其中，观众区长22 m、宽27 m，容积5 940 m3，墙面、地面、吊顶展开面积约为2 170 m2；后区带有一个眺台，高2.6 m、深4.5 m。舞台台口宽16 m、深16 m，分为主舞台和两个侧舞台。

图2 多功能排演场立面图

图3 多功能排演场侧视图

序号 材料名称 面积/㎡1木格栅地板 6 0 0 2矿棉吸声板 4 5 0 3混凝土油漆 5 5 0 4 一号穿孔金属板（安装于墙面，孔径6 m m，孔间距1 4 m m，厚度1 m m，后部放置5 0 m m厚4 8 k g/m 3的离心玻璃吸声棉，棉后空腔6 5 c m） 2 7 0 5 二号穿孔金属板（安装于吊顶，孔径2 m m，孔间距4 m m，厚度0.6 m m，后部放置5 0 m m厚4 8 k g/m 3的离心玻璃吸声棉，棉后空腔2 0 0 c m） 1 8 0 6 2 0 7一号玻璃窗户（无窗帘） 5 0 8二号玻璃窗户（绒布窗帘） 5 0 9观众区墙面、地面、吊顶总面积（1～8的总和） 2 1 7 0木门

表2 空场平均吸声系数

1.2 装饰环境

场馆地面为篮球馆专用木格栅地板材质，墙面包括混凝土油漆和2种穿孔金属板材质，天花板为矿棉吸声板材质吊顶；此外，场馆内还有部分木门和玻璃窗户（部分玻璃窗户带绒布窗帘）。每种装修材料面积见表1。

1.3 其他条件

通过对该场馆进行现地实测，温度为19.5℃，湿度为38%。

2 建声环境的测量与分析

由于没有条件实测满场的混响时间，因此采用理论计算、实际测算以及修正结合相结合的方式获得满场混响时间的估算值。考虑到该场馆位于地下二层，温湿度变化波动不大，故按平均温度20℃、湿度40%计算。观众区无座椅，观看演出和集会时，临时使用皮革折叠椅，通常为300人～500人，按平均400人计算。

2.1 平均吸声系数

（1）空场平均吸声系数

根据该场馆装修材料和使用面积，查阅吸声系数表[3-4]和部分材料检测报告，计算空场平均吸声系数ɑ1=(ɑ1-1S1+ɑ1-2S2+…+ɑ1-nSn)/S，结果见表2。

（2）满场平均吸声系数

按照满场观众人数平均400人、每人1㎡计算，查阅吸声系数表，计算满场平均吸声系数ɑ2，结果见表3。

表3 满场平均吸声系数

表4 空场混响时间计算值

表5 空场混响时间的实测值

2.2 空场混响时间

（1）空场混响时间理论计算值

根据该场馆空场平均吸声系数，按照恒温20℃、恒湿40%取空气吸收系数4m值（2 000 Hz：0.010，4 000 Hz：0.029），容积5 940 m³，分别用赛宾公式、艾润公式、努特森公式计算空场混响时间，结果见表4。

图4 多功能排演场空场混响时间测试点位图

（2）空场混响时间实际测试值

采用脉冲法测试混响时间，共测试观众区8个点位（测试点见图4），结果见表5。

（3）误差及分析

对比计算（表4）与实测值（表5）可以看出，努特森公式计算结果与实测值接近，故以努特森公式计算值与实测结果比较，得出空场混响时间理论值和实测值的误差比值，结果见表6。

通过表6可以看出，声波在中高频率段理论值与实测值比较接近，在低频段误差较大。经分析，导致误差的主要原因有三个方面，一是该场馆装修材料吸声系数与吸声系数表不完全吻合；二是方钢、多层板结构的组合式移动舞台的空腔结构对低频波吸收较大；三是该场馆假梁等位置存在未知空腔结构对低频波吸收较大。

表6 空场混响时间计算值和实测值的误差比值

2.3 满场混响时间

（1）满场混响时间理论计算值

按照上述方法计算满场混响时间，结果见表7。

（2）满场混响时间估算值校正

由于该场馆无法提供满场测试条件，依据空场条件下计算值和实测值误差比值，对满场混响时间的计算值进行修正得到估算值，结果见表8。

表7 满场混响时间计算值

2.4 建声环境的分析

结合理论计算、实际测算以及修正获得满场混响时间的估算值，该场馆在满场情况下混响时间过短，声音显得较“干”，适用于大型会议集会，但不适用于文艺演出活动；空场情况下混响时间能够满足戏剧类节目排练需要，但难以达到音乐类节目排练的标准要求。考虑到场馆实际条件限制及其多功能用途，应做小规模的适当改造。

3 扩声方案的设计与实施

3.1 扩声声场的分析

该场馆新配备的主扩扬声器为某品牌12英寸两路恒定曲率有源线阵列扬声器，具体性能指标：频率范围（-10 dB）57 Hz～20 kHz，频率响应（±3 dB）75 Hz～20 kHz，覆盖范围（水平×垂直）100°×15°，最大声压级136 dB/1 m，功率放大器的峰值功率1 750 W、连续功率875 W。

（1）扬声器灵敏度

由于该扬声器未标注灵敏度，实测灵敏度约为100 dB（1 W@1 m）。

（2）扬声器指向性因数

由于该扬声器未标注指向性因数，按照如下公式估算结果。

Q=180°/arcsin[sin(100°/2) sin(15°)/2]=31

（3）场馆房间常数

根据房间常数公式R=Sɑ/（1-ɑ），该场馆房间常数计算结果见表9。

（4）混响半径

表8 满场混响时间的校正值

表10 混响半径的计算

根据计算结果，混响半径rc大于声源到观众区后区最远距离（观众区场22 m），因此，采用直达声即可覆盖全场。

3.2 扬声器部署方案

根据声场环境及使用需求，扩声方案采用集中供声方式，将线阵列扬声器分为2组吊装在舞台口前天花板上，每组4只，线阵列长度1.4 m，距侧墙约6 m，下沿距地面约7 m。在此情况下，扬声器垂直覆盖角度为60°距观众最近处约为6 m（第一排）、最远处约为16 m（眺台最后排）。虽然在眺台下会形成少量的声影区，但考虑到该场馆眺台下空间狭小，一般不安排观众，故不必进行补声处理。扬声器吊装位置示意图见图5。

考虑到在实际使用时，信号有效值功率应控制在额定功率的1/8以内，即降低9 dB使用，以达到高保真扩声要求，为留有裕量，按照降低10 dB计算，则确定实际播放节目时功率为90 W，此时距离扬声器系统1 m处的直达声声压级为L=100+10lg90=119.54 dB。

根据上文混响半径计算结果，该场馆扩声系统以直达声场为主，同时，按照线阵列扬声器每组4只，声压级增加6 dB；距离每增加一倍，声压级降低3 dB计算场馆边界处声压级（此处为简化计算，忽略线阵列长度，按照点声源方式计算），结果如下：

最近处声压级Lx1=L+6-10lg6+3=119.54+6-7.78+3=120.76

最远处声压级Lx2=L+6-10lg16+3=119.54+6-12.04+3=116.50

（注：公式中+3代表左右声道两组扬声器功率加倍，声压级+3 dB）

图5 多功能排演场扬声器吊装位置示意图

表11 声压级实测值

4 扩声方案的实施结果

扩声系统按照设计方案完成部署后，音箱的吊装见图5。通过Smart 8软件及测试传声器，在空场情况下，对观众区坐席通常划定区域的前场、中场、后场的左、中、右三个位置共9个点进行声压级实测，结果见表11。

从实测结果看，扩声系统实际声压级与理论值之间存在负偏差，该偏差系由扩声系统理论模型和实际情况之间的差异，以及设备、线路等损耗造成，属于正常范围。总体达到设计预期，满足使用需求，并留有充足裕量。

项目整体完成后，对于不理想或可提升的方面给院方提出了建议。对于建声方面，为弥补声音干瘪的缺陷，建议在四周墙壁上加装吸声系数较小的硬质反声板，可以有效改善混响时间。对于扩声方面，由于该场馆观众区使用活动座椅，数量和位置不固定，在观众人数较多的情况下，前排座位可能会过于靠近舞台台口，此时该区域观众会感觉声音是从上方传来，出现声像定位不准确，主观视听感受错位的情况，因此，建议在舞台台口两侧部署2只音箱用于拉声像，以使前排观众视听一致。