卓邦音响在线支持

项目介绍 / Project introduction

体育场扩声系统设计及建筑声学
体育场扩声系统设计及建筑声学 分享到:

项目详情:

国家体育场“鸟巢”是2008北京奥运会的主会场,能容纳91000名观众,在这里要进行开闭幕式及其他一些比赛项目。卓邦有幸参与了国家体育场扩声系统设计及建筑声学的相关工作,在此作简单的介绍。一、概述国家体育场位于北京奥林匹克公园南部,为2008年第29届奥运会的主体育场。工程总占地面积21公顷,建......

产品应用场景图 / Application scenarios

国家体育场鸟巢2008北京奥运会的主会场,能容纳91000名观众,在这里要进行开闭幕式及其他一些比赛项目。卓邦有幸参与了国家体育场扩声系统设计及建筑声学的相关工作,在此作简单的介绍。

一、概述

国家体育场位于北京奥林匹克公园南部,为2008年第29届奥运会的主体育场。工程总占地面积21公顷,建筑面积258 000m2。场内观众坐席约为91 000个,其中临时坐席约11 000个。这里将举行奥运会、残奥会开闭幕式、田径比赛及足球比赛决赛。奥运会后将成为北京市民广泛参与体育活动及享受体育娱乐的大型专业场所,并成为具有地标性的体育建筑和奥运遗产。

1、国家体育场的部分基本数据

东边看台最后一排到西边最后一排的距离约260 m,南北约270 m;体育场挑棚长度约为68 m;挑棚由上下两层膜构成,即固定于钢结构上弦的透明的ETFE膜和固定于下弦的PTFE;下层膜为具有一定的吸声性能的膜结构 ;两层膜之间的距离为13 m,膜下方的体积为1 900 000 m3,总表面积约160 000 m2;整个吊顶覆盖面积为42 000 m2,当中开口面积为18 000 m2

在内层膜的下方吊挂着扬声器组,这些扬声器组距离第一排观眾约41 m,距离中层看台为38 m,距离上层看台最后一排为68 m。西挑棚下吊装覆盖比赛场地的扬声器组,距东看台第一排134 m,从西挑棚扬声器发出的声音到达东看台第一排,与东挑棚上面的扬声器发出的声音到东有台第一排相比,时差约为 350 ms。若以点声源来算,指向性因数按4计,场内混响时间按4 s计,混响半径约为80 m90 m

2、奥组委的技术要求

奥组委的对国家体育场的扩声要求是要建最好的体育场,最大声压级要求达到106 dB,语言清晰度指数STI要求达到0.6,能满足奥运赛时语言兼顾音乐扩声的要求。

河南省第十三届运动会闭幕式使用PRS舞台音响

二、国家体育场声学设计与测量结果

国家体育场声学设计工作主要分三个方面:一是对体育场内、外环境噪声进行评估;二是控制混响时间;三是控制声缺陷。

1、噪声评估与控制

影响国家体育场的主要噪声来自北京的北四环路的交通噪声,在国家体育场外约为60 dB(A)65 dB(A);而在场内约为55 dB(A)。统计数据显示,类似鸟巢这样大的一个体育场内观众躁声大概为:观众安静地观看比赛时,噪声约为 60 dB(A)65 dB(A);观众在看比赛时议论的时候,大概是70 dB(A)75 dB(A);在观众欢呼的时候,大概是90 dB(A)95 dB(A);在观众尖叫的时候,大椐是100 dB(A)。由此可见,场内环境噪声55 dB(A)不足以影响场内的比赛及其他活动。

同样,在国家体育场内有活动的时候,如举办体育比赛、文艺演出时,对外界的影响,特别是对水立方的影响如何?测量显示,鸟巢内观众欢呼时,噪声到水立方处约为 60 dB(A),和马路上的交通噪声差不多,因此,对水立方的使用基本不影响。

鸟巢雨噪声的测试是在20084月初的某次中雨时进行的,约为65 dB(A)75 dB(A)。这是在体育场内观众席上测到的数据,大致与观众在议论时噪声等级差不多,是一个可接受的程度。大雨时所有比赛与活动均会暂停。

2、测量结果

(1)混响时间

在建声设计之时,采用了ODEON的软件和EASEAURA程序进行模拟,在空场的时候,混响时间500 Hz约为3.71 s1kHz约为3.62 s2 kHz约为3.2 s;满场时的混响时间500 Hz约为3.1 s1 kHz约为2.8 s2 kHz约为 2.5 s。实际测试结果,空场混响时间 500 Hz约为4.1 s1 kHz约为3.8 s2 kHz约为3.1 s,与预测的数据基本一致。测量时,体育场草皮还未铺,部分看台座椅未装,因此,最后的实际情况可能还会稍微好一点。

(2)语言清晰度STI

对于语言清晰度STI值,奥组委的要求为:满场时0.6。经软件分析,空场时可达0.5280%满场情况下可达0.6。实际测量,空场情况下达到0.54

(3)最大声压级

实测的最大声压级为109 dB,达到并超过了奥组委的要求。

河南省第十三届运动会闭幕式使用PRS舞台音响

三、扩声系统的特点

1、系统的安全性的考虑

体育场扩声工程设计将安全性的考虑放在第一位。体育场内可容纳91 000名观众,加上场地的工作人员、运动员、裁判员等,人数很多。因此,扩声系统的安全性就显得尤为重要,它要求系统中任何一台音响设备出现故障时,不能造成场内观众听不到声音。

通常扩声系统流程图是:调音台-处理器-功放-扬声器系统。任一环节出现了问题,就会有相当数量乃至全场的观众听不到声音。因此,在最初设计的时侯,就应考虑让整个扩声系统没有瓶颈,不能因为系统中任何一台音响设备的问题而使得整个系统瘫痪。那么,如何实现呢?

正常工作状态下,音频信号由数字输入口进入功率放大器;当数字信号丢失时,模拟左通路作为信号备份输入通路自动投入使用;模拟右通作为紧急广播应急通路,出现应急广播信号时,模拟右通路强切数字输入通路或模拟左通路。实现功率放大器正用、备份、应急广播的功能。由于采用了带数字处理器的功放,有效地解决了一台处理器出现问题影响一大片区域的问题,提高了系统安全性。

2、数字系统的考虑

通常体育场的信号都来自于主席台,但在大型赛事情况下,信号还有可能来自于看台、场地,部分信号回传到机房的距离超过500 m。另外,在奥运会或比较重要的活动、体育赛事的时候,同一个音频信号多家要用,如主席台音频信号除了扩声系统会用,电视转播也要用,场内其他机房可能还要用。基于以上考虑,选用网络化的数字调音台是一个比较合理的解决方案。

3、功放机房的设置

本扩声系统中还有一个特点,就是设置了4个功放机房。通常体育场扩声系统工程只设置一个或两个统一的功放机房,需通过高压传输方式来解决长距离传输所引起的功率损耗。但同时引入了变压器的损耗,损害了音质。

参观过2008年德国世界杯足球赛的主会场,它的功放就置于每组扬声器系统的后面,即设置在挑棚上,在需要检修时用类似贡多拉”(威尼斯小船)的小船通过上面的绳索滑过去,这种做法不太适合中国的国情。

最后,在与体育场建筑设计部门商量后,在体育场上层看台后部留了4个功放机房,尽量让功放靠近扬声器。现在最短的扬声器线只有几十米,最长的也只有一百二十余米。

4、声场的设计

声场的设计在扩声系统设计中也考虑得比较多。使声音覆盖到91 000名观众,应是一个均匀的、有足够的声压级的、清晰的声场。因此,主扩声扬声器宜采用分散式的布置方式。观众席上方吊挂了16组扬声器组,每组由8只到14只扬声器箱组成。扬声器系统采用了线阵列扬声器,尽可能地提高语言清晰度。

河南省第十三届运动会闭幕式使用PRS舞台音响

四、值得探讨的问题

1、调音台的选型

体育场选用的调音台是Stage Tec公司的数字调音台,操作界面为AURUS。笔者更倾向于使用一个更小的、操作更灵活的、更能满足体育场馆使用的小型界面调音台,但由于时间的原因已经无法实现。

2、看台下扬声器的选型

二层挑台下部分区域是主扬声器直达声覆盖不到的,因此,在挑台下方加装了一圈大概224只小的补声扬声器。但是,其安装空间狭小,在两个台阶的缝隙内,而且覆盖的角度宽,差不要到一百五六十度,需使用两只小扬声器。主扩声的扬声器到观众席的最大声压级是109 dB,而小扬声器满功率最大声压级不足以支持109 dB的最大声声压级。这是看台下面有待改进的一个问题。

3、安全性的考虑

所有前端的设备,比如调音台,都可以双路供电。一路来自UPS,一路来自市电,确保供电安全。而功率放大器只有一个输入,可接UPS,如果把整个扩声系统所用的功放全接上UPS,费用太高。而如果用市电,体育场供电是双路的,一路丢失会自动跳到另外一路,切换时间大概需要100 ms。体育场选用的带处理器的功放,断电超过 10 ms,功放会自动关机,恢复供电,功放需要8 s才能恢复。

河南省第十三届运动会闭幕式使用PRS舞台音响

五、一些体会

笔者所在的声学设计研究所承担体育场扩声工程及声学的相关工作,从一个技术人员的角度来看,笔者认为该工程是一个非常成功的设计项目,一个相对完善的系统。还有一点让人欣慰,那就是在这个项目里,扩声和建声专业是合在一起设计的,这样很多工程上的声学问题得以解决。分析本工程的成功,有以下几点体会。

1、开明的领导

在这个项目进行中,国家体育场有限公司相关领导很开明。提出合理要求时,总会得到大力支持。他们有一个开放的心态,能听取专业人士的意见。

2、各专业的协调配合

本工程中,各专业技术人员相互理解、配合默契。如,原来国家体育场的建筑设计师在设计的时候,将扬声器系统设计在挑棚复杂的框架里面,声音被严重阻挡无法覆盖整个观众席。后经多次协商得到了理解,最终建筑设计方认同我们的方案要求,同意把扬声器系统吊装在挑棚下方。又如,在结构设计人员密切协调配合下,一吨多重的扬声器系统吊装在60多米长的挑棚前端。还有水、电等相关设计专业也都与我们有很好的配合。

3、有思想的设计

在设计的前期,我们获得来自业主方以及上级领导机关的要求,收集和整理了相关信息,并将这些要求、资讯融合到设计指导思想中。然后,我们认真分析这个工程具有什么样的特点,会面临什么样的难题,该如何去解决。本工程设计中,我们认为安全是首位的,必须着重考虑选择什么样的系统架构才能保证系统的稳定可靠,选择什么样的产品才能满足系统对安全可靠的要求;最终,将这种理念贯彻到工程中。往往设计人员会被一些外来的客观因素弄得没有太多的回旋余地,而在这个工程里,笔者很高兴能做到这一点 ——只选择适合的产品。

4、有责任心的集成商

河南省第十三届运动会闭幕式体育场扩声工程设备提供商——北京卓邦电子技术有限公司在扩声工程中投入了极大的热情、人员、财力和物力,正是因为这样有责任心的集成商,才确保了工程的顺利设计、实施与完工。