国防大学综合楼金色大厅扩声系统设计概述

        中国人民解放军国防大学（简称国防大学）是中国最高军事学府，是中国军队唯一的一所高级合同指挥院校，直属中央军委领导，担负着培养陆、海、空军军以上指挥干部，地方省级领导干部及中央国家机关部以上负责干部，并从事有关战略和国防现代化建设问题的研究，为国务院、中央军委和各总部的决策起咨询作用的任务。国防大学坐落在北京市，由主院和研究生院组成。总占地面积165.5公顷。学校教学力量雄厚，教学、科研和生活设施齐备。
         国防大学坚持从严治校，培育以严著称的良好校风。训练模拟中心可供120人同时进行战略、战役模拟训练；教学大楼设有学术报告厅、语言教室、专业教室等多种厅室，培养国家人才。
        其中，国防大学综合楼金色大厅，主要用于接待国家领导人和部队首长及院方领导，其扩声系统的功能定位为背影音乐、会议扩声、宴会、新闻发布、小型演出及观看世界杯等大型活动的实况转播七大功能。

一、声场测试与分析
        通过设计图纸，实地考查，我们发现精装修的饰面都是大理石，玻璃幕墙，长24.6米，宽24.2米，呈方形，装饰完的顶高有11米。通过EASE声学模拟软件和现场测试，发现混响时间较长，有颤动回声。

扬声器声场（3dB）覆盖图

 
扬声器（6dB）覆盖图

 
125Hz  总声场声压级覆盖图

 
250Hz  总声场声压级覆盖图

 
500Hz  总声场声压级覆盖图

1000Hz  总声场声压级覆盖图

2000Hz  总声场声压级覆盖图
 

4000Hz  总声场声压级覆盖图

 
8000Hz  总声场声压级覆盖图

 
4000Hz声压级立面LASS464.1声场模拟图

 
8000Hz声压级立面LASS464.1声场模拟图

二、音箱的选型设计
1、装修色调搭配
        综合楼金色大厅本身高档装修，整个厅堂装修后金碧辉煌，甲方要求整体环境协调整洁、高雅大方，在音箱颜色是定位为浅颜色与之搭配，最终通过实物现场比对，最后选择白色的箱体；
2、箱体大小搭配
        由于现场为多玻璃幕墙与柱子，音箱的大小与安装位置都有很大的局限性，既要满足良好的听音效果，又不能破坏现场的档次要求，如果用传统的大口径音箱虽然可以解决声场的问题，但与现场环境格格不入，大箱体笨重的传统音箱自然不适合，为了解决这一矛盾问题，最后大家沟通确定选用长体线阵列音箱，这样结合现场的柱子来安装就很协调了。
3、声音与声场
        解决了音箱的颜色与大小问题，这只能说解决了一定形式上的问题，而更实质的声音与声场问题解决，这才是问题的关键。通过上边利用现场与专业软件分析的结果来看，要达到现场声音的良好还原、声场的高均布度、高声压级、高清晰度，以及听觉上舒适感，确实不是一件容易的事。
        现场建声环境的特点是混响时间较长，又有颤动回声，解决这个问题方式从专业角度去看就是怎样提高现场扩声有效直达声问题，音箱发出的声音尽可能以柱面波的形式发出，而不能是球面波，如果是球面波由于建声环境采用了大量的硬制无吸音的大理石与玻璃，声音通过这些材料构成立面反射后会形成无数次的反射声，结果可以想象到是声音不仅浑浊、而且大大提高了声反馈产生的可能。而柱面波以其良好的指向性、有效的直达声、以及各单元间声音有效耦合大大降低了声音无规则的反射可能，提高了声场均布度、声压级、清晰度，以及从一定程度上降低了声反馈产生可能。那说了这么多，到底选用什么音箱合适呢？答案就是线阵列音箱。
        是不是所有的线阵列音箱都能真正达到以上分析所能得到的效果呢？这就要看音箱本身是否是真正的线阵音箱，而不是简单的音柱或简单的音箱堆砌标为线阵音箱所能解决，是需要实际的科学技术原理来说明，线阵音箱亦符合基本线阵列扬声器频率耦合的几何学，见下图
最大耦合波长λ < H
L = 阵列长度，P = 换能器件的直径，H = 两个单元声中心的间隔，λ = 频带宽度）
  

        真正的线阵音箱还有一个很重要特性，那就是声波传播以二维方式进行，当距离增加一倍时，声音衰减-3dB，而传统音箱为衰减-6dB，线阵列利用声波干涉原理（增强或减弱）来限制声波的辐射角度；
 

线声源辐射柱面波

 
球面波传输特性

柱面波传输特性

        通过以上数据比较，大家可以看到柱面波以二维方式传播声音，不仅具备以上优点，同时它还能有效提高直达声，球形波声音是三维无序地传播，有效直达声因反射声干扰而降低，声音清晰度也随之下降，而升高却是声反馈的风险。

 
柱面波扩声示意图
      

球面波辐射示意图

         通过以上我们对声音与声场上简单对比式分析，大家基本上对于好声音、好声场需要什么样条件有个初步认识了。声音清晰度与高保真还原，一直是大家选择好音箱孜孜追求的目标，无论是发烧友，还是商用工程用户都有这样期望，买音箱大家唯一的追求就是声音好听这个简单的需求，但是不是大家都能很好的满足呢？结果自然不一定。
         随着电声技术与材料技术的长足发展，满足大多数人对高清晰、高保真、听感舒适的愿望成为了可能，那就是带式高音从贵族高端专业化的消费变成大众出手可及的体验。为什么是带式高音可以解决问题？为什么音响界都这么普遍供认带式高音呢？这就得从其原理与材料特性进行说明，如下结合本次工程选用的SLS带式线阵音箱给大家做详细的介绍。
 

        SLS  LS6593v2是高性能紧凑线源阵列音箱技术上的一个突破。利用专有带状高音这种独特的设计理念，为垂直发散提供多种选择，广泛应用于各种场合。通过堆叠单元的设计可以增加垂直覆盖角度、射程，加强低频模式控制，节省成本。低音部分是由6个5.25英寸单元组成，高音部分由10个3英寸PRD250 带状高音驱动组成。水平覆盖角度100°，密封的箱体是由压铸铝和多聚酯纸盆低音单元组成，带状高音即使在极端恶劣天气下依然能使用。
        带状高音原理
        SLS音箱设计的关键在于将新型的钕丝带状驱动技术应用在PRD驱动器上。PRD驱动器采用Kapton聚酰亚胺膜，这种大块的平面带状振膜比一个典型的四英寸钛压缩驱动器轻100倍,比一个典型的 Hi - Fi的球顶高音轻50倍，具有铝蚀刻导电性的跟踪,由强大的钕磁铁对称地驱动。其结果是驱动器有着令人难以置信的快速瞬态响应，超低失真，高灵敏度和扩展的频率响应超过40kHz。带状平坦的辐射表面是有利于声音辐射，这是真正的同相位.声音形成一个连续波从带状中发出,不会出现共振,抵消或是延迟的现象。这是一种最精简的发声方式，无需经过压缩驱动器、喉塞和波导管等部件就能产生声音。SLS平面带状高音比同类陶瓷磁体压缩驱动器至少轻5倍，比钕磁铁压缩驱动器更轻更薄，也不需要号筒。由于没有障碍物,带状振膜能直接与空气耦合，使得声音自然地在其整个频率均匀地扩大分散。SLS使用一种专有的渐进式衰减技术，有效地吸收背面辐射的声音，阻止它从振摸的前面反射。

SLS 平面带式驱动器结构示意图

SLS高频单元具有以下八大技术特点：
（1）振膜采用Kapton材料，重量极轻。比压缩式号筒振膜轻100倍，所以瞬间响应速度非常快，并且清晰度得到进一步提高。
（2）安全性高。振膜可以短时间承受极端温度，从-269°到400°，可以长时间在230°下使用。并且材料本身具有阻燃，自熄能力，绝不燃烧。
（3）经久耐用。振膜具有化学惰性，不溶于有机溶剂，稳定性极佳。能承受电晕放电，不易击穿，不易损坏。外壳为整体铝合金铸造，坚固耐用。音圈和振动膜合为一体,振膜上的导电体覆盖有抗氧化涂层，它能防止导电线条在瞬间过热时氧化。
（4）带状技术采用的振膜为平面，声波辐射均匀，波阵一致，无高频失真。在工作频带内没有谐振,阻抗曲线为一条直线，磁体平面矩阵排练，形成均匀驱动磁场分布。对声音的高保真还原奠定了技术基础。
（5）单元灵敏度高，无传输后滞，无相位漂移。精确的频率响应和输出频响能够延伸至40KHZ。这是传统技术无法达到的技术高度，音质得到提升，听众会有更享受的听觉感受。
（6）面板表面设计成可控制指向性形状，前方钢板上有两排窄开放孔，以控制其频率响应和声音辐射指向性，形成均匀宽广指向特性。所以在听音时尽管您移动了位置,但是声音变化很小。
（7）专业的防磁设计，高音单元的设计具有消除杂散磁场性能，因而用在任何音、视频设备中都非常安全可靠。不必担心外界的磁场干扰，保证稳定高效的提供高品质旋律。
（8）振膜由两玻纤支架张紧,精密安装在两层钕铁硼条型磁体当中,形成推挽驱动。在振膜后面和钢板架之间填充优质吸音材料，以使振膜后方增加阻尼，消除附加振动。
这种带状发声技术在高频声音再现方面绝对没有对手。由于它们的 360 °辐射对称振子设计，带状驱动器呈现给你的音乐就像它录音的时候一样，即使是极细微的鼻息都能够原声再现。精细设计和高品质材料所保证的音质清晰度和极为相象的准确度很容易再现，你将会发觉在音乐中所听到的清晰程度是你从来没有听到过的。

SLS 平面带式驱动高音单元声场模拟图

4、音箱的定性与定型
        国防大学综合楼金色大厅选择SLS音箱可以说是一种专业技术性抉择，甲方对工程的严谨责任可以说是一项重大的政治任务，音箱选型方面邀请了一些业内国家级的专家把关，从当初选择世界高端某品牌线阵音箱，到将该品牌线阵音箱与SLS带式高音线阵音箱现场严肃的试听测试，从理论到实操环环相扣，一丝不苟，最终是结合现场、结合理论、结合试听才确定选用SLS带式高音音箱。
        国防大学综合楼金色大厅总面积达到近600平方米，层高达11米的高度，接近于普通写字楼3层楼的高度，现场扩声环境的容积接近6600立方米，如果按照传统音箱来完成此环境现场的扩声，功率要求根据使用功能来说至少在6600W，而实际通过SLS音箱理论与现场测试后，整个环境最终选用了4只545W的SLS LS6593v2音箱作为主扩声，2只250W的SLS 1290T-I-BK作为后场补声；为了满足宴会、演出、实况转播等需要，另外在低频音箱与舞台返送音箱上，选择了2只SLS 118EL单个18英寸超低音音箱，与2只H-WiT LX-110全频音箱，既满足的声场的严格要求，又能满足该环境各项功能，并做到高端与经济实用的有效结合。

音箱摆位示意图

三、扩声系统搭建
        音箱选型的确定，只能说是万里长征走完了第一步，对于整个扩声系统的搭建来说也是一个关键性课题，甲方的需求是此厅需要满足各种先进功能的需要，解决建声问题基础上，必须在电声系统上做到品质稳定、技术先进、操作便捷的使用要求。     
        具体要求就是：
1、 音频处理后声音还原高清晰、无声反馈；
2、 现场设备尽可能选用数字集成易操作先进产品；
3、 系统能满足会议、宴会、演出、现场直播等功能需要；
4、 会议拾音设备要求有拓展功能，为将来整个系统的集成控制留有端口；
5、 根据不同的应用功能场景可以提前预设，并与音频处理结合在一起，在系统中不要增加太多设备，以免影响系统稳定与增加设备使用管理的难度；
        综上所述要求，我们在整个系统中选用了几个品牌的先进设备，调音台多编组输入输出的高端台子，作为整个系统场景编制的基本工具，但由于该款调音台是模拟的，所以要真正解决现场需要，还是要选用更综合型的先进设备才能解决音频信号输入输出、精细化处理的要求，通过对目前世界上多个品牌数字产品的比较，结合海翼多年会议扩声的技术应用经验，最终选用上世界音视频会议设备著名供应商POLYCOM SR12 12x12的数字音频处理器， SR12数字音频处理器除了包含常规的周边处理器的功能外，每个能道具体动态反馈抑制，10个陷波器，还有可以设定4个优先级别的智能混音、NOM、12个通道的虚拟通道等功能。SR12可以通过RS232，或TCP/IP的网络控制。
     

POLYCOM SR12突出的特色：
1、突破性的反馈消除技术—可以更为灵活地选择麦克风、讲话人和扬声器的位置，同时还可更灵活地进行语音增强
2、无与伦比的噪声消除技术—从音频输出中最大限度的消除的背景噪声
3、增益共享式麦克风自动混音器—自动混音性能更好，可在多种工作环境中确保更为平滑的过渡和高效的性能
4、OBAM™ 矩阵体系结构—可将多台设备无缝地连接到一起，突破传统总线技术的种种约束，建立起更大的系统
5、SoundStructure Studio —让配置不但简便、而且强大，足以处理各种领域的音响设计

         
        通过SR12数字处理器，解决了该厅堂的多功能定位的需求，台型可变的需求，及灵活控制、精准、强大的处理需求。

        关于校方提到的专业会议话筒的特殊需求问题，通过沟通最终了解到，这是处于该环境特殊需要的一种综合需要量身定做的拾音功能，可确实机缘巧合，校方的需求刚好与我司代理的美国品牌ASTATIC系列会议话筒的技术特点基本吻合，这样整个事情就简单多了。虽然甲方最直接的功能需求是话筒要具备远程智能控制功能，但通过我们实际演示，甲方对ASTATIC另外的技术特点也感觉是以外收获，到底ASTATIC会议话筒具有怎样的功能特殊性呢？接下来就简单介绍一下世界知名的ASTATIC话筒的领先技术特点，通过对其特点的认知，大家可以更清楚了解到该项目使用ASTATIC话筒在整个系统中的特殊作用了。
 

 可变指向性模式的应用（Variable Polar Pattern Applications）
这意味着安装者或者使用者可以根据不同环境、不同位置、不同会议方式、不同讲话人的需要来调整话筒的指向性，这比普通固定指向性话筒的应用范围大得多。
 会议控制模式可调（Switchable Control Mode）
通过底座上的拨键开关可以设置发言、静音、开关、中控等控制模式，满足会议使用者的多种功能需要。
 配备逻辑功能的话筒（Logic Compatible Microphones）
大部分的控制系统都可以与任何一类设备，如灯光、投影仪等进行通讯。音频系统的逻辑允许一个接点闭合影响多个音频输入输出的处理。这类配备逻辑功能话筒的特点是可以通过一个按钮操作实现对音频或控制系统的诸多已编程的操作。可以在话筒上按静音，也可以通过控制系统使话筒静音。
 防止外部射频设备的干扰（Astatic’s RF Resistance Architecture）
Astatic 特别关注电路和话筒外壳的设计，力求将接收到的无用无线信号降到最低。Astatic坚持在AES 48 标准基础上设计和开发新产品，在RF Resistant Architecture商标上也会明确标出。带RF Resistant Architecture 商标的Astatic 话筒都是符合AES 48标准的。

        在该项目整个系统中，由于我们结合校方的常规要求与特殊需求，通过对专业经验与专业服务实施的整体考虑，在该系统中我们基本上有能力解决好这方面设计与具体工程配合实施的工作。纵览这个项目的特殊背景、特殊功能、特殊要求，我们在该项目采用的SLS音箱、POLYCOM数字音频处理器、ASTATIC特殊功能会议话筒成为实现该项目核心需求的三大利器。
        以下向大家介绍的内容主要是系统配置、系统连接示意图、机房设备现场、项目现场图等，希望通过如下内容的了解，请大家对该项目有更清晰，较为全面的了解。
主要设备清单

系统连接图

机房设备现场图

项目现场图
    

 
        国防大学综合楼金色大厅项目从施工到调试已经顺利完成，完成该项目既紧张又轻松，紧张的是我们的能力能否解决这样背景项目要求，轻松的是我们毕竟有这么多年的经验、技术基础、领先于业内世界高端品牌合作产品。该项目交付使用后，部队首长（含上将，中将，少将等）在该厅里举行会议、宴会等任务，得到了领导的肯定。校方还特别邀请业内顶尖专家，参与该项目设计、实施、验收等把关工作，整个过程下来，专家们还是很认可这套系统。
        值得一提的是，该扩声系统的设计方案和最终的效果，也得到了使用方的资深调音师（曾担任过成龙、刘德华大牌名星的调音师）的赞赏，尤其是对SLS的带式高音音箱，在这样恶劣的声场环境下，能有这样高的语言清晰度，表示很惊奇。