公共广播系统声学设计及其相关标准概述

1、公共广播系统声学设计及其相关标准、公共广播系统设计的相关标准随着我国经济发展及有关安全法律法规的日益完善，公共广播（包括背景音乐和紧急广 播）的应用日益广泛。但长期以来，国内尚未有一个专门为公共广播制订的技术标准。国家建设部JGJ/T16-92民用建筑电气设计规范中设有有线广播”（公共广播的旧称）一章，对广播系统的功放功率和天花扬声器功率及设置等作了一些规定。国标GBJ116-88火灾自动报警设计规范中对火灾事故广播的扬声器和功率放大器等也有一些规定。但上述两个规范均未有专门对公共广播系统的功能、分类、安全要求以及声学特性指标 和测量方法等作出系统详尽的规定。国家信息产业部2006年6月发布的

2、2006年度电子工程建设标准定额制订修订计划中,提出在2006年6月起着手制订公共广播系统工程技术规范，并要求 2007年6月完 成报批稿。根据上述安排，由中国电子学会声频工程分会、广州市迪士普公司主编，广 州大学声像与灯光技术研究所等参编的公共广播系统工程技术规范近期已完成草案 初稿（以下简称草案”）。本文拟对 草案”中制定的部份条款，与以往颁布的JGJ/T162-92及GBJ116-88中相关的条款作一些对比（见表1），重点是对其中有关声学特性指标的内容和工程设计方法作一探讨。表1公共广播系统新旧设计规范部份条款对照表JtJrt隹笹丽删电吒叹埋冠育真来議jf 13. 7T. WTSfifW

3、cdsr 宦廠*霽 碌（Mt齐应小干预.TC窿财不廐小平况 AM桥1M傅定X金3R. S 1卜覽？戡爭件韋协广第用的舉卡 tn* ft 含壮i曲巔ta冷军小于死J（a *5狎如刚T 蜩们晞栓疋乔utt. AWv 号扇祈琳 具卢更测ttwa冷声亢mi血.工业伽內囱玉的和爲， SKUA用皿內理祷朗声压 劇為千皙莓冷声t艰MHfiomt*.畑ftz 4 r oa-知：、i畀寻Ft师，bisratt js码申m代林別整十oaeiT tedts*恳驾竝统殺赫特后fwii趙恼卒丈于dU：好 Mtt广榕的总 帆用如内蔺=*诚崖fci 电祖冷卿州，其逊站4 $ SO犬旳 斯 新略如忙 愴 加晋il乩丰层長價股

4、4 t itW 師帰世JS T涉过1 *在 庫僮交又建、常处胪隊 AH Jdnsft*tt*平丈于 殂附件：公共广播系统规范（草案初稿）规定的最大声压级和声场不均匀度指标臀景音采 （一皱背畳音乐 （P1业势性广播业务性广播1 士紧蘑广播 （-01）紧倉广播tH）杲天声压级ASOd33dDBSA66dB吉墻不均匀度1A6 3KHz 蒂匿内百EdBIA畑诜H 内 80dB 86dB等）。这种模式可做到设计、验收的指标统一，便于操作，也便于作横向比较。另一种意见则认为公共广播所处声学环境远比一般剧场、会议厅等复杂得多。一个会议室和一个工厂机械加工车间相比，其背景噪声可能相差数十个dB。如按旧标准（J

5、GJ/T16-92）中的21.3.5条款 声压级比环境噪声大 1015dB”（见表1）进行设计，可能效果会好一些。至于背景噪声数值的确定则有实地测量”和 经验估算”两种途径：实地测量的方法适用于已经投入使用的场所，使用声级计在现场按听者耳朵高度的位置去测量环境噪声；而对于未建成或未投入使用的场所则只能采用经验估算（查表）的方法。公共区域的典型噪声声压级数值见参考文献3，可供参考。本文在讨论公共广播系统设计方法时，对上述两种意见的方案均有举例，供读者对比参考。、公共广播系统声学指标的工程设计公共广播系统声学指标的工程设计追求最基本的目标，是要在满足最有效且最经济这两个前提下，确定整个系统所需扬声

6、器的数量、配置（布局）和功率，使覆盖区域达到规范要求的 声压级和声场不均匀度等基本声学指标。公共广播与一般厅堂扩声的一个最大不同点是采用大量分散的扬声器布局， 且扬声器通常都 比较靠近听音者（最典型是天花扬声器），因此设计计算通常都以直达声场为主， 对扩散声 场仅略作估算甚至可以忽略，从而使整个计算过程简化。F面讨论天花扬声器定位、天花扬声器功率计算和功率放大器功率计算三项设计内容:（一）、天花扬声器定位设计:天花扬声器定位设计的任务，是使用最少数量的扬声器而能够使收听区域内能获得均匀的声 音分布，即具有基本相同的响度。实践证明，对于未经过听觉专门训练的人群，当声压级的变化在3dB以内，人耳基

7、本上觉察不出响度的变化1，以此可作为天花扬声器定位设计的参照依据。图1示出由天花扬声器组成的公共广播系统4，图中扬声器的 有效覆盖角”是以离开扬声器轴心声压级下降 6dB的范围。设计时使两个相邻的天花扬声器的覆盖角交点正好位于收 听面（图中听者的耳朵）的高度。相同的两个天花扬声器在交叉点的合成使声压级增加3dB，从而使得在整个收听平面范围内的声压级的变化不超过3dB。从图中可得出选择扬声器最佳定位的计算公式:扬声器间距 dS = 2dLtan 0 12式中：dL=收听距离,0扬声器有效覆盖角。工程上常用的天花扬声器覆盖角多在90左右。将0 =90代入上式可得 dS=2dL tan (90 72

8、) =2dL据此可总结出公共广播天花扬声器最佳定位（能获得良好均匀度）的一个经验规律：两个天花扬声器中点之间的距离约等于天花棚顶与收听点之间垂直距离的两倍5。如要作出更精确的设计，则需要确定扬声器覆盖角0的数值，再代入上式，即可算出最佳的dS 值。女口 0 =70, 可算出 dS=1.4dL ;如0 =100；可算出dS= 2.384 dL等等。设计中还有一个收听距离 dL的选择问题。通常收听距离dL是直接取天花与地面的垂直高度。较精确的计算应当取天花与收听者（立姿或坐姿）耳朵之间的垂直距离。下面举一实例：某餐厅的天花板离地面高度为2.9m，对于坐姿的人群，耳朵距地面平均高度约为1.1m，离天

9、花棚顶平均高度约为2.9 - 1.1 =1.8m，由此可推算出合适的扬声器间距约为 2X1.8=3.6m。上述计算结果还必需对照草案”的第（4.3.8）条款，如果未能达到紧急广播强制性要求的15m、8m等间距（见表1）,则必需按该条款作出调整。本例算出的3.6m间距远小于上述要求，故无需改动。（二）、天花扬声器功率计算:决定扬声器的定位后，需要计算每个扬声器的功率。下面介绍公式计算和查表计算两种方法。1.公式计算法3:根据电声学理论，扬声器覆盖区的声压级 SPL与扬声器的灵敏度级 Lm、馈给扬声器的电功 率P以及听音点与扬声器的距离 r等有如下关系：SPL=Lm + 10lg P 20lgr

10、dB设计时，通常是根据该公共广播系统的类型和等级（见表1 ）确定最大声压级 SPL的值（dB），再将听音距离r和扬声器灵敏度级 Lm （可预选或设定）代入上式，即可算出应馈给 扬声器的电功率值。举例：设计一个背景音乐（二级）系统，要求最大声压级80dB，听音距离最远为 8m,预选扬声器灵敏度级为 90dB/W/m，代入上式即可算出扬声器功率约为6.3W。以上估算未考虑早期反射声群和邻近扬声器的贡献。在室内，早期反射声群和邻近扬声器的贡献可使声压级增加 23dB左右。2、查表计算法5:根据图2可查出随供声距离（D）增加的声压级（dB）下降值。根据图3可查出随功率（P）增加的声压级（dB）增加值。

11、举例：一个灵敏度级为94dB/W/m的天花扬声器装在一间办公室覆盖一个区域，用声级计在现场测出环境噪声为 72dBA。按JGJ/T16-92要求，设计的声压级应比环境噪声大 1015dB， 即取82 87dB。而本例比较特殊，用户要求该办公室达到极佳的可闻度，为此需要再增加10dB，即声压级设计为 72+25=97dB。已知天花扬声器距听者耳朵约1.8m，从图2查出约需增加5.2dB，这意味着扬声器必须提供97+5.2=102.2dB才能在1.8m距离处使听者的耳朵得到97dB的声压级。扬声器声压级从 94dB增加到102.2dB，即增加了 102.2-94=8.2dB。查图3可得出扬声器所需功率为6.6W，取整数选7W或8W。上述计算结果还必需对照草案”的第（437）条款，如果未能达到紧急广播强制性要求的3W功率（见表1），则必需按该条款作出调整。本例算出的6.6W功率大于上述要求，故无需改动。（三）、功率放大器的功率计算:公共广播功率放大器的功率计算可参照草案”第（428）条：功率放大器的额定功率应不小于广播扬声器总功率的1.3倍”（见表1）设计。突发公共事件紧急广播功率放大器的功率计算则参照草案”