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    EOB公共广播系统手册

  • 公共广播系统概述
     
        公共广播系统属于扩声音响系统中的一个分支,而扩声音响系统又称专业音响系统涉及电声、建声和乐声三种学科的边缘科学。所以公共广播系统最终效果涉及合理、正确的电声系统设计和调试,良好的声音传播环境(建声条件)和精确的现场调音三者最佳的结合,三者相辅相成缺一不可。
        公共广播作为一个系统问题,在系统设计中必须综合考虑上述问题。在选择性能良的电声设备基础上,通过周密的系统设计,仔细的系统调试和良好的建声条件上,达到电声悦耳、自然的音响效果。
    (一)广播系统分类:
        广播音响系统涉及面极广,从工厂、学校、宾馆、车站、码头、广场到会场、影剧院、体育馆、住宅小区等无不与之有密切关系。
        在民用建筑工程设计中,广播系统可分为以下几类:
        面向公众区(广场、车站、码头、商场、餐厅、走廊、教室等)和停车场等的公共广播系统
        这种系统主要用于语音广播,因此清晰度是首要的。而且,这种系统往往平时进行背景音乐广播,在出现灾害或紧急情况时,又可转换为紧急广播。
        面向宾馆客房的广播音响系统
        这种系统包括客户音响广播和紧急广播,常由设在客房中的床头柜放送,客房广播含有多个可供自由选择的波段,在紧急广播时,客房广播即自动中断,自动切换为紧急广播。
        以礼堂、剧场、体育馆为代表的厅堂扩声系统
        这是专业性较强的扩声系统,它不仅要考虑电声技术问题,还要涉及建筑声学问题。两者都要统筹兼顾,不可偏废,这类广播系统往往有综合性多用途的要求,不仅可供会场语言扩声使用,还常用于文艺演出等,对于大型现场演出的音响系统,电功率少则几万,多的达数十万瓦,故要用大功率的扬声器和功率放大器,在系统的配置和器材选用方面有一定的要求,同时应注意电力线路的负荷问题。
        面向会议室、报告厅等的广播音响系统
        这类系统一般也是设置成公共广播提供的背景音乐和紧急广播两用的系统,但因其特殊性故也常在会议室和报告厅单独设置会议广播系统。对要求较高或国际会议厅,还需另行设计诸如同声传译系统,会议表决系统以及大屏幕投影电视等的专用视听系统。
        从上面介绍可知,对于各种大楼、宾馆及其他民用建筑物的广播音响系统,基本上可以归纳为三种类型:
        一是公共广播系统(Public Address System简称PA),这种是有线广播系统,它包括背景音乐和紧急广播功能,通常结合在一起,平时播放背景音乐或其他节目,出现火灾等紧急事故时,转换为报警广播。这种系统中的广播用的话筒与向公众广播的扬声器一般不处同一房间内,故无声反馈的问题,并以定压式传输方式为其典型系统;
        二是厅堂扩声系统,这种系统使用专业音响设备,并要求有大功率的扬声器系统和功放,由于传声器与扩声用的扬声器同处于一个厅堂内,故存在声反馈乃至啸叫的问题,且因其距离较短,所以系统一般采用低阻直接传输方式;
        三是专用的会议系统,它虽也属扩声系统,但有其特殊要求,如同声传译系统等。
        广义的广播系统包含扩声系统和放声系统两大类
        扩声系统:扬声器与话筒处于同一声场内,存在声反馈和房间共振引起的啸叫,失真和振荡现象。要保证系统稳定和正常运行,最高可用的系统增益比发生声反馈自激的临界增益低6dB。
        放声系统:系统中只有CD机和收音机等声源,没有话筒,不存在声反馈可能,声反馈系数为0,是广播系统一个特例。
    (二)广播系统的特点
        背景音乐简称BGM,是 Back ground music 的缩写,它的主要作用是掩盖噪声并创造一种轻松和谐的气氛,听的人若不专心听,就不能辨别其声源位置,音量较小,是一种创造轻松愉快环境气氛的音乐。因此,背景音乐的效果有两个,一是心理上掩盖环境噪声,二是创造与室内环境相适应的气氛,它在园林方面广泛的应用。
    (三)广播音响系统的组成
        不管哪一种广播音响系统,都可以画成如下所示的基本组成方框图。它基本可分四个部分:节目源设备、信号的放大和处理设备、传输线路和扬声器系统。
        节目源设备-》信号处理放大-》传输线路-》扬声器
        节目源设备:节目源通常为CD/MP3,调谐器,录音卡座和电脑等设备提供,此外还有传声器、电子乐器等。
        信号放大器和处理设备:包括均衡器、前置放大器、功率放大器和各种控制器及音响加工设备等。这部分设备的首要任务是信号放大,其次是信号的选择。前置放大器作用的基本功能是完成信号的选择和前置放大,此外还担负音量和音响效果进行各种调整和控制。有时为了更好地进行频率均衡和音色美化,还另外单独投入图示均衡器。这部分是整个广播音响系统的“控制中心”。功率放大器则将前置放大器送来的信号进行功率放大,再通过传输线去推动扬声器放声。
        传输线路:传输线路虽然简单,但随着系统和传输方式的不同而有不同的要求。对饭堂、体育场等,由于功率放大器与扬声器的距离不远,一般采用低阻大电流的直接馈送方式,传输线要求用专用喇叭线,而对公共广播系统,由于服务区域广,距离长,为了减少传输线路引起的损耗,往往采用高压(70V/100V)传输方式,由于传输电流小,故对传输线要求不高。
        扬声器系统:扬声器系统要求整个系统要匹配,同时其位置的选择也要切合实际。礼堂、剧场、歌舞厅音色、音质要求高,而扬声器一般用大功率音箱;宾馆酒店公共广播系统,由于环境和建筑特点对音量的限制,一般用3W-6W天花喇叭即好;学校公共广播系统,由于学校通常没有天花板,通常使用10W室内壁挂音箱;公园绿化区域等,由于是室外需要考虑防水和与环境的搭配,所以使用草地扬声器为宜
    (四)公共广播工程系统设计
        公共广播系统设计通常都从声场开始(即扬声器的放置位置),然后再向后推进到功率放大器、声处理系统,直至话筒和其它音源。这种逐步向后推进的设计步骤是十分必然的。因为声场设计是满足系统功能和音响效果的基础,它涉及扬声器系统的选型,供声方案和信号途径等。只有确定扬声器系统才能进行功率放大器驱动功率 的计算和驱动信号途径的确定,然后再根据驱动功率的分配方案进一步确定信号处理方案和调音台的选型等。
        声场设计是公共广播系统的基础,涉及系统最终的音响效果,但也是非常复杂繁琐的工作。由于计算机技术的飞跃发展,现在可采用EASE3.0以上的版本的声学软件工具进行计算,最终可获得满足预期要求的声场设计报告。声场设计过程可能需要反复多次才能达到要求。

    广播系统供声方案
        1)根椐建筑物的功能、体型、空间高度及布局等因素,可分为 集中供声、分散供声和分区供声 三种供声方案。良好的公共广播工程应能有效地控制扬声器的声场分布和满足投射距离的声压级要求。
        2)声音清晰度
        声音清晰度是扩声系统的重要技术指标。语言清晰度是评价系统可懂度的一种方法。影响语言清晰度的主要因素有:
    图11  指向性扬声器声音增益的计算

    1、声压级与背景噪声声压级的比率
        良好的声音清晰度要求语言声压级大于背景噪声声压级25dB。如果这个比例在10~15dB时,清晰度指标会相应降低,但还是在允许范围。背景噪声来源于室内外的环境噪声、空调通风噪声和人群发出的噪声等。
    2、混响时间
        讲话速度中等的人,每秒种可以出3~4个音节,因此 1.5秒更短一些的混响时间,对语言清晰度的影响不大。
    3、直达声与混响时间的声能比
        混响时间超过1.5秒时,语言清晰度是混响时间和直达声与混响声声能比的函数关系。如图13所示。
    图12辅音清晰度损失与混响时间和直达声与混响声比率的关系曲线

     
        3)最大声压级
        扩声系统在最高可用增益状态下,馈入扬声器系统的电压相当于设计使用功率(或所声器额定功率)的电压值,在系统要求的频率范围内,各测量点上测出的各个1/3倍频程带内的声压级的平均值.然后再加上6dB的信号峰值因子就可得到最大的声压级。测试信号源为粉红色噪声+1/3倍频程带通滤波器。
        定义:厅堂内声场稳态时的最大声压级
        以技术参数说明系统最大声压级的压潜力。为防止测试时间过长损坏扬声器系统,扬声器系统的馈入功率可1/n取(n=2~10),每测点的最大声压级可用下式计算:
         (1)
        公式中:Li为第一个1/3倍频程频带的声压级
                N为传输频率范围内1/3倍频程的频带数。
    (五)广播扬声器的选用和配置
    1、广播扬声器的选用
         原则上应视环境选用不同品种的规格的广播扬声器在箱,广播音箱的选用和安排应考虑到各种场所所需要声压级别的不同。通常,高级写字楼走廊的本底噪声约为48~52dB,超级商场的本底噪声约58~63 dB,繁华路段的本底噪声约70~75dB。考虑到发生事故时,现场可能十分混乱,因此为了紧急广播的需要,即使广播服务区是写字楼,也不应把本底噪声估计得太低。据此,作为一般考虑,除了繁华热闹的场所,不妨大致把本底噪声视为65~70dB(特殊情况除外)。照此推算,广播覆盖区的声压级宜在80~85dB以上。
        鉴于广播扬声器通常是分散配置的,所以广播覆盖区的声压级可以近似地认为是单个广播扬声器的贡献。根据有关的电声学理论,扬声器覆盖区的声压级SPL同扬声器的灵敏度级LM、馈给扬声器的电功率P、听音点与扬声器的距离r等有如下关系:
    SPL=LM+10 1g P -20 1g r dB (2)
        天花扬声器的灵敏度级在88~93dB之间;额定功率通常为3~10W。以90dB/8W匡算,在离扬声器8m处的声压级约为81dB。以上匡算未考虑早期反射声群的贡献。在室内,早期反射声群和邻近扬声器贡献可使声压级增加2~3dB左右。
        根据以上近似计算,在天花板不高于3m的场馆内,天花扬声器大体可以互相距离5~8m均匀配置。如果仅考虑背景音乐而不考虑紧急广播,则该距离可以增大至8~12m。另外,适用于中国大陆的火灾事故广播设计安装规范(以下简称‘规范’)有以下一些硬性规定:“走道、大厅、餐厅等公众场所,扬声器的配置数量,应能保证从本层任何部位到最近一个扬声器的步行距离不超过15m。在走道交叉处、各拐弯处均应设扬声器。走道末端最后一个扬声器距墙不大于8m”。
        室外场所基本上没有早期反射声群,单个广播扬声器的有效覆盖范围只能取上文匡算的下限。由于该下限所对应的距离很短,所以原则上应使用由多个扬声器组成的音柱。馈给扬声器群组(例如音柱)的信号电功率每增加一倍(前提是该群组能够接受),声压级可提升3dB。请注意“一倍”的含义。由1增至2是一倍;而由2须增至4才是一倍。另外,距离每增加1倍,声压级将下降6dB。根据上述规则不难推算室外
        音柱的配置距离。例如,以40W室外音柱为例,其额定功率为40W,是单个天花扬声器的4倍以上。因此,其有效的覆盖距离大于单个天花扬声器的2倍。事实上,这个距离还可以大一些。因为音柱的灵敏度比单个天花扬声器要高(约高3~6dB),而每增加6dB,距离就可再加倍。也就是说40W音柱的覆盖距离可以达20m以上。但音柱的辐射角比较窄,仅在其正前方约60~90度(水平角)左右内有效。具体计算仍可用式2。
        由上,在有吊顶的室内宜选用天花喇叭。
        在无吊顶的室内(过道,楼道)则宜选用室内音柱,或是室内壁挂音箱。
        在室外露天场所有无草地的地方则宜选用室外音柱。室外音柱不仅有防雨功能,而且音量较大。由于室外环境空旷,没有混响效应选择音量较大的品种是必须的。
        在园林草地,宜选用草地音箱。这类音箱防雨、造型优美,且音量和音质都比较讲究。
        至于品牌和档次的选择,自然与投资有关。
    (六)广播功放的选用
        广播功放不同于HI-FI功放。其最主要的特征是具有 70V和 100V恒压输出端子。这是由于广播线路通常都相当长,须用高压传输才能减小线路损耗。
        广播功放的最重要指标是额定输出功率。应选用多大的额定输出功率,须视广播扬声器的总功率而定。对于广播系统来说,只要广播扬声器的总功率小于或等于功放的额定功率,而且电压参数相同,即可随意配接,但考虑到线路损耗、老化等因素,应适当留有功率余量。按照“规范”的要求,功放设备的容量(相当于额定输出功率)一般应按下式计算:
    P=K1×K2×∑P03
    P - 功入设备输出总电功率
    P0 - 每一分路(相当于分区)同时广播时最大电功率
    Pi  - 第i分区扬声器额定容量
    Ki  - 第i分区同时需要系数:
    服务性广播客房节目,取0.2~0.4
    背景音乐系数,取0.5~0.6
    业务性广播,取0.7~0.8
    为火灾事故广播,取1.0
    K1 - 线路衰耗补偿系数:1.26~1.58
    K2 - 老化系数:1.2~1.4
        椐此,如果是背景音乐系统,广播功放的额定输出功率应是广播扬声器总功率的1.3倍左右。但是,所有公共广播系统原则上应能进行灾害事故紧急广播。因此,系统须设置紧急广播功放。根据“规范”要求,紧急广播功放的的额定输出功率应是广播扬声器容量最大的三个分区中扬声器容量总和的1.5倍。至于广播功放的其它规格,取决于广播系统的具体结构和投资。
    (七)广播分区
        一个公共广播系统通常划分成若干个区域,由管理人员(或预编程序)决定那些区域须分布广播、那些区域须暂停广播、那些区域须插入紧急广播……等等。
    分区方案原则上取决于客户的需要通常可参考下列规则:
        1、园林通常以走道分区或物业管理分区。
        2、管理部与公众场所宜分别设区。重要部门或广播扬声器音量有必要由现场人员任意调节的宜单独设区。
        分区是为了便于管理。凡是需要分别对待的部分,都应分割不同的区。但每一个区内,广播扬声器的总功率不会太大,同分区器和功放的容量相适应。以EOB系列中的16路分区器为例,每一个区的功率容量为 500VA ,但16个区的总容量不应超过8000VA 。据此,如果 16个区满负荷运行,则平均每个区不应超过500VA。
    (八)广播线路敷设及材料使用:
    广播功放使用导线截面面积的选择
    广播功放使用导线截面面积表
    负载功率 60W 120W 250W 350W 450W 650W 1000W 1500W
    截面面积长度
    mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2 mm2
    输出电压70V
    负载功率 60W 120W 250W 350W 450W 650W 1000W 1500W
    100米内 0.50 0.50 0.50 0.75 1.00 1.50 2.00 4.00
    250米内 0.50 0.75 1.50 2.50 2.50 4.00 6.00
    500米内 0.75 1.50 2.50 4.00 6.00 6.00
    1000米内 1.50 2.50 6.00
    输出电压100V
    负载功率 60W 120W 250W 350W 450W 650W 1000W 1500W
    100米内 0.50 0.50 0.50 0.50 0.75 0.75 1.50 2.50
    250米内 0.50 0.5 0.75 1.00 1.50 2.50 4.00 6.00
    500米内 0.50 0.75 1.50 2.50 4.00 4.00 6.00 10.00
    1000米内 0.75 1.50 4.00 4.00 6.00 10.00 11.25 16.80
    输出电压200V
    负载功率 60W 120W 250W 350W 450W 650W 1000W 1500W
    100米内 0.50 0.50
    250米内 0.75 1.00
    500米内 1.50 2.50
    1000米内 2.50 4.0
        安装的重点是敷设线路,由于传输距离较远,为了保证信号在线路上不产生太大的衰减。主干线采用2X2.5mm2多股平衡线,支线用2X1mm2多股平衡线。为了达到消防要求,线管采用阻燃线槽或阻燃线管。每一接线点及分支点都设分支盒。为便于检查故障,拉好线后,即可用万用表测量。先把线路终端短接,用万用表在始端测量。如果开路则证明线路有断路问题。如电阻接近零,再把终端开路,电阻应是无限大的。否则, 如果电阻不是无限大则证明两条线之间有短路问题。另外,还要测量一下线与线管之间有无短路漏电现象。每装好一段线要立刻检查,然后按照设计图装好设备、检查每一区到消防中心的阻抗等设计是否有出入。最后接上功放,试听每一区的声音是否正常。由于每一区喇叭所处的位置不同,覆盖区域大小也有差异,为使声场达到预定的均匀度,可调节喇叭(线间变压器)上0~70V或0~100V输入的每个档位。例如:远的喇叭可用线间变压器0~70V档,近的喇叭用0~100V档口,视具体情况而定。

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