建声与电声在指挥中心设计中的统筹应用

马庆贺，张焕胜，余晖良，邱 建

（北京奥特维科技有限公司，北京 100015）

关键字：建筑声学；电声学；指挥中心；声学设计

0 引 言

随着信息技术和物联网技术的高速发展，智能化和信息化成为城市管理的趋势，智慧城市的概念应运而生。如何将数据信息进行集中监控、集中管理、集中调度指挥，这需要指挥中心来实现。

指挥中心承载智慧城市运营平台的业务运行，为入驻的运行专班和相关部门提供高效、舒适的协同办公环境；整合各类社会治理信息资源，利用融合通信、智能语音及一体化可视音视频指挥调度等现代信息技术，实现上传下达、综合汇聚、协同会商、专题研判、指挥调度及信息发布功能，为构建统一指挥、专常兼备、反应灵敏、上下联动、平战结合的指挥体系提供支撑，实现政府部门、社会力量一体化协同作战，以及省委、省政府领导开展联合会商并指挥处置突发事件提供基础支撑保障。因此，建设一套先进、稳定、可靠的声学指挥调度环境显得尤为重要。

1 设计原则

指挥大厅长度为40 m 左右，宽度约为20 m，装修完成后高度约为7 m。大厅共设置48 个操作业务席位及27 个指挥调度席位。

声学环境的建设是一项复杂的系统工程，不仅与电声效果（即音响设备的配置、系统调试等）有关，还与声音传播的环境（即建筑声学特性）密切相关[1]。为此，声学环境的设计需遵循以下原则。

1.1 建声要求

根据《剧场、电影院和多用途厅堂建筑声学技术规范》（GB/T 50356—2005）中的规定，指挥大厅室内混响最佳混响时间范围如图1 所示。

图1 会堂、报告厅和多用途礼堂对不同容积V 的观众厅在500～1 000 Hz 时满场的合适混响时间T 的范围

根据声学分析，需要对建筑结构空间内的吊顶、地面、墙面作不同程度的吸声处理和扩散处理，以达到最佳声场[2]。声场应达到以下效果：

（1）不出现颤动回声；

（2）不出现较强的声反射面；

（3）不出现明显的声共振现象；

（4）不出现声聚焦区；

（5）整个频段声音的吸收要均匀。

为了达到建声空间的使用效果，结合指挥大厅的容积，设计需满足如表1 所示的指标。

表1 指挥大厅建声指标

1.2 电声要求

按《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》（GB/T 28049—2011）设计，电声指标应达到规范中会议类扩声系统声学特性一级指标，具体如表2 所示。

表2 指挥大厅电声指标

声音主观评价目标[3]设定为：

（1）语言清晰、音乐明晰度好，音质良好，无声学缺陷；

（2）声像定位准确，视听一致性好；

（3）声音分布均匀，频响平坦；

（4）音乐丰满、空间感强、明亮度好。

2 建声设计

指挥大厅建声设计的重点是，在不改变原结构形式和原装修风格的前提下，采用合理的吸声结构和吸声材料，保证达到中频1.0～1.2 s（500 Hz）的混响时间设计指标[4]。

2.1 混响控制

指挥中心天花板四边水平吊顶，两侧墙面采用穿孔金属板，孔径2 mm，穿孔率15%。金属板后填充50 mm 厚玻璃棉，容重为48 kg·m-3。

为了避免声聚焦，LED 对面的背景LOGO 墙面采用25 mm 厚的布艺吸声软包。软包后空腔大于100 mm。

2.2 隔声控制

砌块墙体双面20 mm 厚水泥砂浆抹灰，墙体用水泥砂浆封死，不应有穿透性的裂缝及孔洞。管道穿墙套管用玻璃棉封死。出入门采用隔声门，隔声量应大于40 dB[5]。

2.3 混响时间测量

2.3.1 测量方式

指挥大厅建设完成之后，笔者使用专业测试仪器NTi Audio XL2 进行混响时间的测量。由音频处理器输入扩声系统粉红噪声，播放5 s 噪声，使厅堂达到稳态声场，停止5 s，通过测试仪进行自动测试结果分析和记录。

此次测量为空场环境测量，大厅为对称形状，测量点选取如图2 所示。

图2 混响时间测量选点示意

2.3.2 测量结果及分析

在以上选定的测量点进行混响时间的完整测量，结果如图3 所示。

图3 指挥大厅混响时间测量记录

对所有测点、业务操作坐席区域及领导指挥坐席区域的测量结果分别取平均，结果如图4 所示。

图4 指挥大厅业务操作区和领导指挥区的混响时间对照

指挥大厅业务操作坐席区域500 Hz 的混响时间为1.15 s，满足厅堂的混响时间国家标准（1～ 1.2 s）；领导区混响时间1.26 s，略偏高，与后墙的吸声材料及后墙的凹面造型有关。后期，设计人员与装修单位协调对后墙的软包覆盖面积进行了调整，以满足全场的混响时间要求。

3 电声设计

3.1 系统架构

指挥大厅的电声系统主要满足会议讨论、演示汇报、视频会议、音频播放及融合通信等多种功能需求，依托网络音频实现指挥大厅与各配套要素会议室的互联互通，语音信号集中调度管理。电声系统的传输、路由及处理采用网络化、数字化架构，提高系统抗干扰性及可扩展性。系统采用实时热备技术，实现应急情况下的无缝自动切换，保证整个音频系统的可靠性和稳定性。指挥中心电声系统架构如图5 所示。

图5 指挥中心电声系统架构图

指挥大厅话筒、视频会议终端等音源信号经无源分配器分别进入主、备两套独立的音频传输系统，分别和主、备数字调音台进行数据交换，经处理、路由后的数字音频信号通过交换机系统输出至支持Dante 数字音频协议的扬声器系统，同时可实现与其他配套会议室的互联互通。同时，模拟音频信号接入智能音频切换系统，实现主备模拟信号的智能切换，输出至录播、视频会议终端及融合通信等系统。

3.2 声场设计

主扩音箱选用指向性强、支持Dante 协议的有源线阵列扬声器，在LED大屏幕两侧分别吊挂1组，每组由5 只双8 寸全频扬声器和1 只低频扬声器组成。通过调整线阵列的指向角度，能够将扩声集中打到听众区，避开吸声不好的反射墙壁，提高直达声、减少混响声，有效地克服传声啸叫，提高语言清晰度。同时，通过调整远近场音箱的电平比，提高整体会场的声压级均匀度。通过Dante 数字音频协议传输信号，可以提高系统的抗干扰性，提高信噪比，增加语言清晰度。

另外，由于大厅较宽，为了提高前场坐席区域的直达声，在LED 屏幕下侧固定安装4 支辅助补声扬声器，同时起到拉声像的作用。

中后场主席指挥区域布置4 只辅助扬声器，安装在两侧墙面，为领导讲话提供清晰的返送直达声。同时，对于前区主扩扬声器作为补声，实现全场声压级的均匀覆盖。指挥大厅的扬声器布置如图6所示。

图6 指挥大厅扬声器布置图

3.3 声场模拟分析

在本方案设计中，设计人员选用德国的EASE4.3 软件进行计算机辅助设计。该软件是专业音响界最权威的声场模拟软件，可以辅助分析设计的声压是否均匀、语言清晰度是否符合现场需要。在EASE 建模过程中，设计人员注意了模型精确度对运算结果的影响，并提高模型的近似度以提高运算结果的参考性。

3.3.1 声场分析

指挥大厅125～4 000 Hz 总声压级分布如图7所示。

从图7 可以获得指挥大厅在125～4 000 Hz频段的总声压级数据。按照国家会议类一级标准，此频率带宽内稳态声场的最大声压级应大于等于98 dB。图7 数据最大声压级为111.01 dB，满足国家标准。

图7 指挥大厅125～4 000 Hz 总声压级分布图

指挥大厅1 000 Hz 总声压级分布如图8 所示。

从图8 可以获得指挥大厅在1 000 Hz 频点的总声压级数据。按照国家会议类一级标准，此频点稳态声场的声压级不均匀度应小于或等于8 dB。图8 数据声压级最大值和最小值的差值为4.44 dB，满足国家标准。

图8 指挥大厅1 000 Hz 总声压级分布图

指挥大厅4 000 Hz 总声压级分布如图9 所示。

从图9 可以获得指挥大厅在4 000 Hz 频点的总声压级数据。按照国家会议类一级标准，此频点稳态声场的声压级不均匀度应小于或等于8 dB。图9 数据声压级最大值和最小值的差值为3.01 dB，满足国家标准。

图9 指挥大厅4 000 Hz 总声压级分布图

指挥大厅语言传输指数STI 比例如图10 所示。

从图10 可以获得指挥大厅的语言传输指数STI 数据。按照国家会议类一级标准，语言传输指数STI 应大于0.5。图10 数据最小值为0.54，满足国家标准。

图10 指挥大厅语言传输指数STI 比例图

4 结 语

笔者所在的北京奥特维科技有限公司承担了该指挥中心的建设工作。从一个技术人员的角度来看，该工程是一个非常成功的设计项目，完成了一个相对完善的系统。最让人欣慰的就是在设计之初，设计人员统筹兼顾了建声与电声的综合设计，使得很多工程上的声学问题得以解决。