北京工人体育场扩声系统的深化设计及实施.pdf

2023年第2期 总第195期 季刊演艺科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGYNo.2 2023 Quarterly No.1958北京工人体育场（以下简称：体育场）自2020年7月启动保护性改造复建，2023年1月竣工，由原来的综合性体育场转变为一座具有国际一流水准的专业足球场。改造后的体育场基本保持主体椭圆造型不变，南北长282 m，东西宽208 m，共有24个看台，观众坐席62 000个。体育场自下至上共包含九层，分别为B2比赛场地层、B1观众层、首层观众层、F2观众层（控制室与主席台）、F3包厢层、F4观众层、F5观众层（功放机房及功放配电间）、F6夹层、马道层。根据观众席分布及顶棚结构设计了全新的扩声系统，工程建设由设计阶段转入实施阶段前进行深化设计，在进一步优化系统架构、完善功能需求的前提下，兼顾了实施的可行性，以及运营阶段使用、维护的便利性等多方面因素。笔者针对本次体育场扩声系统的深化设计，分析从实施角度进行深化设计的思路，解析优化系统架构、设备链路、信号路由的实施方案。1 扩声系统方案概述体育场原扩声系统的方案根据场地空间大、设备布置分散及安全性要求高的特点设计，系统结构如图1所示。该方案以控制室机房为核心，设置控制室、主席台接口箱、功放机房多个设备布置点位，如图2所示。控制室机房与控制室位于F2层西侧南部，控制室放置调音台、控制电脑，由工作人员在此对系统进行控制；控制室机房放置交换机、返送功率放大器、球员通道功率放大器、音控室接口箱、调音台接口箱、跳线盘、音频分配器、混音台、传声器接收器、播放器等设备，通过网线连接至控制室。马道层安装扬声器，F5层东西两侧为功放机房，后设计单位增加F5南侧功放机房、F6北侧功放机房。系统配置好后仅需要在控制室配置一名技术人员便可对整个系统进行操作或日常巡检。系统使用时，主席台信号接入主席台接口箱，控制室机房内播放器、传声器接收机接入音控室接口箱，然后音源经过跳线盘、无源音频分配器、混音台，接入调音台接口箱进入系统进行处理。2 深化设计方案及实施在深化设计时，重点以工程实施、系统使用为切入北京工人体育场扩声系统的深化设计及实施杨 逴（北京广电通系统集成有限公司，北京 101318）【摘 要】针对北京工人体育场扩声系统方案，分析从工程实施角度进行深化设计的思路，阐述系统架构、信号路由、设 备选型的实施方案。【关键词】扩声系统；系统架构；设备链路；信号路由DOI：10.3969/j.issn.1674-8239.2023.02.002Deepening Design and Implementation of Sound Amplification System in Beijing Workers StadiumYANG Chuo(Beijing Guangdiantong System Integration Co.,Ltd.,Beijing 101318,China)【Abstract】Aiming at the sound amplification system scheme of Beijing Workers Stadium,the idea of deepening the design from the perspective of project implementation was analyzed,and the implementation scheme of system architecture,signal routing and equipment selection was expounded.【Key Words】sound amplification system;system architecture;device links;signal routing演艺科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGY9应用实例Au d i o a n d V i d e o I n t e g r at i o n音视频集成点，综合考量了体育场建筑布局规划，以及工程交付后使用中常见的各种问题、系统的使用维护及维护人员的专业技能水平等要素，在系统架构、设备链路、信号路由方面做了进一步的优化，系统架构改为星形加环形的数字传输结构，如图3所示，进一步优化设备配置以达到优化链路的目的，使信号路由更具稳定性、安全性，并降低操作难度；调整设备布局及布线，在提升信号传输质量的同时，也利于方案的实施。2.1 设备链路的优化在不改变功能的前提下，在同一条设备链路中，优选功能强、质量有保证的设备，使设备数量最少化，提高系统的稳定性，也便于后期的使用、维护。对于同一音源，采用两条链路传输可提升信号传输的安全性。原系统方案中的音源输入部分为：音源跳线盘无源音频分配器混音台接口箱（机房）调音台（控制室）。其中，跳线盘的作用为切换跳线以选择传声器信号是否经过混音台进行混音处理；无源音频分配器的作用为信号进入后级处理设备前分离出主用和备用信号；混音台将不同音源的音频信号混合后送入调音台接口箱；音频信号经过调音台接口箱、交换机可长距离传输至控制室中的调音台。不同属性及功能需求的音源经过同一设备链路进入调音台处理。根据体育场实际使用情况，不同音源不必经过链路中所有设备，部分设备也存在功能重叠，设备数量相对越多，导致故障的概率也会越大，维护与故障排除难度相应增加。因此，深化设计方案中，根据音源属性拆分并简化链路，将需要操控且在系统内属于必须使用的设备设置一条单独的设备链路，精减了设备，并且做到控制室机房内无人值守，可在控制室进行远程控制。其中，设在控制室的音源设备固定，且调音台接口与处理能力足够，设备链路为：传声器、播放器无源传声器图1 深化前系统结构图2 场地及功能用房布局2023年第2期 总第195期 季刊演艺科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGYNo.2 2023 Quarterly No.19510分配器/无源音频分配器调音台（控制室），音源信号直接通过音频分配器进入调音台混音输出，省去跳线盘、混音器、接口箱。对于主席台布置的固定用于接入鹅颈传声器的桌插，由于主席台位置紧邻控制室，故可通过主、备音频处理器直接接入主、备调音台。需要说明的是，根据业主要求，主席台共配置16支鹅颈传声器，当需要使用过多的传声器场景时，同时开启容易产生啸叫，在此情况下需要接入无源话筒分配器再接入音频处理器自动混音输出至调音台。对于现场调音位非固定信号的输入，添加了场地接口箱作为预留部分，此链路由音频处理器接入信号并混音（也可直接输出），再由交换机的光纤模块连接机房交换机，形成分布式网络，按需求进行扩展即可。同时，流动的Dante设备也可通过接口箱的预留网口接入交换机进入Dante网络。方案优化后，设备链路更为清晰，在遇到突发事件时可以更为准确地判断故障点，更快地排查出故障设备。2.2 信号路由与布线的优化原系统的输出主信号路由为：主调音台Dante主/备交换机（控制室）Dante主/备交换机（功放间）功率放大器的链路中，输出备信号路由为：备调音台跳线盘东、西音频处理器Dante主/备交换机（控制室）Dante主/备交换机（功放间）接口箱东/西音频处理器功率放大器。对于长距离传输的信号，主备信号共用了“Dante交换机Dante交换机”这部分路由（见图1），备信号采用模拟信号传输，接入音频处理器需要转为数字信号传输，输出信号经过了模数与数模两次转换。深化设计中，采用多方式、多介质进行备信号传输，对共用路由进行拓展分离，备信号由备调音台直接输出Blulink数字信号给各点位音频处理器，减去了跳线盘与功放间的接口箱。整体系统结构拓展为星形加环形结构，形成主信号与备信号两条完全独立的信号路由，提升了传输的安全性，进一步减少信号损耗与干扰，并图3 深化后的系统架构演艺科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGY11应用实例Au d i o a n d V i d e o I n t e g r at i o n音视频集成减少了铺设的电缆。由于控制室距离马道、场地较远，在Dante网络下，功率放大器使用OMNEO协议进行控制，其他音频处理器控制接口利用布设光纤的预留线芯另外组网接入控制室进行控制。对于系统布线的考量，由于不同区域间长距离传输部分采用数字信号，则需要将只能用模拟信号传输的设备放置于同一点位，或更改设备选型，或更改设备链路配置避免长距离传输模拟信号；同时，为体育场的各种应用设计冗余空间，预留网络接口。原系统方案虽主干使用数字信号传输，但功率放大器的输出为电信号，此段路由五层至马道各点位距离极长，因此对功率放大器位置及扬声器线选型（见下文）做了调整，以保证信号传输质量。2.3 设备选型结合设备链路与信号路由的深化思路，设备选型遵循功能强、链路中设备尽量少的原则。调音台选用功能较全面的型号，具有接口多、混音处理与编组功能，尽可能将链路中周边设备的处理功能在调音台上实现，由此相应减少控制室接口箱、混音台、跳线盘、调音台接口箱等，还便于操作。因此，所选调音台应支持Dante协议与Blulink协议，同时具备较强的处理能力、主备镜像功能。所选数字功率放大器应支持Dante协议与模拟信号同时输入，且可以识别调音台振荡器信号，自主判定信号状态并进行主备信号切换。实施后主备调音台的主备信号切换由系统自动判定，不同信号源路由各自独立，系统接口预留充分，可根据需求调整或加入临时信号源。2.4 扬声器馈线的选型原设计方案中，扬声器馈线的铺设是从四个方位的功放间布设至马道东西南北共18组扬声器线阵列点位。经过测算，18个点位中最短路径170 m，最长距离270 m。每组扬声器线阵列包含1214只两分频扬声器，采用4通道功率放大器，每通道驱动2只并联的阻抗为8 的扬声器单元，如图4所示，阻抗匹配如图5所示。根据GB/T 141972012音频、视频和视听系统互连的优选配接值，馈线阻抗RL 应10%额定频率范围内的额定负载阻抗，即使用2条扬声器馈线并联2个8 扬声器单元，每条扬声器线的馈线应小于0.8，根据RL=L/S0.8，电阻率=0.0178 mm2/m（20），得到：当馈线L=270 m2时，馈线截面积S12 mm2；当馈线L=170m2时，馈线截面积S7.6 mm2。即传输距离270 m时，需要2条2*12 mm2的线缆；传输距离170 m时，需要2条2*8 mm2的线缆。每组扬声器线阵列1214只扬声器共2428个扬声器单元，即2428条线缆。经过测算，该方案布设的线缆总计长度超过96 000 m，桥架内同时布设的线缆最多需要64条，实施难度较大。按照减少模拟电信号传输的思路，结合现场功能房间布置规划，放弃使用原有功放间，在各扬声器线阵列挂架上安装室外恒温机柜放置相应点位的功率放大器。同时，针对扬声器线阵列吊挂点位重新布设传输线路，分为3区，在各区域的中间点位放置恒温机柜，通过Dante主/备交换机、音频处理器向该分区传输信号；每区各布设主信号链路：主调音台Dante主、备交换机功率放大器，以及备信号链路：备调音台音频处理器功率放大器。每区各点位中部设置配电箱向该区域各设备供电，根据供电要求选取电缆线材规格，特别注意共地连接，避免地线不同造成电位差产生噪声。最终新方案只需在图4 功率放大器与扬声器连接图5 馈线阻抗2023年第2期 总第195期 季刊演艺科技 ENTERTAINMENT TECHNOLOGYNo.2 2023 Quarterly No.19512F2控制室机房至3个扬声器点位各布设一根多芯光线，F5四个配电机房至马道四个配电箱各布设一条电缆，以及配电箱向各点位供电的电缆。3 结语经过以上深化设计，该扩声系统以控制机房交换机为核心，调音台、场地接口箱、传声器等音源设备、扬声器线阵列组成了主信号的星型分布式结构，同时，调音台与各马道音频处理器以环形连接组成一条备信号路由，主备信号路由形成热备份。各链路中设备简洁且各链路彼此独立，一旦出现问题，便于判断并快速盘查找出故障链路或故障点，利于日后维护。系统内各种信号传输尽可能采用数字信号，特别是中远距离信号传输部分全部采用数字信号传输，减少模拟信号与扬声器线的比例，不仅利于项目实施与信号传输质量，也利于日后故障维修。调整简化设备数量不仅减少设备自身故障导致事故的概率，也可减少人为失误造成事故的几率，提升处理突发事件的速度。工程施工完成后对扩声系统进行了测试，经检测达到JGJ/T 1312012所规定一级指标。项目交付业主后，在实际使用与技术支持过程中反映良好，不仅满足所有设计功能，且使用体验得心应手。笔者在此分享该项目的深化设计思路及方案，以期与同行共同交流，为同类型扩声系统的实施提供借鉴参考。参考文献：1 张飞碧,项珏.现代音响技术设计手册M.北京:机械工业出版社,2004.7:233-234.2 GB/T 141972012,音频、视频和视听系统互连的优选配接值S.（编辑 杜 青）一百年在中华民族的音乐文化发展史上只不过是一段短暂时光，对于中国民族乐器来说，却是一段改天换地的时代。近日，音乐学者高舒的新著“乐改”纪事本末：新中国民族乐器发展史由文化艺术出版社正式出版。全书七章，45万字，记录新中国成立以来民族乐器发展形制性能、模塑“中国声音”的标准化历程，完成了对这一中国近现代音乐史关键事件的整体性研究，也从理念和实践角度积极回应了20世纪以来关于中国民族音乐发展路向的标志性命题。作者历时15年，借鉴纪事本末体裁，点明“中国民族乐器改革（良）”的专有名词乐改的开端，即1954年中国音乐研究所第一任领导集体组建“乐改小组”领导的全国各民族乐器改革，全景式地呈现新中国民族乐器发展的历史框架，展开了改革乐器被逐步认定为“标准”，最终一统海内外生产、修造、创作、演奏、教学的壮大图景。书中分析整理500多个珍贵实例及56幅民族乐器发展重要历史图片（含人物、会议、乐器构造等），也呈现作者采访近两百位当事人，深入城市乡野亲身学习制作，获得集体专利，认识到研究者、从业者、社会大众发展乐器的不同逻辑，揭示了新中国“乐改”的必然性。作为作者主持国家社科基金艺术学项目现当代中国民族乐器发展思潮研究及参与国家社科基金艺术学重大项目中国器乐表演艺术研究的阶段性成果，及中国艺术研究院基本科研业务费资助项目最终成果，该书附录中国民族乐器发展大事年表（19002000）中国民族乐器科技成果获奖目录（19781998）中国民族乐器现行国家标准辑录表（19492022）中国民族乐器现行行业标准辑录表（19492022）等，呈现出一个未被前人充分重视的中国乐器世界。随书附赠“1959年改革乐器演奏会”独家音响档案（27首，中国艺术研究院艺术与文献馆提供），第一次呈现了乐改之初十数种改革乐器演奏中外乐曲的珍贵音响，被收入联合国教科文组织第一批世界记忆名录“中国传统音乐录音档案”。新书介绍：“乐改”纪事本末：新中国民族乐器发展史