公共广播设计原理

关键字： VGA矩阵,AV矩阵,VGA矩阵切换器,AV矩阵切换器,RGB矩阵切换器,混合矩阵切换器,HDMI矩阵,DVI矩阵,会议中控,多媒体中控,会议中控系统,多媒体中控系统,会议系统,数字会议系统,表决会议系统,跟踪会议系统,同声传译会议系统
　
    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，达致电声悦耳、自然的音响效果。
广播系统分类：
　　广义的广播系统包含扩声系统和放声系统两大类：
　　1、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。
　　2、放声系统：系统中只有磁带机，光盘机等声源，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。
公共广播系统按用途可分为以下几类
　　1）室外广播系统
　　室外广播系统主要用于体育场、车站、公园、艺术广场、音乐喷泉等。它的特点是服务区域面积大，空间宽广。背景噪声大；声音传播以直达声为主；要求的声压级高，如果周围有高楼大厦等反射物体，扬声器布局又不尽合理，声波经多次反射而形成超过50ms以上的延迟，会引起双重声或多重声，严重时会出现回声等问题，影响声音的清晰度和声像定位。室外系统的音响效果还受气候条件、风向和环境干扰等影响。
　　2）室内广播系统
　　室内广播系统是应用最广泛的系统，包括各类影剧院、体育场、歌舞厅等。它的专业性很强，既能非语言扩声、又能供各类文艺演出使用，对音质的要求很高，系统设计不仅要考虑电声技术问题，还要涉及建筑声学问题。房间的体形等因素对音质有较大影响。
　　3）公共广播系统
　　公共广播系统为宾馆、商厦、港口、机场、地铁、学校提供背景音乐和广播节目。近几年来，公共广播系统还兼做紧急广播，可与消防报警系统联动。公共广播系统的控制功能较多。如选区广播与全呼广播功能、强制功换功能和优先广播权功能等。扬声器负载多而分散、传输线路长。为减少传输线路损耗，一般都采用70V或100V定电压高阻抗输送。声压要求不高，音质以中音和中高音为主。
　　4) 会议系统
　　随着国内、国际交流的增多，近年来电话会议，电视会议和数字化会议系统（DCN）发展很快。会议系统广泛用于会议中心、宾馆、集团和政府机关。会议系统包括会议讨论系统、表决系统、同声传译系统和电视会议系统。要求音、视频（图像）系统同步，全部采用电脑控制和储存会议资料。
公共广播音响系统涉及面很广，从商场、学校、宾馆、车站、码头、广场到会场、影剧院、体育馆等无不与之有密切关系。
　　
    1、在民用建筑工程设计中，广播系统可分为以下几类：
   (1)面向公众区(商场、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。
　　(2)面向宾馆客房的广播音响系统；这种系统包括客房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。
　　(3)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。
　　(4)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；三是专卖店用的会议系统，它虽也属扩声系统，但有其特殊要求，如同声传译系统等。
　　
    2、公共广播音响系统的组成
    不管哪一种广播音响系统，都可以基本分为四个部分：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：节目源通常为无线电广播，激光唱机和录音卡座等设备提供，此外还有传声器、电子乐器等。
    ◆信号放大和处理设备：包括调音台、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。调音台和前置放大器作用和地位相似(当然调音台的功能和性能指标更高)，它们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或调音台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。对礼堂、剧场等，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；而公共广播系统，由于它对音色要求不是那么高，一般用3W-6W天花喇叭即好.
3、公共广播系统的特点
    公共广播系统，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，是一种能创造轻松愉快环境气氛的音乐。
　　
　　因此，公共广播的效果有两个，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，它在宾馆、酒店、餐厅、商场、医院、办公楼等广泛的应用。乐曲应是抒情风格的或是轻松的，强烈激性的乐曲是不适宜。
　　公共广播不是立体声，而是单声道音乐，这是因为立体声要求能分辨出声源方位，并且有纵深感，而背景音乐则是不专心听就意识不到声音从何处来，并不希望为人感觉出声源的位置，以至要求把声源隐蔽起来，而音量要较轻，以不影响两人对面讲话为原则。4、消防广播功能的特点
    消防广播是在有事故发生时启用(所以它跟人身的安全有密切关系)因而消防广播有以下特点：
   ◆消防报警信号应在系统中具有最高优先权，可对背景音乐和呼叫找人等状态具有切断功能；
   ◆应便于消防报警值班人员操作；
   ◆传输电缆和扬声器应具有防火特性；
   ◆在交流电断电的情况下也要保证报警广播实施。
    公共广播工程设计的一般顺序
　　这里所说的公共广播是指有线传输的声音广播，通常用于商场、公共场馆、大厦、小区内部，供背景音乐广播、寻呼广播以及强行插入的灾害性广播使用。这一类公共广播工程的设计，通常按下列顺序进行：
    1、首先应考虑广播扬声器的选用、配置
    2、广播功放的选用
  　3、广播分区
　　
    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规格的广播扬声器。例如，在有天花板吊顶的室内，宜用嵌入式的、无后罩的天花扬声器。这类扬声器结构简单，价格相对便宜，又便于施工。主要缺点是没有后罩，易被昆虫、鼠类啮咬。在仅有框架吊顶而无天花板的室内(如开架式商场)，宜用吊装式筒型音箱或有后罩的天花扬声器。由于天花板相当于一块无限大的障板，所以在有天花板的条件下使用无后罩的扬声器也不会引起声短路。而没有天花板时情况就大不相同，如果仍用无后罩的天花扬声器，效果会很差。这时原则上应使用吊装音箱。但若嫌投资大，也可用有后罩的天花扬声器。有后罩天花扬声器的后罩不仅有一般的机械防护作用，而且在一定程度上起到防止声短路的作用。
　　在无吊顶的室内(例如地下停车场)，则宜选用壁挂式扬声器或室内音柱。
　　在室外，宜选用室外音柱或号角。这类音柱和号角不仅有防雨功能，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。
　　在装修讲究、顶棚高阔的厅堂，宜选用造型优雅、色调和谐的吊装式扬声器。在防火要求较高的场合，宜选用防火型的扬声器。这类扬声器是全密封型的，其出线口能够与阻燃套管配接。
    2、广播扬声器的配置
    广播扬声器原则上以均匀、分散的原则配置于广播服务区。其分散的程度应保证服务区内的信噪比不小于15dB。
    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58～63dB，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+10IgP-20IgrdB①
    天花扬声器的灵敏度级在88～93dB之间；额定功率为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的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、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CS-540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540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①。
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桓压输出端子。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•∑P0②
                             P－功放设备输出总电功率(W)
                      P0－每一分路(相当于分区)同时广播时最大电功率
                           P0=Ki•PiPi－第i分区扬声器额定容量
    Ki－第1分区同时需要系数：服务性广播客房节目，取0.2～0.4；背景音乐系统，取0，5～0.6；业务性广播，取0.7～0.8；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厂播扬声器总功率的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。
    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)决定那些区域须发布广播、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、大厦通常以楼层分区，商场、游乐场通常以部门分区，运动场馆通常以看台分区、住宅小区、度假村通常按物业管理分区等等；
    2、管理部门与公众场所宜分别设区；
    3、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。
　　总之，分区是为了便于管理。凡是需要分别对待的部分，都应分割成不同的区。但每一个区内，广播扬声器的总功率不能太大，须同分区器和功放的容量相适应。
广州明控智能科技有限公司
技术部
2012-01-09