相控阵声柱在建声不良条件下的扩声

　　1概述

　　广东科学中心是世界上规模最大的科学中心之一。占地450000m2，建筑面积137500m2，是广东省重要的科普教育基地、国际学术交流中心和科技成果展示场所之一。

　　然而，科学中心有一样东西“不够科学”(科学中心主任语)：科学中心大厅(下称大厅)扩声效果非常差，发言者每讲完一句话，厅内便会“嗡嗡”声一片，且明显有“回声”，像在重复刚讲过的话。大厅经常举办国内外各种科技活动，每次活动中，各发言人员都感觉讲话很不舒适，而场下听众则反映听得不清楚。久而久之，科学中心负责人员对此问题十分头疼，便向广州大学声像灯光研究所(下称研究所)寻求帮助。研究所经反复调研，向科学中心慎重推荐了广州迪士普公司的相控阵声柱，研究所有信心借助该声柱独特的性能，用以该声柱为核心的扩声系统，解决扩声不佳的问题。

　　大厅的相关资料如下：从大厅外部远看，像一只巨人睁开的眼睛，“眼珠”上是“地球的经纬”(图1)。

　　大厅内部呈圆形，顶部为苍穹弧面，如图2~3所示。

　　对于这样的大厅，内部的扩声系统容易形成“声聚焦”。经测量，混响时间RT60为9.1s，其中630Hz的混响时间长达9.6s。迪士普公司的工程人员向科学中心负责人了解到，建筑施工时大厅内未作任何吸声处理，且极难补加(补加的造价太高，施工困难，且会影响大厅的视觉效果)，希望通过合适的电声设计弥补建声的缺陷。

　　2设计思路

　　在所有厅堂、场馆扩声系统设计参数指标要求中，语言清晰度是摆在首位的。对于一个讲话都不能听清的声场，其他扩声指标再高也只是营造噪声。要提高语言清晰度，客观反映就是减少辅音损失。根据荷兰声学家Peutz的辅音清晰度损失率公式[1]：

　　式中，AL%为辅音清晰度损失率百分比;D为最远听众到扬声器的距离;T60为房间混响时间;N为产生直达声的功率与直达声功率之外所有功率之比;Q为扬声器的指向性因数;V 为房间的体积;M为临界距离的修正值，一般取M=1。

　　从式(1)理论得知，提高语言清晰度主要有两种办法，一是降低房间混响时间T60，二是提高扬声器的指向性因数Q 。因不能在大厅加吸声材料以降低房间混响时间，故只能通过使用强指向性的扬声器，尽量对扩声区增加直达声，减少向非扩声区产生声“溢出”，藉此来改善语言清晰度。

　　迪士普公司研制的相控阵声柱(型号为DSP1501)，在此类长混响时间的扩声场合，有着独特的优点：它采用DSP和FPGA等数字音频处理技术，可在现场用红外遥控器调节各项参数，例如，通过调节声柱Q 值可以控制声束的覆盖面积，可有效减少辅音清晰度损失;在各种扩声场合，声柱只需贴着墙壁或立柱垂直安装，不需倾斜，与环境十分协调，用红外遥控器可自由改变声束辐射方向，直接覆盖到听众区;还可通过调节相控阵声柱内置的EQ(频率均衡)功能，以令厅堂达到最佳的传输频率特性，兼能抑制扩声啸叫，提高传声增益;同时内置了高效率的数字功放，使用它时只需给节目源即可，不需要配置繁杂的音响周边设备。正因为相控阵声柱这些特点，才得到了研究所大力推荐，以期解决科学中心大厅扩声难题。