一、公共廣播系統設計的相關標準

隨著我國經濟發展及有關安全法律法規的日益完善，公共廣播（包括背景音樂和緊急廣播）的應用日益廣泛。但長期以來，國內尚未有一個專門為公共廣播制訂的技術標準。

國家建設部JGJ/T16-92《民用建筑電氣設計規范》中設有“有線廣播”（公共廣播的舊稱）一章，對廣播系統的功放功率和天花揚聲器功率及設置等作了一些規定。國標GBJ116-88《火災自動報警設計規范》中對火災事故廣播的揚聲器和功率放大器等也有一些規定。但上述兩個規范均未有專門對公共廣播系統的功能、分類、安全要求以及聲學特性指標和測量方法等作出系統詳盡的規定。

國家信息產業部2006年6月發布的《2006年度電子工程建設標準定額制訂修訂計劃》中，提出在2006年6月起著手制訂《公共廣播系統工程技術規范》，并要求2007年6月完成報批稿。根據上述安排，由中國電子學會聲頻工程分會、廣州市迪士普公司主編，廣州大學聲像與燈光技術研究所等參編的《公共廣播系統工程技術規范》近期已完成草案初稿（以下簡稱“草案”）。

本文擬對“草案”中制定的部份條款，與以往頒布的JGJ/T162-92及GBJ116-88中相關的條款作一些對比（見表1），重點是對其中有關聲學特性指標的內容和工程設計方法作一探討。

表1 公共廣播系統新舊設計規范部份條款對照表

附件：《公共廣播系統規范》（草案初稿）規定的最大聲壓級和聲場不均勻度指標

從上表可見，“草案”中有關功放功率、揚聲器功率和揚聲器配置等條款，與前兩個規范相比雖有少量調整，但變化不大。而作出較重要變動的內容主要有兩個：

第一是將“火災事故廣播”改為“突發公共事件緊急廣播”，即把緊急廣播的功能由單純的火災事故擴展到包括火災、地震、海嘯、反恐…等突發事件，從而突出了時代特征。與此同時，對緊急廣播用功率放大器的額定功率相應地作了大幅度的提高。舊規范規定“火災事故廣播”設備用的擴音機要求“其容量不應小于火災事故廣播揚聲器容量最大的3層中揚聲器容量總和的1.5倍”。而“草案”則要求“功率總容量必須滿足所有廣播分區同時發布緊急廣播的要求，而不是只滿足若干個相鄰分區的要求”，從而確保各類突發公共事件緊急廣播有足夠充裕的功率貯備。

第二是首次將最大聲壓級、聲場不均勻度、總噪聲級和傳輸頻率特性等聲學特性指標和測量方法列入公共廣播系統規范，從而使公共廣播系統從設計、施工到調試、測量、驗收等整個過程都將有一個比較統一的標準。

對“草案”中“最大聲壓級”一項指標，在討論過程中有兩種不同的意見，都具備相當充份的論據：

一種意見已寫入“草案”文件中，即是仿照GB 50371-2006《廳堂擴聲系統設計規范》的模式，對不同類型的公共廣播系統進行分類，劃分等級，定出最大聲壓級的指標數值（如≥80dB，≥86dB等）。這種模式可做到設計、驗收的指標統一，便于操作，也便于作橫向比較。

另一種意見則認為公共廣播所處聲學環境遠比一般劇場、會議廳等復雜得多。一個會議室和一個工廠機械加工車間相比，其背景噪聲可能相差數十個dB。如按舊標準（JGJ/T16-92）中的21.3.5條款“聲壓級比環境噪聲大10~15dB”（見表1）進行設計，可能效果會好一些。至于背景噪聲數值的確定則有“實地測量”和“經驗估算”兩種途徑：實地測量的方法適用于已經投入使用的場所，使用聲級計在現場按聽者耳朵高度的位置去測量環境噪聲；而對于未建成或未投入使用的場所則只能采用經驗估算（查表）的方法。公共區域的典型噪聲聲壓級數值見參考文獻3，可供參考。

本文在討論公共廣播系統設計方法時，對上述兩種意見的方案均有舉例，供讀者對比參考。


二、公共廣播系統聲學指標的工程設計

公共廣播系統聲學指標的工程設計追求最基本的目標，是要在滿足最有效且最經濟這兩個前提下，確定整個系統所需揚聲器的數量、配置（布局）和功率，使覆蓋區域達到規范要求的聲壓級和聲場不均勻度等基本聲學指標。

公共廣播與一般廳堂擴聲的一個最大不同點是采用大量分散的揚聲器布局，且揚聲器通常都比較靠近聽音者（最典型是天花揚聲器），因此設計計算通常都以直達聲場為主，對擴散聲場僅略作估算甚至可以忽略，從而使整個計算過程簡化。

下面討論天花揚聲器定位、天花揚聲器功率計算和功率放大器功率計算三項設計內容：

(一)、天花揚聲器定位設計：

天花揚聲器定位設計的任務，是使用最少數量的揚聲器而能夠使收聽區域內能獲得均勻的聲音分布，即具有基本相同的響度。

實踐證明，對于未經過聽覺專門訓練的人群，當聲壓級的變化在3dB以內，人耳基本上覺察不出響度的變化[1]，以此可作為天花揚聲器定位設計的參照依椐。

圖1示出由天花揚聲器組成的公共廣播系統[4]，圖中揚聲器的“有效覆蓋角”是以離開揚聲器軸心聲壓級下降6dB的范圍。設計時使兩個相鄰的天花揚聲器的覆蓋角交點正好位于收聽面（圖中聽者的耳朵）的高度。相同的兩個天花揚聲器在交叉點的合成使聲壓級增加3dB，從而使得在整個收聽平面范圍內的聲壓級的變化不超過3dB。

從圖中可得出選擇揚聲器最佳定位的計算公式：


揚聲器間距 dS = 2dLtanθ/2

式中： dL=收聽距離，

θ=揚聲器有效覆蓋角。

工程上常用的天花揚聲器覆蓋角多在90°左右。將θ=90°代入上式可得


dS=2dL·tan（90°/2）=2dL


椐此可總結出公共廣播天花揚聲器最佳定位（能獲得良好均勻度）的一個經驗規律：兩個天花揚聲器中點之間的距離約等于天花棚頂與收聽點之間垂直距離的兩倍[5]。

如要作出更精確的設計，則需要確定揚聲器覆蓋角θ的數值，再代入上式，即可算出最佳的dS值。如θ=70°，可算出dS=1.4dL ；

如θ=100°，可算出dS= 2.384 dL 等等。

設計中還有一個收聽距離dL的選擇問題。通常收聽距離dL是直接取天花與地面的垂直高度。較精確的計算應當取天花與收聽者(立姿或坐姿)耳朵之間的垂直距離。

下面舉一實例：某餐廳的天花板離地面高度為2.9m，對于坐姿的人群，耳朵距地面平均高度約為1.1m，離天花棚頂平均高度約為2.9 – 1.1 =1.8m，由此可推算出合適的揚聲器間距約為 2×1.8=3.6m。

上述計算結果還必需對照“草案”的第（4.3.8）條款，如果未能達到緊急廣播強制性要求的15m、8m等間距（見表1），則必需按該條款作出調整。本例算出的3.6m間距遠小于上述要求，故無需改動。


(二)、天花揚聲器功率計算：

決定揚聲器的定位后，需要計算每個揚聲器的功率。下面介紹公式計算和查表計算兩種方法。

1. 公式計算法[3]：

根據電聲學理論，揚聲器覆蓋區的聲壓級SPL與揚聲器的靈敏度級Lm、饋給揚聲器的電功率P以及聽音點與揚聲器的距離r等有如下關系：

SPL=Lm＋10lg P－20lgr dB

設計時，通常是根據該公共廣播系統的類型和等級（見表1）確定最大聲壓級SPL的值（dB），再將聽音距離r和揚聲器靈敏度級Lm（可預選或設定）代入上式，即可算出應饋給揚聲器的電功率值。

舉例：設計一個背景音樂（二級）系統，要求最大聲壓級80dB，聽音距離最遠為8m，預選揚聲器靈敏度級為90dB/W/m，代入上式即可算出揚聲器功率約為6.3W。

以上估算未考慮早期反射聲群和鄰近揚聲器的貢獻。在室內，早期反射聲群和鄰近揚聲器的貢獻可使聲壓級增加2~3dB左右。

2、查表計算法[5]：

根據圖2可查出隨供聲距離（D）增加的聲壓級(dB)下降值。

根椐圖3可查出隨功率（P）增加的聲壓級(dB)增加值。

舉例：一個靈敏度級為94dB/W/m的天花揚聲器裝在一間辦公室覆蓋一個區域，用聲級計在現場測出環境噪聲為72dBA。按JGJ/T16-92要求，設計的聲壓級應比環境噪聲大10~15dB，即取82 ~87dB。而本例比較特殊，用戶要求該辦公室達到極佳的可聞度，為此需要再增加10dB，即聲壓級設計為72+25=97dB。已知天花揚聲器距聽者耳朵約1.8m，從圖2查出約需增加5.2dB，這意味著揚聲器必須提供97+5.2=102.2dB才能在1.8m距離處使聽者的耳朵得到97dB的聲壓級。

揚聲器聲壓級從94dB 增加到102.2dB，即增加了102.2-94=8.2dB。查圖3可得出揚聲器所需功率為6.6W，取整數選7W或8W。

上述計算結果還必需對照“草案”的第（4.3.7）條款，如果未能達到緊急廣播強制性要求的3W功率（見表1），則必需按該條款作出調整。本例算出的6.6W功率大于上述要求，故無需改動。


(三)、功率放大器的功率計算：

公共廣播功率放大器的功率計算可參照“草案”第（4.2.8）條：“功率放大器的額定功率應不小于廣播揚聲器總功率的1.3倍”（見表1）設計。

突發公共事件緊急廣播功率放大器的功率計算則參照“草案”第（4.3.3）條：“緊急廣播功率放大器的額定功率應不小于其所驅動的所有揚聲器功率總和的1.5倍”（見表1）設計。

此類計算比較簡單，從略。

參考文獻：

[1]管善群《電聲技術基礎》[M].北京人民郵電出版社

[2]鐘恭良《公共廣播的過去和現在》電聲技術2005年5~6期

[3]DSPPA《公共消防廣播工程設計》

[4]AEX System《公共廣播系統設計手冊》

[5]QSC《Designing the Distributed Sound System》

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