超薄條形廣播揚(yáng)聲器的應(yīng)用
——以南翔智能硬件產(chǎn)業(yè)基地科技大樓的廣播系統(tǒng)工程為例

吳國(guó)強(qiáng)

（上海電影制片廠，上海 200030）

超薄條形廣播揚(yáng)聲器的應(yīng)用
——以南翔智能硬件產(chǎn)業(yè)基地科技大樓的廣播系統(tǒng)工程為例

吳國(guó)強(qiáng)

（上海電影制片廠，上海 200030）

簡(jiǎn)述一種超薄條形廣播揚(yáng)聲器的基本原理和發(fā)聲特點(diǎn)，并結(jié)合具體實(shí)例介紹其在應(yīng)急廣播工程中的應(yīng)用。

線聲源；廣播揚(yáng)聲器；平面振膜；指向性；應(yīng)用

聲學(xué)工程師沃爾森（Olson）于1957 年提出的線聲源理論推動(dòng)了揚(yáng)聲器系統(tǒng)的發(fā)展，由此各生產(chǎn)廠商的線陣列揚(yáng)聲器、平板揚(yáng)聲器、可調(diào)指向性揚(yáng)聲器等陸續(xù)問(wèn)世。該理論認(rèn)為，線聲源發(fā)出的是柱面波，其輻射特性決定了聲壓級(jí)在聲源距離每增加一倍時(shí)衰減3 dB，而傳統(tǒng)的點(diǎn)聲源產(chǎn)生的是球面波，其聲壓級(jí)在聲源距離每增加一倍時(shí)衰減6 dB。事實(shí)上，這3 dB的作用是巨大的，即可以減少一半的揚(yáng)聲器和相應(yīng)功率放大器的數(shù)量，且在聽覺上感覺聲場(chǎng)更趨均勻。

在線聲源揚(yáng)聲器中，筆者早期使用過(guò)Apogee ALA系列線陣揚(yáng)聲器，固定安裝在越南國(guó)家體育場(chǎng)，也使用過(guò)平面振膜發(fā)聲的LOBO系列揚(yáng)聲器，固定安裝在會(huì)議室。由于使用過(guò)線聲源揚(yáng)聲器，對(duì)其柱面波發(fā)聲有所了解，在此，筆者對(duì)南翔智能硬件產(chǎn)業(yè)基地科技大樓的廣播系統(tǒng)工程中使用的新型LA-1超薄條形廣播揚(yáng)聲器的性能和使用進(jìn)行總結(jié)，供大家參考。

1 超薄條形揚(yáng)聲器的發(fā)聲原理、外形、技術(shù)指標(biāo)

傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的發(fā)聲原理是錐形紙盆振動(dòng)發(fā)聲，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

條形揚(yáng)聲器的發(fā)聲原理與傳統(tǒng)揚(yáng)聲器相同，只是用平面振膜代替錐形紙盆，發(fā)聲原理如圖2所示，音圈實(shí)物如圖3所示。

圖1 傳統(tǒng)揚(yáng)聲器的紙盆結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 條形揚(yáng)聲器的發(fā)聲原理示意圖

圖3 音圈實(shí)物照片

本文中所使用的新型LA-1超薄條形廣播揚(yáng)聲器外形尺寸如圖4所示，其頻響曲線如圖5所示。幾款不同型號(hào)條形揚(yáng)聲器的技術(shù)指標(biāo)見表1。

2 LA系列超薄條形廣播揚(yáng)聲器的特點(diǎn)

條形廣播揚(yáng)聲器具有如下特點(diǎn)。

（1）帶狀振膜，聲波輻射均勻，波陣一致，無(wú)明顯高頻失真，聲音還原較好。

（2）條形揚(yáng)聲器覆蓋角度水平角度為120°、垂直角度30°，可以應(yīng)用在有覆蓋角度要求的場(chǎng)所。

（3）使用壽命長(zhǎng)。音圈和振動(dòng)膜合為一體，振膜有抗氧化涂層，能防止音圈振膜長(zhǎng)時(shí)間過(guò)熱引起的氧化。振膜具有化學(xué)惰性，不溶于有機(jī)溶劑，穩(wěn)定性較好，能承受電暈放電，不易擊穿。

（4）振膜采用專利復(fù)合材料，比壓縮式號(hào)筒振膜輕，瞬間響應(yīng)速度較快。

（5）振膜和音圈粘合為一體，安裝在釹鐵硼條型磁體中。振膜和定型鋁合金間填充了吸聲材料，增加阻尼，降低附加振動(dòng)。

（6）條形設(shè)計(jì)便于安裝時(shí)控制揚(yáng)聲器指向性，鋁合金成型材料的緊密結(jié)構(gòu)使條形揚(yáng)聲器具有抗撞擊的特性，適合安裝在體育訓(xùn)練館內(nèi)。

（7）安全性高。條形揚(yáng)聲器防水，適合戶外風(fēng)吹雨淋的場(chǎng)所。

（8）振膜使用助燃型防火材料，適用于任何場(chǎng)合做應(yīng)急廣播揚(yáng)聲器使用。

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

國(guó)內(nèi)首個(gè)智能硬件產(chǎn)業(yè)基地——上海南翔“科技50”智能硬件產(chǎn)業(yè)基地，位于一幢20世紀(jì)80年代的老建筑內(nèi)，需要改造成用鋼化玻璃分割成多間科研辦公用房的創(chuàng)業(yè)孵化平臺(tái)。原樓層高度較低，但根據(jù)現(xiàn)代辦公用房的要求，背景廣播和應(yīng)急報(bào)警系統(tǒng)是必須安裝的。

原樓改造后的要求如下：

一層：分割成兩個(gè)展示廳，不吊頂；

二層、三層：樓道狹窄（2.3 m），層高偏低（3.2 m），吊頂和天花距離（65 mm）。

3.2 背景廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

背景/應(yīng)急廣播系統(tǒng)已成為現(xiàn)代建筑物中必備的部分，一方面，它的存在使環(huán)境增添了幽雅恬靜的藝術(shù)氛圍，使人們的生活、工作倍感輕松愉快；另一方面，當(dāng)遇到緊急情況或特殊情況時(shí)，公共廣播可以作為緊急廣播使用。該控制系統(tǒng)與消防系統(tǒng)相聯(lián)，能自動(dòng)/手動(dòng)切換，對(duì)各個(gè)廣播分區(qū)進(jìn)行緊急廣播呼叫、疏散人員。經(jīng)過(guò)對(duì)業(yè)主的要求進(jìn)行分析和理解，以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的踏勘，并根據(jù)改造后的布局和背景廣播的覆蓋進(jìn)行廣播擴(kuò)聲的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求如下。

（1）滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50116《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，民用建筑內(nèi)揚(yáng)聲器應(yīng)設(shè)置在走道和大廳等公共場(chǎng)所，其數(shù)量應(yīng)能保證從一個(gè)防火分區(qū)內(nèi)的任何部位到最近一個(gè)揚(yáng)聲器的距離不大于25 m，走道內(nèi)最后一個(gè)揚(yáng)聲器至走道末端的距離小于12.5 m。

圖4 條形揚(yáng)聲器的外形尺寸

圖5 消聲室測(cè)試的LA-1揚(yáng)聲器頻響曲線

表1 幾款不同型號(hào)條形揚(yáng)聲器的技術(shù)指標(biāo)

（2）滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50116設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定：在環(huán)境噪聲大于60 dB的場(chǎng)所設(shè)置的揚(yáng)聲器，在其播放范圍內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)的播放聲壓級(jí)應(yīng)高于背景噪聲15 dB。使用頻譜儀采用A 加權(quán)對(duì)辦公樓進(jìn)行測(cè)試，其背景噪聲為51 dB，在設(shè)計(jì)和調(diào)試中均以環(huán)境噪聲55 dB為基準(zhǔn)，應(yīng)急廣播的聲壓級(jí)為82 dB。

（3）滿足分層分區(qū)背景/語(yǔ)言音樂(lè)的要求，即在不同的樓層可以聽到不同內(nèi)容的音樂(lè)和通知。

（4）滿足緊急情況下疏散人員的消防廣播要求，即與消防報(bào)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)/手動(dòng)相互切換廣播的要求。

3.3 廣播揚(yáng)聲器的選擇

目前，背景廣播的技術(shù)很成熟，國(guó)內(nèi)外許多廠家和品牌均有成熟可靠的產(chǎn)品和系統(tǒng)方案，在此省略了系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，主要對(duì)適合該場(chǎng)所應(yīng)用的條形廣播揚(yáng)聲器進(jìn)行介紹。選擇條形廣播揚(yáng)聲器的原則如下：

（1）主觀音質(zhì)優(yōu)先的原則：音響系統(tǒng)不同于其他系統(tǒng)，產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)不能與最終的主觀聽感成正比，所以，在充分考慮客觀技術(shù)指標(biāo)的同時(shí)，需根據(jù)實(shí)際需求選擇有一定音色取向的產(chǎn)品，使其適合該場(chǎng)所的聲音要求，并合理搭配傳聲器和功率放大器等，最終組合出符合現(xiàn)場(chǎng)條件和廣播擴(kuò)聲要求的系統(tǒng)。

（2）安全可靠原則：該辦公綜合樓每天辦公時(shí)間達(dá)10小時(shí)，除了選擇可靠的功率放大器等配套設(shè)備，適用于樓層低的老房子和防鼠咬的廣播揚(yáng)聲器也是重要的考慮范圍，以此提高樓層使用空間和系統(tǒng)的安全性。因此，要求產(chǎn)品的垂直高度小于6 mm，且為金屬外殼，便于安裝和防鼠咬。

（3）廣播揚(yáng)聲器覆蓋角度（-6 dB）和額定功率（RMS）。原建筑的高度偏低（3.2 m），走廊狹窄，且走廊大多用玻璃分割，而玻璃是聲音的強(qiáng)反射面。系統(tǒng)要求在達(dá)到應(yīng)急廣播聲壓級(jí)的前提下保證較高的語(yǔ)音清晰度，所以，對(duì)廣播揚(yáng)聲器的覆蓋角度有較高的要求。在不吊頂?shù)恼故緩d又要考慮盡可能加大揚(yáng)聲器間的間距，則對(duì)廣播揚(yáng)聲器的標(biāo)稱功率也有要求，應(yīng)不小于10 W，頻率響應(yīng)為200 Hz～68 kHz。

鑒于上述要求，選用了LA 系列條形廣播揚(yáng)聲器。

3.4 廣播揚(yáng)聲器數(shù)量的確定

根據(jù)場(chǎng)地的具體條件，對(duì)候選的LA系列廣播揚(yáng)聲器和其他扁平吸頂類揚(yáng)聲器進(jìn)行比較和試聽，最后決定使用LA-1、LA-12兩款條形揚(yáng)聲器，均可滿足安裝高度和頻響要求。

由于條形揚(yáng)聲器的水平覆蓋角為120°，可以加大廣播揚(yáng)聲器的間距。經(jīng)過(guò)計(jì)算和實(shí)際安裝試聽，其頻譜圖和指向性數(shù)據(jù)如圖6所示，最后確定條形廣播揚(yáng)聲器的間距為20 m～23 m。

垂直覆蓋角為30°，可以避開走廊兩側(cè)的反射聲，適合在狹窄的走廊及走廊墻面的裝飾面是玻璃或聲反射強(qiáng)的裝飾材料，其頻譜圖和指向性數(shù)據(jù)如圖7所示。

根據(jù)圖6和圖7中LA系列揚(yáng)聲器指向性的參考數(shù)據(jù)以及揚(yáng)聲器布置密度的數(shù)據(jù)，再結(jié)合無(wú)吊頂、走廊狹窄的情況，即可確定每只條形廣播揚(yáng)聲器的安裝點(diǎn)。揚(yáng)聲器在不同環(huán)境下的安裝位置如下：

圖6 條形揚(yáng)聲器水平覆蓋角120°的頻譜圖和指向性數(shù)據(jù)

圖7 條形揚(yáng)聲器垂直覆蓋角30°的頻譜圖和指向性數(shù)據(jù)

（1）在狹窄走廊的安裝，如圖8所示。（2）在兩面玻璃墻面走廊的安裝，如圖9所示。（3）不吊頂層面的安裝，如圖10所示。

圖8 狹窄走廊的安裝示意圖

圖9 兩面玻璃墻面走廊的安裝示意圖

圖10 不吊頂層面的安裝示意圖

圖11 展示廳投影幕上的安裝

（4） 在展示廳投影幕上的安裝，如圖11所示。

3.5 揚(yáng)聲器的調(diào)試

根據(jù)選用條形揚(yáng)聲器的技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)的位置安裝，對(duì)一層至三層的走廊、吊頂、展示廳內(nèi)的廣播揚(yáng)聲器進(jìn)行安裝，在調(diào)試時(shí)應(yīng)注意以下問(wèn)題。

（1）確定適當(dāng)?shù)穆晧杭?jí)

工程上要求公共廣播系統(tǒng)應(yīng)具備的聲壓級(jí)至少要大于公共場(chǎng)所背景噪聲級(jí)15 dB，并根據(jù)走廊、展示廳的面積及不同用途需求來(lái)具體確定。具體參照國(guó)家相關(guān)規(guī)定中所需要的聲壓級(jí)指標(biāo)，調(diào)試到背景音樂(lè)的聲壓級(jí)為60 dB～70 dB，應(yīng)急廣播的聲壓級(jí)為75 dB～83 dB。

（2）保證聲壓級(jí)均勻地覆蓋整個(gè)樓層區(qū)

根據(jù)選用的條形廣播揚(yáng)聲器的覆蓋角度特性及揚(yáng)聲器系統(tǒng)采用的分布方式進(jìn)行布置，并結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)和辦公區(qū)的位置，考慮揚(yáng)聲器的功率在各個(gè)樓層的分配，盡可能做到聲壓級(jí)在各個(gè)樓層均勻分布。

（3）盡量減少聲音的重疊與干涉

根據(jù)條形揚(yáng)聲器的分布排列形式和指向角度，條形揚(yáng)聲器覆蓋角度會(huì)產(chǎn)生聲音的重疊與干涉，特別是在展示廳多只條形揚(yáng)聲器同時(shí)出現(xiàn)在同一聲場(chǎng)時(shí)，此問(wèn)題尤為嚴(yán)重。因此，需要根據(jù)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正，修正方式包括條形揚(yáng)聲器的位置調(diào)整以及使用系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)字音頻處理手段對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處理。

（4）保證較高的清晰度

只要解決好了直達(dá)聲和混響聲的比例問(wèn)題，清晰度往往就會(huì)有很大的提高，所以，布置條形揚(yáng)聲器時(shí)應(yīng)對(duì)揚(yáng)聲器的指向定位嚴(yán)格要求，從而提高清晰度。

根據(jù)測(cè)試結(jié)果，以1 000 Hz作為參考頻率，最大聲壓級(jí)達(dá)到83 dB，滿足了背景音樂(lè)的響度要求?？⒐y(cè)試時(shí)，實(shí)際測(cè)試的數(shù)據(jù)中最大聲壓級(jí)略高于消防要求的83 dB，達(dá)到85 dB。

4 結(jié)束語(yǔ)

LA 系列條形廣播揚(yáng)聲器在苛刻的環(huán)境下便于安裝到位，滿足廣播語(yǔ)音的擴(kuò)聲要求，因此，該款產(chǎn)品已經(jīng)用于南翔智能硬件產(chǎn)業(yè)基地科技大樓、德國(guó)勞斯伯格篷房制造（上海）有限公司展示的移動(dòng)體育館樣板房中，今后還將安裝在上海的十字路口，為盲人播放過(guò)馬路的引導(dǎo)聲。雖然該產(chǎn)品在音質(zhì)上還有不足，但筆者認(rèn)為是有前途的中國(guó)產(chǎn)品。

（編輯 薛云霞）

Application of Ultra Thin Strip Broadcast Loudspeaker

WU Guo-qiang
(Shanghai Film Studio, Shanghai 200030, China)

The author introduces the basic principle and the characteristic of the ultra thin strip broadcast loudspeaker, and its application in the emergency broadcast engineering.

line sound source; radio loudspeaker; plane vibration film; orientation; application

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.12.006