针对杭州奥体中心游泳馆的功能需求及场馆空间特性，解析主扩声系统的方案设计，并对实施难点给出解决方案。测试及使用结果表明，主扩声系统达到设计指标，满足使用要求。

        杭州奥体中心游泳馆以“化蝶”造型作为设计语言，巧妙地融合了杭州的本土文化。该游泳馆的总建筑面积为53 959 ㎡，屋面最高点达到35 m，馆内配备了一个标准游泳池和一个跳水池，能够容纳6 484名观众。作为第19届亚洲运动会（以下简称：杭州亚运会）游泳、跳水和花样游泳项目比赛及训练的场馆，杭州奥体中心游泳馆的主扩声系统对提升游泳馆的功能性、观众观赛体验有着重要意义。杭州亚运会落幕后，该游泳馆将用于水上赛事、演艺活动和水上体育培训等活动。

        主扩声系统作为游泳馆建设的组成部分，需要服务赛事、演艺项目等活动。笔者根据该游泳馆主扩声系统的功能需求，以及场馆空间特性，解析主扩声系统方案，对实施难点给出解决方案。测试及使用结果表明，主扩声系统达到设计指标，满足使用要求。

        1  主扩声系统需求及重难点分析

        1.1  用户需求分析

        在主扩声系统的设计和建设实施中，要对运动员、裁判和观众等不同群体的功能需求进行剖析，提出针对性的解决方案。

        对运动员而言，比赛场地扩声系统的用途主要是听取检录通知、入场引导、裁判指令等。运动员在比赛期间，需要实时通过比赛场地扩声系统获得所需的讯息，但又不希望被观众席扩声系统所干扰，能够专注于比赛。所以，比赛场地的扬声器应与观众席扬声器分开设置，并符合声场均匀度及声压级的要求。

        对裁判而言，不但需要听到场内的实况讯息，还需要将其指令通过主扩声系统传达给运动员和观众。所以，需要为裁判配备合适的传声器系统。

        对观众而言，观众席任何位置都应清晰地听到赛场内的讯息。扬声器不但要均匀地覆盖观众席，还应考虑声道间的频率和相位干扰、延时以及对比赛场地的声反射等诸多方面的因素。因此，要合理设计扬声器的布局及声道数量以减少相邻声道间的相位干扰，根据前后场的距离设置延时，通过计算合理设计扬声器的覆盖角度以减少声反射。

        1.2 声学特性分析

        声反射的处理需要结合场馆的建筑声学环境。该场馆每座容积为39.5 m3/座；中频（500 Hz～1 000 Hz）满场混响时间设计值为小于2.5 s；噪声评价曲线满足NR-40。[1]

        由于游泳馆屋顶采用椭球曲面造型，极易产生声聚焦等声学缺陷；且游泳馆每座容积较大，混响时间偏长，对主扩声系统的语言清晰度极为不利。针对这些问题，在进行扬声器布局的设计中，尽量采用直达声覆盖，并严格控制扬声器的覆盖角度，减少反射声的形成。

        1.3 环境因素分析

        环境的温度、湿度都会影响声音的传播，在进行主扩声系统设计时也需要考虑在内。温度每升高1℃，声速约增加0.6 m/s。同时，场馆内上层空间与水面的温差也会导致空气密度的不同，从而对声传播方向产生微弱的改变。

        相较于其他类型的厅堂，一般来说，游泳馆的湿度较高。而湿度同样也会对声音产生影响，湿度高的环境下，水汽分子会与声波发生相互作用，高频的传播速度会比低频更慢，导致声音的频率特性发生变化。

        所以，在进行主扩声系统调试时，要考虑温湿度的影响，对延时、频率响应做针对性的调整。

        2  主扩声系统的方案设计

        2.1 设计原则及设计思路

        根据GB/T 28049—2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》和JGJ/T 131—2012《体育馆声学设计及测量规程》等标准的相关规定，体育场馆扩声系统包括比赛场及观众席的主扩声系统以及检录、呼叫广播扩声系统。文中主要阐述比赛场地及观众席的主扩声系统设计。

        在主扩声系统方案的设计过程中，遵循合规性、适用性、安全性、灵活性、易操作性的基本原则，着重考虑以下几个方面：

        （1）观众席和场地均能够获得足够的扩声声压级；

        （2）扬声器系统全面覆盖观众席，声场不均匀度满足规范要求；

        （3）观众席的语言清晰度；

        （4）减少观众席扬声器对比赛场地及馆外环境的声学干扰；

        （5）设备吊装结构设计的安全性、设备操作遵循便捷性、系统性能可靠性；

        （6）系统管理与控制要精确、简洁，系统的维护便捷，并兼顾系统的扩展性，体现人性化的设计理念。

        2.2 主扩声系统的组成

        主扩声系统的组成主要包括音源系统、调音控制及信号处理系统、全自动检测系统、功放及扬声器系统，如图1所示。

图1  主扩声系统架构 

        音源系统包括主席发言、播音发言的有线传声器，比赛场内活动及颁奖主持使用的无线传声器，以及用于播放国歌、入场须知等音频文件的播放机等设备。

        调音控制及信号处理系统设计了主、备2套系统，从调音台到信号处理核心及信号接口机箱的配置均满足系统独立运行和热备份的需求。与音源系统之间由信号分配器将输入信号一分为二，分别送入主/备系统的接口机箱。主/备系统的调音台、信号处理核心及接口机箱通过双星型音频网络进行独立组网，并进行信号处理。经过处理后的信号分别通过DANTE数字信号和模拟信号的形式送入扬声器功率放大器。总之，调音控制及信号处理系统具备从音源输入到功放输出的全链路冗余备份处理，做到不间断、低延时的实时切换，确保系统的安全性。

        为了实时掌控系统运行状态，简化运维流程，提高运维效率，设置了一套全自动检测系统，如图2所示。其功能包含设备工作状态检测、网络拥堵检测、电源及温湿度检测、远程参数调整、开关机控制等，可以通过网络将各子系统的设备工作状态实时上传到手机、电脑等终端设备，并生成工作日志。

图2  全自动检测系统交互界面

        根据不同区域的功能需求和覆盖要求，扬声器系统分为比赛场地扬声器系统、观众席扬声器系统及主席台返送扬声器系统。

        针对游泳馆容积大、混响时间长的声学特性，需要合理设计扬声器的布局，使声场覆盖均匀，并提高直达声的能量，以确保语言清晰度，因而设计采用分布式供声的方案。根据比赛场地和观众席范围、面积、前后排高差计算场地扬声器和观众扬声器分组数量、水平和垂直覆盖指向角以及声压级等参数。

        对于扬声器的选型，根据设计参数选择频响范围、辐射角度等性能合适的扬声器，并考虑其实用性和适用性。比赛场地扬声器以语言扩声为主，观众席扬声器则要考虑语言扩声的清晰度和音乐的明晰度。通过合适的扬声器配置，达到灵活的使用目的。

        比赛场地扩声选用了16只MKD1064，辐射角度为60°×40°，面向场地固定安装在场地上方马道侧面，南北两侧各配置8只，均匀覆盖游泳池和跳水台场地，如图3所示。

图3 比赛场地及观众席扬声器布局及声场覆盖示意图

        观众席扩声选用8组线阵列扬声器，固定吊装在顶部下层承重钢梁上。其中，西侧靠近音控室的观众席区域面积较小，这2组线阵列扬声器由3只KF810P-110°全频扬声器和1只SB818P-F超低频扬声器组成，如图3所示；其余6组线阵列扬声器由8只KF810P-110°全频扬声器和1只SB818P-F超低频扬声器组成。超低频扬声器的功能主要是为了扩展低频下限，增加音乐表现力。

        主席台返送扬声器配置了4只VFR159i，采用流动摆放的方式，根据需要适时调整其位置，通过设置在主席台区域的插座箱接入扩声系统。

        3  主扩声系统声场模拟与分析

        为了验证最大声压级、声场不均度、语言清晰度等设计参数的准确性，采用EASE软件对游泳馆的扩声系统声学特性指标进行了仿真模拟，如图4所示。比赛场地和观众席的模拟结果分别见表1、表2和图5、图6。经过分析可以看出，从125 Hz～4 000 Hz 最大声压级平均值大于 105 dB，整个频段声场不均匀度为不低于8 dB，STI-PA平均值大于0.55，满足并优于JGJ/T 131—2012及GB/T 28049— 2011体育馆扩声系统声学特性一级指标。

图4 声场模拟软件模型四视图

图5 比赛场地语言传输指数STIPA模拟结果

图6 观众席语言传输指数STIPA模拟结果

        4  主扩声系统实施要点

        在主扩声系统实施中，制定了详细的施工方案。根据土建施工进度和场馆试运营的节点要求，制定了项目进度计划。对项目的重点、难点进行详细分析，制定针对性解决方案和实施措施。

        4.1 扬声器吊装方式

        在扬声器的初始安装方案中，设计采用电动葫芦进行吊挂固定。然而，考虑到长期悬挂可能导致设备形变，存在安全隐患，从风险管理的角度出发，将扬声器的安装方式改为固定吊挂于顶部的钢结构上。首先，根据结构工程师提供的结构荷载数据确定每组扬声器的结构荷载上限，游泳馆顶部钢结构总荷载上限为20 000 kg，核算到单组线阵列扬声器组的上限约为2 000 kg，该项目配置的扬声器组最大值为400 kg，满足相关标准要求。

        根据计算机模拟的扬声器安装位置，结合场馆顶部的管线路由、马道、灯具等各类设备的布局，确定扬声器吊装钢丝绳的安装位置和规格。该项目采用了10 mm直径的吊装钢丝绳，根据破断拉力计算其破断拉力大于5 000 kg，满足约10倍的安全系数。再根据每组扬声器的覆盖角度，确定钢丝绳的拉升倾斜度，如图7所示。最后，为每组扬声器增加一道钢丝安全绳作为安全保障措施。

图7 扬声器吊装实景图

        4.2 音频网络部署及线缆规划

        在体育馆等大型场馆中，由于场内信号接入点和输出点分布广泛，若全部采用模拟线缆敷设，信号衰减严重且占用大量路由空间。因此，该项目采用了分布式双星型的混合式音频网络结构，将信号输入接口机箱安装于靠近场内信号插座箱的一层信号机房，调音台及处理核心设置在位于三层的音控室。调音台、处理核心及输入、输出接口机箱间的距离远，采用光纤传输信号，不但具有传输容量大、延时低的特点，其低衰减性可保障信号传输的稳定性。

        信号输出接口机箱安装在功放机房内，而功放机房设置在尽可能靠近扬声器，减少音箱线的敷设距离，降低信号的衰减。根据前期功能用房的规划，功放机房与音控室合并使用，位于三层。

        4.3 声场调试

        在进行声场调试之前，进行了线路测试、设备通电检查，并对每一只扬声器进行信号测试。声场调试的步骤和注意如下。

        （1）进行环境数据测试，包括温度、湿度、背景噪声、室内混响时间。为了确保系统调试的信噪比，测试点声压级应至少高于背景噪声15 dB。

        （2）以扬声器的轴向位置或主要工作点作为参考点，对每一只扬声器进行增益、频响范围、均衡、延时等参数设定。

        （3）以整组扬声器作为对象，选取覆盖范围内的若干测点作为参考点，进行参数修正，尤其要注意扬声器之间的延时、相位耦合。

        （4）开启全场/全区域扬声器，选取覆盖范围内的若干测点作为参考点，调整每组扬声器的增益、延时和均衡。

        （5）增大系统增益，使其达到1/4或1/10满功率输出，测量声压输出，按空间点进行平均，然后再加上6 dB或10 dB，获得最大声压级。在做此项测试时，同时听其有无共振或异常声，若有应及时排除。

        （6）将测试信号改为音乐信号进行试听，检查音质是否正常，进行主观评测及调试。

       （7）分别将有线和无线传声器接入系统，进行语音测试，检查声音有无异常现象。

        正如前文所言，环境温度、湿度会对声场带来一定影响，所以在泳池注水完成、空调系统正常运行情况下，再次对主扩声系统进行测试，对均衡、延时作微调修正。

        5  主扩声系统测试结果

        游泳馆主扩声系统施工及调试完成后，由第三方检测机构依据JGJ/T 131—2012《体育场馆声学设计及测量规程》[2]和GB/T 28049—2011《厅堂、体育场馆扩声系统设计规范》[3]，在空场状态下对主扩声系统声学性能指标进行了检测。检测结果见表3。各项指标均达到或优于JGJ/T 131—2012中体育馆扩声系统一级指标。

        通过比对前期软件模拟结果和实测数据可以看到，传输频率特性、声场不均匀度、语言传输指数结果较为接近，而最大声压级的实测值较模拟值有所提高。

        通过数据比对可以看到，系统设计时借助软件模拟可以有效预测设计的可行性。但软件模拟也存在一定的局限性，比如对声场环境参数掌握得不够准确，对反射声的计算不够全面等，都会对模拟结果产生一定的影响。所以，在前期设计时，经验丰富的设计人员会对模型参数的不断修正和细化，从而进一步提高其准确性。

        6  结语

        在杭州奥体中心游泳馆主扩声系统的设计和实施过程中，通过与声学设计的结合，借助计算机仿真模拟，优化扬声器布局和参数设置，从而优化声场效果；将数字音频技术和网络技术的优势应用到系统中，提高系统的稳定性和音质；加入智能化监控系统，使系统运维更加高效便捷。项目完成后，承办了2023年全国游泳冠军赛，杭州亚运会游泳、跳水、花样游泳比赛等国内外大型活动，主扩声系统工作状态稳定，获得了使用方的肯定。

        未来，在此类项目的设计中还可以探索更多可能性，如水下扩声的实现，应对高湿度环境的新材料的应用，基于人工智能的声场自适应调整算法等。

（图文来源：《演艺科技》2025年第一期《杭州奥体中心游泳馆主扩声系统方案及实施要点》，作者 | 蒋建锋。除原创作品外，本平台所使用的文章、图片、视频及音乐属于原权利人所有，仅用于行业学习交流，并不用于商业用途。文中观点为作者独立观点，因客观原因，或会存在不当使用的情况，如，部分文章或文章部分引用内容未能及时与原作者取得联系，或作者名称及原始出处标注错误等情况，非恶意侵犯原权利人相关权益，敬请相关权利人谅解并与我们联络第一时间处理，共同维护良好的网络创作环境。）