扩声工程概述
公共广播扩声工程属于扩声系统的一个分支。所以我们首先对扩声工程作一概括，便于读者能从更高的层面加深对公共广播扩声工程进行认识。
社会上许多人都对扩声工程认识不足，认为扩声系统非常简单，只要把话筒（及其他声源）、调音台、功放和扬声器等这些设备连接在一起就能组成一项扩声工程。这种理解造成许多业主投入了不少资金，可实际得到的效果与想要的效果差距甚远。
扩声系统是一项系统工程，涉及电子技术、电声技术、建声技术和声学艺术等多种学科，同时还须与视频系统（多媒体投影和摄像系统）、舞台或舞厅灯光系统和安保系统等子系统的密切配合和协调。扩声系统的音响效果不仅与电声系统的综合性能有关，还与声音的传播环境——建筑声学和现场环境密切相关。
扩声系统作为一个系统问题，在系统设计中必须综合考虑上述各种问题。在选择性能良好的电声设备基础上，通过周密的系统设计、仔细的系统调试和良好的建声条件，达到悦耳、自然的音响效果。
扩声工程分类
广义的扩声音响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，是扩声系统一个特例。
扩声音响系统按用途可分为以下几类：
1）室外扩声系统
室外扩声系统主要用于体育场、车站、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声反射物体，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）室内扩声系统
室内扩声系统是应用最广泛的系统，包括各类影剧院、体育馆、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）流动演出系统
扩声系统除了固定安装系统外还有流动系统。常用于各种大型场地[如体育场（馆）、艺术广播和大型宴会厅等非文艺演出用临时安装的系统称流动演出系统。流动演出的音响设备必须结构紧凑，便于携带、运输和安装，可靠性高并能适应各种苛刻的使用环境。大型流动系统的投资大，通常向专业音响公司租赁使用。
4）公共广播系统
这便是本文所讲的内容。当扩声区域较大且分散，或使用分散式供声方案时，宜采用公共广播系统扩声。对公共广播的音质的要求不如其它扩声系统。公共广播在早期多半是提用于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，如选区广播和全呼广播功能、强制切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。国家标准对广播扩声的声压级要求不太高，音质以中音或中高音为主。
5）会议系统
随着国内、国际交流的增多，近年来电话会议、电视电话会议和数字会议系统（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电话会议系统。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。
声场设计
声场设计是满足音响系统功能和音响效果的基础，一个声场的基本设计应包括隔声处理，现场噪声的降低，建筑结构的合理要求，声均匀度的实现，声颤动、聚焦、共振、反馈等问题的解决，室内混响的正确计算。
好的声场设计应该混响时间合适，建声比例合理，声音扩散性好，没有声聚焦，没有可闻的振动噪声，没有死声点，具有合适的响度，声能分布均匀，满足信噪比要求，各处频率响应均衡。
声场设计从建筑设计开始时就要考虑，它是扩声系统的基础，涉及系统最终的音响效果，但也是非常复杂繁琐的工作。由于计算机技术的飞跃发展，现在可采用多种声学软件工具进行计算。最具代表性的声学软件有：美国JBL 公司的 CADP2、荷兰菲利浦公司的 THE PHDPROGRAM、美国 BOSE 公司的 Modeler®设计软件和 Auditioner®试听软件、美国 MARK IV`S集团的 ACOUSTA CADD 和日本 TOA 公司与日本东京大学联合开发的 CAD 软件、松下的 CAD 等。而今国际 上最具盛名并广泛采用的是德国ADA 在九十年代中期开发的通用数据 库EASE（Electro Acoustic Simulator for Engineers）设计软件，目前使用主要流行是EASE3.0和 EASE4.0。声场分析软件主要设计参考指标是：直接声压和混响声压 SPL、Alcons 语言清晰度、RASTI 语音传递指数、混响时间曲线、声压均匀度、计算延时时间等。
声场设计关系到扬声器系统的选型、供声方案和信号途径等。只有确定扬声器系统才能进行功率放大器驱动功率的计算和驱动信号途径的确定，然后再根据驱动功率的分配方案进一步确定信号处理方案和调音台的选型等。
声场设计过程可能需要反复多次才能达到要求。
扩声系统供声方案
根椐建筑物的功能、体型、空间高度及布局等因素，可分为集中供声、分散供声和分区供声三种供声方案。良好的扩声工程应能有效地控制扬声器的声场分布和满足投射距离的声压级要求。
1) 集中供声
顾名思义是把一组扬声器集中安装在一个固定位置上的供声系统。对于舞台、剧场或多功能厅来说，扬声器组通常安装在靠近舞台台口上方左右两侧(三路扬声器系统可分为左中右三组安装)。
由于声音来自舞台方向，与观众的视听方向一致，听感自然。为使全部观众区声场均匀，扬声器应置于较高的位置。为克服前几排观众区“头顶感”声像，可在台口两侧或台唇部位设置若干小功率辅助扬声器，利用哈斯效应解决前区观众声像一致的问题。
(哈斯效应：一个声场中的二个同频声源，在传入人耳的时间差在50ms以内时，人耳无法明显辨别出它们的方位。感觉到声音由先发出的声源传来。这种先入为主的听觉特性叫哈斯效应。要注意的是：如果在上述条件下，这两个声源在听音位置上感觉响度差异较大时，将感觉到声音由较响的声源传来，这叫声音的掩蔽效应。)
对四面均有观众区的大型体育馆或大型厅堂，扬声器系统通常以一种“声塔”形式的阵列组合吊挂在大厅中央。
利用扬声器指向特性，即偏轴方向的声压随偏角增大而逞渐减少的特性，和声压级随投射距离的增加按距离的平方减少的特性，可令声场达到互补而均匀的结果，如图 3-1 所示。但扬声器指向特性是频率的函数，这种声场互补的效果只在一定的频率范围内起作用，随着偏角增大，声音的高频部分迅速衰减，这时也可能需要设置若干小功率中高音扬声器来进一步补偿改善。
图 3-1 扬声器偏轴与射程的声压互补
集中供声的优点是声像一致，听感自然；扬声器之间的声波干扰小；声音清晰度高。缺点是对于形状复杂，又有多层楼厅和眺台的厅堂，声场不易做得均匀：狭长的厅堂，由于投身距离远，后座观众区的声压级可能会偏低。为此，可利用强指向性的远投射扬声器增强后部观众区的声压级以及在眺台下面的声影区适当增设几个补声扬声器，增加这部分区域的直达声和声压级，抑制混响声的影响，提高声音的清晰度。
2) 分散式供声(雨点式扩声)
对于无法采用集中供声的大型或狭长高度又不高(低于
分散式供声有两种形式：一种是以天花安装扬声器为供声单元的分散式供声，。另一种是以小功率声柱或音箱为供声单元的分散式供声系统。分散式供声系统能获得均匀的声场；并由于扬声器与听众之间的距离很近，可保持较高的直达声与混响声的声能比。所以在混响时间较长的条件下也能获得较高的清晰度，并且不容易发生回声问题。
分散式供声的最大优点是声场均匀，直达声与混响声的声能比高，它的最大缺点是视听感觉不一致和多声源之间的声音干扰较大，影响声音清晰度。采用小功率高密度低声压的分散式供声可在混响时间较长的特大型会场中获得较好的语言可懂度。
分散式供声时供声单元比较多，故而十分适合采用定压广播系统。
3) 分区式供声
对于狭长的礼堂，集中供声扬声器投射到后面观众区的声压级会偏低；具有较深楼台和眺台的大型剧场，由于楼台和眺台的遮挡，使主场扬声器的直达声无法抵达，造成楼台和眺台下面的“声影”区。为此必须在礼堂的中、后部及楼台下面的“声影”区内布设若干个补声扬声器来提高这些观众区的声压级和直达声，扬声器的布局称为分区式供声。
在分区式供声系统中，由于主扬声器与补声扬声器之间的距离较大，两个声源到达听众位置的相对延时较大。如不经延时处理，到达中、后部观众区的声音会产生两重声效果，影响这部分观众区的声音清晰度，为防止这种观象发生，可在补声扬声器的信号通道中插入一个延时单元使两组扬声器的声音能够同时到达听众区。为保证声像定位效果，要求补声扬声器的声压级低于主扬声器的声压级。
分区式供声的扬声器系统如果设计和调试不当，很容易产生声波干扰，影响系统的清晰度。
上述三种供声方案各有优缺点，必须因地制宜使用。为保证系统声像感觉一致，音质清晰自然，应首选先考虑集中供声方案。
室内扬声器的布置
扬声器系统内置的合理与否，直接关系到整个系统的音响效果，扬声器的布置一般应遵循以下原则：
1)使听众区的声场尽可能达到均匀一般；
2)视听方向一致，声音听感自然；
3)有利于克服声反馈，提高传声增益；
4)扬声器的覆盖角应能覆盖全部听众；
5)听众区的声压级应能满足总技术条件要求；
6)各扬声器发出的声音到达听众区各点的时间差应小于 5-30ms；
7)便于安装、调试和维护。
声音清晰度
扩声现场必须有足够的声压级外，还必须有足够的声音清晰度。声音清晰度是扩声系统的重要技术指标。语言清晰度是评价系统可懂度的一种方法。影响语言清晰度的主要因素有：
1）声压级与背景噪声声压级的比率
良好的声音清晰度要求语言声压级大于背景噪声声压级25dB。如果这个比例在10～15dB时，清晰度指标会相应降低，但还是在允许范围。背景噪声来源于室内外的环境噪声、空调通风噪声和人群发出的噪声等。
2）混响时间
讲话速度中等的人，每秒钟可以出 3～4 个音节，因此 1.5 秒更短一些的混响时间，对语言清晰度的影响不大。
3）直达声与混响时间的声能比
混响时间超过 1.5 秒时，语言清晰度是混响时间和直达声与混响声声能比的函数关系。
扩声系统设计的常用流程
扩声系统设计通常都从声场开始，然后再向后推进到功率放大器、声处理系统、调音台、直至话筒和其他声源。
公共广播工程设计方法
按照上述扩声系统设计流程，公共广播工程设计的设计顺序是：
1）先进行声场设计，确定广播扬声器的选用和配置；
2）选用广播功放；
3）确定广播分区；
4）广播系统的建构。
公共广播工程的声场设计与其它扩声工程相对来讲，要简单一些，有经验的工程公司甚至可以不用借助声学软件工具。本书对此不作详细介绍，有兴趣的读者可参考其它相关书籍，这类书籍还是很常见的。
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，价钱相对便宜，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），宜用吊装式球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。室外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。草地音箱不仅防雨水，而且造型优美，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。这类扬声器必须是全密封型的，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 48～52 dB，超级商场的本底噪声约 58～63 dB，繁华路段的本底噪声约 70 ～75 dB。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。椐此，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 +10 lg P–20 lg r dB （1※）
天花扬声器的灵敏度级在 88～93dB 之间；额定功率为 3～10 W。以 90dB / 8 W 匡算，在离扬声器
根据以上近似计算，在天花板不高于
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 DSP-408 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 DSP-408 音柱的覆盖距离可以达
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 恒压输出端子。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。
广播功放最重要的指标之一是额定输出功率。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•ΣP0 （2）
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•Pi
Pi — 第 i 分区扬声器额定容量
Ki — 第 i 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广播扬声器总功率的 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总和的1.5倍。至于广播功放的其他规格，取决于广播系统的具体结构和投资。
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。
选用其它周边设备
最后根据用户需要，选用系统定时、分区监听、消防接口、主备功放切换等功能设备。
公共广播的功率信号输送线路 (广播线路)
广播线路铺设的一般要求
公共广播的线路分室内线路和室外线路两类。我们先看看室内广播线路的一些要求。室内广播线路在建筑设计时就要事先规划好，在施工时就要同时与其它工程系统的线缆一起预埋(称为布“暗线”，即线路布置在竖井、天花板、墙壁、梁柱中，建筑在装修完毕后，完全看不到线路，只能看到线路到达的插座或终端设备)。在已建好的建筑物中，要布暗线是非常麻烦的，往往需要开墙凿壁。要么就只能布“明线”，即能看得见线缆或线槽，这样就会影响建筑物的美观了。
