天安门广场改造工程中的扩声系统
1970/01/01 19:07 点击：511 / 回复：0
广电总局设计院 张宏军 陈怀民 骆学聪
一、概述
天安门广场扩声系统始建于1959年，1976年因在广场南端建设毛主席纪念堂而进行与之配套的广场区扩声改建。1999年天安门广场改造全面进行，扩声系统是改造工程的一个组成部分。由于是“改造”工程，整个建筑格局及外观要求基本保留原貌，所以扩声主辅机房位置、扩声扬声器组的外形及布点均保持原位。更新已破旧且技术落后的设备及线路，提高系统质量，确保国庆50周年及以后大型政治性群众活动的顺利进行，是本次改造的主要任务。
本扩声系统改造工程有以下几个主要特点：
——规模大。扩声系统覆盖的范围包括：广场区约500米×800米=40万平方米，东西长安街约3000米×70米=21万平方米，以及天安门城楼、观礼台、东单路口至建国门桥等区域。广场及东西长安街共使用大型室外扬声器组（声柱）143只，功率近60千瓦。铺设暗装扬声器电缆约250公里，中低电平信号传送电缆约50公里。
——扩声系统工作必须非常可靠。由于天安门广场政治性群众活动的重要性，决定本系统的稳定可靠性是首要的，应从设备选型、系统组成、安装施工各方面充分考虑可靠性问题。
——扩声系统主要用于大型群众集会，音质必须既满足语言扩声的要求，同时又兼顾音乐节目重放。设计拟定以广场满功率声压级95dB、声场频响在125～4000Hz内基本平直，低于125Hz和高于4000Hz自然衰减（如-6dB／Oct）的指标，根据这个指标确定扬声器组的基本技术特性。
——传声器（话筒）点多而且分散。设在天安门城楼上主席演讲的传声器，阅兵式首长使用的可能远离机房达2公里左右的车载无线传声器，以及国庆鸣放礼炮处声压级很高的有线传声器，拾取各种现场声的传声器，等等。这些传声器信号既用于现场扩声、录音又用于广播电视转播，因而需要可靠灵活地分配交换。
天安门广场扩声系统改造于1999年8月完工，顺利完成建国50周年的阅兵暨群众游行集会的扩声任务。本工程由天安门管理委员会和广电总局技术机要处组织实施，广电总局设计院负责系统设计与测量调试，北京城建集团安装公司安装，室外扬声器（声柱）由北京797厂负责生产。
二、扩声系统介绍
整个扩声系统共设置九个控制机房：信号交换中心、录音转播系统、现场调音机房、辅助扩声机房、主扩声机房、东单机房、西单机房、国旗杆机房、天安门城楼机房。另外在南长街路口西、南池子路口东、东单路口东分别设有信号接线箱，必要时可在此架设流动扩声设备。扩声系统原理框图见图一。
根据使用要求，在天安门城楼上、东华表、西华表、中山公园、劳动人民文化宫、国旗杆、人民大会堂、历史博物馆、毛主席纪念堂等处设置信号插座箱，可以传送传声器信号或节目信号。检阅车上配备了两套无线传声器信号发射和接收设备。
1．信号交换中心位于天安门城楼下的东机房西屋，各种传声器信号、节目信号、转播信号以及现场调音系统回送的扩声信号等均送至交换中心的信号交换塞孔立柜，经传声器前置放大器、音频分配放大器放大、分配、交换，根据需要，将信号分别送至每个扩声机房、录音系统，并为电台电视台的转播提供信号。
2．录音转播系统位于东机房东屋，配置录音转播调音台和录音处理设备。
3．现场调音机房位于西观礼台下西机房，现场调音台将现场拾取的各种信号通过信号交换中心传来，再经现场调音台调整放大返送至信号交换中心，再经信号交换中心分配送至各个扩声机房。现场调音台可对各个区的音量、信号进行控制，必要时还可作为各扩声机房调音系统的备份。机房内配有必要的声处理设备及信号源设备。
4．主扩声机房位于人民大会堂地下一层，扩声控制覆盖整个广场区域。广场区又分8个小区：观礼台、金水桥南、国旗杆、广场中心、纪念堂、纪念堂南、南长街东、南池子西，共布置声柱80条。扩声调音台将信号交换中心传来的信号调整放大，分送给各区的均衡器，采取分级延时的方式，经功率放大器、输出变压器、转换开关将信号送至各声柱。各区信号、音量可由调音台分别调整、控制，使用方便、灵活。机房内配有必要的处理设备及信号源设备。此外，机房内设计有一个输出信号转换开关立柜，国旗杆机房和辅助扩声机房送至声柱的输出信号可在此进行倒换。
除天安门城楼扩声系统外，每个扩声系统中都配置有监听监测器，可对每路功放输出信号在送至声柱前进行监听监测。
5．东单机房位于东方广场地下一层，西单机房位于信息产业部门楼三层，扩声控制覆盖东西长安街区域。扩声调音台将信号交换中心传来的信号调整放大，送至均衡器、功率放大器，并经输出变压器、转换开关将信号送至各声柱。机房内配有必要的处理设备及信号源设备。
6．为了保证每天升国旗播放国歌的需要，在国旗杆地下室设立一个扩声机房，利用旗杆附近四根灯杆上的8条声柱扩声。机房内配置国歌信号发生器、激光唱机、调音台、均衡器、功放等扩声设备，所有设备由时序控制电源控制，每日定时自动开启、关闭。扩声信号经输出变压器先送至人民大会堂主扩声机房，通过转换开关再送至声柱。此外在国旗杆基座设有传声器插座盒，当乐队演奏时可将信号传至机房内扩声设备进行扩声。
7．天安门西观礼台下西七号设辅助扩声机房，主要设备使用东单机房的扩声设备，利用广场部分声柱在周末或节假日期间给广场区域播放音乐节目，丰富群众文化生活。
8．天安门城楼机房设在城楼大厅内，扩声范围包括城楼大厅、走廊及两侧平台区域。选用音质较好的全频扬声器箱，固定安装在城楼大厅和走廊上空。机房内配有必要的处理设备及信号源设备，既可单独使用，也可将信号交换中心传来的信号经扩声调音台调整放大，送至均衡器、功率放大器送至各扬声器箱。
9．东单路口至建国门桥区域，选用号筒扬声器，临时安装在灯杆上。扩声设备安装在流动车内，信号交换中心传来的信号送至路边的信号接线箱，扩声调音台将信号调整放大，送至均衡器、功率放大器，并经输出变压器将信号送至各号筒扬声器。
此外在南长街路口西墙和南池子东墙各设有一个信号接线箱，必要时可在此架设流动扩声设备对东西长安街区域的声柱提供扩声信号或单独使用。
三、讨论几个问题
1．广场声场覆盖
如前所述，这次改造的原则之一是扩声扬声器组的外形及布点保留原貌不变，即扬声器组仍然采用“声柱”的型式，与灯杆结合安装，分布在东西长安街北侧及广场中部。广场覆盖可分为两部分：一是广场部分，约东西宽500米南北长800米，包括广场中心及金水桥南、观礼台；二是东西长安街部分，包括西单路口至南长街路口，南池子路口至东单路口。广场部分仍然如前所述，采用分散布置声柱辅以延时的扩声方案(以金水桥南声柱为参考点，最南端声柱延时达2250ms)。完工后的扬声器组布点见图三声柱布置示意图。广场区域这种与灯杆结合分散布置声柱、辅以延时覆盖整个广场的扩声方案历经20多年，其观感已被广泛接受。它有助于声场均匀，可以较有效地减小周围建筑回声的干扰，但要求控制扬声器组的指向性。按需要与可能，本工程的声柱辐射“前后比”在250Hz以上为10～15dB。
这种扬声器组布置方案还可以满足“局部扩声”的要求。如举行升降国旗时只在国旗杆附近播放国歌：广场文艺演出时与流动扬声器设置相结合进行局部扩声，等等。
扩声声场实测结果广场中心区最大声压级为99dB，金水桥南区域为96dB，观礼台区为92dB，东单区域为95dB，西单区域为96dB。声场的调试是在主观听音结合客观测量认为基本满意后进行。由于本工程所处的位置，不可能长时间开机发声调试，故声场数据较为粗略，但由于使用NORSONIC RTA840实时分析仪(REAL TIME ANALYZER)，其快速测量和数据存取的先进性，给本次测量调试工作带来了极大的方便。这与1976年不允许开机发出粉噪声调试因而没能获得声场数据相比较，已前进了一大步。
没有正式进行音质主观听感评价，仅从调试听音及使用反应认为广场区经过延时处理，基本上没有感到由于分散扬声器系统供声而出现的多重声干扰，但附近建筑物造成的“回声”则仍然不可避免。声场声压级及音质可满足使用要求。由于原扬声器组布点的不均匀，中部区域声级相对较强，东西侧较弱。广场区域的音质及声压级优于东西长安街区域。
2．功放分布及功率信号传送
本工程中，东端声柱与西端声柱相距约3.5公里，与广场的主扩声机房距离也在2公里左右，为了有利传送，这次改造沿用原设计，除广场主扩声机房设功放为广场声柱服务外，还在东单及西单各设一个辅助功放机房，分别为东西长安街声柱服务。
功率传输仍采用240V线路传输电压，传输电缆则增大为4×2.5平方毫米，基本上保证扬声器系统的线路功率损耗在10％以下(衰减小于1dB)。
从纯技术观点出发，本次扩声系统改造有多种更为“现代”的传输方式可以考虑，如分散式功放网络管理、有源扬声器系统、数字光纤音频传输，等等。此次改造其所以仍“重弹老调”是考虑本工程是“改造工程”，而且有明显的特殊性，如扬声器系统长期固定安装于户外，扩声系统的使用率极低，以及系统安全可靠及节省投资，使用维护管理习惯等，因此这种方案是可靠的，但不一定是“技术”先进。
3．采取有效措施提高扩声系统工作的可靠性
(1)户外扬声器系统(声柱)有效防雨、防尘。1959年生产的声柱经在东西长安街40年风雨，除外壳锈蚀外，其防水、防尘措施基本有效。故797厂新生产的声柱基本上沿用原有的防护措施，组成声柱的各种元器件均按有关标准通过严格的例行试验。
(2)系统中主要设备选用国际上知名品牌并经我们国内多个工程实践证明是工作可靠稳定的产品。
(3)整个系统基本上是双通路，双传声器通路，双母线通路，以及每个声柱均为双功放两路馈送功率。
(4)分散式声场覆盖，即使个别声柱发生故障，对整个声场无实质性影响。
4．低、中电平(OdB以下)信号的传送及交换
位于天安门城楼右下方的信号交换中心，集中各处拾取的传声器(含无线传声器)信号进行分配、交换，信号传送及交换有多种方式可供选择，正如前文所述。鉴于本工程系“改造”性质，又具有不同于一般项目的特殊性，如使用率极低，过去多年维护工作问题，仍然沿用旧习惯，采用传统的模拟信号屏蔽线传送，Φ6.35插孔交换。
传声器(或线路)源阻抗较低(150Ω以下)，在本工程广场内最长中低电平线路约为500米，使用RVVP(4×0.3mm2)对角并接。线路引起的高频衰减问题不影响正常使用。当线路传送距离更长时，则高频衰减不可忽略；且由于传输线路长，传声器端开路时，该通路应“静音”，以免噪声串入系统。
5．声柱特性
扩声声柱有三种型式，均由Φ300低音单元及高音号筒扬声器组成。其中I型声柱用于广场中心区，II型声柱用于金水桥前南长街至南池子区域，Ⅲ型声柱用于东西长安街北侧。
I型和II型声柱长3.5米，Ⅲ型声柱长2.5米，设计的服务距离为70~100米，这与消声室测量的条件相差很大，虽然制造厂商提供的消声室资料可供参考，但更多是以现场的听音来判断评价其音质。广场区的主观听音质量与东西长安街的差别，与声柱的结构组成有关。广场区的声柱采用797厂研制的Φ300低频单元与JBL高频扬声器单元两部分组成的两分频系统；而东西长安街声柱的组合方式，制造厂商为了充分利用纸盆扬声器单元的特性，采用低频扬声器组全通不分频，再附加797厂自行开发研制的高频扬声器单元的方式，这种组成声柱即使在高频扬声器单元破坏时，整个声柱不至于完全失去高频声成分，但其音质及指向性特性则值得商榷。消声室测量的幅度频响及灵敏度特性，比1976年的产品有明显的提高，但可能受限于“外形不变”，构造几乎不可能调整改善，因而频响中的“中频低谷”现象没能根本克服。
文章:youk [1970/01/01 19:07]
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