专利名称：长空间内扩声系统的扬声器布放方法
技术领域：
本发明涉及公共广播系统的设计，尤其是诸如隧道、走廊、列车车厢等长空间内扩声系统的扬声器布放方法。
背景技术：
在实际长空间，诸如隧道、地铁车厢等的广播系统的声学设计中，由于长空间中声压随距离衰减，所以多扬声器的扩声系统广泛用于其中。英国学者[J.Kang， "Speech intelligibility of multiple loudspeaker public address systems in long enclosures, ” J. Acoust. Soc. Am. Volume 98,2982-2982(1995) ; J. Kang，“Acoustics in long enclosures with multiple sources，，，J. Acoust. Soc. Am. Volume 99， 985-989(1996)]基于已有的长空间声学方法，对多声源长空间的声学参数进行研究，他指出，在长空间扩声系统中，优化扬声器间距要考虑很多因素，至少包括混响、语言传输指数， 其他方面还包括整个扩声系统的造价。他给出指定扬声器组间距后，长空间中多扬声器的混响和语言传输指数预测模型。他的研究中假设所有扬声器都性能一致，没有时延和声能差° 臼本学者[S. Yokoyama, H. Tachibana, S. Sakamoto, and S. Tazawa,"Design of public address system for emergency evacuation in a tunnel, " J. Acoust. Soc. Am. Volume 120,3053-3053(2006)]研究中考虑了时延的影响，荷兰学者[S. J. van ffijngaarden, J.A. Verhave, "Prediction of speech intelligibility for public address systems in traffic tunnels, "Appl. Acoust. Volume 67，306-323 Q005)]针对现有测量和模型的结果，从统计意义上得到一个简化有效模型。后两者的研究都是指定扬声器间距后，运用模型研究长空间中扩声系统的语言传输指数。在广播系统中，语言传输指数是基于语言信号调制指数在传输过程中的变化而导出的评价语言清晰度的客观参量，声场不均勻度定义为公共广播服务区内各测量点测得的声压级的最大差值(GB50526-2010)。这两个指标是都是长空间中扩声系统设计是必须要考虑的参数。国家标准《公共广播系统工程技术规范》(GB50526-2010)要求公共广播系统在各广播服务区内的电声性能指标应符合的指标包括声场不均勻度和扩声系统语言传输指数，一级业务广播系统和一级背景广播系统的声场不均勻度要求是160Hz至6300Hz频率范围内小于10dB，二级业务广播系统和二级背景广播系统的声场不均勻度要求是250Hz至 4000Hz频率范围内小于12dB。虽然目前仅有针对厅堂的扩声系统设计规范和扩声系统声学特性指标(GB50371-2006，GYJ25-86JGJ/T16-92)，但在长空间的扩声系统可参照这些规范指标。CN 201270517Y和CN 201328190Y都公开了一种隧道广播系统，其中CN 201270517Y介绍了包括广播呼叫站、广播控制装置、综合功放装置和隧道播放装置的隧道广播系统，CN201328190Y介绍了包括复数个播音装置、数字音频处理装置以及控制中心的广播清晰的隧道广播系统，这些专利仅指出按照播音装置音区长度将隧道分成多个音区，但没有针对长空间的声场特点对扬声器布放给出具体方案。目前在主要是一个方向延伸的房间(例如走廊)的广播系统扬声器布放中，主要依靠扬声器自身有效覆盖角的概念[Ahnert W. and Staffer R.扩声技术原理及其应用，王季卿赵其昌译，电子工业出版，北京，2003]。国内学者[张震.地下商业街语言清晰度模拟及其改善研究.硕士论文.哈尔滨工业大学.O009)]指出，目前地下街道(长空间)的工程场合扬声器布置设计正是依靠扬声器自身有效覆盖角的概念，一般采用扬声器位置距人耳距离的2倍。但有研究[彭妙颜.公共广播系统声学设计及其相关标准——公共广播国家标准论证项目.电声技术，31(8), 79-82 (2007)]指出这一设计方法仅仅是针对声场不均勻度不大于3dB的前提要求得到的，因而得出的扬声器间隔比较小，所需扬声器数量较多。实际长空间中的扬声器布放不均勻度要求一般会大于3dB，目前没有针对长空间这类特殊空间的声场不均勻度的扬声器系统布放方法。因此需要提出针对声场不均勻度要求(不为3dB时)的长空间扬声器的布放方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种根据长空间的尺寸和边界条件以及声场不均勻度要求， 长空间内扩声系统的扬声器布放设计方法。本发明通过以下技术方案实现第一步、设定频率范围的声场不均勻度小于ALp。给定长空间的尺寸和边界条件， 该长空间垂直于地面的两个竖直边界的边界条件一致，可不同于顶面和地面的边界条件。 设扬声器布放在长空间顶面。设计针对指定高度的平面，一般为人耳高度平面，如
图1中的平面Pi。在顶面，过中点&垂直于长空间长度方向的直线，称为顶面过&横向直线，如图1 中的直线Li。&在平面P1的投影点为、。在？工平面，过点、垂直于长空间长度方向的直线与边界的交点为、。过点、垂直于长空间长度方向的直线，称SP1平面过、横向直线， 如图1中的直线L2。过点、沿长空间长度方向的直线，称为P1平面过、纵向直线，如图1 中的直线L3。过、沿长空间长度方向的直线，称为P1平面过、纵向直线，如图1中的直线
L4 ο第二步、对选定频段，利用单个扬声器在P1平面过、横向直线上的声压衰减曲线， 确定横向扬声器初始位置。具体为(1)计算位置&处单个扬声器Y。沿直线L2上的声压最大变化幅度，记为(Δ、,
Υ0) max 0(2)如果(Δ LL2,Y0)fflax小于Δ Lp,则在顶面横向直线上包括直线L1需要布放的扬声器个数都为1个，位于横向直线中点，比如L1中点&。(3)如果(ΔΙ^2,Υ(Ι)ΜΧ大于Δ Lp，设P1平面过S1横向直线L2上声压衰减ALp即相对声压级为-Δ Lp的位置为S2,则顶面横向直线布放的扬声器的间距为S1和&间距Δ Cl1的 2倍，记为2 Δ Cl1。在顶面横向直线上布放的扬声器间距为2 Δ Cl1，横向直线长度与2 Δ (I1相除，得到的商加1为横向直线上需要布放的扬声器个数。在横向直线上布放扬声器组时以横向直线中点对称布放。第三步、如第二步得到所有频段的横向布放距离，取最小值作为扬声器横向布放距离。
第四步、如第三步得到横向初始位置的扬声器组，即位于直线L1的A。根据过Y1 在？工平面的投影点和平面中心及边界所在纵向直线上的声压衰减曲线确定纵向扬声器组初始间隔。设横向扬声器组中有21-1或者21个扬声器(I = 1，2，...)，利用对称性，需要考虑1+1或者1+2个纵向直线上声压衰减曲线，即除了考虑部分投影点的纵向直线上的声压衰减曲线，还需考虑中心和边界的纵向直线上声压衰减曲线，即P1平面过、纵向直线L2和 P1平面过、纵向直线L3。将得到的所有纵向直线上的声压衰减曲线做归一化处理，即用所有声压衰减曲线中的最大值作参考值。在所有纵向直线上声压衰减曲线中，取相对声压级为_(Δ、+3)的最近位置，该位置距最大值的纵向距离为Ad2，则顶面所有纵向直线布放的扬声器的初始间距为2 Ad2。第五步、顶面纵向直线布放扬声器的初始间距是假设到接收处的声场由距接收处最近的两组扬声器影响得到，因此下面考虑纵向方向多组扬声器的修正。(1)在过P1平面的相对声压级最大值所在的纵向直线Lmax的声压衰减曲线上，取M 点，则第m点(m= 1，2，...，M)距最大值的距离分别为2 (m_l) Ad2，其相对声压级为(Ltax, yi)MI> (LL_,y1)M2、. . ·· · (Llmxjyi)mm ；在相对声压级为-(ALP+3)的最近位置所在的纵向直线Lmin的声压衰减曲线上取N点，则第η点(n = 1，2，. . .，N)距最大值的纵向距离为(2η-1) Δ d2，η 点上相对声压级分为别(LLmin,Y1)m、(LLmin,Y1)N2、· · · (LLmin,Y1)Nn. · · (LLmin,Y1)丽。 这里Μ、N越大，修正越准确。据此算出
权利要求
1.长空间内扩声系统的扬声器布放方法，其特征在于根据长空间的尺寸和边界条件以及声场不均勻度要求，通过长空间中不同扬声器位置的声场衰减曲线，给出长空间中横向和纵向的布放个数或间距，包括以下步骤(1)设定频率范围的声场不均勻度小于ALp，给定长空间的尺寸和边界条件，该长空间垂直于地面的两个竖直边界的边界条件一致，可不同于顶面和地面的边界条件，设扬声器布放在长空间顶面，设计针对指定高度的平面；(2)对选定频段，利用单个扬声器在指定平面特定横向直线上的声压衰减曲线，确定横向扬声器布放距离；(3)如(2)得到所有频段的横向布放距离，取最小值作为扬声器横向布放距离；(4)如(3)得到横向初始位置的扬声器组，根据其在指定平面的投影点和平面中心及边界所在纵向直线上的声压衰减曲线确定纵向扬声器组初始间距；(5)纵向扬声器组初始间距是假设到接收处的声场由距接收处最近的两组扬声器影响得到，因此考虑纵向方向多组扬声器的影响，得到纵向直线布放扬声器的修正间距；(6)如(4)和(5)得到所有频段的纵向布放距离，取最小值作为扬声器纵向布放距离。
2.如权利要求1所述的确定横向扬声器初始位置的参考的声压最大变化幅度为ALp。
3.如权利要求1所述的确定纵向扬声器组初始间距的所参考的横向扬声器组中扬声器个数为21+1或者21+2 (I = 1,2,...)时，利用对称性，需要考虑1+1或者1+2个纵向直线上声压衰减曲线。
4.如权利要求1所述的确定纵向扬声器组初始间距，是指定所有指定纵向直线上的声压衰减曲线中，取相对声压级为_(Δ、+3)的最近位置。
5.如权利要求1所述的纵向直线布放扬声器间距修正时，在原条件基础上所考虑的多组扬声器的相对声压级为
6.如权利要求1所述的纵向直线布放扬声器间距修正时，参考的相对声压级为 _(2ALp+A Li+3)。
全文摘要
本发明公开了一种针对声场不均匀度要求，在长空间内扩声系统的扬声器布放方法。该方法根据长空间的尺寸和边界条件以及声场不均匀度要求，通过长空间中不同扬声器位置的声场衰减曲线，给出长空间中横向和纵向的布放个数或间距。本发明适用于垂直于地面的两个竖直边界的边界条件一致的长空间。
文档编号H04R1/10GK102325284SQ20111025987
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月5日 优先权日2011年9月5日
发明者邱小军, 陈妍 申请人:南京大学