当前中国体育场馆音响系统应用现状及发展趋势研究
发布时间:2022-02-11 12:17:49 | 次浏览
摘 要：
基于文献、调查和个案分析的研究方法对体育场馆音响系统的应用现状展开调研，分析了中国体育场馆扩声系统的应用现状和需求，并结合技术发展提出了针对性的解决建议，探讨了体育场馆音响系统应用的新趋势。
随着经济发展、社会进步和人民生活水平的不断提高，中国的体育事业蓬勃向上，体育产业已然成为国民经济的新亮点。从实际应用情况来看，以1990年亚运会和2008年奥运会为契机，中国现有体育场馆的音响系统在设计和建设上已经取得了长足的进步，但随着时间的推移和社会的不断发展，其与当前实际应用情况存在一定的脱节现象，从而在某些层面上造成了设计、建设与实际应用的不匹配性。
以此为出发点，使用文献研究、个案分析和调查分析的方法，选择了20余所体育场馆、30余名采访对象，通过实地考察和访谈的形式，对现有体育场馆音响系统设计、建设和使用现状进行调研、总结，对体育场馆类音响系统的宏观建设和具体应用的难点痛点以及功能需求进行研究和分析，并结合相关音频技术的发展，给出针对性的解决建议，对该类系统的发展趋势进行了研判。
1 体育场馆音响系统宏观建设分析
基于近年来国家相关政策的引导，催生了更多的体育空间，随着体育场馆运营模式和功能多样性的发展，其音响系统也必然会在更多场景得到应用。根据相关资料的查阅，并结合访谈总结，调研组把目前的体育场馆音响系统建设模式分为三种：体育工艺整体打包招标承建、弱电整体打包招标承建和音响系统单独招标承建。
在不同体量的体育场馆建设中，承办大型国际赛事和文化演出以及大型商业活动的体育场馆对于音频设备的品质和性能要求较高，在需求上主要是关注系统的质量、安全性以及品牌形象，在设备选型上往往会选择国际一线品牌。全运会、省运会级别的体育场馆，赛事级别及造价预算均有所下降，但也会重点关心系统的安全性、稳定性，因此，一般会选择国际中高端品牌或国产高端品牌的扬声器系统搭配进口调音台，来搭建固定安装音响系统。区县级以及一般大专院校的体育场馆由于建设规模较小，场馆内扬声器用量相对较少但使用频率较高，日常应用模式更多，因此更注重音响系统的功能性。一般会依据预算规模选择相应档次的国产或进口品牌的扬声器系统。此外，针对一些影响力较大的体育场馆，出于商业推广的目的，个别设备器材厂商可能会采用“捐赠”或“变相捐赠”的方式提供相关音响系统，这种情况下设备的选择往往不遵循上述规律，当然，这样的样本数量也较少。另外，大多数的体育场、游泳馆以及一些涉及冰上项目的场馆，由于扬声器长期处在室外或者潮湿的环境中，在扬声器选型中通常会选择IP防护等级较高的品牌型号。
2 体育场馆音响系统使用情况及需求分析
2.1 系统使用操作及运行维护的常见痛点
当前，中国体育场馆建设中，建筑设计与体育工艺专业设计因各种原因存在与实际需求有一定的脱节现象，造成扩声系统在后期使用和运行维护中出现痛点。
（1）一些场馆音响控制室的位置设置不合理，或者窗户完全密封，或者两者兼而有之，造成在控制室内完全听不到场馆内部的扩声效果（如图1某体育馆音响控制室所示），此时音频系统的现场调控就变得非常困难，调音台输入输出以标记为准，实时性操作主要依据以往经验和感觉，或者需要安排专人在观众区位置通过对讲机遥控具体操作人员。
（2）当大型场馆音响系统采用多功率放大器机房布局时，远端机房的供电大多需要人力推闸关闸，通常这些机房距离较远，人工操作的方式耗时耗力，便利度很差。
（3）中小型体育场馆的音响系统操作人员多为非专业人员，同时这些人员还有很大的可能性需要兼顾视频显示及场馆照明等系统的操作，因此，整个系统在使用操作层面的智能化程度以及便利性设计是需要重点考虑的因素。
（4）设备运行维护目前主要依靠人工检查，尤其是扬声器部分，通常以逐一试听的方式进行其工作状态的判断，缺乏有效且便捷的运维手段，同时，由于系统前期建设时针对设备维护的考量不够全面，固定安装的扬声器大多存在有检修困难的问题，再加上经费不足，许多场馆一两年左右才做一次大型的设备保养检测，甚至从未做过此类维护工作。
2.2 文体兼顾的需求
根据第六次全国体育场地普查数据汇编的相关描述，大型体育场馆每年30%以上的活动是文化演艺演出等非体育赛事活动，如大型商演、商务推广、会议会展等，且比例还在逐年上升。同时，在调研中也发现，越来越多的场馆运营方（尤其是已经商业化的运营方）出于投资收益方面的考虑，希望把场馆的固定安装类音响设备更多地投入到上述文艺演出、商务会展以及其他活动中去。中小型体育场馆在完成体育赛事之外，通常还需要兼顾社区、公司或其他组织的年会、社团活动及演出、典礼、会议等群众性活动，这些活动对音响系统没有过多的要求，预算也有限，因此大都会直接使用场馆自有设备。而大型体育场馆的文艺活动类型主要以大型演唱会等商业演出、高级别体育展示、赛事开闭幕式文艺演出等为主，这些类型的演出通常会由活动主办方临时搭建音响系统，与场馆的固定安装音响系统基本不复用。此时的固定安装音响系统主要用于赛时播报、活动前后的广播等基础环节，甚至会完全搁置。
鉴于目前技术条件、商业因素以及使用习惯等方面的考量，大型体育场馆所设计安装的固定音响系统很难做到“文体兼顾”，其中，技术条件方面的主要原因有两点，一是体育场馆固定安装扬声器系统的布局方式和调试结果难以满足高端文艺演出的需求，传统体育场馆的主扩声方式主要关注于看台区域，而相关演出的舞台布局则为三面台或者四面台形式，在体育场馆中进行的演出活动，会将场地部分也作为重要的观演区域。因此，固定安装系统目前的布局方式和调试结果很难切换应对多样性的观演布局形式；二是体育场馆固定安装扩声系统更多考虑了声压级以及语言清晰度层面在体育场馆内的符合性与适用性，在声音还音质量和最终听感方面很难达到专业文艺演出的扩声标准。
基于以上可见，中小型场馆固定安装扩声系统在文体兼顾方面的复用性较好，而大型场馆的复用性则比较差，如何满足上述文体兼顾的切实需求，需要音响系统设计建设者进行深度思考。
2.3 “体育展示”的需求
随着中国竞技体育赛事举办能力与国际的接轨，体育展示已成为体育赛事的必要环节，同时也被认为是“体育活动中最依赖音响的环节”。
目前体育场馆提供体育展示的方式通常有两种，一是赛事主办方在赛前临时搭建一套流动系统，用于节目源播放和相关信号的控制处理；另外一种方式则是利用场馆自有的音响系统。体育展示系统的控制位置最好设置在赛场边或者操作人员可切实感受到赛场氛围的地方，以便随时调整播出内容。体育展示的示意如图2所示。
具体采用哪种形式，与场馆固定安装系统的多功能性、赛事级别、活动经费有关，但不论采用哪种方式，“体育展示”对音响系统的需求都是客观存在的。
2.4 VIP区域的扩声需求
VIP区域通常位于场馆的二层看台及以上视野较好的区域，大多采用室内/看台相结合的方式，包括VIP包房及其面向场地的、具有开放空间的VIP看台观赛区。通过实地调研及访谈发现，在实际状态下，VIP包房对于扩声的要求并不高，一般不需要单独设置扬声器，如设置有扬声器则应配备可以将其音量关闭的声控开关，以满足VIP观众既可以选择融入赛场又可以选择安静交谈的需要。
2.5 “内部通信”系统的需求
承接较高赛事级别的体育场馆，会在建设时考虑到建设内部通信系统（以下简称“内通系统”）。但经过调研后发现，大部分房间内的内通系统使用率非常低，大多数情况下赛事主办方会直接使用无线对讲机或手机进行联络通信。而需要使用内通系统的大型赛事或演出活动中，主办方通常会自行携带无线的内通设备，很少直接使用场馆中原有的相关设备。如此一来，大部分固定安装式的内通系统在体育场馆中都形同虚设。
2.6 其他相关系统与音响系统的联动需求
2.6.1 升旗系统
升旗系统在竞标时与音响系统分属不同标段，但在使用中存在相关性且相当重要。升旗仪式所必备的国歌信号需要通过升旗系统输入给音响系统进行播出，因此，音响系统需预留给升旗系统输入端口，并要考虑其阻抗转换和噪声引入的问题。目前大部分场馆的升旗系统采用电动控制系统（个别场馆采用“手自两动”的双控制系统），且作为独立系统配备专人在音响控制室或专门的控制柜操作，人员安排上不会与体育展示或者音响操作复用。
2.6.2 大屏显示系统
在具体使用中，大屏显示系统的音频信号需要通过音响系统进行现场播出，因此，音响系统需预留大屏显示系统的音频接入端口。为避免噪声的引入，一定要考虑音响系统与大屏显示系统的信号隔离问题，可通过隔离变压器或带有隔离功能的DI盒来进行信号传输。
2.6.3 电视转播系统
根据场馆级别及未来计划承接活动的情况，有些体育场馆可能会设置电视转播室或者预留转播车位，此时，音响系统需要预留相关的双向多通道沟通路由，并充分考虑两类信号之间的物理隔离，以保护各自系统设备，规避噪声的引入，鉴于音频信号数字化网络化的发展现状，目前这类信号路由的预留通常以光纤为主。
2.6.4 应急广播系统
2000年之前建设的体育场馆大多采用固定安装音响系统作为场馆内的消防广播系统，虽可以实现终端设备的复用，节省部分造价，但问题同样较多，尤其是自动切换造成的误报可能会引起体育场馆内观众踩踏等次生灾害。因此，近年来新建的体育场馆基本都会为消防广播系统单独设置扬声器，从而将该应急广播系统从音响系统中分离出去，但音响系统需能够选择自动强切或手动联动两种方式进行切换。当遇灾害，经过人工确认需要使用应急广播系统时，在消防控制室内可以将场馆音响系统哑音或强行切换到应急广播的使用需求中。
3 体育场馆音响系统设计建设的针对性建议
3.1 音响系统实用性的提高
从此前的需求分析来看，目前体育场馆（尤其是大中型）中均存在有“文体兼顾”“体育展示”等方面的功能需求，尤其是已经商业化运营的体育场馆，该类需求相对更为迫切一些。因此，建议今后在该类系统的设计建设中，除了应加强对建设方、使用方的引导和宣传，以逐步形成在前期设计阶段即引入专业体育工艺或扩声设计单位的氛围之外，还应多做如下思考。
3.1.1 系统性能指标的提升
目前的音响系统之所以无法满足“文体兼顾”的功能需要，一方面在于行业应用习惯，另一方面主要由于场馆固定安装系统的扬声器无法达到大中型场馆内进行专业演出时在音质方面的需求，因此，想要逐步实现文体兼顾功能，首先需要将固定安装系统的声学特性指标予以提升，实现途径主要包括如下两点。
（1）首先需要提高音响系统本身的性能指标，例如整个系统的最大声压级、频率响应以及低频下限等，以提高还音质量，尤其是提高专业演出更为看重的响度、动态范围、低频震撼力等。
（2）其次，需要与时俱进，笔者建议国标增加对高等级、高投资体育场馆的扩声系统指标建议，并适当向国际标准看齐。以大型体育场/足球场扩声系统为例，对比中国国家一级标准、欧足联标准和国际足联标准可以发现，目前中国国标已与现有其他世界标准形成了一定的差距，具体如表1所示。当然，国家标准的调整还需要根据整体国情、行业具体发展情况等因素进行综合平衡考量。
3.1.2 设备利用率的设计提升
调研中发现，大部分体育场馆现有音响系统无法满足“文体兼顾”或“体育展示”需要的另一主要技术原因在于，设备配置、布局不合理以及调试结果无法适配实际演出应用。为了提高系统的复用性，提供更多的使用功能和更好的投入产出比，笔者提出如下建议。
（1）通过合理的设备选型和系统架构，可以将目前定位不明确的流动扩声系统作为场馆音响系统的备份或体育展示系统使用，在总投入不增加的情况下扩展系统功能，实现“一套系统、多种应用”。
（2）充分了解文艺演出等不同应用场景的舞台及观众布局形式，在扬声器布局设计上具备与舞台声源辐射方位同向的可能性，同时在扬声器调试上预存多种模式，使之具备与舞台声源时间对齐的能力，从而在一定程度上满足专业文艺演出的扩声需要。当然，优化扬声器安装方式，使之更容易进行物理位置、朝向的变更和覆盖角度的调整也是实现上述需求的一个选项。
（3）在不改变吊挂位置的情况下，采用具备电子波束形成技术的扬声器来改变覆盖角度，以增加体育场馆音响系统复用的可能性。
（4）系统架构的网络化、数字化及良好、适用的输入输出节点布局，可以迅速实现固定安装系统与临时系统的便捷联动，从而增加固定安装系统的复用可能性。
3.2 音响系统使用操作及运行维护便利性的提升
3.2.1 加强场馆建设前期的协同
从调研情况来看，由于前期设计的不合理性，目前很多体育场馆的扬声器吊挂方式并不利于音响系统的使用与检修，如图3所示的体育场，其扬声器直接安装在了棚盖桁架结构上，并没有预留相关马道，导致扬声器的安装和检修都异常困难。因此，音响系统设计之初就应该加强与建筑设计等相关方的协同，要考虑到系统后续使用维护的需求。而图4中所示的体育场是一个较好示例，它在每个扬声器点位的马道下方均有专门焊接的扬声器吊装架和检修爬梯，便于工作人员进行检修维护。
此外，调研中还发现，因为系统招投标模式的原因，音响系统的建设实施方（体育工艺总包或弱电总包）往往存在专业性不足的现象，而设备供货厂家出于商业因素考量，或因为其本身对于音响系统的整体认知不够，也无法准确提供设计建议，从而造成了某些项目中音响系统从设计之初便存在大量问题，导致最终听感很差。因此，音响系统在设计环节也需要进行更为专业化的技术支持。
3.2.2 加强新技术、新理念的引入
本调研组认为，可以通过引入以下几个方向的新技术、新理念，来改进体育场馆日常操作以及运营维护不够便捷与实用的现状。
（1）调音台的远程控制：如上文所述，在体育场馆的建设中存在控制室位置不合理等原因，导致操作人员听不清现场声音效果，只能凭借经验进行操作的情况。鉴于体育场馆中音频控制的内容并不复杂，可以选用具有远程控制能力的调音台，通过其固有的控制软件，使用平板电脑等便携设备在场内区域进行远程控制。
（2）采用具有远程控制功能的机房供电系统：为避免体育场馆音响系统多机房配置中采用人力管控电源所带来的耗时耗力问题，可以采用具有远程控制能力的供电系统。在主控机房内实现对其他机房电源的遥控开闭、状态监测和其他管理，大幅提升工作效率，减少运营成本。
（3）核心链路的动态实时监测：目前体育场馆音响系统的设备检修维护主要依靠人工检查，其中最为麻烦的是扬声器环节，往往需要通过逐一试听来判断扬声器的状态，缺乏有效且便捷的运维手段。而目前已有的一些业界公司提供了带有功率放大链路检测技术的功率放大器类产品，通过相关软件进行程序设定后，可对输入输出电平、功率放大器温度、扬声器阻抗等方面予以监测，进而在主控机房内实现对扬声器单元损坏、传输线路损坏的实时检测及报警，使系统运维更加简单便捷高效。
（4）音响系统一体化总控软件：鉴于体育场馆扩声系统在实际应用中的操控动作并不十分复杂，同时随着数字和网络技术在体育场馆音响系统中的普及，使得该类系统实现一体化总控的可能性越来越大，这一点非常类似于会议类系统的发展历程。通过充分了解、规划该类系统具体应用中需要操作的动作，对多种控制协议进行整合和二次开发，可以集成一个软件总控平台，对系统的各个主要环节如：电源、信号源（无线话筒、各类播放设备等）、调音台、处理器、功率放大器及扬声器等全链路进行监测和控制。一方面，可以根据实际应用场景需要将各类设备复杂的操作功能予以优化、简化和联动，降低使用操作的复杂性，提高系统的智慧度，对非专业人员更加友好；另一方面也可以通过平板电脑等便携设备实现此前所述的远程操控，提高操控动作的准确度、提升使用的便利性、降低运营维护的成本，从而将体育场馆扩声系统使用中存在的诸多问题在一定程度上予以综合解决。此外，随着技术发展，此类总控软件还可以与场馆智能化系统或运营管理系统打通，在赛事预约、赛前准备、设备管理、赛后总结等方面实现联动，为整个场馆向智慧化、智能化方向迈进提供帮助。
（5）采用耳机声场仿真技术：目前，已有一些利用双耳声（Binaural）和头相关传递函数（HRTF）基本原理的耳机声场仿真技术投入商用，且总体效果尚好。其基本原理就是通过对场馆内声场脉冲信息进行采样，然后和需要监听的播出内容进行反卷积，从而通过耳机实现对场馆内若干位置听音效果的仿真，使得操作人员在控制室内就可以感受到场馆内的声音效果，这也可以大大提高系统操控的准确性和便利度。
4 体育场馆音响系统的发展趋势
4.1 场馆建设多元化
“一场两馆”（体育场、体育馆、游泳馆）体育中心式的建设模式会逐渐向三、四线城市下沉，而已完成此类中心建设的城市会逐步建造针对某一专项运动的体育设施，如专业足球场等，同时全民健身方向的建设力度也会加大。此外，随着时间迁移，已建成场馆的改造比例也会逐渐加重。
4.2 音响系统智能化
随着相关技术的发展，音响系统的智能化在未来的发展中也非常重要，会逐渐形成软、硬件相结合的系统构成，这样可以降低音响系统的使用门槛和检修维护难度，减少人工成本，提升使用的效率，并成为智慧场馆的有机组成部分。
4.3 功能效果多样化
随着体育场馆中商业化运营场所比例的提升以及音响技术的不断发展，调研组相信，未来体育场馆在建设和使用上，会越来越考虑音响系统的多功能化和音响效果的增强，不仅要适用于单一赛事，还可以适用于演艺等其他活动；不仅要让观众听得见，更要让观众听得好。
4.4 运营维护便利化
结合越来越智能的设备以及更具针对性的总控软件，体育场馆音响系统的使用、运营和维护必然出现更加便利化的趋势，使得工作能够更加轻松、简单、直接，减少时间成本，同时充分保证场馆设备使用的安全稳定性。
5 结语
以上就是笔者对于中国体育场馆音响系统应用现状和发展趋势的研究分析。当然，受限于笔者知识储备以及样本数量的不足，文中阐述的观点或许存在不当，恳请业界各位老师们批评指正，共同探讨。
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