專利名稱：長空間內(nèi)強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
長空間是一種較為常見、具有代表性的空間形態(tài)，從建筑聲學(xué)角度劃分的長空間， 是指寬和高尺度大致接近、而長度為寬和高6倍以上的空間，地鐵站、地下商業(yè)街、長走廊 和部分候機(jī)廳等都屬于長空間的范疇。這類空間一般由于長度方向尺度大而導(dǎo)致混響時間 較長，并且在封閉的空間內(nèi)使用人員高度密集，因而形成較高的背景噪聲；在這樣的聲學(xué)條 件下，很難獲得較好的語言清晰度。長空間一般為不擴(kuò)散聲場，聲能衰變不遵循指數(shù)定律，聲壓級隨著與聲源距離的 加大而呈非線性持續(xù)衰減，當(dāng)空間界面的吸聲系數(shù)增大時，聲壓級的衰減速度會相對快些； 混響時間則是隨著與聲源距離的加大而呈增長趨勢，空間體積越大、界面的吸聲系數(shù)越小， 則混響時間越長。長空間的這一基本建筑聲學(xué)特性，是影響其語言清晰度的關(guān)鍵因素，同時 語言傳輸指數(shù)STI是評價語言清晰度優(yōu)劣的一項(xiàng)重要的客觀指標(biāo)。在地鐵站、地下商業(yè)街等這類混響時間長、人員高度密集的公共長空間，語言清晰 度的優(yōu)劣顯得尤為重要，是聲學(xué)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容之一，它不僅僅關(guān)系到使用者正常的語言 交流，而且直接影響公共廣播系統(tǒng)能否將關(guān)鍵信息清晰準(zhǔn)確地傳達(dá)給每個聽眾。從建筑聲 學(xué)的角度看，長空間的語言清晰度與背景噪聲以及混響時間有著最為密切的關(guān)系，而對于 在公共廣播擴(kuò)聲系統(tǒng)下的混響時間，除了與空間固有的聲學(xué)特性有關(guān)外，還在很大程度上 受到聲源系統(tǒng)(即揚(yáng)聲器系統(tǒng))特性的影響，因此恰當(dāng)?shù)穆曉聪到y(tǒng)設(shè)計(jì)，是長空間公共廣播 系統(tǒng)語言清晰度的必要保障之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決目前用于長空間中公共廣播的聲源系統(tǒng)受到背景噪聲過高或混 響時間過長的干擾而影響聲音傳播質(zhì)量的問題，從而提供一種通過增強(qiáng)聲源系統(tǒng)指向性、 進(jìn)而提高公共廣播系統(tǒng)語言清晰度的方法。長空間內(nèi)強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、測定長空間主體的高度、寬度及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距；步驟二、確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件；步驟三、根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和步驟 二中確定的長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件預(yù)設(shè)揚(yáng)聲器組的類型及其性能參數(shù)，所述性能參 數(shù)包括揚(yáng)聲器組垂直指向性和水平指向性；步驟四、根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和步驟 三預(yù)設(shè)選定的各揚(yáng)聲器的垂直指向性，調(diào)整并確定各揚(yáng)聲器組的布置參數(shù)，所述布置參數(shù) 包括每個揚(yáng)聲器組距地面的高度和傾斜角度；步驟五、根據(jù)步驟四確定的揚(yáng)聲器組的布置參數(shù)計(jì)算各揚(yáng)聲器組之間的間距和揚(yáng)聲器組的數(shù)量，形成聲源系統(tǒng)的預(yù)設(shè)方案；步驟六、綜合步驟一和步驟二所述的長空間的尺度和吸聲條件、步驟三所述的揚(yáng) 聲器組的類型及性能參數(shù)、步驟四所述的揚(yáng)聲器組距地面的高度和傾斜角度和步驟五所述 的各揚(yáng)聲器組之間的間距和揚(yáng)聲器組的數(shù)量之間的關(guān)系，并與預(yù)設(shè)方案對比，調(diào)整每個揚(yáng) 聲器組的預(yù)設(shè)位置，然后在調(diào)整后的位置上安裝揚(yáng)聲器組。步驟二中確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件的具體方法是根據(jù)長空間的墻面、 地面和天花板所應(yīng)用的建筑裝飾材料和構(gòu)造，包括貼附于墻面的展示商品，以及室內(nèi)的主 要家具布局情況，從現(xiàn)有相關(guān)工具書籍或軟件上記載的吸聲材料數(shù)據(jù)庫中查取各主要頻率 上的吸聲系數(shù)，確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件。步驟三中所述根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距 和步驟二中確定的長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù)的 過程為首先根據(jù)聲源系統(tǒng)的水平指向性要求預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù)，然后 再根據(jù)聲源系統(tǒng)的垂直指向性要求設(shè)選定揚(yáng)聲器的垂直指向性θ，其中，根據(jù)聲源系統(tǒng)的水平指向性要求預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù)的方法為 當(dāng)長空間寬度小于或等于15米，可沿縱向布置一列V字型揚(yáng)聲器組；長空間寬度為13至 15米時，各揚(yáng)聲器組的水平輻射角度為大于135° ；當(dāng)寬度為8至12米時，各揚(yáng)聲器組的 水平輻射角度在120°至135°之間；當(dāng)寬度為5至7米時，各揚(yáng)聲器組的水平輻射角度為 90° ；根據(jù)聲源系統(tǒng)的垂直指向性的要求設(shè)定揚(yáng)聲器的垂直指向性θ的方法為利用 公式D = 2(h-l. 2) ctg (a- θ /2)估算揚(yáng)聲器組的垂直指向性θ ；式中D的取值范圍在15米 20米，并且為結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)水平間距的整倍數(shù)；h為揚(yáng)聲 器的安裝高度，是指揚(yáng)聲器組的中點(diǎn)距地面垂直方向上的距離；a為揚(yáng)聲器組的傾斜角度； θ為輻射角度，即揚(yáng)聲器組的垂直指向性。本發(fā)明的強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)在擴(kuò)音時各揚(yáng)聲器之間聲音傳播方向相同，因此聲音 清晰度得到大幅度提高，因此受長空間中背景噪音干擾程度降低；并且可以將多組本發(fā)明 的聲源系統(tǒng)均布于長空間中，且使每組聲源的聲音傳播方向均沿長空間的狹長方向傳播， 因此進(jìn)一步提高語音的清晰度。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、長空間內(nèi)強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、測定長空間主體的高度、寬度及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距；步驟二、確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件；步驟三、根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和步驟 二中確定的長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件預(yù)設(shè)揚(yáng)聲器組的類型及其性能參數(shù)，所述性能參 數(shù)包括揚(yáng)聲器組垂直指向性和水平指向性；步驟四、根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和步驟 三預(yù)設(shè)選定的各揚(yáng)聲器的垂直指向性，調(diào)整并確定各揚(yáng)聲器組的布置參數(shù)，所述布置參數(shù) 包括每個揚(yáng)聲器組距地面的高度和傾斜角度；
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步驟五、根據(jù)步驟四確定的揚(yáng)聲器組的布置參數(shù)計(jì)算各揚(yáng)聲器組之間的間距和揚(yáng) 聲器組的數(shù)量，形成聲源系統(tǒng)的預(yù)設(shè)方案；步驟六、綜合步驟一和步驟二所述的長空間的尺度和吸聲條件、步驟三所述的揚(yáng) 聲器組的類型及性能參數(shù)、步驟四所述的揚(yáng)聲器組距地面的高度和傾斜角度和步驟五所述 的各揚(yáng)聲器組之間的間距和揚(yáng)聲器組的數(shù)量之間的關(guān)系，并與預(yù)設(shè)方案對比，調(diào)整每個揚(yáng) 聲器組的預(yù)設(shè)位置，然后在調(diào)整后的位置上安裝揚(yáng)聲器組。步驟二中確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件的具體方法是根據(jù)墻面、地面和天 花板所應(yīng)用的建筑裝飾材料和構(gòu)造(包括貼附于墻面的展示商品等)，以及室內(nèi)的主要家 具布局情況，從相關(guān)工具書籍或軟件的吸聲材料數(shù)據(jù)庫中查取各主要頻率上的吸聲系數(shù)， 確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲性能和條件；步驟三中所述根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距 和步驟二中確定的長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù) (主要包括垂直指向性和水平指向性等)；預(yù)設(shè)確定水平指向性的具體方法是當(dāng)長空間寬度小于或等于15米，可沿縱向 布置一列V字型揚(yáng)聲器組；長空間寬度接近15米時，各揚(yáng)聲器組的水平輻射角度宜大于 135° (4kHz)；寬度為10米左右時，其水平輻射角度宜大于120° (4kHz)；寬度為5米左右 時，水平輻射角度為90° (4kHz)左右。預(yù)設(shè)確定垂直指向性的具體方法是利用公式D = 2(h-l. 2) ctg(a- θ /2)計(jì)算 (其中D、h和a均做為已知量，求Θ) ；D的取值范圍在15米 20米較為理想，可根據(jù)長空 間結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距在此范圍內(nèi)預(yù)設(shè)確定取值；h為安裝高度，是指揚(yáng)聲器組的中點(diǎn)距 地面垂直方向上的距離，主要取決于長空間的高度；&為揚(yáng)聲器組的傾斜角度，可按45°預(yù) 設(shè)估算；θ為輻射角度，即揚(yáng)聲器組的垂直指向性。本實(shí)施方法中，揚(yáng)聲器組一般是沿長空間縱向成列、等距布置，每列V字型揚(yáng)聲器 組的最大輻射寬度約為15米，因此當(dāng)長空間寬度超過15米時應(yīng)考慮沿長空間縱向布置多 列V字型揚(yáng)聲器，相鄰兩列間距7米 10米為宜；當(dāng)空間寬度超過35米時沿長空間縱向布 置十字型揚(yáng)聲器組，此時應(yīng)盡量采用吸聲材料做吊頂；當(dāng)空間高度在5米左右時宜采用V字 型揚(yáng)聲器組，當(dāng)空間高度在6米以上時宜采用十字型揚(yáng)聲器組；另外揚(yáng)聲器組的布置應(yīng)結(jié) 合室內(nèi)布局考慮，不能一味地采用縱向居中或?qū)ΨQ式布局形式。當(dāng)室內(nèi)有吊頂時，長空間的高度是指吊頂下的高度；當(dāng)無吊頂時，長空間的高度是 指混凝土頂板下的高度。揚(yáng)聲器組的間距在15米 20米較為理想，最大不宜超過25米； 揚(yáng)聲器組最佳位置是布置在結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)居中的位置，間距最好是柱網(wǎng)水平間距的整倍數(shù)。采 用吸聲材料(其吸聲系數(shù)在500Hz和IkHz應(yīng)分別達(dá)到0. 5以上，在125Hz、250Hz、500Hz、 IkHz,2kHz和4kHz的平均吸聲系數(shù)應(yīng)達(dá)到04以上)做吊頂及空間寬度不超過15米的長空 間，揚(yáng)聲器組的間距可適當(dāng)取上限值。當(dāng)布置一列V字型揚(yáng)聲器組，并采用吸聲材料做吊頂時，適宜選用水平輻射角度 大的揚(yáng)聲器組；反之水平輻射角度不宜大于90° (4kHz)。在滿足步水平指向性和垂直指向性的情況下，盡量選用功率小、靈敏度高的揚(yáng)聲 器組；揚(yáng)聲器組是指幾只成品聲柱按V字型或十字型布局、構(gòu)成一個揚(yáng)聲器組，每組中所有成品聲柱的傾斜角度(一般均為45° )、安裝高度、聲學(xué)參數(shù)等均相同。本發(fā)明尤其適 用于安裝高度大于4米的長空間，且各界面吸聲系數(shù)不為過小的情況下。
權(quán)利要求
1.長空間內(nèi)強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是它由以下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟一、測定長空間主體的高度、寬度及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距； 步驟二、確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件；步驟三、根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和步驟二中 確定的長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件預(yù)設(shè)揚(yáng)聲器組的類型及其性能參數(shù)，所述性能參數(shù)包 括揚(yáng)聲器組垂直指向性和水平指向性；步驟四、根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和步驟三預(yù) 設(shè)選定的各揚(yáng)聲器的垂直指向性，調(diào)整并確定各揚(yáng)聲器組的布置參數(shù)，所述布置參數(shù)包括 每個揚(yáng)聲器組距地面的高度和傾斜角度；步驟五、根據(jù)步驟四確定的揚(yáng)聲器組的布置參數(shù)計(jì)算各揚(yáng)聲器組之間的間距和揚(yáng)聲器 組的數(shù)量，形成聲源系統(tǒng)的預(yù)設(shè)方案；步驟六、綜合步驟一和步驟二所述的長空間的尺度和吸聲條件、步驟三所述的揚(yáng)聲器 組的類型及性能參數(shù)、步驟四所述的揚(yáng)聲器組距地面的高度和傾斜角度和步驟五所述的各 揚(yáng)聲器組之間的間距和揚(yáng)聲器組的數(shù)量之間的關(guān)系，并與預(yù)設(shè)方案對比，調(diào)整每個揚(yáng)聲器 組的預(yù)設(shè)位置，然后在調(diào)整后的位置上安裝揚(yáng)聲器組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長空間內(nèi)強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于步驟二 中確定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件的具體方法是根據(jù)長空間的墻面、地面和天花板所 應(yīng)用的建筑裝飾材料和構(gòu)造，包括貼附于墻面的展示商品，以及室內(nèi)的主要家具布局情況， 從現(xiàn)有相關(guān)工具書籍或軟件上記載的吸聲材料數(shù)據(jù)庫中查取各主要頻率上的吸聲系數(shù)，確 定長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的長空間內(nèi)強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于步驟三 中所述根據(jù)步驟一所述的長空間主體的高度、寬度、結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和步驟二中確定 的長空間內(nèi)部各界面的吸聲條件預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù)的過程為首先根據(jù)聲源系統(tǒng)的水平指向性要求預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù)，然后再根 據(jù)聲源系統(tǒng)的垂直指向性要求設(shè)選定揚(yáng)聲器的垂直指向性θ，其中，根據(jù)聲源系統(tǒng)的水平指向性要求預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù)的方法為當(dāng)長 空間寬度小于或等于15米，可沿縱向布置一列V字型揚(yáng)聲器組；長空間寬度為13至15米 時，各揚(yáng)聲器組的水平輻射角度為大于135° ；當(dāng)寬度為8至12米時，各揚(yáng)聲器組的水平輻 射角度在120°至135°之間；當(dāng)寬度為5至7米時，各揚(yáng)聲器組的水平輻射角度為90° ； 根據(jù)聲源系統(tǒng)的垂直指向性的要求選定揚(yáng)聲器的垂直指向性θ的方法為利用公式D = 2(h-1.2)ctg(a-e/2)估算揚(yáng)聲器組的垂直指向性θ ；式中D的取值范圍在15米 20米，并且為結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)水平間距的整倍數(shù)；h為揚(yáng)聲器的 安裝高度，是指揚(yáng)聲器組的中點(diǎn)距地面垂直方向上的距離；a為揚(yáng)聲器組的傾斜角度；θ為 輻射角度，即揚(yáng)聲器組的垂直指向性。
全文摘要
長空間內(nèi)強(qiáng)指向性聲源系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法，涉及一種通過增強(qiáng)聲源系統(tǒng)指向性、進(jìn)而提高公共廣播系統(tǒng)語言清晰度的方法。它解決了目前長空間中公共廣播系統(tǒng)的聲源受到背景噪聲過高或混響時間過長的干擾而影響聲音傳播質(zhì)量的問題。其方法是根據(jù)長空間主體的高度、寬度及結(jié)構(gòu)柱網(wǎng)的水平間距和其內(nèi)部各界面的吸聲條件，預(yù)設(shè)選定揚(yáng)聲器組的類型及性能參數(shù)(主要包括垂直指向性和水平指向性等)，然后調(diào)整確定揚(yáng)聲器組的位置參數(shù)、計(jì)算安裝數(shù)量及布置間距；配置預(yù)設(shè)位置上各揚(yáng)聲器組的工作參數(shù)，綜合考慮各影響因素調(diào)整每個揚(yáng)聲器組的預(yù)設(shè)位置后安裝揚(yáng)聲器組。本發(fā)明適用于聲源系統(tǒng)安裝高度大于4米的長空間，且各界面吸聲系數(shù)不為過小的場合。
文檔編號H04S3/00GK102006544SQ201010546088
公開日2011年4月6日 申請日期2010年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月16日
發(fā)明者姜虹, 康健, 金虹 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)