背景音乐及广播系统.docx
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背景音乐及广播系统
第1章
背景音乐及广播系统
1.1系统概述
广播系统是学校重要的硬件基础设施，通过学校广播可进行德育教育和外语教学、自办节目等，学校广播也是执行、维护教学秩序的重要工具。
可以说学校日常工作的每一天都离不开广播系统。
随着技术的飞速发展，校园广播系统已经经历了单分区系统、手动控制多分区系统，再到目前最先进的微机控制全自动多分区系统等几个发展阶段。
全自动多分区系统因为可以独立控制播放的各个多区，如操场、教室、宿舍等，对不同区域在不同时间播放不同节目；全自动控制器可以自动控制分区的切换，无需人工去打开或关闭等优点，正逐渐成为校园广播系统的主流和首选。
按照国际流行趋势，公共广播系统将背景音乐广播系统和消防紧急广播系统合二为一。
正常情况下，公共广播系统除了具有播放背景音乐、广播通知等背景音乐广播系统功能以外，在遇到消防报警时，能对出事区域实现自动选区或手动选区进行紧急广播。
按照中国消防系统规范要求，消防广播系统的广播分区必须与消防分区一一对应。
为此，我们在设计上海某大学新校区的公共广播系统时，也必须遵照有关规定消防分区进行广播分区。
上海某大学新校区为消防重要防范场所，因此，公共广播系统内部有必要设置紧急状态联动控制器，从而实现在广播系统处于待机状态时，遇到紧急情况，整个系统能够立即自动进入工作状态，进行紧急广播。
1.2设计原则
方案的设计要求要求遵循“实用性、经济性、标准性、可靠性、安全性、扩展性”的原则。
标准性：
按照定压有线传输系统的标准进行设计。
实用性：
系统要求方便使用，方便操作和控制。
可靠性：
系统必须保证能够长期安全运行，故障便于检查，排除。
扩展性：
既要考虑一期建设的完整性，又要考虑与后续工程衔接。
经济性：
系统性价比要好，做到投资少，效果好。
1.3用户需求分析
高校由于其特殊的育人任务，即为国家培养合格的社会主义建设人才，为此政治宣传和教育是必须的，有效的宣传离不开先进的手段，同时上万人起居，学生应有一个统一的号令，因此广播设备这一手段的建设就显得尤为重要。
根据上海某大学新校区的地理建筑情况，结合各功能区的特性，借鉴现在高校常用的有效校园广播系统的建设模式和实现技术，对上海某大学新校区的校园广播系统进行长远的规划和设计。
一个公共广播系统通常划分成若干个区域，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。
但每一个区内，广播扬声器的总功率不能太大，须同功放的容量相适应。
根据招标图纸，上海某大学新校区的背景音乐及消防广播中心建议设在图文信息中心大楼消防控制室。
我们根据以往的工程经验对真个某大学园区作如下广播分区，设56个分区。
广播分布如下：
楼宇名称
楼宇数量
广播分区
喇叭数量
学生宿舍
20
20
1440
公共教学楼
2
2
180
实验、实训楼
2
2
120
行政中心
1
1
80
图文信息中心
1
13
180
食堂
2
2
48
体育场、礼堂
2
2
30
科研楼
2
2
120
专业教学楼
10
10
800
室外公共区域
1
2
120
总计
51
56
3118
但是在具体需求还没有进一步确定的情况下，我们建议将园区按照功能使用来进行分区，传一路或者多路信号到分区内，功放前置，今后等需求定了之后再进行二次布线。
在上海某大学新校区的广播系统设计中，将背景音乐和消防紧急广播合二为一，背景音乐分区严格按照消防分区划分，消防中心只需向广播中心提供消防分区的24V干接点信号，其余广播由广播中心完成。
本广播系统的扬声器分布在上海某大学新校区各栋楼的公共区域以及室外区域，室外扬声器外型包括假山型、蘑菇型等，与外部环境融为一体，在地下室区域布置防雨音柱，外形大方新颖。
所有喇叭终端均不不影响原来环境布置，又能提供背景音乐以及消防紧急广播。
系统可实现播放背景音乐、呼叫广播、分区广播、消防报警等功能。
分布的区域广,执行的业务广播频繁，要求的功能完善，需要具有多种复杂功能的管理系统来进行控制。
1.4系统功能介绍
按照国际流行趋势，上海某大学新校区的公共广播系统将背景音乐广播和消防紧急广播系统合二为一。
正常情况下，公共广播系统除了具有播放背景音乐、广播
通知等背景音乐广播系统功能以外，在遇到消防报警时，能对出事区域实现自动选区或手动选区进行紧急广播。
按照中国消防系统规范要求，公共广播系统必须遵照有关规定按消防分区进行广播分区，因此，设计采用消防广播与背景音乐合二为一，广播喇叭及回路设置严格按照消防分区布放，切换部分由广播系统完成。
正常情况下，进行背景音乐广播，但当消防紧急状态时，所有区域自动强行切入到消防广播系统，优先进行消防紧急广播。
根据上海某大学新校区的应用环境，各区域功能需求复杂。
我公司根据以往丰富的广播系统设计经验，从用户出发，控制主机采用旗胜的AM40系统，本系统可以将一路或几路音源有机地分配给指定区域，满足学校要求同时对不同分区播放不同音乐的需求。
系统设计具有自动开关电源，因此选择了节目定时器，每台节目定时器能控制4台电源时序器，可设置80个开关时间事件，时钟误差为3～4秒/月，完全满足广播系统要求。
电源时序器可为8台设备供电，广播系统中除AM40主机和定时器直接24小时不间断供电，其余均有电源时序器供电，这样便于学校管理及节约能源。
作为学校的重要宣传窗口，因此，学校宣传部的课余自办节目也比较重要。
系统设计有自办节目系统，如CD、卡座、调音台等。
自办节目可由学校在指定时间在指定区域播出。
如，当下午5点时，系统会自动将自办节目设备电源打开，并指定路由。
此时，自办节目即可播出。
为了整个校园广播系统有一个比较好的音响效果，所有广播终端均配置了全频喇叭或全频音箱，室外草坪音箱的喇叭单元采用了同轴喇叭单元。
当然，音源质量的好坏决定着整个系统音响效果，有了好的音源必须有着好的播放设备。
系统在音源部分选择了在音响界有较好口碑的日本产JVC双卡座、CD机和数字调谐调频器等音源设备。
通过在机房播放磁带和碟片，可进行背景音乐播放。
当然也可通过计算机进行背景音乐播放。
1.5系统设计
1.系统原理
不管哪一种广播音响系统，都基本可分四个部分：
节目设备、信号的放大和处理设备、传输线路和扬声器系统。
节目源设备：
节目源通常为FM调谐机、激光唱机和录音卡座等设备提供，此外还有传声器、电子乐器等。
信号放大和处理设备：
包括调音台、前置放大器、功率放大器和各种控制器及音响加工设备等。
这部分设备的首要任务是信号放大，其次是信号的选择。
调音台和前置放大器作用和地位相似（当然调音台的功能和性能指标更高），它们的基本功能是完成信号的选择和前置放大，此外还担负音量和音响效果进行各种调整和控制。
有时为了更好地进行频率均衡和音色美化，还另外单独投入图示均衡器。
这部分是广播音响系统的“前奏”。
广播主机则是整个广播系统的“心脏”，处理音频信号的分配、接受报警信号等功能。
功率放大器则将广播主机送来的信号进行功率放大，再通过传输线去推动扬声器放声。
输线路虽然简单，但随着系统和传输方式的不同而有不同的要求。
对体育场、礼堂等，由于功率放大器与扬声器的距离不远，一般采用低阻大电流的直接馈送方式，传输线要求用专用喇叭线，而对公共广播系统，由于服务区域广，距离长，为了减少传输线路引起的损耗，往往采用高压传输方式，由于传输电流小，故对传输线要求相对不高，但是，为避免平行干扰，须和其他弱电系统分开铺设电缆。
扬声器系统：
扬声器系统要求整个系统要匹配，同时其位置的选择也要切合实际。
定压广播系统是我国最早的一种广播系统，经过数十年的发展，其设备更加完善，性能更加可靠，定压广播系统的主要的优点是：
信号稳定，音质较好。
此系统的前端设备主要由音源、功放、全自动分区控制器、监听音箱等设备组成，接收设备为定压音箱。
整个系统由音源、声音前级处理放大及矩阵控制部分、定压功放、传输部分、扬声器组成。
前级音源经处理输出100V定压信号，驱动终端扬声器。
2.控制部分
旗胜的AM40报警广播系统采用微处理机控制的扩音管理系统，管理中心采用一体化结构，插入／互连功能不仅可以精确地满足用户当前的需要，也可以满足用户今后修改和扩展的需要。
旗胜的AM40报警广播系统最多可对64个区进行广播，在本方案中按照消防分区将把上海某大学新校区分为56个区来进行分区广播。
消防广播作为上海某大学新校区广播的一个必须的功能项目，旗胜的AM40报警广播系统可提供完全符合消防紧急广播的功能，当上海某大学新校区的某一区发生火灾报警时，可自动触发语音系统对发生火灾的这一区及左右邻近区进行语音提示，并可人工广播来进行事故处理。
背景音乐和紧急广播控制系统应共用扬声器，所有广播区域平时播放背景音乐，一旦被某区内的火警信号触发（或按其它信号试验性触发），广播主机应自动控制相关区内的所有扬声器播发紧急消息。
作为上海某大学新校区的一个必须的功能项目，班丽系统可提供完全符合消防紧急广播的功能，当某一区发生火灾报警时，可自动触发语音系统对发生火灾的这一区或邻近区或所有区进行语音提示，并可人工广播来进行事故处理。
在控制中心配置电源时序器和两台UPS，在停电应急的时候由电源时序器启动UPS只对铃声等特殊情况下打开系统供电。
3.功放部分
由于上海某大学新校区面积较大，扬声器的数量也比较多，而且广播系统均为长时间工作，考虑到功率放大器散热问题和系统的运行稳定性，在功率放大器的选型上，通常采用结构上为风扇前后通风降温方式的功放，而不选用自然降温方式的功放。
目前用于广播系统的功率放大器有二种，一种是定阻式输出，比如输出端电阻为250Ω，要求连接多个负载扬声器时，必须通过阻抗变换器计算、搭配，来保证多个负载扬声器并联以后阻抗等于或接近250Ω，以达到最佳匹配。
另一种是定压式输出，国际通用标准为输出100V或70V，国内某些产品输出为120V。
由于每只广播用扬声器都已配备了根据自身功率大小而确定的变压器，因此使用定压式输出功率放大器连接多个负载扬声器，只需像安装照明灯泡那样，一一并联，连接方便，故而已成为广播系统设备配置的定式。
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。
广播功放的最重要指标是额定输出功率。
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，功率足够所有音箱同时满负荷使用。
●系统输出功率的计算
根据系统设计方案所确定的扬声器数量以及每只扬声器的分配功率，可以计算出所有扬声器的损耗功率（扬声器损耗功率是指电信号在扬声器上转换为声信号所消耗掉的功率）。
确定系统所需的输出功率是在计算出扬声器损耗功率后，再加上线路传输损耗功率。
在工程应用中，要准确地计算出线路传输损耗功率往往比较困难，通常根据实际使用广播电缆长度选择一个线路传输损耗系数μ，来计算系统的输出功率。
系统输出功率=线路传输损耗系数μ×扬声器损耗功率
线路传输损耗系数μ通常根据下列参数来确定：
每台功放实际使用广播电缆长度（米）
线路传输损耗系数μ
≤200
1.1
200-800
1.2
800-1200
1.3
1200-1500
1.4
≥1500
1.5
功率放大器的数量：
根据扬声器所需总功率，按照所配备的功率放大器的输出功率，可以推算出系统所需配备功率放大器的数量，考虑到合理的功率匹配及功率储备，实际配置的数量应根据整个系统配置功率放大器的数量多1-2台。
广播传输电缆的选择：
在公共广播系统工程施工过程中，人们往往将注意力集中在相关的器材配套上面，而忽略了对广播传输电缆的选择。
其实，对于一个公共广播系统工程来说，要获得令人满意的音响效果，除了应配备高质量的广播器材（功率放大器、扬声器等）以外，广播传输电缆的好坏在一定程度上也影响着声音的质量。
由于平行喇叭线存在着线间寄生电容，因而不适宜远距离传输广播信号，否则将衰减声音的高频部分，容易造成高音不清晰、发闷等现象的发生。
双绞线可以有效地克服线间寄生电容，远距离传输广播信号应选用双绞护套线。
带屏蔽的双绞护套传输电缆，由于屏蔽网的作用，能有效地防止广播电缆对同管敷设的其他电缆的辐射影响，更能加强电缆的抗拉伸性能，尤其适用于垂直主干布放以及室外长距离敷设。
广播传输电缆除了应选用双绞线以外，对线径也有一定要求。
理论上讲，线径愈粗，线路传输损耗愈小，但是随之而来的问题是，工程造价上去了，施工难度加大了。
权衡利弊，综合考虑性能价格比，广播传输电缆可以参照下列标准选择：
广播传输电缆类型
电缆参数
应用场合
电缆名称
双绞护套线
截面积0.5-0.75mm2
楼层水平分布广播电缆
终端电缆
双绞护套线
截面积0.75-1.0mm2
楼层水平分布广播电缆
支干电缆
屏蔽双绞护套线
截面积1.5-2.5mm2
楼层垂直分布广播电缆
主干电缆
八芯双绞护套线
截面积0.75mm2
楼层水平分布客房广播电缆
终端电缆
八芯双绞护套线
截面积1.0mm2
楼层垂直分布客房广播电缆
支干电缆
4.音箱配置
扬声器的数量：
严格地说，有关背景音乐系统中的扬声器数量的配置，有一整套公式可以推导计算。
但是，由于牵涉到的参数较多，各式各样的装修又存在着许多不确定因素，导致计算结果差异较大。
为此，在实际工程方案设计时，往往避繁就简，采用较为通俗的方法来进行扬声器数量的配置。
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，室内的本底噪声约为48～~63dB，室外的本底噪声约70~75dB。
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，即使广播服务区是办公室内，也不应把本底噪声估计得太低。
据此，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+101gP-201grdB
（1）
天花扬声器的灵敏度级在88~93dB之间；额定功率为3~10W。
以90dB/8W匡算，在离扬声器8m处的声压级约为81dB。
以上匡算未考虑早期反射声群的贡献。
在室内，早期反射声群和邻近扬声器贡献可使声压级增加2~3dB左右。
根据以上近似计算，在天花板不高于3m的场馆内，天花扬声器大体可以互相距离5~8m均匀配置。
如果仅考虑背景音乐而不考虑紧急广播，则该距离可以增大至8~12m。
另外，适用于国家火灾事故广播设计安装规范（以下简称‘规范’）有以下一些硬性规定：
“走道、大厅、餐厅等公众场所，扬声器的配置数量，应能保证从本层任何部位到最近一个扬声器的步行距离不超过15m。
在走道交叉处、各拐弯处均应设扬声器。
走道末端最后一个扬声器距墙不大于8m”。
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，以额定功率为40W室外音柱为例，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。
也就是说额定功率为40W音柱的覆盖距离可以达20m以上。
但音柱的辐射角比较窄，仅在其正前方约60~90度（水平角）左右内有效。
通常，室内对于环境噪声相对较大的场合，每只扬声器（按3W功率计算，楼层层高3-5米）的覆盖范围为10平米；对于环境噪声相对较小的场合，每只扬声
器（按3W功率计算，楼层层高3-5米）的覆盖范围为20平米。
对于狭长的走道，一般5-8米间距设置1只扬声器。
走道越窄、层高越低，为获得好的聆听效果，扬声器设置的间距应小一点。
对于室外庭院花园，为获得优美动听的音响效果，应多点布放室外全天候扬声器，力求声场趋于均匀。
一般30～50米间距设置1只扬声器。
扬声器的选型：
对公共广播系统，扬声器的选型显得尤为重要。
上海某大学新校区一般较为安静，要求室内扬声器音质圆润柔和、声音清晰细腻，还必须拥有美丽的外观造型。
室外扬声器隐蔽安装，进入校园只听见优美的音乐，而不见任何一只扬声器。
因此，所有室外扬声器结合绿化设计。
广播系统中扬声器的选型基本遵循以下原则：
✧有装饰天花板的区域采用吸顶扬声器；
✧无装饰天花板的区域采用壁挂式音箱或悬吊式音箱；
✧室外庭院采用灯杆喇叭或庭院灯音箱。
吸顶扬声器采用双纸盆6W扬声器，圆形的金属透声面罩，频宽达到60Hz～20KHz，声压级也达到92dB，技术指标符合火灾广播要求，外形小巧玲珑，安装简洁方便。
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