技术革新助力群众文化活动焕发新活力

一、群众文化活动音响系统特点分析

群众文化活动场地类型多样，其声学环境特征具有明显的特点。室外活动场地通常较开阔，存在较强的环境噪声，群众文艺团队在开展像广场舞、健身操、合唱等一些文化活动时为了提高信噪比，传统的模拟扩声系统只能以提高扩声功率来满足活动需求；而健身馆、体育馆、旅游景区和其他室内活动场地一般建声条件较差，存在较多的混响和声驻波问题。这给扩声系统的设计带来较大挑战。具体来看，群众文化活动存在以下几个声学特点：

(一)强环境噪声

群众活动场所的环境噪声具有强度大、频带宽等特点，街道上行驶的汽车、嘈杂的人群，加上广场舞、交谊舞、合唱队、戏曲班等不同群众文艺团队的不同的声音相互影响，致使各自活动无法正常开展，还会产生许多媒体披露的比音量、抢场地甚至互相攻击的不良现象，引起一些负面的社会影响。如何解决各群众文艺团队文化活动需求，既能够听清音乐或教练领队的声音，也不对周边人群和居民造成影响，就对传统扩声系统的声场控制和输出功率提出了挑战，一方面，系统需提供更高的声压输出，使扩声电平需高出背景噪声，才能保证活动正常进行，另一方面，保证扩声范围尽量不外溢影响其他人的正常工作和生活，这是传统扩声设备难以解决的矛盾。只有解决了这些难题，才能满足群众活动的扩声要求。

(二)复杂环境下扩声

在群众文化活动中如沉浸式演出、实景演出、大型互动游戏等文体活动，参加演出的群众演员活动范围广、肢体动作夸张，根据剧情需要甚至在水中、高台、假山、洞穴中表演，在这种特殊环境下的表演对音响技术的要求就会更复杂，要求演员能听清诸如爆破、枪炮声等一些声音的同时还要和烟火、灯光等特效精准配合，这样才能给分布在不同位置的观众良好的视听效果，这就要求音响技术人员合理选择拾音设备、扩音设备并通过数字技术实现听音的临场感。

（三）严重混响与驻波

群众文化活动参演人数和观众人数众多且活动频繁，在类似体育馆、简易篷房、山洞、山谷等未经声学设计的室内外活动空间，由于多硬壁反射效应，声音传输会产生大量反射声和驻波效应，使声音混响时间过长且严重影响频率均衡。同时存在显著的混响染色效应，甚至大幅度增加扬声器与麦克风间的反馈。这些环境下进行的群众文化活动虽然一定程度上避免了对外界的声污染，由于在这些环境里声学条件差，对参与文化活动的广大群众的听音造成了很大影响，例如在声场有缺陷的空旷的体育馆里播放音乐或进行歌曲演唱、戏剧表演会时感觉声音清晰度变差、节奏混乱，严重影响艺术效果。鉴于这种情况，传统的模拟音响设备在声音调整方面仅凭人工经验难以应对这些频繁变化的场景，高科技扩声系统需要具备声场智能监测功能，判断拾音器位置及扬声器分布，以及反射声强度和混响时间的变化。在此基础上，扩声系统能够通过调整波束指向和覆盖范围，实时优化声学传播效果，保证重点区域获得清晰、充分的声音覆盖。这也需要数字化扩声系统具备强大的智能监控与声场控制能力。要求扩声系统能够准确掌握演员的实时动态分布和观众人流变化情况，才能合理规划声学覆盖范围，并采用数字化移频等技术在不影响参与者艺术发挥的同时进行回音消除处理，降低房间混响对声音清晰度的影响。

（四）较大声压需求

在开阔的大型广场举办的大规模群众活动，表演现场范围较大，参演人数众多，观众分布复杂，需要提供足够高的音压级以覆盖全场。根据表演场地、观众区域大小与人数，对扩声系统的平均音压级提出了较高要求。这对扩声系统的功率输出和抗反馈能力提出了挑战，需要采用大功率放大器以及方向可控、声场可控的专业线阵扬声器来满足需求。

二、数字化阵列扩声技术发展现状

数字化阵列扩声技术是音频处理技术、计算机控制技术和扬声器阵列技术的有机结合，具有方向控制精确、声场控制自由等优点。其发展现状主要如下：

（一）波束成形技术日趋成熟

数字化阵列扩声系统通过DSP算法实现对扬声器阵列的波束控制，这主要依赖波束成形技术的成熟。目前，基于自适应滤波器的波束成形技术已经较为成熟，可以实时分析场景参数，自动生成最优滤波器，精确控制波束方向和覆盖范围。另外，预设滤波器技术经过长期优化，可以实现预定波束方向和形状，满足一般需求。随着模拟技术和运算能力的进步，各类滤波器可以进行精确设计，波束成形效果不断提升。这为数字化阵列扩声系统的应用提供了技术保障。

（二）智能控制技术不断进步

随着计算机技术的高速发展，数字化设计使得智能控制成为可能。针对复杂场景，可以设置多组传感器，智能识别场景声学特性；结合人群分布和活动需要，系统可以自动规划声学覆盖方案。在活动进行中，还可实时监测反馈，对设备声学和电子参数进行调节，实现对复杂声场的智能化控制。这种智能控制技术可以大幅提升数字化阵列扩声系统的易用性和效果。

（三）网络化集成方案日趋完善

数字网络技术的应用使得分布式系统集成成为可能。通过数字网络将分布的扬声器连接至中心控制器，进行统一配置、监控和控制。相比传统的复杂线缆连接，网络化集成大幅简化了系统架构。同时，数字网络具有抗干扰素力，可以保证信号的实时可靠传输。这使数字化阵列扩声系统向网络化集成发展。

（四）模块化设计逐步普及

模块化设计是数字化阵列扩声系统的重要设计理念。将功能单元设计为标准模块，并定义统一接口，然后根据不同需求组合模块，可以灵活实现多种系统配置。同时，模块化也便于系统的维护与更新。目前，各关键部件的模块化设计处于初步阶段，随着模块化理念的深入，系统的可配置灵活性将大幅提高。

（五）沉浸声设备的广泛应用

沉浸式音响系统是一种基于虚拟现实的数字音频系统，它通过特定的技术和设计，为听众创造出一种身临其境的听觉体验。这种系统通常被用于电影院、音乐厅、戏剧院等需要为观众提供高质量声音体验的场所，引入群众文化活动和实景演出可以为文旅融合新业态提供更好的艺术体验。

在沉浸式音响系统中，声音不仅仅是从前方传来，而是从多个方向同时传来，形成了一种全方位、三维的声音包围感。这通常通过使用多个扬声器和特定的声音处理技术来实现。

一些高端的沉浸式音响系统，如雅马哈的YSP-5600，通过44个阵列单元以声音反射方式来营造三维声场。这些系统利用阵列喇叭单元组成声束，投射在四周墙面与天花板上，并通过强大的数字音频信号处理技术进行准确的时间延迟与方向控制，以营造出环绕立体声的效果。

此外，为了打造沉浸式的音响系统，还需要进行精心地设计和布局。例如，在溶洞、体育馆、山谷里合理隐蔽安装主扩声系统可能会选择覆盖整个观众席的多个扬声器组，以确保每个位置的观众都能获得清晰的声音。同时，在山脚、洞窟顶端安装环绕扬声器也是必不可少的，它们可以提供额外的声音细节，增强沉浸感。

总的来说，沉浸式音响系统通过多方向的声音传播和精确的声音处理技术，为听众带来了更加真实、生动的听觉体验。

三、面向群众文化活动的数字化线阵列扩声系统设计

（一）声学系统设计

在室外诸如社区、广场、公园等群众文化活动场地，声场设计需要根据参与活动人数、活动面积合理规划不同种类文化活动场地，根据场地划分设计扩声范围、扬声器安装位置，优化扬声器覆盖范围，调整扬声器指向特性，避免声音干扰和声场外溢。可考虑选用角度较窄、灵敏度适合的线阵系统在保证有效区域里有合适的升压的同时不会对周边团队和居民造成影响。此外，考虑到不同的天气条件、环境噪声和人群分布等因素，声场设计还需要灵活应对，进行实时调整和优化。

为了确保声场设计的有效性和准确性，我们需要借助专业的声学测量仪器和软件工具，对扩声系统进行精确的测量和分析。通过测量不同位置的声压级、频响和指向性等参数，我们可以评估扩声系统的性能表现，发现潜在的问题和不足，并及时进行调整和改进。

此外，声场设计还需要考虑到参与者的听觉舒适度和健康安全问题。过高的声音强度和不良的音质可能会对参与者的听力造成损害，甚至引发其他健康问题。因此，我们需要根据参与者的需求和实际情况，合理控制声音强度和音质，确保参与者的听觉舒适度和健康安全。

总之，在室外群众文化活动场地中，声场设计是一项非常重要的工作。通过合理的声场设计，我们可以为参与者提供更加舒适、清晰和有力的声音效果，提升活动的吸引力和参与度。同时，我们也需要不断学习和探索新的声学技术和方法，为声场设计提供更多的可能性和创新空间。

在体育馆、临时篷房、旅游景区等较为复杂的活动场所，建议使用数字控制多点扩声的音响系统来实现演出等群众文化活动的需求。为精确评估场地声学特性，将采取现场测试与理论计算相结合的方法。现场测试将覆盖典型的人群分布情况，在相应位置布设声级计，测量各点的混响时间、清晰度等参数。同时，对场地材质进行声学参数测试，提供理论计算的基础数据。在此基础上，建立场地的三维声学模型，利用声学仿真软件进行理论计算和分析，评估场地的混响分布、聚焦点和衰减规律，为后续方案设计提供依据。

考虑到群众文化活动的特点，声源布置将遵循覆盖均衡、局部增强的原则。全场覆盖采用线阵列集群布局，覆盖死角采用补充声源，重要区域采用近场声源局部提高声音质量。线阵列通过调整方向性，实现声音定向控制，避免声音过度衰减或反射带来的影响。室外场地拾音应布设防风屏障，减少风噪声干扰，保证传声质量。

在方案优化中，将建立精确的三维声学模型，仿真分析声源布置方案的效果。通过逐点法和线插值法模拟声压分布，评估声学指标，并进行多方案对比优化。实际系统搭建后，还将进行现场测试，验证方案的实际效果，作为后期优化的依据。

（二）电子系统设计

针对不同使用场景，将选用手持话筒、头戴式话筒、悬挂式话筒等类型，并配以相应的无线发射机等设备。数量不多的人声收音优先采用手持无线话筒和头戴式话筒，以兼顾灵活性和声音采集质量。同时，配备有线话筒并进行科学布置用于乐器、合唱等群体性表演收音，以实现全方位音频采集。

数字信号处理方面，将采用高性能DSP处理芯片，实现多通道混音器、数码延迟器、均衡器、信号压限器等功能，优化音质。配套使用高速模数转换器和数模转换器，保证音频数字化处理的高保真度。数字传输系统方面，采用Dante等技术实现多通道低延迟传输，同时设置网络分配器实现资源分配与管理，确保信号稳定可靠。

功放选用高效数字放大器，实现输出功率精确控制。同时配备线性放大器，保证高保真度。扬声器采用励磁组合优化的线阵列，通过波束控制技术实现声音的定向，实时调整覆盖范围。室外场地将使用防水防尘型材。扬声器铺设合理，保证关键区域的声压和覆盖满足要求。

此外，还将建立集中式监控系统，对音频信号进行全程监控，并实现对系统的集中控制，包括音量调节、声音定向、故障报警等，保障活动顺利进行。

（三）机械系统设计

根据场地结构和观众分布情况，采用吊装和地面安装两种方式。吊装机械采用机械臂、吊架，实现精确调整，方便维护。地面安装采用移动支架，可快速布置，覆盖临时区域的死角。

线阵扬声器将设计模块化机械结构，采用标准化的模块组装方式，可快速拆装组合，实现不同的阵列组态。模块内含控制系统，实现对扬声器单元的精确控制，电子系统通过内部接口实现对阵列波束的整形。模块外壳采用防水、防尘且具备一定屏蔽性能的材料制成。

室外场地需考虑防风设计。加强对机械臂、吊架和移动支架的稳定性，防止倾倒。

在机械系统调试中，将精确控制扬声器的俯仰角和方位角，调整声波传输方向，保证覆盖要求。在线阵内部，校验各模块之间的信号耦合和干涉。使用前进行静态和动态测试，保证系统的安全稳定性。

在安装过程中，严格遵循安装规程，保证信号线材接口的可靠接续，确保电子系统的正常工作。完成安装后，进一步完善维护预案，对重要部位制定例行检查方案，以保障活动期间安全运行。

综上所述，面向群众文化活动的数字化线阵列扩声系统的设计需要进行声学系统设计、电子系统设计和机械系统设计。通过科学合理地设计和优化，可以实现清晰、均衡的声音传播和最佳的听觉效果，为群众文化活动提供良好的听音体验

四、结论

随着群众文化活动形式的日益丰富，对扩声系统的技术要求也越来越高。传统模拟扩声设备已难以满足需求。数字化阵列扩声技术以其先进的波束控制、回音消除、智能控制等技术，可以针对群众活动的复杂声学环境提供出色的扩声效果。本文在分析群众文化活动声学特点的基础上，重点介绍了数字化阵列扩声技术的发展现状，并提出了面向群众活动场景的数字化阵列扩声系统设计方案。该设计从声学系统、电子系统、机械系统等各个方面进行了细致设计，以期为群众文化活动领域的扩声技术进一步发展提供借鉴。随着数字化阵列扩声技术的不断成熟，相信其在满足群众文化活动扩声需求方面必将大放异彩。

文章来源：  《文化产业》   https://www.zzqklm.com/w/wy/32640.html