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  敦化北路五號,一直是本市體育活動的集中地,因為這裡有綜合運動場、市立棒球場、與毛球館、網球場。每年都有多次地區性或國際性的比賽在這裡舉行。但是因為沒有籃球場及游泳池,有許多比賽就必須借用別的場地。有關單位早就有意在這裡另外籌建一座符合國際水準的球場和游泳池,終於在去年正式破土。

  我在今年六月間才正式負責設計及安裝這個體育館的音響工程部份,這時候整個體育館已經初步完工。因為這個體育館將來會有許多國際性的活動在此舉行,所以市政府非常注意,新建工程處負責設計監造,務求樣樣盡善盡美,不但要實用還要美觀。我在設計時也不敢掉以輕心,先參觀了許多已經做好了的體育館音響工程,才做最後決定。

  像這種的音響工程,如果一切順利,只要花二十天左右就可以完全竣工。但是因為六月間體育館只是大致完工,有許多線路管必須重新埋到地底或牆裡,有些地方則牆還沒有建,不能埋管。所以一直拖到十月底,體育館開放使用時,才正式完工試音。

使用器材簡介

  一、 Vortexion 50/70七十瓦特輸出,五種訊號混合擴大機。包括三個平衡式,阻抗兩百歐姆麥克風輸入,一個陶瓷式(Ceramic)唱頭輸入,一個Aux輸入。輸出可以試100V高阻抗輸出(Line-Output)或是五至十五歐姆輸出。(兩部)

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  二、 B.G.W. 750七百瓦特功率擴大機,有Crossbar瞬間保護電路。(一部)

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  三、 B&O Beocord 2200附有杜比系統錄放音機。(一部)

  四、控制中心可控制六個廣播區域,選擇音樂播放或言語廣播。(一部)

  五、 Beyer M64SH麥克風。(三個)

  六、 Beyer M111N講話用麥克風。(兩個)

  七、 一百零五瓦特兩音路喇叭柱。(Tow-Way Sound Coulomn)內有七個中低音喇叭,六個高音喇叭。(八個)

  八、 七十五瓦特兩音路喇叭柱。內有五支中低音喇叭,四支高音喇叭。(八個)

  九、 掛牆式喇叭音箱。(十五個)

  十、十六吋戶外防水號筒式喇叭。(十八個)

  十一、監聽用喇叭。(兩個)

一般傳統式設計的缺點

  我在此體育館及游泳池設計之前,曾經先到中華體育館、綜合運動場、公賣局球場等多處類似場地,經過了現場詳細的觀察,發現一般容易有下列的毛病,我依場地的不同分為室內體育館及戶外運動場來說。

  室內體育館:

  一、 音量不足。當聽眾多,聲音嘈雜時,根本聽不見廣播的聲音。尤其是坐在離喇叭較遠的觀眾。

  二、 回聲很大,根據測試,回聲消失的時間大概是話說完後的數秒鐘,所以當講話時全場都是嗡嗡的聲音。

  三、 高頻響應很差,播音樂時沒有高音,講話時好像得了感冒。沒有高音,嚴重的影響了聽眾分辨廣播內容的能力。

  四、 常常發生聲回授(Acoustical Feedback)。這是當喇叭出來的聲音又進入了麥克風,如果這個過程的放大率超過了一,就會發生聲回授,聲音越來越大成了尖叫聲或吼聲。

  戶外運動場:

  一、 聲音含混不清,聽不清楚。

  二、 同一個字重複聽到幾次,間隔長達幾分之一秒。

  三、 音量分佈不平均,有的地方音量太大,有的地方又太小。

  四、 低頻響應很差,聲音空洞而沒有感情。

缺點發生的原因

   上面所說的毛病,是使用傳統式方法最容易發生的。其實大部分的問題只要稍微注意,小心處理,都可以解決。剩下來的小部份問題,就非要採用新的設計及改變四週的環境,如多加吸音材料,才能徹底解決。下面是缺點發生原因的分析:

室內體育館部份:

  一、 一般室內體育館的屋頂都很高,喇叭只有用掛牆式最為方便及省功率。這種安裝會發生一種毛病,就是遠離牆的聽眾,也就是靠近前排的觀眾聽不見廣播的聲音。

  二、 絕大部分的室內體育館,是整個密閉的,只有幾個微不足到的窗子。建築物的材料,絕大部分是混凝土和鋼架,唯一能吸收聲音的只有觀眾。聲音從喇叭出去,遇到了堅硬的牆就被反射,因為缺乏吸音材料,反射聲音的效率極高。反射後的聲音可以再被反射,從發聲到回音消失,這個時間有高達五秒鐘的。五秒鐘的時間內,最少可以講十多個字。雖然在這五秒鐘的回音消失時間內,真正能干擾的只是最初的一、兩秒鐘,可是這一、兩秒鐘足以使全場嗡嗡亂成一片。

  三、 耦合變壓器在音響工程中是不可或缺的,它使低阻抗變成高阻抗,使安裝時不必考慮阻抗匹配問題或輸送線上直流損失問題。但是它有兩大缺點,本身損失功率,尤其是高音部份,和失真度增大。失真度我們不在此討論,我們所要討論的是高音的損失。除了耦合變壓器,輸送線上電容量也是造成高音低落的原因。我們都知道兩根線並在一起就會產生電容,大約每呎10PF不到,但是當輸送線長到一千呎時,並聯電容大約可當作0.01uF,一個音響工程傳輸線長到一萬呎,是很普通的,此時的電容和輸出阻抗一比,就不算很小了,高頻就在此又受到一次損失。

  四、 採用單個喇叭的音箱,成本固然低,高頻的響應卻不好。

  五、 普通喇叭聲傳的遠近和功率並不成正比,一個喇叭的功率如果過大,不只是離喇叭近的人吵得受不了,同時還會干擾到較遠在其它喇叭籠罩範圍下的觀眾。所以喇叭間的距離到底是有限的。為了讓使用麥克風人的附近其他觀眾也能聽得見廣播,喇叭離麥克風就不可能太遠,喇叭離麥克風不夠遠,聲回授就會在音量還不能使全場觀眾聽得清楚的情形下發生了。

戶外運動場部份:

  一、 因為戶外運動場的面積都是相當廣闊,如果採用室內的安裝法,喇叭個數太多了,只有採用高效率的號筒式喇叭。因為個數不夠,號筒喇叭不能直接涵蓋運動場的每一個區域。號筒式喇叭的聲音涵蓋角度不大,也就是方向性很強,如果觀眾所在位置是在離他最近號筒式喇叭的涵蓋範圍之外,而正好在五十公尺以外有一支號筒式喇叭對準他,這個時候,遠的這支號筒式喇叭的音量和近的這支不相上下。因為音速並不是很快,這兩支不同喇叭發出來的聲音就可能相差幾分之一秒到達,這就造成了一個聲音重複聽到。

  二、 喇叭支數少,為了使人人聽得到,就必須加大每支喇叭的功率。結果是離喇叭近的人吵得受不了,距離遠的人則可能仍然聽不清楚。

  三、 一般用的號筒式喇叭,低頻響應就不十分好,如果口徑再不夠大,低頻的響應就更差了。

能響就成了?

  我在設計這個體育場時,體專校方並沒有很多的要求。這是一般業主最通常的態度,業主常常只是告訴我們,這兒只要能響,就成了。可是如果我們從事音響設計的人,憑這一句話去做,當然設計安裝都很簡單,可是那就錯了。因為業主不是專家,而我們從事設計的人如果不能在可能的範圍內位業主提供各種方便,各種構想,那要我們設計幹什麼。結果一定是響是響了,可是要這樣用也不行,那樣廣播也不行,到時業主說話,還是指我們設計不行。

  我在設計時就首先考慮到,籃球場和游泳池是不是應該分開設計,因為游泳池舉行游泳比賽時,絕對不會有人願意靜坐在籃球場內聽游泳池進行的比賽。相同的,籃球比賽時也絕對不會有人願意坐在泳池畔聽籃球場內進行的比賽。就決定將游泳池和籃球場分為兩大部分。跟著就要考慮球場和游泳池是不是有可能同時比賽,答覆當然是肯定的,這樣就必須有兩套完全獨立的系統。每個系統要有麥克風,有可能要放音樂,也有可能要從控制室對外廣播,附圖一是整個系統的方塊圖。

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  整個體育館分成兩個大區域,籃球場區和游泳池區。籃球場區又分為進口、走道和球場三個部份。籃球場裡有兩支麥克風,(Beyer M64SA和M111N)由此可對這三個地區做全面或個別的廣播。進口和走道區喇叭用一部Vortexion 50/70來推動,共計戶外號筒式喇叭兩支,掛牆式喇叭八支。籃球場內的十六支喇叭柱(一百零五瓦特喇叭柱八支、七十五瓦特喇叭柱八支)。用一部B.G.W 750來推動,在這一個系統中B.G.W. 750是Vortexion 50/70的從屬擴大機(Slave Amplifier)。無論音量大小和音訊都和Vortexion 50/70一樣。

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  游泳池部份分為進口、地下室練習池和主游泳池三個部份。主游泳池有兩支麥克風(Beyer M64SH和M111N),可由此游泳池部份的三個區域做個別或全面之廣播。用一部Vortexion 50/70推動十六支十六吋戶外號筒式喇叭和七支掛牆式喇叭。

  在控制室中有一支麥克風(Beyer M64SH),和一部卡式錄放音機(Beocord 2200)。可對籃球場及游泳池的六個區域或做個別或全面的言語廣播或音樂播送。為了瞭解籃球場及游泳池比賽進行的狀況,再做適當的控制,控制室裡另外裝了兩個監聽喇叭,可以同時收聽籃球場及游泳池使用的狀況。

不能那樣做

  為了避免前述體育場之毛病,我在設計這套音響系統時特別小心,或是改良傳統式的設計安裝,或者是採用新的觀念。現在我就把這套音響系統的特點作一個介紹:

室內體育場:

  一、球場內全部採用雙音路喇叭柱。喇叭柱的物理現象就是一種波的干涉現象。如果我們從遠一點的地方看好幾個排成一列的電燈,我們會發現中央的燈泡似乎比較亮些,事實上它們的亮度是一樣的。喇叭柱就是排成一列的好幾個喇叭,因為音波的互相干涉,靠中央的喇叭就比較響。請看附圖二。

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  喇叭柱的另一個特性是向前方的音量遠超過向兩側的音量,所以它的方向性極強。一支麥克風如果放在普通喇叭的附近,音量只要稍一開大,聲回授就來了。而一支麥克風如果放在喇叭柱的側方,音量可以開得很大,仍然不致發生聲回授。

  為了加強喇叭柱的高音部份,最新的方法是用兩音路喇叭柱,一個喇叭柱內裝了一列的高音喇叭和一列的中低音喇叭,再加上分音器(Crossover Circuit)。高音的效果就能改善很多,也就是失真率降低。

  二、採用目前美國許多體育館所用的中央擴散式喇叭柱群。這種安裝方法是把八支一百零五瓦的喇叭柱直立的固定在兩個大小不同的正八角型上,喇叭柱正面略向前方傾斜,如附圖三。

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整個喇叭柱群高掛在體育館的正中央排。因為喇叭柱的方向性強,聲音又能傳得很遠,所以觀眾席上的每一個區域都有一支喇叭柱直接對著,音量夠。因為聲音是從觀眾前方傳來,聽起來比較自然舒服。全場每一個空間都充滿了聲音,不會有背後有一支喇叭那種感覺。

  三、籃球場下方,及球員賽球的地方和裁判、記者席,另外在球場四角,各裝兩支七十五瓦特喇叭柱。籃球比賽的裁判席是在球場較長邊的中央,因為這一點離喇叭柱可以算是幾乎最遠,加上喇叭柱的強烈方向性,所以即使音量開得很大,也不致發生聲回授。

  四、籃球場上半部的觀眾席,人比較多,下半部人比較少,所占空間也小。所以上方喇叭柱的音量必須大些,才能使全場音量平均,經過音量計(Sound Level Meter)測試,上方喇叭柱群的功率約為下方的兩倍,這樣的音量分配,全場大概一致。

  五、不使用耦合變壓器,採用低阻抗輸送。減少高頻在耦合變壓器上的損耗。

  六、採用0.1毆姆超低阻抗輸送。在這種阻抗下輸送音頻訊號,傳輸線上的電容就顯得很小,可以忽略不計。

  七、採用高功率功率擴大機。前面已經說過,喇叭柱能把聲音傳到很遠,可是傳得很遠就需要很大的功率。一般的體育場只用兩百瓦最多三百瓦的功率擴大機,以這一點點功率要想推動這十六支喇叭柱,當然是不夠的。這個體育館就另外用了一部高功率B.G.W. 750七百瓦特輸出的功率擴大機,以這種功率才能使這十六支喇叭柱發出充分的音量。

  八、為了減少回聲的效應,特別採用了減少低音(Bass Cut)線路,這線路是只用來講話的。根據實驗發現低音在體育館中的回聲效果,大於高、中音。而一般來說低音在說話的時候,只能表達情感,對於清晰度並沒有什麼貢獻,所以減少低音並不會有什麼影響。

  九、全部採用講話麥克風,方向性很強,不容易發生聲回授。頻率響應只適合中頻,減低回聲的效果。

戶外游泳池:

  一、採用十六支號筒式喇叭,每支喇叭籠罩場內一個地區,不重覆,也不讓一個地區沒有喇叭籠罩。

  二、喇叭全部固定於離地面十公尺以上的鐵柱上。所以聲音離最近的觀眾也不致於太近,使全場的音量相當平均,不會發生有的地方音量太大而有的地方聽不見的毛病。

  三、全部採用十六吋高品質號筒式喇叭,提高低頻響應,使低頻降低到一百五十赫。

結果是這樣子

  這個綜合體育館的工程,已經在十月下旬試音,並在區運會中正式啟用。

  在試音的時候,我發現游泳池部份可以達到預期的效果,無論是觀眾席或者是游泳池畔,都能很清楚的聽見廣播,而且音質相當不錯。在室內籃球場部份,雖然音量很充沛,高低音都很清楚,但是回聲仍然相當強。試音的當天,場地沒有使用,所以即使低音衰減線路開盡,全場嗡嗡聲還是相當大,聽廣播相當吃力。因為人是吸音的,所以必須等到正式使用時才能知道回聲的強度。

  這個音響系統正式使用的第一次是男、女籃球決賽,當天觀眾相當多,大約坐了三分之二。這一次使用就好多了,但是還是不夠清楚。當球賽結束後,決定只有再衰減低頻,就把低音衰減線路略作修正。第二次使用正逢葛理翰佈道大會,這一次的使用結果就大有改進,只要講話速度適中,全場每一個角落都能聽得很清楚。

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  檢討這一個工程為一的缺點就是回音。回音唯一的消除方法是在牆上加吸音的材料,這樣所花的錢相當多。以我的看法,一個有這種規模的體育館,內外都很漂亮,在設計之初就應該注意到音響效果的問題。而目前一般我常碰到的工程,往往只注意室內設計,音響部份只是位置,然後埋幾根線管就認為音響已經設計完了。如果喇叭或音響器材和室內裝潢起了衝突,往往是音響戰敗,乖乖換位。以這種情形,怎麼可能會注意到環境對音響的影響呢!就以這一個運動場來說,全場幾乎完全密閉,牆壁是混凝土,屋頂是鋁的,全場沒有一點吸音的材料,回聲早就在預料之中。

  一個有漂亮外表的體育館,音響效果如果不好,就好像是一個漂亮的啞女郎。固然漂亮的外表是很重要,但是實用卻更重要。我很希望在設計一個音響工程的時候,裝潢能來配合音響,而不是以音響配合裝潢,那一定是既美觀又實用。

轉載音響技術第3期MAR. 1976 我設計了北市立體育館的音響系統/吳介之

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