北京小学静音操场案例解析

一、项目背景

北京小学与共和国同龄，与首都同名，是唯一以首都“北京”命名的公立小学，成立于1949年，是建国初期由北京市委亲自组建的公立寄宿制学校。

作为首都基础教育的窗口学校，北京小学在促进义务教育均衡化发展中，发挥自身优势，先后在西城、大兴、丰台、通州、房山等区建成了9所分校，形成了一体两翼、一校多址的办学格局。2011年，学校在西城教委的支持下组建北京小学教育集团，率先进行集团化办学的探索。2012年成为西城区推出的四大教育集团之一（五址一园：北京小学、北京小学广外校区、北京小学广内分校、北京小学红山分校、北京小学天宁寺分校、红山幼儿园），通过集团化办学的方式，提升了各分校的办学质量，使更多的人民群众享受到优质的教育。

北京小学本校位于：北京市西城区槐柏树街9号，北面紧临槐柏树街小区，西临近五金家属院；学校的大操场、小操场正好处于这两个居民区附近。长久以来，不乏市民反映校园噪音扰民的情况；尤其是每年运动会时期，投诉电话能打到爆。经现场勘查，学校操场存在扰民问题的原因有以下几点：

1. 居民楼距离操场太近，大操场围墙距离槐柏树街小区2号楼的距离约3米；小操场距离五金小区的距离约为1米。操场扩声的音柱都挂在操场围栏上边，紧邻居民窗户。

2. 大操场的问题是原有喇叭数量太少，声压级不够；大操场主席台主扩3只60w音柱，侧边补声音柱2只，为了达到扩声效果，喇叭长期处于失真的高负荷工作状态。总结起来就是点位少，扩声强度需求大，分布不合理。

3. 小操场的问题是：紧挨居民楼的2只音柱功率太大，每只功率60W。

4. 原有部分喇叭声音发劈，播出来的声音严重失真，如同噪声。

二、方案设计

1. 大操场方案设计

经过现场实地勘测，该校为200米跑道操场，长约80米（主席台侧），宽约50米。主席台后侧槐柏树街小区2号楼，是主要的扰民点之一，主席台左侧为高层24号楼居民区，也是扰民点之一。

1) 考虑到音箱的安装位置紧邻小区，且还要保证音箱有足够的穿透力。我们选择安装5只120W的华语视讯HYSX-1001定向音箱作为主扩；该款音箱指向性极强，正前方30°角定向扩声，定向范围外最大衰减25dB；

2) 考虑到主扩音箱30°角定向扩声，存在盲区，选用4只30W的HYSX-1003定向音箱作为补声音箱，来补偿盲区的扩声。另外侧边高层居民区我们同样选择2只HYSX-1003音箱补声。整体方案采用多点小功率的部署方式，我们取消了主席台对侧的传统防水音柱的扩声，这样直接打向对侧的居民区，很容易影响居民区，最终通过改造我们实测居民区噪声大小为47~52dB左右。有居民反馈说，在自家基本感觉不到校园广播的打扰。

3) 前端设备我们采用一台小功率的合并式功放HY-5130A通过音频耦合的方式，将音频信号通过音频线传递到各个终端音箱。不需要部署光纤，音频光端机类设备。补声音箱采用1台合并式功放HY-5350A通过音频信号传输。另外配备无线话筒等音源设备，无缝对接原有校园广播系统。

2. 小操场方案设计

小操场扰民问题是因为音柱紧邻居民窗户，音柱功率太大。在这里我们错开居民窗户安装音箱，选用2只30W的HYSX-1003定向音箱，该款音箱的优点是背后衰减最大20dB，扩散角度135°角，背向消声处理，实测背后居民区49dB。

3. 产品介绍

我们的相控阵技术，让声音“响我所想”，静音操场系统采用定向声硬件配合DSP算法软件，达到可控声音精准覆盖操场主区域，而抑制其扩散到周围区域，降低对教学楼和居民楼的声音干扰。同时通过科学的安装方式和声向调节，使操场语音清晰度更高。

防扰民音箱灵感来源于雷达扫描仪利用相位控制阵列的原理，通过对送往各个喇叭单元的声音信号的相对相位进行调整，强化声音在指定方向的强度，并且压抑其他方向的强度。强指向波束，可以通过自研的DSP算法调节发声角度和范围。

防扰民音箱声音集中可导向,像光束一样发声。普通的音箱一般特点：全向扩声，声音扩散范围广；声音衰减弱，距离每增一倍减少6dB；多只音箱容易互相干扰，造成声音混杂。防扰民音箱一般特点：定向扩声，声音集中定向传播；声音衰减强，定向范围外最大衰减25dB；声向算法调节，减少声音互相干扰，声音清晰。

A. 扬声器阵列技术

系统在硬件设计上将多达 16 个扬声器单元组成一个阵列，形成线性声源。线声源由于距离产生的声压级衰减明显比较小，有更均匀的声场；线声源产生静音操场解决方案的柱面波阵列具有非常强的指向性，可以使声能力集中在某个区域，这样即使在高混响的环境中也可以提供极高的可懂度。

B. 定向声声学算法技术

系统采用定向声硬件配合业内领先的波束控制技术与算法，利用声场重构技术，为每个扬声器设计合适的滤波器，对各扬声器通道信号进行幅值和相位的调整，将声音控制在指定的方向进行播放。

C. DSP 音频处理技术

基于 DSP 的音频信号处理系统设计，能够对声音进行更精细化的处理，释放高保真声音。

三、系统拓扑图

四、系统优势

1. 静音效果好

系统采用定向声硬件配合DSP算法软件，达到声音精准控制，水平 30°（-25dB），音柱无障碍物背后1米（-15dB）。通过科学的安装方式和声向调节，使声音覆盖有效区域，降低对教学楼和居民楼的干扰。

2. 音质效果好

跟友商相比，相控阵音柱最大的优势在于音箱的音质及声束传输距离。相控阵音柱采用16只定向声极强的喇叭配合DSP算法软件，从而在保证音柱音质不受损失的情况下，将能量集中到有用的声束，以求传输距离更远。同等声压级我们用到的音柱数量更少，造价成本更低。

3. 声场均匀

通过安装相控阵音柱，科学合理的声场设计，减少音柱之间的相互干扰及声场叠加，使声场分布更加均匀，有效降低了回声，提高语音可懂度，使广播声更易听清。

4. 智能化程度高

可实现点对点控制，分组控制，全体广播等操作，可根据学生的多少来选择工作音柱的开启数量。最大程度的减少资源的浪费及对居民的干扰。

5. 远程遥控

通过无线远程遥控音乐播放器，实现对音乐的选择，暂停、播放、上一曲、下一曲等。无线话筒远距离传播，可实现操场全覆盖。二者结合起来使用，老师可轻松独立完成上操，升旗等工作。

6. 系统兼容

不管谁家广播系统均可接入，满足操场本地扩声的同时，兼顾校园广播打铃，且铃声一致。

五、实际应用