消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

孫濤 姜虹

1. 哈爾濱方舟建筑設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱 150001

2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150001

3. 東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040

消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

孫濤1姜虹2，3

1. 哈爾濱方舟建筑設(shè)計(jì)有限公司，哈爾濱 150001

2. 哈爾濱工業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150001

3. 東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040

目前我國的建筑行業(yè)在迅猛發(fā)展的同時(shí)，在消防設(shè)計(jì)與管理方面卻相對(duì)滯后，尤其是現(xiàn)行應(yīng)急廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范的內(nèi)容過于籠統(tǒng)，很難保證在緊急情況下，能夠發(fā)揮其引導(dǎo)內(nèi)部使用人員進(jìn)行安全疏散的作用。因此，明確其設(shè)計(jì)重點(diǎn)，將建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)與工程設(shè)計(jì)實(shí)踐緊密地聯(lián)系在一起，極具現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義；同時(shí)也為同類的相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)，從而起到促進(jìn)我國公共建筑安全、快速地發(fā)展，步入良性循環(huán)的作用。

應(yīng)急廣播；設(shè)計(jì)重點(diǎn)；設(shè)備構(gòu)成；布置方式

引言

應(yīng)急廣播系統(tǒng)是公共廣播系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，屬于多聲源的語言擴(kuò)聲系統(tǒng)，它需要電子技術(shù)、電聲技術(shù)和建聲技術(shù)等多種學(xué)科的密切配合，其音質(zhì)效果不僅與電聲系統(tǒng)的綜合性能有關(guān)，更與聲音的室內(nèi)傳播環(huán)境、即建筑聲學(xué)密切相關(guān)。

1.系統(tǒng)構(gòu)成與控制流程

消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)是火災(zāi)逃生疏散和滅火指揮的主要設(shè)備，在整個(gè)消防控制管理系統(tǒng)中起著極其重要的作用。在火災(zāi)發(fā)生時(shí)，應(yīng)急廣播信號(hào)通過音源設(shè)備發(fā)出，經(jīng)過功率放大后，由編碼輸出控制模塊切換到廣播指定區(qū)域的揚(yáng)聲設(shè)備實(shí)現(xiàn)應(yīng)急廣播。目前經(jīng)常采用的應(yīng)急廣播系統(tǒng)多為總線制或多線制消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)，主要由兩部分設(shè)備構(gòu)成：一是主機(jī)端設(shè)備，包括廣播錄放盤、廣播區(qū)域控制盤、廣播功率放大器和火災(zāi)報(bào)警控制器（聯(lián)動(dòng)型）等；另外還有現(xiàn)場設(shè)備，包括輸出模塊和各種揚(yáng)聲設(shè)備。

主機(jī)端設(shè)備一般集中設(shè)置在建筑的消控中心。廣播錄放盤作為音源指揮中心，一般獨(dú)立配有C D、M P 3放音機(jī)或數(shù)字錄音機(jī)，可進(jìn)行固態(tài)、動(dòng)態(tài)錄放音；同時(shí)配有話筒輸入和外音源輸入端口以及內(nèi)部的音頻輸出端口；具有遙控輸入、輸出，禁音輸出和禁音輸入功能，以及監(jiān)聽和電子放音轉(zhuǎn)錄功能。廣播功放盤是音頻功率放大器，具有遙控啟動(dòng)，在遙控狀態(tài)下有預(yù)置音量功能，具有禁音輸入、故障報(bào)警和過載保護(hù)功能。

現(xiàn)場設(shè)備通常是分散安裝在建筑各樓層的具體部位，揚(yáng)聲器即為現(xiàn)場播音設(shè)備。另外，在總線制消防廣播系統(tǒng)中，一般通過具有自回答功能的現(xiàn)場廣播切換（控制）模塊，用于各樓層或防火分區(qū)正常廣播與消防廣播間的現(xiàn)場切換控制。

由上述系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成可以看出，在應(yīng)急廣播系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)中，無論是采用總線制還是多線制，包括主機(jī)端在內(nèi)的大部分電子集成設(shè)備應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)形式與要求選型，需要針對(duì)建筑功能、平面形式等進(jìn)行具體布局設(shè)計(jì)的主要是現(xiàn)場播音設(shè)備（即揚(yáng)聲器構(gòu)成的聲源系統(tǒng)），因此從建筑聲學(xué)的角度出發(fā)，聲源系統(tǒng)的布局設(shè)計(jì)是影響應(yīng)急廣播語言清晰度的唯一因素。

2.聲源系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

應(yīng)急廣播系統(tǒng)屬于典型的多聲源擴(kuò)聲系統(tǒng)，由于空間的三維尺度以及聲學(xué)條件的影響，其聲源系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成與布置方式具有一定的特殊性。

揚(yáng)聲器是一種常用的電聲換能器件，其種類繁多，按換能機(jī)理和結(jié)構(gòu)可分為電動(dòng)式、靜電式、壓電式、電磁式、電離子式和氣動(dòng)式揚(yáng)聲器等；按聲輻射材料可分為紙盆式、號(hào)筒式、膜片式；按工作頻率可分為低音、中音、高音等。其中，電動(dòng)式揚(yáng)聲器具有電聲性能好、結(jié)構(gòu)牢固、成本低等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用最為廣泛，它又分為紙盆式、號(hào)筒式和球頂形三種。紙盆式揚(yáng)聲器是室內(nèi)空間公共廣播系統(tǒng)中最常采用的一種揚(yáng)聲設(shè)備，安裝方式一般為天花嵌入式和壁掛式。

普通的紙盆式揚(yáng)聲器在單獨(dú)工作時(shí)指向性較差，聲柱則是將若干同類型的紙盆式揚(yáng)聲器按直線或曲線進(jìn)行柱狀排列，以達(dá)到所需要的指向性。它的特點(diǎn)就是在垂直方向上有較強(qiáng)的指向特性，聲柱越長、聲束越窄、能量越集中、指向性越強(qiáng)。利用聲柱的垂直指向性，可以在主聲束范圍內(nèi)給聽眾提供較強(qiáng)的直達(dá)聲，減弱混響干擾；同時(shí)，其遠(yuǎn)場特性也可以在一定程度上使聲場分布更加均勻。

線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)是由一系列單元箱組成的陣列，其工作原理類似于聲柱，但又有較大差異：線陣列揚(yáng)聲器通常采用二分頻或三分頻方式，其輻射的聲場是可以控制的；構(gòu)成陣列的單元數(shù)量和懸掛方式需根據(jù)聲場的要求來確定；為了保證音質(zhì)，陣列單元應(yīng)滿足線性相位要求等等。這些都是聲柱做不到的，尤其是在中、高頻段需要采用帶狀高音、號(hào)筒、聲反射鏡、聲透鏡等波導(dǎo)技術(shù)來解決波陣面的耦合問題。近年來在一些大型場館，線陣列揚(yáng)聲器系統(tǒng)正以它獨(dú)特的優(yōu)勢替代其他種類的揚(yáng)聲設(shè)備。它的優(yōu)勢在于輻射的聲場可以控制，涵蓋的聲場比較均勻，垂直指向性更窄從而減小了聲場的干涉，它的功率較大，投射的距離遠(yuǎn)，高頻特性好。線陣列揚(yáng)聲器一般適用于有足夠安裝高度以及不需要進(jìn)行分區(qū)廣播的大型空間。

從聲學(xué)角度看，增強(qiáng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)的指向性，可以改善覆蓋區(qū)域，增強(qiáng)直達(dá)聲，從而提高語言的清晰度。從傳輸頻率范圍看，如果把揚(yáng)聲器的頻率范圍控制得比較窄，沒有低頻輻射，則不會(huì)激發(fā)低頻混響，但是對(duì)于語言傳輸已經(jīng)基本滿足了要求。從輻射聲功率來看，如果揚(yáng)聲器的輻射功率比較小，則聲能可以很快衰減不足以激發(fā)室內(nèi)的混響，因而能夠克服長混響對(duì)語言清晰度的干擾。小功率的聲柱通常可以較好地滿足上述條件。

3.聲源系統(tǒng)的布置方式

消防應(yīng)急廣播需要按照《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定設(shè)置滿足防火要求的獨(dú)立控制室，故不存在揚(yáng)聲器與話筒處于同一聲場內(nèi)的情況，即不會(huì)出現(xiàn)聲反饋現(xiàn)象。因此揚(yáng)聲器的布置與安裝的基本出發(fā)點(diǎn)是保證廣播系統(tǒng)必要的語言清晰度以及聲場內(nèi)各處的聲壓分布均勻。

根據(jù)空間的功能布局、平面體型、空間高度等因素，廣播系統(tǒng)的揚(yáng)聲器布置方式可分為集中式、分散式和混合式三種方案。

集中式揚(yáng)聲器系統(tǒng)顧名思義是把一組（或多組）揚(yáng)聲器集中安裝在聲場中同一個(gè)固定位置上，為了能發(fā)揮大功率遠(yuǎn)場輻射的優(yōu)勢，需要較高的懸掛高度，在劇場、體育館等大型空間內(nèi)一般采用這種方式較多，但對(duì)于高度不足的空間顯然是不適用的。

分散式揚(yáng)聲器系統(tǒng)是用于高度不高而無法采用集中供聲的大型或狹長空間，以及功能結(jié)構(gòu)被分為幾部分的廳堂，另外對(duì)于難以獲得好的語言清晰度的混響時(shí)間較長的大型廳堂，也可采用分散式的布置方式。分散式的揚(yáng)聲器系統(tǒng)有兩種常見形式：一種是以單獨(dú)的天花式揚(yáng)聲器為供聲單元，另一種是以壁裝的小功率聲柱或音箱為供聲單元。分散式布置的揚(yáng)聲器系統(tǒng)能獲得均勻的聲場，并由于揚(yáng)聲器與聽眾之間的距離很近，可保持較高的直達(dá)聲與混響聲的聲能比，所以在混響時(shí)間較長的條件下也能獲得較高的清晰度。

混合式布置的揚(yáng)聲器系統(tǒng)是在集中式布置的基礎(chǔ)上，再分散布置輔助揚(yáng)聲器對(duì)局部區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)聲，這里不做過多的闡述。

綜上所述，可以看出在大多數(shù)建筑空間的應(yīng)急廣播系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器適宜采用分散式的布置方式。對(duì)于廣播系統(tǒng)的語言清晰度來說，較高的直達(dá)聲是保障，因此對(duì)于天花或吊頂不是很高的空間，基于安裝方便及便于隱蔽等原因可以考慮天花式揚(yáng)聲器。而如果空間高度較大時(shí)，則應(yīng)考慮將揚(yáng)聲器安裝在側(cè)墻或柱子上，并適當(dāng)控制安裝高度，盡量減小揚(yáng)聲器和聽眾的直達(dá)距離，以獲得較高的聲場質(zhì)量。

同時(shí)，根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50116-2007）中對(duì)火災(zāi)應(yīng)急廣播系統(tǒng)的規(guī)定，“設(shè)置在民用建筑公共場所內(nèi)的揚(yáng)聲器，每個(gè)額定功率不應(yīng)小于3W，其數(shù)量應(yīng)能保證從一個(gè)防火分區(qū)的任何部位到最近一個(gè)揚(yáng)聲器的距離不大于25m，走道內(nèi)最后一個(gè)揚(yáng)聲器至走道末端的距離不應(yīng)大于12.5m；在環(huán)境噪聲大于60dB的場所設(shè)置的揚(yáng)聲器，在其播放范圍內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)的播放聲壓級(jí)應(yīng)高于背景噪聲15dB”。可以看出，在規(guī)范中雖然部分地考慮了聲場內(nèi)信噪比的問題，但總體來說并沒有從專業(yè)的聲學(xué)角度出發(fā)做出相應(yīng)的詳細(xì)規(guī)定，尤其是對(duì)于建筑的具體功能、空間尺度、乃至揚(yáng)聲器性能等廣播系統(tǒng)語言清晰度的主要影響因素均未有相應(yīng)規(guī)定。

4.結(jié)論

綜上所述，消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)由于建筑的空間尺度、壁面聲學(xué)條件等因素差異較大，其聲源系統(tǒng)的布局與設(shè)備選型必然受到很大影響，因此設(shè)計(jì)的重點(diǎn)在于：首先應(yīng)明確建筑空間多聲源作用下聲場的基本特性，然后找出空間內(nèi)部對(duì)聲場語言清晰度產(chǎn)生影響的主要因素，在此基礎(chǔ)上可以通過理論研究結(jié)合仿真模擬的方法分析各影響因素下聲學(xué)指標(biāo)的變化規(guī)律，以便歸納總結(jié)出最優(yōu)化的應(yīng)急廣播系統(tǒng)聲學(xué)設(shè)計(jì)方案，最后以清晰、概括的形式給出用于實(shí)踐工程的具體設(shè)計(jì)方法。

[1]夏東海，王海燕，夏朝暉，李天立.消防應(yīng)急廣播系統(tǒng)的性能化設(shè)計(jì)[J].消防科學(xué)與技術(shù).2002(04)

[2]編委會(huì).現(xiàn)代智能建筑系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工技術(shù)與工程圖集[M]. 北京：中國建筑出版社. 2005（卷2）

[3]王銘珍. 公共場所的火災(zāi)應(yīng)急廣播設(shè)計(jì)[J]. 安全.2003(24)

[4]孫建京.現(xiàn)代音響工程[M].北京：人民郵電出版社.2008

[5]沈勇，歐達(dá)毅，安康.改善揚(yáng)聲器陣列輻射特性的幾種方法[J]. 電聲技術(shù).2007(07)

[6]沈勇，江超. 揚(yáng)聲器線陣列分析[J]. 電聲技術(shù).2004(12)

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.058

孫濤(男)，哈爾濱人，1972年出生，現(xiàn)職稱：高級(jí)工程師，研究方向：建筑電氣設(shè)計(jì)。