孫濤 姜虹

1. 哈爾濱方舟建筑設(shè)計有限公司，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)計重點

孫濤1姜虹2，3

1. 哈爾濱方舟建筑設(shè)計有限公司，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，在消防設(shè)計與管理方面卻相對滯后，尤其是現(xiàn)行應(yīng)急廣播系統(tǒng)設(shè)計規(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)部使用人員進行安全疏散的作用。因此，明確其設(shè)計重點，將建筑聲學(xué)設(shè)計與工程設(shè)計實踐緊密地聯(lián)系在一起，極具現(xiàn)實指導(dǎo)意義；同時也為同類的相關(guān)研究奠定了基礎(chǔ)，從而起到促進我國公共建筑安全、快速地發(fā)展，步入良性循環(huán)的作用。

應(yīng)急廣播；設(shè)計重點；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)的一個組成部分，屬于多聲源的語言擴聲系統(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，應(yīng)急廣播信號通過音源設(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)域的揚聲設(shè)備實現(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)報警控制器（聯(lián)動型）等；另外還有現(xiàn)場設(shè)備，包括輸出模塊和各種揚聲設(shè)備。

主機端設(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，一般獨立配有C D、M P 3放音機或數(shù)字錄音機，可進行固態(tài)、動態(tài)錄放音；同時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，在遙控狀態(tài)下有預(yù)置音量功能，具有禁音輸入、故障報警和過載保護功能。

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)計中，無論是采用總線制還是多線制，包括主機端在內(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，需要針對建筑功能、平面形式等進行具體布局設(shè)計的主要是現(xiàn)場播音設(shè)備（即揚聲器構(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。

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

普通的紙盆式揚聲器在單獨工作時指向性較差，聲柱則是將若干同類型的紙盆式揚聲器按直線或曲線進行柱狀排列，以達到所需要的指向性。它的特點就是在垂直方向上有較強的指向特性，聲柱越長、聲束越窄、能量越集中、指向性越強。利用聲柱的垂直指向性，可以在主聲束范圍內(nèi)給聽眾提供較強的直達聲，減弱混響干擾；同時，其遠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，線陣列揚聲器系統(tǒng)正以它獨特的優(yōu)勢替代其他種類的揚聲設(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，高頻特性好。線陣列揚聲器一般適用于有足夠安裝高度以及不需要進行分區(qū)廣播的大型空間。

從聲學(xué)角度看，增強揚聲器系統(tǒng)的指向性，可以改善覆蓋區(qū)域，增強直達聲，從而提高語言的清晰度。從傳輸頻率范圍看，如果把揚聲器的頻率范圍控制得比較窄，沒有低頻輻射，則不會激發(fā)低頻混響，但是對于語言傳輸已經(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語言清晰度的干擾。小功率的聲柱通?？梢暂^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)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定設(shè)置滿足防火要求的獨立控制室，故不存在揚聲器與話筒處于同一聲場內(nèi)的情況，即不會出現(xiàn)聲反饋現(xiàn)象。因此揚聲器的布置與安裝的基本出發(fā)點是保證廣播系統(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。

集中式揚聲器系統(tǒng)顧名思義是把一組（或多組）揚聲器集中安裝在聲場中同一個固定位置上，為了能發(fā)揮大功率遠場輻射的優(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，但對于高度不足的空間顯然是不適用的。

分散式揚聲器系統(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，另外對于難以獲得好的語言清晰度的混響時間較長的大型廳堂，也可采用分散式的布置方式。分散式的揚聲器系統(tǒng)有兩種常見形式：一種是以單獨的天花式揚聲器為供聲單元，另一種是以壁裝的小功率聲柱或音箱為供聲單元。分散式布置的揚聲器系統(tǒng)能獲得均勻的聲場，并由于揚聲器與聽眾之間的距離很近，可保持較高的直達聲與混響聲的聲能比，所以在混響時間較長的條件下也能獲得較高的清晰度。

混合式布置的揚聲器系統(tǒng)是在集中式布置的基礎(chǔ)上，再分散布置輔助揚聲器對局部區(qū)域進行補聲，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，揚聲器適宜采用分散式的布置方式。對于廣播系統(tǒng)的語言清晰度來說，較高的直達聲是保障，因此對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聲器。而如果空間高度較大時，則應(yīng)考慮將揚聲器安裝在側(cè)墻或柱子上，并適當(dāng)控制安裝高度，盡量減小揚聲器和聽眾的直達距離，以獲得較高的聲場質(zhì)量。

同時，根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB 50116-2007）中對火災(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)的揚聲器，每個額定功率不應(yīng)小于3W，其數(shù)量應(yīng)能保證從一個防火分區(qū)的任何部位到最近一個揚聲器的距離不大于25m，走道內(nèi)最后一個揚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)置的揚聲器，在其播放范圍內(nèi)最遠點的播放聲壓級應(yīng)高于背景噪聲15dB”?？梢钥闯觯谝?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，尤其是對于建筑的具體功能、空間尺度、乃至揚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)計的重點在于：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)計方案，最后以清晰、概括的形式給出用于實踐工程的具體設(shè)計方法。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.058

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