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淺論城市軌道交通公共廣播系統(tǒng)人性化設(shè)計的論文
城市軌道交通廣播系統(tǒng)在正常情況下向旅客通告地鐵列車運(yùn)行及安全、向?qū)У确⻊?wù)信息，向工作人員發(fā)布作業(yè)通知;在災(zāi)害情況時向乘客發(fā)出通告，指揮乘客疏散。
城市軌道交通廣播系統(tǒng)由控制中心廣播設(shè)備和車站廣播設(shè)備組成�？刂浦行暮蛙囌揪O(shè)置行車和防災(zāi)廣播控制設(shè)備�？刂浦行目蓪θ�選站、選路廣播;車站控制設(shè)備可對本站管區(qū)內(nèi)選路廣播。
目前開通的城市軌道交通廣播系統(tǒng)往往存在聲場分布不均勻、聲場強(qiáng)度調(diào)節(jié)不便、站外廣播聲音過大影響周邊居民等問題。為避免新建線路出現(xiàn)上述問題，并提高廣播系統(tǒng)的可靠性，在重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統(tǒng)實(shí)施時，在揚(yáng)聲器設(shè)置、選型、噪音檢測和聲學(xué)模擬等方面采取了一些改進(jìn)措施。
1重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統(tǒng)簡介
1.1廣播系統(tǒng)的功能
重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統(tǒng)的功能如下。
1)優(yōu)先級設(shè)置功能：中心防災(zāi)調(diào)度員為第一級;車站防災(zāi)值班員為第二級;中心行車調(diào)度員為第三級;車站行車值班員為第四級;站臺客運(yùn)值班員為第五級。
2)中心廣播功能：中心行車調(diào)度員可通過中心廣播操作臺對車站進(jìn)行語言直播、語音合成廣播，并有多種廣播模式;中心調(diào)度員可以單選、組選和全選任意車站的任意廣播區(qū)進(jìn)行廣播;中心調(diào)度員根據(jù)需要可選擇監(jiān)聽任意車站的廣播情況。
3)車站行車廣播功能：車站值班員可單選、組選和全選本站的任意廣播區(qū)進(jìn)行多信源廣播。車站廣播控制盒具有話筒、語音、線路等按鍵。選中話筒，可通過話筒對相應(yīng)的廣播區(qū)進(jìn)行廣播;按語音按鍵，可通過選擇語音合成的段號對車站廣播區(qū)進(jìn)行固定廣播;按線路按鍵，可通過線路輸入插口連接外部信源，播放線路輸入的內(nèi)容。車站值班員可根據(jù)需要選擇監(jiān)聽本站各廣播區(qū)的廣播情況。顯示屏上可顯示優(yōu)先級的占用狀態(tài)、設(shè)備的工作狀態(tài)、故障情況、廣播區(qū)及信源選擇等內(nèi)容。
4)站臺廣播功能：站臺工作人員通過隨身攜帶的無線便攜式站臺廣播手持臺在站臺內(nèi)任一位置，均可遙控廣播的開啟、對站臺進(jìn)行廣播。
5)車站防災(zāi)廣播功能：車站防災(zāi)值班員可以通過車站防災(zāi)廣播控制盒，實(shí)現(xiàn)對所選廣播區(qū)和信源廣播開關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)防災(zāi)廣播功能。車站防災(zāi)廣播操作盒設(shè)有“緊急”廣播按鍵。廣播時，按下“緊急”按鍵，即可對全區(qū)或分區(qū)進(jìn)行緊急廣播，同時可對廣播內(nèi)容進(jìn)行本地錄音。
6)列車進(jìn)站自動廣播功能：為提高列車到發(fā)時廣播時間的實(shí)時性及準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)設(shè)有列車到、發(fā)信號的引入接口并配置相應(yīng)的語音存儲器。當(dāng)車站收到上、下行兩個方向列車的到、發(fā)信息時，本系統(tǒng)可實(shí)時自動播出列車的到、發(fā)信息，并同時播放兩段不同的語音信息。播放順序及時間，可根據(jù)用戶的需求設(shè)定。
7)中心網(wǎng)管功能：中心網(wǎng)管終端設(shè)備可設(shè)置車站的數(shù)量、各廣播區(qū)的數(shù)量、操作臺的優(yōu)先級及編組廣播的內(nèi)容，并具有集中維護(hù)和自診斷功能;可進(jìn)行故障管理、性能管理、配置管理、安全管理;能對中心和車站廣播設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測;能完成自動檢測、遙控檢測、故障報警、故障定位(告警的站號、告警的槽位號)及遠(yuǎn)端維護(hù)功能;能對系統(tǒng)發(fā)生的故障和操作進(jìn)行全面記錄，并具有打印功能。
1.2廣播系統(tǒng)的構(gòu)成
車站廣播系統(tǒng)采用控制中心與車站兩級組網(wǎng)方式。
1)控制中心廣播控制設(shè)備：控制中心設(shè)行車廣播話筒盒、防災(zāi)廣播控制盒、中心廣播機(jī)柜及網(wǎng)管設(shè)備等，在控制中心與ISCS(綜合監(jiān)控系統(tǒng))進(jìn)行操作界面集成。
2)車站廣播設(shè)備：車站廣播設(shè)備由廣播機(jī)柜、行車廣播話筒盒、防災(zāi)廣播控制盒、站臺廣播手持臺、噪音傳感器及揚(yáng)聲器網(wǎng)等組成。在車站與ISCS進(jìn)行操作界面集成，其中播音及操控由ISCS集成，廣播系統(tǒng)提供的廣播控制盒作備用。行車廣播話筒盒、防災(zāi)廣播控制盒設(shè)置在車站綜合控制室，廣播機(jī)柜設(shè)置在車站通信機(jī)房，揚(yáng)聲器網(wǎng)設(shè)置在站廳、站臺、出入口及辦公區(qū)等場所。車站廣播區(qū)按上行站臺、下行站臺、站廳、出入口、辦公區(qū)域進(jìn)行設(shè)置。為了提高廣播的清晰度，站臺和站廳播音區(qū)的揚(yáng)聲器以小功率、大密度的方式布置，揚(yáng)聲器功率為3～6W。在每個車站站臺上設(shè)置無線廣播收發(fā)設(shè)備，站臺服務(wù)人員攜帶對講手持臺對本站臺區(qū)域進(jìn)行廣播。為保證聲場的強(qiáng)度和播音信噪比，在各車站的上下行站臺廣播區(qū)設(shè)置噪聲傳感器各2個。
3)傳輸通道：控制中心廣播控制設(shè)備與車站廣播設(shè)備間傳輸?shù)男畔◤V播語音信息、廣播控制信息和監(jiān)聽信息，控制中心至各車站之間采用10Mb/s以太網(wǎng)通道。
2廣播系統(tǒng)的設(shè)計原則
2.1廣播揚(yáng)聲器的設(shè)置原則
揚(yáng)聲器系統(tǒng)的布置合理與否，直接關(guān)系到整個廣播系統(tǒng)的音響效果。揚(yáng)聲器的布置一般應(yīng)遵循以下原則：
1)使聽眾區(qū)的聲場盡可能達(dá)到均勻一致;
2)聲音聽感自然;
3)有利于克服聲反饋，提高傳聲增益;
4)揚(yáng)聲器的覆蓋角應(yīng)能覆蓋全部聽眾;
5)聽眾區(qū)的聲級應(yīng)能滿足總技術(shù)條件要求;
6)各揚(yáng)聲器發(fā)出的聲音到達(dá)聽眾區(qū)各點(diǎn)的時間差應(yīng)小于5～30ms;
7)便于安裝、調(diào)試和維護(hù)。
2.2控制性指標(biāo)
聲場強(qiáng)度大于噪聲級10dB。負(fù)荷區(qū)各點(diǎn)的聲場均勻度及混響指標(biāo)應(yīng)保證廣播聲音清晰與穩(wěn)定。
高架站站臺揚(yáng)聲器在站外的音量，晝間應(yīng)≤50dB，夜間應(yīng)≤40dB。
2.3揚(yáng)聲器網(wǎng)
1)揚(yáng)聲器的設(shè)置位置：根據(jù)重慶市軌道交通有限公司相關(guān)部門的意見，車站站廳、站臺、站臺下夾層的所有房間(包括備用房、清掃間)及走道、地下站出入口均設(shè)置揚(yáng)聲器，實(shí)現(xiàn)廣播系統(tǒng)對車站的全覆蓋。
2)車站廣播分區(qū)：車站廣播分為9個區(qū)域(即上行站臺廣播區(qū)1，上行站臺廣播區(qū)2，下行站臺廣播區(qū)1，下行站臺廣播區(qū)2，站廳廣播區(qū)，辦公用房廣播區(qū)1，辦公用房廣播區(qū)2，出入口廣播區(qū)，疏散口廣播區(qū))。若為換乘站，需增加1個換乘通道廣播區(qū);若車站管轄區(qū)間有隧道口，需增加1個隧道口廣播區(qū)。
3)揚(yáng)聲器安裝方式：對有吊頂房屋，揚(yáng)聲器采用吸頂式安裝;揚(yáng)聲器不能設(shè)置于設(shè)備機(jī)柜上方，車控室內(nèi)不設(shè)揚(yáng)聲器;對無吊頂房屋揚(yáng)聲器采用壁掛式安裝;走廊采用吸頂式安裝;站廳(出入口)、站臺廣播區(qū)揚(yáng)聲器根據(jù)裝修情況，安裝方式有頂棚鑲嵌式、吊掛式、吸頂式等;高架站站臺揚(yáng)聲器嵌入綜合管廊安裝;上、下行站臺各設(shè)噪聲傳感器2個。
3廣播系統(tǒng)人性化措施
為避免出現(xiàn)聲場分布不均勻、聲場強(qiáng)度調(diào)節(jié)不便、站外廣播聲音過大影響周邊居民等問題，并提高系統(tǒng)的可靠性，在重慶軌道交通3號線一期工程廣播系統(tǒng)實(shí)施時，采取了如下改進(jìn)措施。
3.1揚(yáng)聲器的布置
3.1.1采用小功率大密度的布置方式
根椐車站公共區(qū)域的空間形式、構(gòu)筑物布置等因素，設(shè)計時采用分散供聲方式。良好的公共廣播工程應(yīng)能有效地控制揚(yáng)聲器的聲場分布和滿足投射距離的聲壓級要求。
分散式供聲系統(tǒng)能獲得均勻的聲場，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，在混響時間較長的條件下也能獲得較高的清晰度，并且不容易發(fā)生回聲問題。分散式供聲的最大優(yōu)點(diǎn)是聲場均勻，直達(dá)聲與混響聲的聲能比高。采用小功率、高密度、低聲壓的分散式供聲可在混響時間較長的特大型站廳中獲得較好的語言可信度。
吊頂天花板揚(yáng)聲器大多是口徑為130～160mm的3～6W中頻紙盆揚(yáng)聲器，其最大聲壓級為90～93dB(在1m處)，適合播放語言節(jié)目。
天花板揚(yáng)聲器的布局設(shè)計應(yīng)根據(jù)服務(wù)區(qū)域的體形、空間設(shè)計、環(huán)境噪聲和揚(yáng)聲器的最大聲壓級等參數(shù)綜合考慮。
單個天花板揚(yáng)聲器的聲場覆蓋面積S1為：
S1=3.14×[(H-1.5)tan(α/2)]2
=3.14×(H-1.5)2，(m2)
式中：H為天花離地面的高度，m。
如果需要覆蓋的面積為S，按80%的覆蓋分布，需要的揚(yáng)聲器總數(shù)量N為：
N=0.8S/S1
小功率天花板揚(yáng)聲器常用于空間高度H不大于5～6m的站廳或公共場所。例如，當(dāng)H=4m、環(huán)境噪聲為45dB的會場采用天花板揚(yáng)聲器分散式供聲時，可選用額定功率為3W的天花板揚(yáng)聲器。為使聽眾能獲得良好的清晰度，要求聽眾處的直達(dá)聲聲壓級高于環(huán)境噪聲聲壓級25dB，即直達(dá)聲聲壓級為45dB+25dB=70dB。3W揚(yáng)聲器在離揚(yáng)聲器口1m處的最大聲壓級為90.8dB。離天花板2.5m高度的距離衰減了8dB，因此到達(dá)聽眾耳朵高度的最高聲壓級為90.8dB-8dB=82.2dB，可滿足良好清晰度的要求。
根據(jù)重慶3號線車站特點(diǎn)，在進(jìn)行施工設(shè)計時，站廳、站臺等公共區(qū)揚(yáng)聲器采用6m間隔的布置方式，小于其他城市軌道交通8m的布置間隔，從而使聲場更加均勻，避免了由于間隔過大而采用大功率揚(yáng)聲器帶來的聲場分布不均、乘客產(chǎn)生“頭頂感”的問題。
3.1.2高架站站臺揚(yáng)聲器
目前多數(shù)城市軌道交通高架車站站臺的揚(yáng)聲器通常采用在立柱上安裝音箱的方式。采用圖2的安裝方式帶來的最大問題是由于采用音箱，其指向性帶來廣播聲音傳出站外，存在擾民問題。
為解決這一問題，重慶軌道交通3號線一期工程高架車站站臺采用了綜合管廊方案，在綜合管廊下方安裝吸頂式揚(yáng)聲器。
3.2揚(yáng)聲器的選型
為有效控制揚(yáng)聲器的功率，本工程選擇的揚(yáng)聲器有多種功率抽頭。揚(yáng)聲器變壓器上的四個初級線圈接頭允許用戶選擇額定全功率、半功率、四分之一功率或八分之一功率(即6W、3W、1.5W、0.75W)。按不同功率的連接接頭，可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整，開通前進(jìn)行調(diào)測，從而使聲場最優(yōu)化。
3.3噪聲檢查自動調(diào)節(jié)功能
在上、下行站臺廣播區(qū)域內(nèi)分別設(shè)置了噪聲傳感器，每個站臺區(qū)設(shè)置2個;采用裝修頂棚鑲嵌方式安裝或吊掛式安裝，與廣播機(jī)柜通過屏蔽電纜相連。
根據(jù)噪聲傳感器拾取的環(huán)境噪聲，噪聲檢測模塊自動檢測各廣播區(qū)的環(huán)境噪聲，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際噪聲大小自動調(diào)整廣播系統(tǒng)的輸出功率，保持廣播聲壓總高于環(huán)境噪聲，保證廣播有良好的可懂度，并且防止廣播聲過大而擾民的現(xiàn)象。
3.4聲學(xué)模擬技術(shù)的應(yīng)用
傳統(tǒng)的建聲設(shè)計依靠聲學(xué)公式進(jìn)行計算，計算較為繁瑣，一般只能計算出少量典型的數(shù)據(jù)。地鐵廣播系統(tǒng)一般包括全線十幾個車站，各車站建聲條件各異，要求逐站理論計算，工作量浩大。
重慶軌道交通3號線一期工程在設(shè)計時采用聲場模擬軟件進(jìn)行計算機(jī)輔助設(shè)計，確保揚(yáng)聲器的選型及布局的合理性，以保證廣播系統(tǒng)的最佳聲效。
目前，世界上廣泛應(yīng)用的計算機(jī)聲學(xué)輔助設(shè)計軟件可為廣播系統(tǒng)的最終聲效果提供必要的參考數(shù)據(jù)。如：揚(yáng)聲器的選擇和布局、功率的選擇、聲效分析的各種重要性能參數(shù)及曲線圖(包括直達(dá)聲壓級、總聲壓級、聲均勻度、混響時間及不同頻率下的上述參數(shù))，另外還可以計算出語音清晰度，可直接得知評價語言廣播效果的數(shù)據(jù);軟件還可以模擬廣播區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)的現(xiàn)場聲效果，并可以聽到聲音。
由于可打印出上述各參數(shù)的曲線圖，故對聲學(xué)特性十分直觀，對全廣播區(qū)內(nèi)各地點(diǎn)均可顯示詳細(xì)數(shù)據(jù)，能有效地控制和達(dá)到最佳的聲學(xué)特性，以保證優(yōu)良的廣播效果。
以下為典型的地下車站站臺、站廳采用EASE4.0模擬軟件所做的聲學(xué)計算。
1)建模說明：站臺墻面吸聲材料選擇steel(鋼板或墻面)，站臺屏蔽門選擇6-15dhbl(大塊玻璃)。地面均選擇Ren_Banchang(人春秋兩季所穿衣服的平均值)。吊頂?shù)奈暡牧线x擇steel(鋼板或墻面)，同時考慮通風(fēng)管道外覆蓋玻璃棉隔熱層。
2)計算結(jié)果：站臺建模圖(揚(yáng)聲器布局圖)如圖6所示;站臺混響時間曲線圖如圖7所示;站臺清晰度分布如圖8所示;站臺總聲壓級分布圖(當(dāng)聲源頻率為500Hz)如圖9所示;站臺總聲壓級分布圖(生源頻率為1kHz)如圖10所示;站臺總聲壓級分布圖(生源頻率為2kHz)見圖11所示。
3.5系統(tǒng)可靠性措施
廣播系統(tǒng)上行/下行站臺廣播區(qū)揚(yáng)聲器組采用兩個廣播回路跳接方式，當(dāng)一路揚(yáng)聲器出現(xiàn)故障時，另一路仍可進(jìn)行廣播。
各車站設(shè)置揚(yáng)聲器線路檢測裝置，可對本站每個廣播區(qū)的揚(yáng)聲器線路阻抗進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)揚(yáng)聲器線路阻值發(fā)生變化時，即可發(fā)出報警，并在液晶顯示屏上顯示和上報故障信息，以便于維護(hù)人員對揚(yáng)聲器線路的維護(hù)和管理，確保揚(yáng)聲器線路的良好工作性能。當(dāng)檢測裝置判定為揚(yáng)聲器故障時，可中斷故障揚(yáng)聲器與功放的連接。
廣播系統(tǒng)功放的配置以N+1熱備方式進(jìn)行工作。功放檢測模塊可對廣播系統(tǒng)中的功率放大器進(jìn)行自動檢測，功放切換模塊可對使用中的故障功放進(jìn)行切換。當(dāng)某臺功放出現(xiàn)故障時，可將備用功放替代故障功放，當(dāng)故障功放恢復(fù)正常后，可恢復(fù)到原工作方式。
4結(jié)語
廣播系統(tǒng)作為城市軌道交通通信系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，直接服務(wù)于乘客，廣播系統(tǒng)的設(shè)計除滿足基本運(yùn)營需求外，更應(yīng)考慮人性化的設(shè)計措施，為乘客提供一個良好的乘車環(huán)境。本文所介紹的重慶軌道交通3號線一期工程所采取的措施，可供其他類似工程借鑒。
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