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淺論城市軌道交通公共廣播系統人性化設計的論文
城市軌道交通廣播系統在正常情況下向旅客通告地鐵列車(chē)運行及安全、向導等服務(wù)信息，向工作人員發(fā)布作業(yè)通知;在災害情況時(shí)向乘客發(fā)出通告，指揮乘客疏散。
城市軌道交通廣播系統由控制中心廣播設備和車(chē)站廣播設備組成�？刂浦行暮蛙�(chē)站均設置行車(chē)和防災廣播控制設備�？刂浦行目蓪θ�(xiàn)選站、選路廣播;車(chē)站控制設備可對本站管區內選路廣播。
目前開(kāi)通的城市軌道交通廣播系統往往存在聲場(chǎng)分布不均勻、聲場(chǎng)強度調節不便、站外廣播聲音過(guò)大影響周邊居民等問(wèn)題。為避免新建線(xiàn)路出現上述問(wèn)題，并提高廣播系統的可靠性，在重慶軌道交通3號線(xiàn)一期工程廣播系統實(shí)施時(shí)，在揚聲器設置、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(xiàn)一期工程廣播系統簡(jiǎn)介
1.1廣播系統的功能
重慶軌道交通3號線(xiàn)一期工程廣播系統的功能如下。
1)優(yōu)先級設置功能：中心防災調度員為第一級;車(chē)站防災值班員為第二級;中心行車(chē)調度員為第三級;車(chē)站行車(chē)值班員為第四級;站臺客運值班員為第五級。
2)中心廣播功能：中心行車(chē)調度員可通過(guò)中心廣播操作臺對車(chē)站進(jìn)行語(yǔ)言直播、語(yǔ)音合成廣播，并有多種廣播模式;中心調度員可以單選、組選和全選任意車(chē)站的任意廣播區進(jìn)行廣播;中心調度員根據需要可選擇監聽(tīng)任意車(chē)站的廣播情況。
3)車(chē)站行車(chē)廣播功能：車(chē)站值班員可單選、組選和全選本站的任意廣播區進(jìn)行多信源廣播。車(chē)站廣播控制盒具有話(huà)筒、語(yǔ)音、線(xiàn)路等按鍵。選中話(huà)筒，可通過(guò)話(huà)筒對相應的廣播區進(jìn)行廣播;按語(yǔ)音按鍵，可通過(guò)選擇語(yǔ)音合成的段號對車(chē)站廣播區進(jìn)行固定廣播;按線(xiàn)路按鍵，可通過(guò)線(xiàn)路輸入插口連接外部信源，播放線(xiàn)路輸入的內容。車(chē)站值班員可根據需要選擇監聽(tīng)本站各廣播區的廣播情況。顯示屏上可顯示優(yōu)先級的占用狀態(tài)、設備的工作狀態(tài)、故障情況、廣播區及信源選擇等內容。
4)站臺廣播功能：站臺工作人員通過(guò)隨身攜帶的無(wú)線(xiàn)便攜式站臺廣播手持臺在站臺內任一位置，均可遙控廣播的開(kāi)啟、對站臺進(jìn)行廣播。
5)車(chē)站防災廣播功能：車(chē)站防災值班員可以通過(guò)車(chē)站防災廣播控制盒，實(shí)現對所選廣播區和信源廣播開(kāi)關(guān)的控制，實(shí)現防災廣播功能。車(chē)站防災廣播操作盒設有“緊急”廣播按鍵。廣播時(shí)，按下“緊急”按鍵，即可對全區或分區進(jìn)行緊急廣播，同時(shí)可對廣播內容進(jìn)行本地錄音。
6)列車(chē)進(jìn)站自動(dòng)廣播功能：為提高列車(chē)到發(fā)時(shí)廣播時(shí)間的實(shí)時(shí)性及準確性，本系統設有列車(chē)到、發(fā)信號的引入接口并配置相應的語(yǔ)音存儲器。當車(chē)站收到上、下行兩個(gè)方向列車(chē)的到、發(fā)信息時(shí)，本系統可實(shí)時(shí)自動(dòng)播出列車(chē)的到、發(fā)信息，并同時(shí)播放兩段不同的語(yǔ)音信息。播放順序及時(shí)間，可根據用戶(hù)的需求設定。
7)中心網(wǎng)管功能：中心網(wǎng)管終端設備可設置車(chē)站的數量、各廣播區的數量、操作臺的優(yōu)先級及編組廣播的內容，并具有集中維護和自診斷功能;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(chē)站廣播設備的運行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測;能完成自動(dòng)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)及遠端維護功能;能對系統發(fā)生的故障和操作進(jìn)行全面記錄，并具有打印功能。
1.2廣播系統的構成
車(chē)站廣播系統采用控制中心與車(chē)站兩級組網(wǎng)方式。
1)控制中心廣播控制設備：控制中心設行車(chē)廣播話(huà)筒盒、防災廣播控制盒、中心廣播機柜及網(wǎng)管設備等，在控制中心與ISCS(綜合監控系統)進(jìn)行操作界面集成。
2)車(chē)站廣播設備：車(chē)站廣播設備由廣播機柜、行車(chē)廣播話(huà)筒盒、防災廣播控制盒、站臺廣播手持臺、噪音傳感器及揚聲器網(wǎng)等組成。在車(chē)站與ISCS進(jìn)行操作界面集成，其中播音及操控由ISCS集成，廣播系統提供的廣播控制盒作備用。行車(chē)廣播話(huà)筒盒、防災廣播控制盒設置在車(chē)站綜合控制室，廣播機柜設置在車(chē)站通信機房，揚聲器網(wǎng)設置在站廳、站臺、出入口及辦公區等場(chǎng)所。車(chē)站廣播區按上行站臺、下行站臺、站廳、出入口、辦公區域進(jìn)行設置。為了提高廣播的清晰度，站臺和站廳播音區的揚聲器以小功率、大密度的方式布置，揚聲器功率為3～6W。在每個(gè)車(chē)站站臺上設置無(wú)線(xiàn)廣播收發(fā)設備，站臺服務(wù)人員攜帶對講手持臺對本站臺區域進(jìn)行廣播。為保證聲場(chǎng)的強度和播音信噪比，在各車(chē)站的上下行站臺廣播區設置噪聲傳感器各2個(gè)。
3)傳輸通道：控制中心廣播控制設備與車(chē)站廣播設備間傳輸的信息包括廣播語(yǔ)音信息、廣播控制信息和監聽(tīng)信息，控制中心至各車(chē)站之間采用10Mb/s以太網(wǎng)通道。
2廣播系統的設計原則
2.1廣播揚聲器的設置原則
揚聲器系統的布置合理與否，直接關(guān)系到整個(gè)廣播系統的音響效果。揚聲器的布置一般應遵循以下原則：
1)使聽(tīng)眾區的聲場(chǎng)盡可能達到均勻一致;
2)聲音聽(tīng)感自然;
3)有利于克服聲反饋，提高傳聲增益;
4)揚聲器的覆蓋角應能覆蓋全部聽(tīng)眾;
5)聽(tīng)眾區的聲級應能滿(mǎn)足總技術(shù)條件要求;
6)各揚聲器發(fā)出的聲音到達聽(tīng)眾區各點(diǎn)的時(shí)間差應小于5～30ms;
7)便于安裝、調試和維護。
2.2控制性指標
聲場(chǎng)強度大于噪聲級10dB。負荷區各點(diǎn)的聲場(chǎng)均勻度及混響指標應保證廣播聲音清晰與穩定。
高架站站臺揚聲器在站外的音量，晝間應≤50dB，夜間應≤40dB。
2.3揚聲器網(wǎng)
1)揚聲器的設置位置：根據重慶市軌道交通有限公司相關(guān)部門(mén)的意見(jiàn)，車(chē)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、地下站出入口均設置揚聲器，實(shí)現廣播系統對車(chē)站的全覆蓋。
2)車(chē)站廣播分區：車(chē)站廣播分為9個(gè)區域(即上行站臺廣播區1，上行站臺廣播區2，下行站臺廣播區1，下行站臺廣播區2，站廳廣播區，辦公用房廣播區1，辦公用房廣播區2，出入口廣播區，疏散口廣播區)。若為換乘站，需增加1個(gè)換乘通道廣播區;若車(chē)站管轄區間有隧道口，需增加1個(gè)隧道口廣播區。
3)揚聲器安裝方式：對有吊頂房屋，揚聲器采用吸頂式安裝;揚聲器不能設置于設備機柜上方，車(chē)控室內不設揚聲器;對無(wú)吊頂房屋揚聲器采用壁掛式安裝;走廊采用吸頂式安裝;站廳(出入口)、站臺廣播區揚聲器根據裝修情況，安裝方式有頂棚鑲嵌式、吊掛式、吸頂式等;高架站站臺揚聲器嵌入綜合管廊安裝;上、下行站臺各設噪聲傳感器2個(gè)。
3廣播系統人性化措施
為避免出現聲場(chǎng)分布不均勻、聲場(chǎng)強度調節不便、站外廣播聲音過(guò)大影響周邊居民等問(wèn)題，并提高系統的可靠性，在重慶軌道交通3號線(xiàn)一期工程廣播系統實(shí)施時(shí)，采取了如下改進(jìn)措施。
3.1揚聲器的布置
3.1.1采用小功率大密度的布置方式
根椐車(chē)站公共區域的空間形式、構筑物布置等因素，設計時(shí)采用分散供聲方式。良好的公共廣播工程應能有效地控制揚聲器的聲場(chǎng)分布和滿(mǎn)足投射距離的聲壓級要求。
分散式供聲系統能獲得均勻的聲場(chǎng)，由于揚聲器與聽(tīng)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(shí)間較長(cháng)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(wèn)題。分散式供聲的最大優(yōu)點(diǎn)是聲場(chǎng)均勻，直達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(shí)間較長(cháng)的特大型站廳中獲得較好的語(yǔ)言可信度。
吊頂天花板揚聲器大多是口徑為130～160mm的3～6W中頻紙盆揚聲器，其最大聲壓級為90～93dB(在1m處)，適合播放語(yǔ)言節目。
天花板揚聲器的布局設計應根據服務(wù)區域的體形、空間設計、環(huán)境噪聲和揚聲器的最大聲壓級等參數綜合考慮。
單個(gè)天花板揚聲器的聲場(chǎng)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，需要的揚聲器總數量N為：
N=0.8S/S1
小功率天花板揚聲器常用于空間高度H不大于5～6m的站廳或公共場(chǎng)所。例如，當H=4m、環(huán)境噪聲為45dB的會(huì )場(chǎng)采用天花板揚聲器分散式供聲時(shí)，可選用額定功率為3W的天花板揚聲器。為使聽(tīng)眾能獲得良好的清晰度，要求聽(tīng)眾處的直達聲聲壓級高于環(huán)境噪聲聲壓級25dB，即直達聲聲壓級為45dB+25dB=70dB。3W揚聲器在離揚聲器口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，因此到達聽(tīng)眾耳朵高度的最高聲壓級為90.8dB-8dB=82.2dB，可滿(mǎn)足良好清晰度的要求。
根據重慶3號線(xiàn)車(chē)站特點(diǎn)，在進(jìn)行施工設計時(shí)，站廳、站臺等公共區揚聲器采用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(chǎng)更加均勻，避免了由于間隔過(guò)大而采用大功率揚聲器帶來(lái)的聲場(chǎng)分布不均、乘客產(chǎn)生“頭頂感”的問(wèn)題。
3.1.2高架站站臺揚聲器
目前多數城市軌道交通高架車(chē)站站臺的揚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(lái)的最大問(wèn)題是由于采用音箱，其指向性帶來(lái)廣播聲音傳出站外，存在擾民問(wèn)題。
為解決這一問(wèn)題，重慶軌道交通3號線(xiàn)一期工程高架車(chē)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聲器。
3.2揚聲器的選型
為有效控制揚聲器的功率，本工程選擇的揚聲器有多種功率抽頭。揚聲器變壓器上的四個(gè)初級線(xiàn)圈接頭允許用戶(hù)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，可根據現場(chǎng)情況進(jìn)行調整，開(kāi)通前進(jìn)行調測，從而使聲場(chǎng)最優(yōu)化。
3.3噪聲檢查自動(dòng)調節功能
在上、下行站臺廣播區域內分別設置了噪聲傳感器，每個(gè)站臺區設置2個(gè);采用裝修頂棚鑲嵌方式安裝或吊掛式安裝，與廣播機柜通過(guò)屏蔽電纜相連。
根據噪聲傳感器拾取的環(huán)境噪聲，噪聲檢測模塊自動(dòng)檢測各廣播區的環(huán)境噪聲，并根據現場(chǎng)實(shí)際噪聲大小自動(dòng)調整廣播系統的輸出功率，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(guò)大而擾民的現象。
3.4聲學(xué)模擬技術(shù)的應用
傳統的建聲設計依靠聲學(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據。地鐵廣播系統一般包括全線(xiàn)十幾個(gè)車(chē)站，各車(chē)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(xiàn)一期工程在設計時(shí)采用聲場(chǎng)模擬軟件進(jìn)行計算機輔助設計，確保揚聲器的選型及布局的合理性，以保證廣播系統的最佳聲效。
目前，世界上廣泛應用的計算機聲學(xué)輔助設計軟件可為廣播系統的最終聲效果提供必要的參考數據。如：揚聲器的選擇和布局、功率的選擇、聲效分析的各種重要性能參數及曲線(xiàn)圖(包括直達聲壓級、總聲壓級、聲均勻度、混響時(shí)間及不同頻率下的上述參數)，另外還可以計算出語(yǔ)音清晰度，可直接得知評價(jià)語(yǔ)言廣播效果的數據;軟件還可以模擬廣播區內任一點(diǎn)的現場(chǎng)聲效果，并可以聽(tīng)到聲音。
由于可打印出上述各參數的曲線(xiàn)圖，故對聲學(xué)特性十分直觀(guān)，對全廣播區內各地點(diǎn)均可顯示詳細數據，能有效地控制和達到最佳的聲學(xué)特性，以保證優(yōu)良的廣播效果。
以下為典型的地下車(chē)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(shuō)明：站臺墻面吸聲材料選擇steel(鋼板或墻面)，站臺屏蔽門(mén)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)。吊頂的吸聲材料選擇steel(鋼板或墻面)，同時(shí)考慮通風(fēng)管道外覆蓋玻璃棉隔熱層。
2)計算結果：站臺建模圖(揚聲器布局圖)如圖6所示;站臺混響時(shí)間曲線(xiàn)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(jiàn)圖11所示。
3.5系統可靠性措施
廣播系統上行/下行站臺廣播區揚聲器組采用兩個(gè)廣播回路跳接方式，當一路揚聲器出現故障時(shí)，另一路仍可進(jìn)行廣播。
各車(chē)站設置揚聲器線(xiàn)路檢測裝置，可對本站每個(gè)廣播區的揚聲器線(xiàn)路阻抗進(jìn)行監測。當揚聲器線(xiàn)路阻值發(fā)生變化時(shí)，即可發(fā)出報警，并在液晶顯示屏上顯示和上報故障信息，以便于維護人員對揚聲器線(xiàn)路的維護和管理，確保揚聲器線(xiàn)路的良好工作性能。當檢測裝置判定為揚聲器故障時(shí)，可中斷故障揚聲器與功放的連接。
廣播系統功放的配置以N+1熱備方式進(jìn)行工作。功放檢測模塊可對廣播系統中的功率放大器進(jìn)行自動(dòng)檢測，功放切換模塊可對使用中的故障功放進(jìn)行切換。當某臺功放出現故障時(shí)，可將備用功放替代故障功放，當故障功放恢復正常后，可恢復到原工作方式。
4結語(yǔ)
廣播系統作為城市軌道交通通信系統的重要子系統，直接服務(wù)于乘客，廣播系統的設計除滿(mǎn)足基本運營(yíng)需求外，更應考慮人性化的設計措施，為乘客提供一個(gè)良好的乘車(chē)環(huán)境。本文所介紹的重慶軌道交通3號線(xiàn)一期工程所采取的措施，可供其他類(lèi)似工程借鑒。
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