消防應急廣播系統的設計重點

孫濤 姜虹

1. 哈爾濱方舟建筑設計有限公司，哈爾濱 150001

2. 哈爾濱工業大學，哈爾濱 150001

3. 東北林業大學，哈爾濱 150040

消防應急廣播系統的設計重點

孫濤1姜虹2，3

1. 哈爾濱方舟建筑設計有限公司，哈爾濱 150001

2. 哈爾濱工業大學，哈爾濱 150001

3. 東北林業大學，哈爾濱 150040

目前我國的建筑行業在迅猛發展的同時，在消防設計與管理方面卻相對滯后，尤其是現行應急廣播系統設計規范的內容過于籠統，很難保證在緊急情況下，能夠發揮其引導內部使用人員進行安全疏散的作用。因此，明確其設計重點，將建筑聲學設計與工程設計實踐緊密地聯系在一起，極具現實指導意義；同時也為同類的相關研究奠定了基礎，從而起到促進我國公共建筑安全、快速地發展，步入良性循環的作用。

應急廣播；設計重點；設備構成；布置方式

引言

應急廣播系統是公共廣播系統的一個組成部分，屬于多聲源的語言擴聲系統，它需要電子技術、電聲技術和建聲技術等多種學科的密切配合，其音質效果不僅與電聲系統的綜合性能有關，更與聲音的室內傳播環境、即建筑聲學密切相關。

1.系統構成與控制流程

消防應急廣播系統是火災逃生疏散和滅火指揮的主要設備，在整個消防控制管理系統中起著極其重要的作用。在火災發生時，應急廣播信號通過音源設備發出，經過功率放大后，由編碼輸出控制模塊切換到廣播指定區域的揚聲設備實現應急廣播。目前經常采用的應急廣播系統多為總線制或多線制消防應急廣播系統，主要由兩部分設備構成：一是主機端設備，包括廣播錄放盤、廣播區域控制盤、廣播功率放大器和火災報警控制器（聯動型）等；另外還有現場設備，包括輸出模塊和各種揚聲設備。

主機端設備一般集中設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放音機或數字錄音機，可進行固態、動態錄放音；同時配有話筒輸入和外音源輸入端口以及內部的音頻輸出端口；具有遙控輸入、輸出，禁音輸出和禁音輸入功能，以及監聽和電子放音轉錄功能。廣播功放盤是音頻功率放大器，具有遙控啟動，在遙控狀態下有預置音量功能，具有禁音輸入、故障報警和過載保護功能。

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

由上述系統的設備構成可以看出，在應急廣播系統的工程設計中，無論是采用總線制還是多線制，包括主機端在內的大部分電子集成設備應根據系統形式與要求選型，需要針對建筑功能、平面形式等進行具體布局設計的主要是現場播音設備（即揚聲器構成的聲源系統），因此從建筑聲學的角度出發，聲源系統的布局設計是影響應急廣播語言清晰度的唯一因素。

2.聲源系統的設備構成

應急廣播系統屬于典型的多聲源擴聲系統，由于空間的三維尺度以及聲學條件的影響，其聲源系統的設備構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，按換能機理和結構可分為電動式、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、結構牢固、成本低等優點，應用最為廣泛，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空間公共廣播系統中最常采用的一種揚聲設備，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；構成陣列的單元數量和懸掛方式需根據聲場的要求來確定；為了保證音質，陣列單元應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、聲透鏡等波導技術來解決波陣面的耦合問題。近年來在一些大型場館，線陣列揚聲器系統正以它獨特的優勢替代其他種類的揚聲設備。它的優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廣播的大型空間。

從聲學角度看，增強揚聲器系統的指向性，可以改善覆蓋區域，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，則不會激發低頻混響，但是對于語言傳輸已經基本滿足了要求。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室內的混響，因而能夠克服長混響對語言清晰度的干擾。小功率的聲柱通常可以較好地滿足上述條件。

3.聲源系統的布置方式

消防應急廣播需要按照《火災自動報警系統設計規范》中的相關規定設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的情況，即不會出現聲反饋現象。因此揚聲器的布置與安裝的基本出發點是保證廣播系統必要的語言清晰度以及聲場內各處的聲壓分布均勻。

根據空間的功能布局、平面體型、空間高度等因素，廣播系統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，為了能發揮大功率遠場輻射的優勢，需要較高的懸掛高度，在劇場、體育館等大型空間內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，以及功能結構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是在集中式布置的基礎上，再分散布置輔助揚聲器對局部區域進行補聲，這里不做過多的闡述。

綜上所述，可以看出在大多數建筑空間的應急廣播系統中，揚聲器適宜采用分散式的布置方式。對于廣播系統的語言清晰度來說，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，則應考慮將揚聲器安裝在側墻或柱子上，并適當控制安裝高度，盡量減小揚聲器和聽眾的直達距離，以獲得較高的聲場質量。

同時，根據《火災自動報警系統設計規范》（GB 50116-2007）中對火災應急廣播系統的規定，“設置在民用建筑公共場所內的揚聲器，每個額定功率不應小于3W，其數量應能保證從一個防火分區的任何部位到最近一個揚聲器的距離不大于25m，走道內最后一個揚聲器至走道末端的距離不應大于12.5m；在環境噪聲大于60dB的場所設置的揚聲器，在其播放范圍內最遠點的播放聲壓級應高于背景噪聲15dB”。可以看出，在規范中雖然部分地考慮了聲場內信噪比的問題，但總體來說并沒有從專業的聲學角度出發做出相應的詳細規定，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語言清晰度的主要影響因素均未有相應規定。

4.結論

綜上所述，消防應急廣播系統的設計由于建筑的空間尺度、壁面聲學條件等因素差異較大，其聲源系統的布局與設備選型必然受到很大影響，因此設計的重點在于：首先應明確建筑空間多聲源作用下聲場的基本特性，然后找出空間內部對聲場語言清晰度產生影響的主要因素，在此基礎上可以通過理論研究結合仿真模擬的方法分析各影響因素下聲學指標的變化規律，以便歸納總結出最優化的應急廣播系統聲學設計方案，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，現職稱：高級工程師，研究方向：建筑電氣設計。