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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(jì)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(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(tǒng)由控制中心廣播設(shè)備和車站廣播設(shè)備組成。控制中心和車站均設(shè)置行車和防災(zāi)廣播控制設(shè)備。控制中心可對(duì)全線選站、選路廣播;車站控制設(shè)備可對(duì)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(hào)線一期工程廣播系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，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(hào)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(hào)線一期工程廣播系統(tǒng)的功能如下。
1)優(yōu)先級(jí)設(shè)置功能：中心防災(zāi)調(diào)度員為第一級(jí);車站防災(zāi)值班員為第二級(jí);中心行車調(diào)度員為第三級(jí);車站行車值班員為第四級(jí);站臺(tái)客運(yùn)值班員為第五級(jí)。
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(tái)對(duì)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(duì)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(hào)對(duì)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(jí)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(tái)廣播功能：站臺(tái)工作人員通過隨身攜帶的無線便攜式站臺(tái)廣播手持臺(tái)在站臺(tái)內(nèi)任一位置，均可遙控廣播的開啟、對(duì)站臺(tái)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(duì)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(shí)，按下“緊急”按鍵，即可對(duì)全區(qū)或分區(qū)進(jìn)行緊急廣播，同時(shí)可對(duì)廣播內(nèi)容進(jìn)行本地錄音。
6)列車進(jìn)站自動(dòng)廣播功能：為提高列車到發(fā)時(shí)廣播時(shí)間的實(shí)時(shí)性及準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)設(shè)有列車到、發(fā)信號(hào)的引入接口并配置相應(yīng)的語音存儲(chǔ)器。當(dāng)車站收到上、下行兩個(gè)方向列車的到、發(fā)信息時(shí)，本系統(tǒng)可實(shí)時(shí)自動(dòng)播出列車的到、發(fā)信息，并同時(shí)播放兩段不同的語音信息。播放順序及時(shí)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(tái)的優(yōu)先級(jí)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(duì)中心和車站廣播設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測;能完成自動(dòng)檢測、遙控檢測、故障報(bào)警、故障定位(告警的站號(hào)、告警的槽位號(hào))及遠(yuǎn)端維護(hù)功能;能對(duì)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(jí)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(tái)廣播手持臺(tái)、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(tái)、出入口及辦公區(qū)等場所。車站廣播區(qū)按上行站臺(tái)、下行站臺(tái)、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(tái)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(gè)車站站臺(tái)上設(shè)置無線廣播收發(fā)設(shè)備，站臺(tái)服務(wù)人員攜帶對(duì)講手持臺(tái)對(duì)本站臺(tái)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(tái)廣播區(qū)設(shè)置噪聲傳感器各2個(gè)。
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(jì)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(gè)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(jí)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(shí)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(jí)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(tái)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(tái)、站臺(tái)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(duì)車站的全覆蓋。
2)車站廣播分區(qū)：車站廣播分為9個(gè)區(qū)域(即上行站臺(tái)廣播區(qū)1，上行站臺(tái)廣播區(qū)2，下行站臺(tái)廣播區(qū)1，下行站臺(tái)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(gè)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(gè)隧道口廣播區(qū)。
3)揚(yáng)聲器安裝方式：對(duì)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(duì)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(tái)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(tái)揚(yáng)聲器嵌入綜合管廊安裝;上、下行站臺(tái)各設(shè)噪聲傳感器2個(gè)。
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(hào)線一期工程廣播系統(tǒng)實(shí)施時(shí)，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(jì)時(shí)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(jí)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(shí)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(shí)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(jí)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(jì)應(yīng)根據(jù)服務(wù)區(qū)域的體形、空間設(shè)計(jì)、環(huán)境噪聲和揚(yáng)聲器的最大聲壓級(jí)等參數(shù)綜合考慮。
單個(gè)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(huì)場采用天花板揚(yáng)聲器分散式供聲時(shí)，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(jí)高于環(huán)境噪聲聲壓級(jí)25dB，即直達(dá)聲聲壓級(jí)為45dB+25dB=70dB。3W揚(yáng)聲器在離揚(yáng)聲器口1m處的最大聲壓級(jí)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(jí)為90.8dB-8dB=82.2dB，可滿足良好清晰度的要求。
根據(jù)重慶3號(hào)線車站特點(diǎn)，在進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)，站廳、站臺(tái)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(tái)揚(yáng)聲器
目前多數(shù)城市軌道交通高架車站站臺(tái)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(hào)線一期工程高架車站站臺(tái)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(gè)初級(jí)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(dòng)調(diào)節(jié)功能
在上、下行站臺(tái)廣播區(qū)域內(nèi)分別設(shè)置了噪聲傳感器，每個(gè)站臺(tái)區(qū)設(shè)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(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(dòng)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(dòng)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(jì)依靠聲學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算較為繁瑣，一般只能計(jì)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(gè)車站，各車站建聲條件各異，要求逐站理論計(jì)算，工作量浩大。
重慶軌道交通3號(hào)線一期工程在設(shè)計(jì)時(shí)采用聲場模擬軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，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(jì)算機(jī)聲學(xué)輔助設(shè)計(jì)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(jí)、總聲壓級(jí)、聲均勻度、混響時(shí)間及不同頻率下的上述參數(shù))，另外還可以計(jì)算出語音清晰度，可直接得知評(píng)價(jià)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(duì)聲學(xué)特性十分直觀，對(duì)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(tái)、站廳采用EASE4.0模擬軟件所做的聲學(xué)計(jì)算。
1)建模說明：站臺(tái)墻面吸聲材料選擇steel(鋼板或墻面)，站臺(tái)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(shí)考慮通風(fēng)管道外覆蓋玻璃棉隔熱層。
2)計(jì)算結(jié)果：站臺(tái)建模圖(揚(yáng)聲器布局圖)如圖6所示;站臺(tái)混響時(shí)間曲線圖如圖7所示;站臺(tái)清晰度分布如圖8所示;站臺(tái)總聲壓級(jí)分布圖(當(dāng)聲源頻率為500Hz)如圖9所示;站臺(tái)總聲壓級(jí)分布圖(生源頻率為1kHz)如圖10所示;站臺(tái)總聲壓級(jí)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(tái)廣播區(qū)揚(yáng)聲器組采用兩個(gè)廣播回路跳接方式，當(dāng)一路揚(yáng)聲器出現(xiàn)故障時(shí)，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(duì)本站每個(gè)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(shí)，即可發(fā)出報(bào)警，并在液晶顯示屏上顯示和上報(bào)故障信息，以便于維護(hù)人員對(duì)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(shí)，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(duì)廣播系統(tǒng)中的功率放大器進(jìn)行自動(dòng)檢測，功放切換模塊可對(duì)使用中的故障功放進(jìn)行切換。當(dāng)某臺(tái)功放出現(xiàn)故障時(shí)，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(jì)除滿足基本運(yùn)營需求外，更應(yīng)考慮人性化的設(shè)計(jì)措施，為乘客提供一個(gè)良好的乘車環(huán)境。本文所介紹的重慶軌道交通3號(hào)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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