消防应急广播系统的设计重点

孙涛 姜虹

1. 哈尔滨方舟建筑设计有限公司，哈尔滨 150001

2. 哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001

3. 东北林业大学，哈尔滨 150040

消防应急广播系统的设计重点

孙涛1姜虹2，3

1. 哈尔滨方舟建筑设计有限公司，哈尔滨 150001

2. 哈尔滨工业大学，哈尔滨 150001

3. 东北林业大学，哈尔滨 150040

目前我国的建筑行业在迅猛发展的同时，在消防设计与管理方面却相对滞后，尤其是现行应急广播系统设计规范的内容过于笼统，很难保证在紧急情况下，能够发挥其引导内部使用人员进行安全疏散的作用。因此，明确其设计重点，将建筑声学设计与工程设计实践紧密地联系在一起，极具现实指导意义；同时也为同类的相关研究奠定了基础，从而起到促进我国公共建筑安全、快速地发展，步入良性循环的作用。

应急广播；设计重点；设备构成；布置方式

引言

应急广播系统是公共广播系统的一个组成部分，属于多声源的语言扩声系统，它需要电子技术、电声技术和建声技术等多种学科的密切配合，其音质效果不仅与电声系统的综合性能有关，更与声音的室内传播环境、即建筑声学密切相关。

1.系统构成与控制流程

消防应急广播系统是火灾逃生疏散和灭火指挥的主要设备，在整个消防控制管理系统中起着极其重要的作用。在火灾发生时，应急广播信号通过音源设备发出，经过功率放大后，由编码输出控制模块切换到广播指定区域的扬声设备实现应急广播。目前经常采用的应急广播系统多为总线制或多线制消防应急广播系统，主要由两部分设备构成：一是主机端设备，包括广播录放盘、广播区域控制盘、广播功率放大器和火灾报警控制器（联动型）等；另外还有现场设备，包括输出模块和各种扬声设备。

主机端设备一般集中设置在建筑的消控中心。广播录放盘作为音源指挥中心，一般独立配有C D、M P 3放音机或数字录音机，可进行固态、动态录放音；同时配有话筒输入和外音源输入端口以及内部的音频输出端口；具有遥控输入、输出，禁音输出和禁音输入功能，以及监听和电子放音转录功能。广播功放盘是音频功率放大器，具有遥控启动，在遥控状态下有预置音量功能，具有禁音输入、故障报警和过载保护功能。

现场设备通常是分散安装在建筑各楼层的具体部位，扬声器即为现场播音设备。另外，在总线制消防广播系统中，一般通过具有自回答功能的现场广播切换（控制）模块，用于各楼层或防火分区正常广播与消防广播间的现场切换控制。

由上述系统的设备构成可以看出，在应急广播系统的工程设计中，无论是采用总线制还是多线制，包括主机端在内的大部分电子集成设备应根据系统形式与要求选型，需要针对建筑功能、平面形式等进行具体布局设计的主要是现场播音设备（即扬声器构成的声源系统），因此从建筑声学的角度出发，声源系统的布局设计是影响应急广播语言清晰度的唯一因素。

2.声源系统的设备构成

应急广播系统属于典型的多声源扩声系统，由于空间的三维尺度以及声学条件的影响，其声源系统的设备构成与布置方式具有一定的特殊性。

扬声器是一种常用的电声换能器件，其种类繁多，按换能机理和结构可分为电动式、静电式、压电式、电磁式、电离子式和气动式扬声器等；按声辐射材料可分为纸盆式、号筒式、膜片式；按工作频率可分为低音、中音、高音等。其中，电动式扬声器具有电声性能好、结构牢固、成本低等优点，应用最为广泛，它又分为纸盆式、号筒式和球顶形三种。纸盆式扬声器是室内空间公共广播系统中最常采用的一种扬声设备，安装方式一般为天花嵌入式和壁挂式。

普通的纸盆式扬声器在单独工作时指向性较差，声柱则是将若干同类型的纸盆式扬声器按直线或曲线进行柱状排列，以达到所需要的指向性。它的特点就是在垂直方向上有较强的指向特性，声柱越长、声束越窄、能量越集中、指向性越强。利用声柱的垂直指向性，可以在主声束范围内给听众提供较强的直达声，减弱混响干扰；同时，其远场特性也可以在一定程度上使声场分布更加均匀。

线阵列扬声器系统是由一系列单元箱组成的阵列，其工作原理类似于声柱，但又有较大差异：线阵列扬声器通常采用二分频或三分频方式，其辐射的声场是可以控制的；构成阵列的单元数量和悬挂方式需根据声场的要求来确定；为了保证音质，阵列单元应满足线性相位要求等等。这些都是声柱做不到的，尤其是在中、高频段需要采用带状高音、号筒、声反射镜、声透镜等波导技术来解决波阵面的耦合问题。近年来在一些大型场馆，线阵列扬声器系统正以它独特的优势替代其他种类的扬声设备。它的优势在于辐射的声场可以控制，涵盖的声场比较均匀，垂直指向性更窄从而减小了声场的干涉，它的功率较大，投射的距离远，高频特性好。线阵列扬声器一般适用于有足够安装高度以及不需要进行分区广播的大型空间。

从声学角度看，增强扬声器系统的指向性，可以改善覆盖区域，增强直达声，从而提高语言的清晰度。从传输频率范围看，如果把扬声器的频率范围控制得比较窄，没有低频辐射，则不会激发低频混响，但是对于语言传输已经基本满足了要求。从辐射声功率来看，如果扬声器的辐射功率比较小，则声能可以很快衰减不足以激发室内的混响，因而能够克服长混响对语言清晰度的干扰。小功率的声柱通常可以较好地满足上述条件。

3.声源系统的布置方式

消防应急广播需要按照《火灾自动报警系统设计规范》中的相关规定设置满足防火要求的独立控制室，故不存在扬声器与话筒处于同一声场内的情况，即不会出现声反馈现象。因此扬声器的布置与安装的基本出发点是保证广播系统必要的语言清晰度以及声场内各处的声压分布均匀。

根据空间的功能布局、平面体型、空间高度等因素，广播系统的扬声器布置方式可分为集中式、分散式和混合式三种方案。

集中式扬声器系统顾名思义是把一组（或多组）扬声器集中安装在声场中同一个固定位置上，为了能发挥大功率远场辐射的优势，需要较高的悬挂高度，在剧场、体育馆等大型空间内一般采用这种方式较多，但对于高度不足的空间显然是不适用的。

分散式扬声器系统是用于高度不高而无法采用集中供声的大型或狭长空间，以及功能结构被分为几部分的厅堂，另外对于难以获得好的语言清晰度的混响时间较长的大型厅堂，也可采用分散式的布置方式。分散式的扬声器系统有两种常见形式：一种是以单独的天花式扬声器为供声单元，另一种是以壁装的小功率声柱或音箱为供声单元。分散式布置的扬声器系统能获得均匀的声场，并由于扬声器与听众之间的距离很近，可保持较高的直达声与混响声的声能比，所以在混响时间较长的条件下也能获得较高的清晰度。

混合式布置的扬声器系统是在集中式布置的基础上，再分散布置辅助扬声器对局部区域进行补声，这里不做过多的阐述。

综上所述，可以看出在大多数建筑空间的应急广播系统中，扬声器适宜采用分散式的布置方式。对于广播系统的语言清晰度来说，较高的直达声是保障，因此对于天花或吊顶不是很高的空间，基于安装方便及便于隐蔽等原因可以考虑天花式扬声器。而如果空间高度较大时，则应考虑将扬声器安装在侧墙或柱子上，并适当控制安装高度，尽量减小扬声器和听众的直达距离，以获得较高的声场质量。

同时，根据《火灾自动报警系统设计规范》（GB 50116-2007）中对火灾应急广播系统的规定，“设置在民用建筑公共场所内的扬声器，每个额定功率不应小于3W，其数量应能保证从一个防火分区的任何部位到最近一个扬声器的距离不大于25m，走道内最后一个扬声器至走道末端的距离不应大于12.5m；在环境噪声大于60dB的场所设置的扬声器，在其播放范围内最远点的播放声压级应高于背景噪声15dB”。可以看出，在规范中虽然部分地考虑了声场内信噪比的问题，但总体来说并没有从专业的声学角度出发做出相应的详细规定，尤其是对于建筑的具体功能、空间尺度、乃至扬声器性能等广播系统语言清晰度的主要影响因素均未有相应规定。

4.结论

综上所述，消防应急广播系统的设计由于建筑的空间尺度、壁面声学条件等因素差异较大，其声源系统的布局与设备选型必然受到很大影响，因此设计的重点在于：首先应明确建筑空间多声源作用下声场的基本特性，然后找出空间内部对声场语言清晰度产生影响的主要因素，在此基础上可以通过理论研究结合仿真模拟的方法分析各影响因素下声学指标的变化规律，以便归纳总结出最优化的应急广播系统声学设计方案，最后以清晰、概括的形式给出用于实践工程的具体设计方法。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2011.13.058

孙涛(男)，哈尔滨人，1972年出生，现职称：高级工程师，研究方向：建筑电气设计。