浅论城市轨道交通公共广播系统人性化设计

　　城市轨道交通广播系统在正常情况下向旅客通告地铁列车运行及安全、向导等服务信息，向工作人员发布作业通知;在灾害情况时向乘客发出通告，指挥乘客疏散。
　　城市轨道交通广播系统由控制中心广播设备和车站广播设备组成。控制中心和车站均设置行车和防灾广播控制设备。控制中心可对全线选站、选路广播;车站控制设备可对本站管区内选路广播。
　　目前开通的城市轨道交通广播系统往往存在声场分布不均匀、声场强度调节不便、站外广播声音过大影响周边居民等问题。为避免新建线路出现上述问题，并提高广播系统的可靠性，在重庆轨道交通3号线一期工程广播系统实施时，在扬声器设置、选型、噪音检测和声学模拟等方面采取了一些改进措施。
　　1重庆轨道交通3号线一期工程广播系统简介
　　1.1广播系统的功能
　　重庆轨道交通3号线一期工程广播系统的功能如下。
　　1)优先级设置功能：中心防灾调度员为第一级;车站防灾值班员为第二级;中心行车调度员为第三级;车站行车值班员为第四级;站台客运值班员为第五级。
　　2)中心广播功能：中心行车调度员可通过中心广播操作台对车站进行语言直播、语音合成广播，并有多种广播模式;中心调度员可以单选、组选和全选任意车站的任意广播区进行广播;中心调度员根据需要可选择监听任意车站的广播情况。
　　3)车站行车广播功能：车站值班员可单选、组选和全选本站的任意广播区进行多信源广播。车站广播控制盒具有话筒、语音、线路等按键。选中话筒，可通过话筒对相应的广播区进行广播;按语音按键，可通过选择语音合成的段号对车站广播区进行固定广播;按线路按键，可通过线路输入插口连接外部信源，播放线路输入的内容。车站值班员可根据需要选择监听本站各广播区的广播情况。显示屏上可显示优先级的占用状态、设备的工作状态、故障情况、广播区及信源选择等内容。
　　4)站台广播功能：站台工作人员通过随身携带的无线便携式站台广播手持台在站台内任一位置，均可遥控广播的开启、对站台进行广播。
　　5)车站防灾广播功能：车站防灾值班员可以通过车站防灾广播控制盒，实现对所选广播区和信源广播开关的控制，实现防灾广播功能。车站防灾广播操作盒设有紧急广播按键。广播时，按下紧急按键，即可对全区或分区进行紧急广播，同时可对广播内容进行本地录音。
　　6)列车进站自动广播功能：为提高列车到发时广播时间的实时性及准确性，本系统设有列车到、发信号的引入接口并配置相应的语音存储器。当车站收到上、下行两个方向列车的到、发信息时，本系统可实时自动播出列车的到、发信息，并同时播放两段不同的语音信息。播放顺序及时间，可根据用户的需求设定。
　　7)中心网管功能：中心网管终端设备可设置车站的数量、各广播区的数量、操作台的优先级及编组广播的内容，并具有集中维护和自诊断功能;可进行故障管理、性能管理、配置管理、安全管理;能对中心和车站广播设备的运行状态进行实时监测;能完成自动检测、遥控检测、故障报警、故障定位(告警的站号、告警的槽位号)及远端维护功能;能对系统发生的故障和操作进行全面记录，并具有打印功能。
　　1.2广播系统的构成
　　车站广播系统采用控制中心与车站两级组网方式。
　　1)控制中心广播控制设备：控制中心设行车广播话筒盒、防灾广播控制盒、中心广播机柜及网管设备等，在控制中心与ISCS(综合监控系统)进行操作界面集成。
　　2)车站广播设备：车站广播设备由广播机柜、行车广播话筒盒、防灾广播控制盒、站台广播手持台、噪音传感器及扬声器网等组成。在车站与ISCS进行操作界面集成，其中播音及操控由ISCS集成，广播系统提供的广播控制盒作备用。行车广播话筒盒、防灾广播控制盒设置在车站综合控制室，广播机柜设置在车站通信机房，扬声器网设置在站厅、站台、出入口及办公区等场所。车站广播区按上行站台、下行站台、站厅、出入口、办公区域进行设置。为了提高广播的清晰度，站台和站厅播音区的扬声器以小功率、大密度的方式布置，扬声器功率为3 6W。在每个车站站台上设置无线广播收发设备，站台服务人员携带对讲手持台对本站台区域进行广播。为保证声场的强度和播音信噪比，在各车站的上下行站台广播区设置噪声传感器各2个。
　　3)传输通道：控制中心广播控制设备与车站广播设备间传输的信息包括广播语音信息、广播控制信息和监听信息，控制中心至各车站之间采用10Mb/s以太网通道。
　　2广播系统的设计原则
　　2.1广播扬声器的设置原则
　　扬声器系统的布置合理与否，直接关系到整个广播系统的音响效果。扬声器的布置一般应遵循以下原则：
　　1)使听众区的声场尽可能达到均匀一致;
　　2)声音听感自然;
　　3)有利于克服声反馈，提高传声增益;
　　4)扬声器的覆盖角应能覆盖全部听众;
　　5)听众区的声级应能满足总技术条件要求;
　　6)各扬声器发出的声音到达听众区各点的时间差应小于5 30ms;
　　7)便于安装、调试和维护。
　　2.2控制性指标
　　声场强度大于噪声级10dB。负荷区各点的声场均匀度及混响指标应保证广播声音清晰与稳定。
　　高架站站台扬声器在站外的音量，昼间应50dB，夜间应40dB。
　　2.3扬声器网
　　1)扬声器的设置位置：根据重庆市轨道交通有限公司相关部门的意见，车站站厅、站台、站台下夹层的所有房间(包括备用房、清扫间)及走道、地下站出入口均设置扬声器，实现广播系统对车站的全覆盖。
　　2)车站广播分区：车站广播分为9个区域(即上行站台广播区1，上行站台广播区2，下行站台广播区1，下行站台广播区2，站厅广播区，办公用房广播区1，办公用房广播区2，出入口广播区，疏散口广播区)。若为换乘站，需增加1个换乘通道广播区;若车站管辖区间有隧道口，需增加1个隧道口广播区。
　　3)扬声器安装方式：对有吊顶房屋，扬声器采用吸顶式安装;扬声器不能设置于设备机柜上方，车控室内不设扬声器;对无吊顶房屋扬声器采用壁挂式安装;走廊采用吸顶式安装;站厅(出入口)、站台广播区扬声器根据装修情况，安装方式有顶棚镶嵌式、吊挂式、吸顶式等;高架站站台扬声器嵌入综合管廊安装;上、下行站台各设噪声传感器2个。
　　3广播系统人性化措施
　　为避免出现声场分布不均匀、声场强度调节不便、站外广播声音过大影响周边居民等问题，并提高系统的可靠性，在重庆轨道交通3号线一期工程广播系统实施时，采取了如下改进措施。
　　3.1扬声器的布置
　　3.1.1采用小功率大密度的布置方式
　　根椐车站公共区域的空间形式、构筑物布置等因素，设计时采用分散供声方式。良好的公共广播工程应能有效地控制扬声器的声场分布和满足投射距离的声压级要求。
　　分散式供声系统能获得均匀的声场，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，并且不容易发生回声问题。分散式供声的最大优点是声场均匀，直达声与混响声的声能比高。采用小功率、高密度、低声压的分散式供声可在混响时间较长的特大型站厅中获得较好的语言可信度。
　　吊顶天花板扬声器大多是口径为130 160mm的3 6W中频纸盆扬声器，其最大声压级为90 93dB(在1m处)，适合播放语言节目。
　　天花板扬声器的布局设计应根据服务区域的体形、空间设计、环境噪声和扬声器的最大声压级等参数综合考虑。
　　单个天花板扬声器的声场覆盖面积S1为：
　　S1=3.14[(H-1.5)tan(/2)]2
　　=3.14(H-1.5)2，(m2)
　　式中：H为天花离地面的高度，m。
　　如果需要覆盖的面积为S，按80%的覆盖分布，需要的扬声器总数量N为：
　　N=0.8S/S1
　　小功率天花板扬声器常用于空间高度H不大于5 6m的站厅或公共场所。例如，当H=4m、环境噪声为45dB的会场采用天花板扬声器分散式供声时，可选用额定功率为3W的天花板扬声器。为使听众能获得良好的清晰度，要求听众处的直达声声压级高于环境噪声声压级25dB，即直达声声压级为45dB+25dB=70dB。3W扬声器在离扬声器口1m处的最大声压级为90.8dB。离天花板2.5m高度的距离衰减了8dB，因此到达听众耳朵高度的最高声压级为90.8dB-8dB=82.2dB，可满足良好清晰度的要求。
　　根据重庆3号线车站特点，在进行施工设计时，站厅、站台等公共区扬声器采用6m间隔的布置方式，小于其他城市轨道交通8m的布置间隔，从而使声场更加均匀，避免了由于间隔过大而采用大功率扬声器带来的声场分布不均、乘客产生头顶感的问题。
　　3.1.2高架站站台扬声器
　　目前多数城市轨道交通高架车站站台的扬声器通常采用在立柱上安装音箱的方式。采用图2的安装方式带来的最大问题是由于采用音箱，其指向性带来广播声音传出站外，存在扰民问题。
　　为解决这一问题，重庆轨道交通3号线一期工程高架车站站台采用了综合管廊方案，在综合管廊下方安装吸顶式扬声器。
　　3.2扬声器的选型
　　为有效控制扬声器的功率，本工程选择的扬声器有多种功率抽头。扬声器变压器上的四个初级线圈接头允许用户选择额定全功率、半功率、四分之一功率或八分之一功率(即6W、3W、1.5W、0.75W)。按不同功率的连接接头，可根据现场情况进行调整，开通前进行调测，从而使声场最优化。
　　3.3噪声检查自动调节功能
　　在上、下行站台广播区域内分别设置了噪声传感器，每个站台区设置2个;采用装修顶棚镶嵌方式安装或吊挂式安装，与广播机柜通过屏蔽电缆相连。
　　根据噪声传感器拾取的环境噪声，噪声检测模块自动检测各广播区的环境噪声，并根据现场实际噪声大小自动调整广播系统的输出功率，保持广播声压总高于环境噪声，保证广播有良好的可懂度，并且防止广播声过大而扰民的现象。
　　3.4声学模拟技术的应用
　　传统的建声设计依靠声学公式进行计算，计算较为繁琐，一般只能计算出少量典型的数据。地铁广播系统一般包括全线十几个车站，各车站建声条件各异，要求逐站理论计算，工作量浩大。
　　重庆轨道交通3号线一期工程在设计时采用声场模拟软件进行计算机辅助设计，确保扬声器的选型及布局的合理性，以保证广播系统的最佳声效。
　　目前，世界上广泛应用的计算机声学辅助设计软件可为广播系统的最终声效果提供必要的参考数据。如：扬声器的选择和布局、功率的选择、声效分析的各种重要性能参数及曲线图(包括直达声压级、总声压级、声均匀度、混响时间及不同频率下的上述参数)，另外还可以计算出语音清晰度，可直接得知评价语言广播效果的数据;软件还可以模拟广播区内任一点的现场声效果，并可以听到声音。
　　由于可打印出上述各参数的曲线图，故对声学特性十分直观，对全广播区内各地点均可显示详细数据，能有效地控制和达到最佳的声学特性，以保证优良的广播效果。
　　以下为典型的地下车站站台、站厅采用EASE4.0模拟软件所做的声学计算。
　　1)建模说明：站台墙面吸声材料选择steel(钢板或墙面)，站台屏蔽门选择6-15dhbl(大块玻璃)。地面均选择Ren_Banchang(人春秋两季所穿衣服的平均值)。吊顶的吸声材料选择steel(钢板或墙面)，同时考虑通风管道外覆盖玻璃棉隔热层。
　　2)计算结果：站台建模图(扬声器布局图)如图6所示;站台混响时间曲线图如图7所示;站台清晰度分布如图8所示;站台总声压级分布图(当声源频率为500Hz)如图9所示;站台总声压级分布图(生源频率为1kHz)如图10所示;站台总声压级分布图(生源频率为2kHz)见图11所示。
　　3.5系统可靠性措施
　　广播系统上行/下行站台广播区扬声器组采用两个广播回路跳接方式，当一路扬声器出现故障时，另一路仍可进行广播。
　　各车站设置扬声器线路检测装置，可对本站每个广播区的扬声器线路阻抗进行监测。当扬声器线路阻值发生变化时，即可发出报警，并在液晶显示屏上显示和上报故障信息，以便于维护人员对扬声器线路的维护和管理，确保扬声器线路的良好工作性能。当检测装置判定为扬声器故障时，可中断故障扬声器与功放的连接。
　　广播系统功放的配置以N+1热备方式进行工作。功放检测模块可对广播系统中的功率放大器进行自动检测，功放切换模块可对使用中的故障功放进行切换。当某台功放出现故障时，可将备用功放替代故障功放，当故障功放恢复正常后，可恢复到原工作方式。
　　4结语
　　广播系统作为城市轨道交通通信系统的重要子系统，直接服务于乘客，广播系统的设计除满足基本运营需求外，更应考虑人性化的设计措施，为乘客提供一个良好的乘车环境。本文所介绍的重庆轨道交通3号线一期工程所采取的措施，可供其他类似工程借鉴。