公路隧道广播系统相关技术研究现状分析与探讨

　　在公路隧道的日常管理中，广播系统通常用于向隧道内驾乘人员、维护人员提供信息，指挥交通；隧道事故发生后，隧道广播成为指挥车辆撤离、人员逃生、应急救援的重要手段；所以设计规范中要求B级以上隧道应设置广播系统。但是，目前隧道广播系统受隧道内回音强、噪声大等方面因素影响，话音清晰度普遍很低，紧急情况下可能耽误逃生或救援时间。逃生或救援时间耽误可能引发严重后果，例如2014年岩后隧道事故，因为逃生不及时，40人在隧道中遇难。现有隧道广播难以承担上述重任。

　　1?国内外相关现状分析与探讨

　　1.1广播系统在场馆、大厅、广场等场所的应用方面的研究现状

　　国内外对公共广播系统的研究及有关的文献较多。我国发布的《公共广播系统工程技术规范》（GB50526-2010）对公共广播系统的设计、施工、性能测量等方面都作出了详细规定。但是，国内外对广播系统的研究大都集中在场馆、大厅、广场等场所的应用，对于隧道这类狭长管道环境的应用研究较少，已有的研究成果还不能完全适应隧道环境。

　　中广电广播电影电视设计研究院尹力军等研究了兰州铁路西客站候车大厅广播系统设计，考虑到长混响、超大空间条件下的广播系统声场设计、特别是与扩声清晰度有关的控制与设计比较困难，结合兰州铁路西客站站房大厅的建筑、装修等条件，根据该大厅混响时间计算机的模拟结果，比较了采用大型线阵集中分块投射式扩声、传统小型点声源(或声柱)分布式投射扩声、精选点声源分布式投射扩声等几种方式下的播音效果。并针对兰州西客站站房大厅的规模，提出了声场设计的参考标准和依据。提讴艾(上海)电器有限公司王辉研究了世博会中国国家馆广播系统的架构和功能应用，论述了 络型广播系统的应用及大空间扬声器的选型要求和对声音的数字化处理。

　　1.2在隧道声环境方面的研究现状

　　北京交通大学张雪峰等对高速公路隧道内噪声声场分布特性进行了研究，把隧道壁及路面设置为全反射边界条件，以点声源作为基本噪声源建立了足尺有限元分析模型。利用LMSVirtualLab软件对模型进行有限元分析及声传播计算，研究了点声源条件下隧道内声场的分布特性及声源频率和位置对声场分布的影响。研究结果表明：公路隧道内噪声主要分为两大区域分布，贴近界面呈明显的规律性声压叠加与消减的声场紊乱区及远离界面的声场稳定区。声源频率从250Hz逐步增加到1000Hz时，紊乱区的范围由距离隧道壁2.3m以内范围向0.7m以内递减；声源位置不同时，仅影响到声源附近5m范围内的声场，隧道内整体声场仍符合前述分布规律。参数分析表明隧道内噪声场主要分为平均声压级较高的紊乱区和较低的稳定区两大区域，声源频率会影响两区域分布范围，声源位置仅能影响声源附近小范围声场分布，对隧道整体声场影响不大。

　　长安大学师利明研究了高速公路隧道内交通噪声预测和降噪措施，结合公路隧道工程，利用波动声学和房间声学理论，给出预测模式、参数确定的方法和算例以及降噪措施的几种方案比较。这些降噪措施主要是选择不同的内壁装修材料。中铁第四勘察设计院集团有限公司王卫东、香港新光国际有限公司陈兴等在715m隧道内铺设具有高度吸声能力的隧道内壁装修材料CEMCOM颗粒后，测量了混响时间，推算约6.7dB降噪量，推算语言传输指数由0.26提升至0.50以上。

　　1.3在隧道广播方面的研究现状

　　上海海基盛元信息科技有限公司汤超等采用EASE软件对地铁地下站点广播系统音质进行了仿真分析，以上海地铁星中路站为例，计算得到了相关测点的声压级、混响时间、语言清晰度等音质客观参数，并提出了优化设计方案。

　　无锡地铁集团有限公司黄少熔等通过数据模型仿真计算和现场实测分析，认为平面扬声器具有传播距离远、声音衰减小、指向特性强、广播效果清晰舒适等特点。在地铁车站广播系统中采用平面扬声器，相对于传统扬声器，可大幅减少扬声器数量、施工安装和调试工程量，以及运营后的系统维护工作量，综合成本相对较低。上述特点中的“指向特性强”指的是，平面扬声器的辐射角广而均匀，该特性其实不适合公路隧道这类狭长的环境。

　　上海神剑铁路通信信号有限公司詹茂春等申请了实用新型专利《一种广播清晰的隧道广播系统》（200820208617.2），该系统包括复数个播音装置、数字音频处理装置以及控制中心，所述复数个播音装置按照音区单位长度将隧道分成多个音区，该播音装置接受数字音频处理装置处理好的音频信息，且与控制中心连接，受其控制实行多音区设置，单音区或不相邻的双音区广播。该专利声称通过减少声反射(回声)，延迟叠加，减少混响，能够很好地保障广播清晰度。但是，隧道内广播语音的清晰度除受到相邻扬声器的影响外，更多的是受隧道土建结构回声的影响，所以上述专利技术局限性较大。

　　1.4在扬声器方面的研究现状

　　湖南继善高科技有限公司许学忠等人申请了实用新型专利《扬声器单元、扬声装置及定向声波驱鸟装置》（201110059912.2），其中，扬声装置包括安装基座；扬声器单元包括：反射式辐射器；扬声器安装在反射式辐射器的腔体内；前置反射件，设置在扬声器的前方；音源电路。该专利声称能够达到远距离有效驱鸟的效果。但从该公司公布的水平指向图来看，在近距离范围内水平覆盖角不小于90°，这意味对土建结构导致的回声控制较弱。

　　复旦大学马建敏申请了实用新型专利《有源定向扬声器》（201420226434.9），包括信号调制处理、开关电源、开关功放、压电超声波换能器阵列板及外壳。输入音频信号，经过调制模块处理后送到开关功放模块放大，然后激起超声波换能器阵列板的高频振动，通过空气自解调出有指向性的声频信号。

　　中科院声学所吴鸣等公布的发明专利《一种定向扬声器及其信号处理方法》（201110414103.9），包含预处理模块和信号调制模块两部分，预处理模块计算出原始信号对应的无失真信号，使其调制后的信号包络满足无失真要求。信号调制模块把音频信号调制到超声载波上。

　　宁波飞扬音响技术公司王家槐通过对声柱指向性的分析，结合高音波导柱面波的形成，得出了线阵列应该有低音和高音两个不同指向性的结论，这与传统形式音箱的技术指标中只有高音指向性是有区别的，指出目前人们对线阵列指向性认识的误区。

　　2?结语

　　无论从安全性还是从对广大司乘人员及旅客的工作和生活的服务等各方面考虑，公路隧道广播系统都具有很大的必要性和重要性。