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船用公共广播及通用报警系统浅析
发布日期:2019-5-8   点击次数:

        上下班准时响起的铃声,商场舒缓的背景音乐, 火车站紧急的寻人广播,这些都是公共广播系统典型的应用。公共广播系统是由统一控制的主机柜和分散在所需覆盖的区域中的扬声器组成的单向通信 系统。主机柜是整个系统的核心,主要有声音输入设备、广播功率放大器、广播分区器、报警信号发生器和电源装置等组成。例如在播放背景音乐时, 通过 CD机读取背景音乐,经广播功率放大器放大, 在所选择的区域进行背景音乐播放。但当有紧急事件发生时,如发生火灾时,此时的背景音乐被静音, 紧急播放由报警信号发生器产生的报警信号。


海洋船舶广播系统

1 系统构成 


        在船舶及海洋工程中,公共广播及通用报警系统所需实现的功能和以上类似。系统基本构成如图 1 所示。

船舶广播报警系统


1.1 系统输入及其控制 

        为了向公共广播及通用报警系统提供广播用的声频模拟信号,需要配置信号源设备,主要包括话筒、远程寻呼台、报警信号发生器、调谐器和 CD 播放机等。话筒又称麦克风,是一种将声信号转成电信号的电声器件。话筒多是座式或手握式的,还会带有辅助输入、音量调节和电平指示等功能。为了实现分区广播,话筒常和分区控制键组合在一起, 构成远程寻呼台,这也是船上最常见的遥控站。

        报警信号发生器通常安装在主机柜内,它的主要作用是产生不同类型的警笛,作为通用报警的输入。当发生突发事件时,广播系统就能将这些特殊的警笛发生出去,起到提醒、警示和引导的作用。 

        在船舶和海洋工程中,报警通常分为紧急通用报警、火灾报警、可燃气体泄漏报警和有毒气体泄漏报警等。每种报警的警笛类型不同,用以方便船上人员区分是何种突发状态。其中,船级社对紧急通用报警的警笛类型有明确的规定,为标准的七短一长信号向全船人员发出,提醒并召唤全船人员至 紧急集合区域。其他的报警可以根据不同的船东要求来分别定义。 

        分配于船舶不同区域的报警装置可以手动触发以上各种报警。同时,为实现报警系统的自动化, 通用报警系统可以随时接收火灾气体探测系统送出的情况异常信号,如船舶失火、可燃气体泄漏和有毒气体泄漏等,并自动触发相应的报警信号,向全船发出报警警笛。 

        公用广播及通用报警系统有多种不同的信号源,为了使最紧急的事情在第一时间播发,需要给系统中所有的信号源以不同的优先级,高优先级的可以越控低优先级的输入信号。在所有的输入信号中,应急广播往往设置为最高优先级,其次依次是各种报警信号,最后才是普通广播及背景音乐等。 由于船上船舱内通常都配有用于娱乐的有线电视系统,为便于有效收听到应急广播及报警信息,在这 类信息播发时,娱乐系统的声音信号会被强制屏蔽。

        对于在哪些处所布置寻呼台和报警装置,船舶及海洋工程相关规范给出了明确要求,比如,需在应急响应中心、驾驶室、机控室、压载控制室、 升降控制室和钻井控制台附近配置寻呼台和报警装 置。在主要控制站(包括驾驶室、无线电室)、钻井控制台附近配置手动触发通用报警装置。如安装在露天甲板处,则需加装水密箱。在海洋工程项目, 需要考虑在适当区域(如 DCC 房间)配置适用于 2 类危险区的设备。


1.2 扬声器及广播功率放大器 

        扬声器的作用于话筒刚好相反,是一种将电信号转成声信号的电声器件,以实现声音的再现。扬声器的主要技术指标有:额定功率、额定输入电压、 灵敏度级、最大声压等级、频率响应特性、失真度、 指向特性等。在选择广播扬声器时,需注意扬声器的频率响应至少不劣于 0.25 kHz~4 kHz。 

        由于几个强度不同的声音同时达到耳朵时,强的声音会遮蔽弱的声音,即我们只会听到(注意到)强的那个声音。因此,国际海事组织 IMO对不同 区域的系统声压等级有如下要求: 

        1)通用报警系统在所有起居处所及正常工作处所均能听到该系统的报警。内外部报警音响的最小声压等级应为 80 dB(A),并应至少高于船舶一般设备操作产生的环境噪声标准 10 dB(A)。在舱内睡眠位置和舱内盥洗室中的声压等级至少为 75 dB(A), 并应高出环境噪声标准 10 dB(A)。 

        2)广播系统应能向船员及乘客提供广播信息, 广播应急通告的最小声压等级应该为:内部处所 75 dB(A),并应至少高于讲话干扰标准 20 dB(A); 外部处所 80 dB(A),并应至少高于讲话干扰标准 15 dB(A)。 

        3)在任何情况下,PAGA 系统的最大声压等级为 120 dB(A)。 为满足 IMO的要求,选择适当的扬声器灵敏 度、功率和数量就显得尤为重要。 对于室外广播,其声压可按点声源在自由场的 衰减规律来估算,即:

 Lp=L+10 log P-20 log r 

        对于室内广播,需考虑房间对声音的反射及吸 收作用,可用下列公式进行估算: 

式中,Lp 为听音点的声压级,dB;L 为扬声器 的灵敏度,dB;P 为馈给扬声器的电功率,W;r 为听音点与扬声器之间的距离,m;R 为房间常数, m2 ;Q 为指向性因数。 

        由于计算公式复杂,且船上扬声器的数量多, 覆盖范围广,推荐使用专业的声学设计软件,对声场进行模拟分析,选择出合适的扬声器数量及布置位置等相关参数。 

        在选择扬声器时,除要考虑扬声器的以上基本参数外,仍需根据实际安装位置选择不同的安装形式和防护等级的扬声器。此外,需根据全船危险区域划分图,依据危险等级布置相应的防爆扬声器。 海洋工程项目中需要和通风专业协调,考虑应急停止系统的切断逻辑,所选择的扬声器应满足规范关于弃船后仍需使用系统设备(包括公用广播报警系 统)适用于2 类危险区的要求。 

        对于背景噪音大于 85 dB(A)的处所,相关船级 社[1]还要求配备闪光灯作为扬声器的一种辅助手段,来提示不同类型的报警。 在船舶上及海洋平台上,同一时间,有的人在工作,有的人在休息。为了不影响无关区域的人, 需要对公共广播及通用报警系统进行分区设计。可 以分为生活区、工作区和钻井区等。由安装在主机柜内的分区器,把输入的声频信号分配到不同的广 播功率放大器,输出到不同分区的扬声器。分区器同时具有强插功能,以便紧急信号可以向全船广播。 在设计扬声器的回路时,需要考虑在一个回路中, 只能连接同一个分区的扬声器。 

        通常,公共广播信号使用“高电压、小电流” 的方式传输,所以广播功放需要提供高压信号。通常广播功放都内置输出变压器,用以提升其输出电 压,成为定压式系统。定压式系统的标称传输电压可以为 70 V/100 V/120 V 等。相应地,典型的广播扬声器为定压式扬声器,它们是高阻的,有内置的用于阻抗变换的线间变压器。其输入端也标有 70 V /100 V/120 V 等标示适用电压规格。配接广播扬声器时,不必计算它们的阻抗,只需其适用电压规格同广播线路的标称传输电压相符就可以,但是同一 回路中的扬声器的总功率不能大于驱动该回路的广 播功率放大器的额定输出功率,并且需要留有一定 的余量用于以后的扩展。


1.3 传输电缆 

        由于系统采用高压传输,广播线路一般只需要 普通的双绞线即可。在选择双绞线时,定压式公共 广播系统同其它系统一样,需要考虑线路的损耗。 当传输电压为 100 V,传输电缆为铜线,广播扬声 器延线路均匀分布,且允许传输损耗为 3 dB 时,可 以用以下公式进行估算:


 S=5×L×P 
 式中,S 为电缆截面积,mm2 ;L 为传输距离, km;P 为功率,kW。 



2 海洋工程项目特殊要求 


        海洋工程项目的危险系数往往高于普通的船 舶,并且不能及时靠岸维修。为了保证系统更可靠地稳定运行,相关船级社对此系统提出了比普通船 舶更高的要求。 

        以挪威船级社[3]为例,海洋工程项目中要求公共广播及通用报警系统中所有部件,包括公共广播主机、分区器、功率放大器、电缆、扬声器和闪光 灯等,需要提供双套配置(如 A 系统和 B 系统), 且双套配置的主机柜需分别位于不同的区域,以防止其中一个机柜的损坏影响另一套系统。在每个广 播服务器区同样需要配置不同子系统的扬声器。在高背景噪音区,闪光灯也需双套配置,且每个扬声器需要配置用于短路保护的装置,如熔断器。 


3 结论 


        公共广播及通用报警系统是船舶及海洋工程中的一个重要系统,当有突发意外时,此系统的好坏会影响人员是否快速发现危险的存在,并离开危险处所及正确逃生。因此在设计此系统时,需充分考虑各个因素的影响,以完成最优化的设计。

音之圣推出的 “船舶IP广播系统方案”

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