機械社區(qū)

標題: 大喇叭的故事---記席葆樹教授發(fā)明射流式氣流揚聲器 [打印本頁]
作者: andyany    時間: 2012-11-24 13:18
標題: 大喇叭的故事---記席葆樹教授發(fā)明射流式氣流揚聲器
轉(zhuǎn)——
9 h3 t1 W' k% |" ~
清華大學工程力學系教授  吳翹哲
清華大學工程力學系教授  王  珊

! m) `) b  b1 h# _# Y$ s" z  `
世界上最大的廣播喇叭
  w9 e3 G, O. q: F0 {+ }9 T
    走進廈門戰(zhàn)地觀光園，人們會看到一個3米直徑5米長的大喇叭，被稱為是世界上最大的廣播喇叭。這是海峽兩岸對峙時用于隔海廣播的大喇叭，現(xiàn)在作為歷史的記錄，放在觀光園中展覽。它是由清華大學力學系席葆樹教授在84年研制成功的。
2 x4 h/ w: g( Y" S  `0 A0 Z0 j6 q3 e& y
    1982年3月的一天，總政某部的一位干事來到清華大學校長辦公室，尋找一位姓“習”的教授，聽說“習教授”曾搞過氣流揚聲器。當校長辦公室介紹他來到席教授的實驗室后，席教授說“文革”中他曾為學校研制一個氣流揚聲器報警器，安裝在新水利館房頂上，但他姓席而不是姓習時，這位干事一拍大腿說“我在北京的大學里找了你一年，現(xiàn)在可找到了”。他向席教授說明了來意：對臺廣播的喇叭不夠響，聲音達不到對岸。要求席教授來完成改造任務。當時席教授的研究室正承擔著兩項國家科技攻關(guān)項目，非常忙。在邱干事的一再要求下，答應了承擔研制大功率廣播系統(tǒng)的任務。5 G$ h  A- t$ S. O- `

: {7 P# U6 U) @& a# P    經(jīng)實地調(diào)查后，席教授發(fā)現(xiàn)原來采用的調(diào)制發(fā)聲方案是仿效美國Ling公司的產(chǎn)品方案，是用一個環(huán)形調(diào)制閥來調(diào)制氣流的通流面積，產(chǎn)生脈動壓力波而轉(zhuǎn)換成聲波，這種調(diào)制方式容易被氣流中的灰塵微�？ㄗ�，壽命很短，常常一篇短文沒有播完發(fā)音頭就壞了，而且氣聲轉(zhuǎn)換效率低，頻響范圍窄，高頻上不去，清晰度很差，很難用于實際廣播。為此席教授提出了一種新的調(diào)制發(fā)聲原理，即調(diào)制高壓射流方向的方式，沒有摩擦，不會卡住，轉(zhuǎn)換效率高，調(diào)制部件很輕，頻響范圍寬，清晰度好，壽命長，可以滿足大范圍、長距離廣播的要求。
: r; G7 [1 F* I1 @/ R; ~! @8 A/ D' R+ r4 }  U
    方案確定后，席教授很快利用實驗室的條件，設計圖紙、找材料，并親自動手加工，完成了一臺發(fā)音頭的樣機。與此同時廣播站也將原有的氣源站進行了改造，將氣源壓力由2個大氣壓提高到6個大氣壓，當年十月就進行了聯(lián)機試驗。第一次試驗雖然由于材料和結(jié)構(gòu)設計不合理而失敗了，但實驗中有十幾秒鐘的時間發(fā)音達到了143分貝，從失敗中看到了成功的希望，證明了席教授提出的新的調(diào)制方式是可行的。
2 Q! m* R' {- x; t; {! }8 Q5 U. A9 ]
    又經(jīng)過幾次方案試驗，確定了要制造世界上最大的語言廣播系統(tǒng)的方案，其發(fā)音頭的功率要達到2萬聲瓦，相當于普通電喇叭功率10萬瓦。大喇叭口的直徑為3米，長5米，并且要求在兩個月內(nèi)制成運到現(xiàn)場。席教授回校后帶領研制組的同志，用了兩個星期時間設計出了全部圖紙，立即投入了加工制造。當時要制造這個大喇叭真是費了一翻功夫。鋁錠很緊張，而鑄造4套大喇叭就得搞到4～5噸鋁錠，不得不四處求援。搞到鋁錠后要作木模，木模廠要10立方米紅松，這又是一大困難，木材更緊張,后來和北京最大的鑄鋁制品廠的工人師傅商量,用刮板造型才不需要這么多的紅松木材。開始造型后,由于車間凈空不夠高,不得不在車間地上挖了一個1米多深的大坑。第一個砂模做好后需要吊起來翻180°，由于用的是鐵砂箱，太重，吊起后差點把吊車梁毀壞，不得不重新做了個鋁砂箱。終于在兩個星期內(nèi)先鑄好了兩套大喇叭。冒著大雨送到豐臺貨場，因為第二天正好有一列貨車去福州，可以撥給一個車皮。發(fā)音頭的制造更是克服了一個個難關(guān)，從尋找純鐵棒、鈦合金棒，鍛打毛坯到精車成零件，無不凝聚著席教授研制組的同志和工人師傅的智慧和汗水。為了抓緊時間，許多零件是他親自加工的，他在多年的實驗室建設中，也練就了一套機加工的本領，幾乎每天都干到深夜一、兩點。就這樣兩套大喇叭廣播系統(tǒng)從設計到完成只用了兩個月時間就安裝在福州黃歧廣播站了。經(jīng)過調(diào)試，試播時一下子就達到了指標，在隔海12公里遠處可以清晰地聽到語言和音樂的播音，經(jīng)海峽之聲電臺組織的技術(shù)驗收通過后，曾進行了幾十小時的播音。一套具有世界先進水平，也是世界上最大的語言廣播喇叭從此誕生了。后來由于兩岸關(guān)系逐漸緩和，這套系統(tǒng)就不再使用了。
; [' d! w9 o" s& x+ S5 c  C# }; p5 ?( S
春節(jié)夜祥和鐘聲響徹北京上空

; l0 P8 O) g: f4 D* E7 o8 B    80年代后期改革開放政策迅速在祖國大地落實，開花結(jié)果，兩岸關(guān)系開始緩解，隔海廣播的大喇叭當然也就沒有用了，當年的廣播站也變成了接待站。進入九十年代后，席教授想，他發(fā)明的這個大喇叭還是很有用處的，如城市語言報警，像北京這樣的大城市如果發(fā)生地震、洪水等突發(fā)災害時，電網(wǎng)首先破壞了，沒有電，現(xiàn)代的通訊設備都無法工作，這時如果用語言廣播系統(tǒng)及時向人民傳播信息，可以減少損失，是十分必要的。席教授的大喇叭用的是壓縮空氣為動力，可以用柴油機帶動空壓機供氣，完全脫離電網(wǎng)工作。因此可以在救災和報警方面發(fā)揮作用，而且可以用語言直接將信息向整個城市傳播出去，這在世界上其他國家還沒有，美國舊金山和洛杉磯大地震后6個小時信息中斷。而震后如果能及時地進行指揮和安撫將會大大地減少損失。為了更好地將這項科技成果轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力，當時校領導建議席教授成立一個公司，用企業(yè)的機制來進行轉(zhuǎn)化，這樣可以招聘人員和得到社會支持。于是成立了北京希必實機電技術(shù)有限公司，席教授兼任總經(jīng)理。席教授向國家救災委員會和北京市政府寫信，建議建立大功率救災語言廣播系統(tǒng)。田紀云副總理很快批復了，北京市政府也很快批復并撥款，由北京市人防辦公室負責籌建。人防辦領導親自實地考察了席教授的大功率氣流揚聲器技術(shù)后，決定將1萬聲瓦的Ⅱ型系統(tǒng)建在北京飯店房頂上，這樣可以覆蓋二環(huán)路以內(nèi)大約30平方公里的人口稠密區(qū)。喇叭安裝在房頂上而壓縮機太重，只能放在地下室，壓縮空氣由鋼管送到房頂。為了確定管路走向，席教授到北京建筑設計院查閱北京飯店的施工圖紙。確定將北京飯店的十八層樓板，每層打一個直徑大約30公分的洞。這可不是一件容易的事，北京飯店每天國內(nèi)外客人很多，不能驚擾他們，每天只能在客人外出時才能施工，而且只能用小錘子一點一點地打，希必實公司的副總經(jīng)理林鋼同志，帶領工人師傅打了兩個星期，終于打通了從地下室到十八樓的地板，將管道一節(jié)一節(jié)地安裝了起來，整個工程順利地完成了，在人防指揮部可以遙控整個系統(tǒng)運行。+ H5 `5 N: w6 }5 w9 {

/ s+ T2 |/ u& u" O    安裝前在郊外空地上進行了模擬試播，但正式安裝完以后卻不能實播，因為很響，如果要實播必須經(jīng)過國務院有關(guān)部門批準。  I9 U1 Z8 J" |: S6 H& O& f( [  W7 @

% u, ^+ f$ p5 E5 E9 }: U9 {# G  x    97年春節(jié)北京市禁放煙花爆竹，按照中國傳統(tǒng)，除夕夜本來整個城市非常熱鬧，到處鳴放鞭炮，市區(qū)禁放后人們都關(guān)在屋里看電視，城市一下子顯得十分冷清，失去了傳統(tǒng)春節(jié)的氣氛，于是有人建議，春節(jié)夜12點子時相交時打鐘108響。市委宣傳部聽說清華大學有大喇叭，于是發(fā)函要求在春節(jié)夜用北京飯店頂上的大喇叭，將大鐘寺的鐘聲用錄音帶錄下，在春節(jié)夜12點播放108響，并要求在東城北京汽車廠的廠房頂上也裝一個，清華大學主樓頂上也裝一個，席教授他們很高興地接受了任務，經(jīng)過幾天緊張的準備，在97年春節(jié)夜子時，108響祥和的鐘聲就在北京市上空打響了。春節(jié)后第二天經(jīng)過實地走訪各處居民收聽情況，許多人都高興地說昨晚聽到了鐘聲。香格里拉飯店、西郊機場的塔臺和國防大學的宿舍都聽到了鐘聲。在地圖上將收聽到的點畫出來，僅清華主樓上一個喇叭的有效覆蓋范圍就達到了40平方公里。從此每年春節(jié)夜北京飯店頂上的大喇叭的鐘聲都響徹北京上空，給北京市增添了節(jié)日的氣氛。
  f' S2 O: ^2 _) p# i+ T! b  N3 f. ^
看見了廬山真面目
) m' i+ H$ _; U! t
    1998年5月的一天，中國民航總局的幾位領導和專家向席教授談到有無辦法消霧，每年由于大霧使一些機場被迫關(guān)閉，造成航班延誤，損失很大，民航總局的領導一直很關(guān)心這個問題。目前世界上沒有什么好辦法，有人試驗用噴灑液氮或丙烷，有人試驗用播灑干冰的辦法來消除冷霧〔0℃以下的霧〕，有人試驗向霧中噴火來消除暖霧（0℃以上的霧〕，但都存在著一些問題，成本高，不安全。席教授又想起了他的大喇叭，因為霧就是懸浮于大氣中的微小水滴，是一種氣液兩相流體。席教授此時正在指導研究生進行強聲波對兩相流體的作用的研究，便回答說可以試一試�；貋砗罅⒓磩邮衷趯嶒炇抑写钇鹆艘粋�試驗裝置，進行聲波與霧相互作用的觀察試驗，發(fā)現(xiàn)在聲波作用下霧很快就被消散了，原來在一定頻率和強度的聲波作用下，會激發(fā)霧中的微滴振動，使其相互碰撞成大的水滴而掉落下來，霧便被消除了。相互碰不著的微滴由于振動，與空氣摩擦產(chǎn)生熱交換而蒸發(fā)，結(jié)果霧滴也沒有了。從試驗中證明用強聲波使霧消除的原理是可行的。經(jīng)過初步試驗找出了規(guī)律，但是在野外、機場中能否將霧消除還得進一步證實，于是經(jīng)過計算，設計了一輛消霧試驗車，將一個2萬聲瓦的SBSⅠ型發(fā)音頭聯(lián)接一個3米直徑的大喇叭，安裝在一輛10米長的卡車上，另一輛10米長的卡車上運載著一臺大型空氣壓縮機，這樣兩輛車就構(gòu)成了一套消霧試驗裝置。99年4月裝配好后，北方此時沒有霧，氣象部門的專家說廬山有霧，“不見廬山真面目，只緣身在此山中”，幾乎天天都有霧，于是先派SBS公司林鋼副總經(jīng)理去廬山考察、踏勘試驗場地，最后決定將兩輛大型試驗車開到廬山進行實地試驗，林鋼和王縉群工程師親自開車經(jīng)過三天長途跋涉，兩輛車開到了廬山腳下。上山卻遇到了麻煩，廬山路窄彎多，“一山飛峙大江邊，躍上蔥蘢四百旋”，公安局不允許大型卡車上山，何況是加長的，當向廬山公安局說明意義后，他們很支持，特別派了兩輛警車一前一后開道，兩輛加長的大卡車慢慢地一直開到海拔1200米的廬山頂上，在那里有一個400多米長的開闊地可以進行試驗。廬山上的霧實際上就是云，運動速度很快，與機場上的霧不一樣，機場上的霧基本上是靜止的，廬山上的霧只有在早晨，天亮起霧時運動速度才比較小，為了抓住試驗時機，就住在山頂上卡車里，在天亮時進行試驗。經(jīng)過幾天的等待終于在4月17日早晨抓住了機會，當機器開動后發(fā)出隆隆的低頻聲波，原來只有50米能見度的朦朦大霧，十分鐘后400多米遠處的山頭便看見了，霧被消掉了，而喇叭后面卻仍然是原來的能見度。試驗成功了，證明用強聲波可以在野外大范圍內(nèi)進行消霧，大家都非常關(guān)心這次試驗，學校領導王大中校長和中國節(jié)能投資公司的領導都來看了試驗的錄像，當將錄像帶送給中國民航的領導看后，他們也都十分興奮。當設備開到珠海，參加國際航展時，在機場上引起了人們極大的興趣，許多投資商前來洽談投資，進一步開發(fā)成商品。  t( n! c& i9 E- X0 Y% o  R" l, {$ p& \
: s: o$ d# d4 n1 `
美國參觀者都捂住了耳朵

$ V% l1 q& G3 g7 i, m: Y    2000年8月8日－10日，在美國明尼蘇達的明尼阿波里斯機場召開北美防止鳥撞大會。由于飛機的數(shù)量增加，速度越來越快，噪音也小了，另一方面由于生態(tài)環(huán)境的改善，人類保護鳥類意識的加強，在同一空間中鳥與飛機相撞的機會就多了，每年全世界發(fā)生大約2萬多起鳥與飛機相撞的事故，僅美國每年就發(fā)生4000多起鳥撞，損失3～5億美元，飛行安全受到很大威脅，引起了世界各國的重視。世界各國成立了鳥撞委員會，每年召開兩次世界大會，上半年在歐洲，下半年在北美，交流各國在防止鳥撞方面的技術(shù)與經(jīng)驗。我國近年來鳥撞事故也不斷上升，花巨資進口了許多外國驅(qū)鳥設備，但由于鳥很快適應而不起作用。席教授領導的北京希必實機電技術(shù)有限公司受中國民航總局的委托，研制開發(fā)我國的驅(qū)鳥設備。經(jīng)過兩年努力，開發(fā)生產(chǎn)了我國獨特的驅(qū)鳥裝置，其中就有大功率氣流揚聲器驅(qū)鳥車，它是裝在一輛卡車上，將喇叭發(fā)出的聲波集束在一個小的角度，對準鳥群發(fā)出各種鳥害怕的聲音，由于聲音很響，在500米處達到100分貝，因此鳥很害怕而趕快飛走。當美國和加拿大鳥撞聯(lián)合會知道了中國開發(fā)出了新的驅(qū)鳥技術(shù)后，特地邀請，席教授親自帶隊去參加大會，并且?guī)Я艘惶准鴱娐暡?qū)鳥裝置到會上演示。350多人參加了大會，除美國和加拿大的代表外還有來自中國、日本、法國、泰國、巴西、臺灣等國家和地區(qū)的代表。大會很重視來自中國的代表，將他們的報告“中國的鳥撞形勢和對策”安排在第一天上午進行交流。當屏幕上展示了希必實公司開發(fā)生產(chǎn)的系列驅(qū)鳥裝置時，全場不時響起稱贊的聲音，說中國人很重視鳥撞，他們的設備是真家伙，重武器。會間休息時紛紛對中國代表說“一定要去看你們的設備演示”。第二天在明尼阿波里斯機場進行了各國驅(qū)鳥設備演示，當幾百名代表進入演示場后，一下子都擁到了中國的集束強聲波驅(qū)鳥車旁，聽完講解后，退到了50米的地方，這時集束強聲波大喇叭上下左右轉(zhuǎn)動，搜索著天空，發(fā)出各種刺耳的驅(qū)鳥信號，當把喇叭放平，對著代表的方向時，他們都捂住了耳朵，都說聲音太大了。解說員告訴他們音量并沒有開大，他們聽到的只相當于鳥在500米高空聽到的聲音，他們說這聲音一定能把鳥趕走。人們不斷前來索要資料，了解技術(shù)性能和詢問價格。大會主席特別稱贊中國代表的報告和演示，專門為中國代表寫了一個評語，說“你們的報告是最好的一個報告，你們的演示最吸引人”，并且對中國代表說，你們這次參加大會引起了大會代表的極大注意，因為兩個原因：一是你們的技術(shù)很新穎，水平很高，二是中國代表第一次參加這樣的會。. W4 s+ M+ }9 }; j# l  G  K% _: }, o
2 K' ?, l3 A' H
    在美國明尼阿波里斯機場上，席教授發(fā)明的大喇叭在眾多外國代表面前大顯了身手。
0 o% e8 ?; i* \8 ?
. b' f: x- `% g% O, a+ K1 \    傳統(tǒng)的聲學是在小振幅線性范圍作為信息傳遞來研究的，已經(jīng)發(fā)展到了很成熟的地步，而近年來發(fā)展起來的強聲學是大振幅，非線性，作為能量傳遞來研究的，因此在很多領域有著廣泛的應用前景，形成了一門學科?D?D強聲學或聲能學。強聲學的關(guān)鍵技術(shù)是強聲源，國外一直在致力于研究，但至今未能很好突破，因此限制了強聲學的實際應用。席教授發(fā)明的射流式大功率氣流揚聲器在強聲源技術(shù)上是一個突破，十幾年來他日以繼夜，不畏險阻，開拓創(chuàng)新，不斷地致力于研究，在該領域的許多應用方面走在了世界的前面。( @1 V  S5 ^; O6 I, v: h

: C+ Q' y, k. _
作者: 長江漂流    時間: 2012-11-24 15:57
美國人做過一個次聲波武器用于軍事上，我們的喇叭如果研究一下應該很強吧。
作者: andyany    時間: 2012-11-24 16:02
本帖最后由 andyany 于 2012-11-24 16:06 編輯 # R4 Q+ Y5 b. g, ?# k( S
長江漂流 發(fā)表于 2012-11-24 15:57 : k9 z2 v0 `8 \8 E# `) c+ e
美國人做過一個次聲波武器用于軍事上，我們的喇叭如果研究一下應該很強吧。

( S' |& L5 A4 n4 J: {, r+ TThe first time I was at Great Wall, I spoke to myself that how good it should have been to put the money into improving people's living rather than buliding the wall.
3 F& j, L3 ]* I" x2 ?( Q* H  R$ p
作者: 林の屋    時間: 2013-2-23 23:58
席葆樹教授是我的恩師啊  {:soso_e181:}
作者: nyq456    時間: 2015-1-11 12:47
前輩。。。



歡迎光臨 機械社區(qū) (http://www.mg7058.com/) Powered by Discuz! X3.4