大喇叭的故事---记席葆树教授发明射流式气流扬声器

andyany · 发表于 2012-11-24 13:18:57

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清华大学工程力学系教授吴翘哲

清华大学工程力学系教授王珊

世界上最大的广播喇叭

走进厦门战地观光园，人们会看到一个3米直径5米长的大喇叭，被称为是世界上最大的广播喇叭。这是海峡两岸对峙时用于隔海广播的大喇叭，现在作为历史的记录，放在观光园中展览。它是由清华大学力学系席葆树教授在84年研制成功的。

1982年3月的一天，总政某部的一位干事来到清华大学校长办公室，寻找一位姓“习”的教授，听说“习教授”曾搞过气流扬声器。当校长办公室介绍他来到席教授的实验室后，席教授说“文革”中他曾为学校研制一个气流扬声器报警器，安装在新水利馆房顶上，但他姓席而不是姓习时，这位干事一拍大腿说“我在北京的大学里找了你一年，现在可找到了”。他向席教授说明了来意：对台广播的喇叭不够响，声音达不到对岸。要求席教授来完成改造任务。当时席教授的研究室正承担着两项国家科技攻关项目，非常忙。在邱干事的一再要求下，答应了承担研制大功率广播系统的任务。

经实地调查后，席教授发现原来采用的调制发声方案是仿效美国Ling公司的产品方案，是用一个环形调制阀来调制气流的通流面积，产生脉动压力波而转换成声波，这种调制方式容易被气流中的灰尘微粒卡住，寿命很短，常常一篇短文没有播完发音头就坏了，而且气声转换效率低，频响范围窄，高频上不去，清晰度很差，很难用于实际广播。为此席教授提出了一种新的调制发声原理，即调制高压射流方向的方式，没有摩擦，不会卡住，转换效率高，调制部件很轻，频响范围宽，清晰度好，寿命长，可以满足大范围、长距离广播的要求。

方案确定后，席教授很快利用实验室的条件，设计图纸、找材料，并亲自动手加工，完成了一台发音头的样机。与此同时广播站也将原有的气源站进行了改造，将气源压力由2个大气压提高到6个大气压，当年十月就进行了联机试验。第一次试验虽然由于材料和结构设计不合理而失败了，但实验中有十几秒钟的时间发音达到了143分贝，从失败中看到了成功的希望，证明了席教授提出的新的调制方式是可行的。

又经过几次方案试验，确定了要制造世界上最大的语言广播系统的方案，其发音头的功率要达到2万声瓦，相当于普通电喇叭功率10万瓦。大喇叭口的直径为3米，长5米，并且要求在两个月内制成运到现场。席教授回校后带领研制组的同志，用了两个星期时间设计出了全部图纸，立即投入了加工制造。当时要制造这个大喇叭真是费了一翻功夫。铝锭很紧张，而铸造4套大喇叭就得搞到4～5吨铝锭，不得不四处求援。搞到铝锭后要作木模，木模厂要10立方米红松，这又是一大困难，木材更紧张,后来和北京最大的铸铝制品厂的工人师傅商量,用刮板造型才不需要这么多的红松木材。开始造型后,由于车间净空不够高,不得不在车间地上挖了一个1米多深的大坑。第一个砂模做好后需要吊起来翻180°，由于用的是铁砂箱，太重，吊起后差点把吊车梁毁坏，不得不重新做了个铝砂箱。终于在两个星期内先铸好了两套大喇叭。冒着大雨送到丰台货场，因为第二天正好有一列货车去福州，可以拨给一个车皮。发音头的制造更是克服了一个个难关，从寻找纯铁棒、钛合金棒，锻打毛坯到精车成零件，无不凝聚着席教授研制组的同志和工人师傅的智慧和汗水。为了抓紧时间，许多零件是他亲自加工的，他在多年的实验室建设中，也练就了一套机加工的本领，几乎每天都干到深夜一、两点。就这样两套大喇叭广播系统从设计到完成只用了两个月时间就安装在福州黄歧广播站了。经过调试，试播时一下子就达到了指标，在隔海12公里远处可以清晰地听到语言和音乐的播音，经海峡之声电台组织的技术验收通过后，曾进行了几十小时的播音。一套具有世界先进水平，也是世界上最大的语言广播喇叭从此诞生了。后来由于两岸关系逐渐缓和，这套系统就不再使用了。

春节夜祥和钟声响彻北京上空

80年代后期改革开放政策迅速在祖国大地落实，开花结果，两岸关系开始缓解，隔海广播的大喇叭当然也就没有用了，当年的广播站也变成了接待站。进入九十年代后，席教授想，他发明的这个大喇叭还是很有用处的，如城市语言报警，像北京这样的大城市如果发生地震、洪水等突发灾害时，电网首先破坏了，没有电，现代的通讯设备都无法工作，这时如果用语言广播系统及时向人民传播信息，可以减少损失，是十分必要的。席教授的大喇叭用的是压缩空气为动力，可以用柴油机带动空压机供气，完全脱离电网工作。因此可以在救灾和报警方面发挥作用，而且可以用语言直接将信息向整个城市传播出去，这在世界上其他国家还没有，美国旧金山和洛杉矶大地震后6个小时信息中断。而震后如果能及时地进行指挥和安抚将会大大地减少损失。为了更好地将这项科技成果转化为实际生产力，当时校领导建议席教授成立一个公司，用企业的机制来进行转化，这样可以招聘人员和得到社会支持。于是成立了北京希必实机电技术有限公司，席教授兼任总经理。席教授向国家救灾委员会和北京市政府写信，建议建立大功率救灾语言广播系统。田纪云副总理很快批复了，北京市政府也很快批复并拨款，由北京市人防办公室负责筹建。人防办领导亲自实地考察了席教授的大功率气流扬声器技术后，决定将1万声瓦的Ⅱ型系统建在北京饭店房顶上，这样可以覆盖二环路以内大约30平方公里的人口稠密区。喇叭安装在房顶上而压缩机太重，只能放在地下室，压缩空气由钢管送到房顶。为了确定管路走向，席教授到北京建筑设计院查阅北京饭店的施工图纸。确定将北京饭店的十八层楼板，每层打一个直径大约30公分的洞。这可不是一件容易的事，北京饭店每天国内外客人很多，不能惊扰他们，每天只能在客人外出时才能施工，而且只能用小锤子一点一点地打，希必实公司的副总经理林钢同志，带领工人师傅打了两个星期，终于打通了从地下室到十八楼的地板，将管道一节一节地安装了起来，整个工程顺利地完成了，在人防指挥部可以遥控整个系统运行。

安装前在郊外空地上进行了模拟试播，但正式安装完以后却不能实播，因为很响，如果要实播必须经过国务院有关部门批准。

97年春节北京市禁放烟花爆竹，按照中国传统，除夕夜本来整个城市非常热闹，到处鸣放鞭炮，市区禁放后人们都关在屋里看电视，城市一下子显得十分冷清，失去了传统春节的气氛，于是有人建议，春节夜12点子时相交时打钟108响。市委宣传部听说清华大学有大喇叭，于是发函要求在春节夜用北京饭店顶上的大喇叭，将大钟寺的钟声用录音带录下，在春节夜12点播放108响，并要求在东城北京汽车厂的厂房顶上也装一个，清华大学主楼顶上也装一个，席教授他们很高兴地接受了任务，经过几天紧张的准备，在97年春节夜子时，108响祥和的钟声就在北京市上空打响了。春节后第二天经过实地走访各处居民收听情况，许多人都高兴地说昨晚听到了钟声。香格里拉饭店、西郊机场的塔台和国防大学的宿舍都听到了钟声。在地图上将收听到的点画出来，仅清华主楼上一个喇叭的有效覆盖范围就达到了40平方公里。从此每年春节夜北京饭店顶上的大喇叭的钟声都响彻北京上空，给北京市增添了节日的气氛。

看见了庐山真面目

1998年5月的一天，中国民航总局的几位领导和专家向席教授谈到有无办法消雾，每年由于大雾使一些机场被迫关闭，造成航班延误，损失很大，民航总局的领导一直很关心这个问题。目前世界上没有什么好办法，有人试验用喷洒液氮或丙烷，有人试验用播洒干冰的办法来消除冷雾〔0℃以下的雾〕，有人试验向雾中喷火来消除暖雾（0℃以上的雾〕，但都存在着一些问题，成本高，不安全。席教授又想起了他的大喇叭，因为雾就是悬浮于大气中的微小水滴，是一种气液两相流体。席教授此时正在指导研究生进行强声波对两相流体的作用的研究，便回答说可以试一试。回来后立即动手在实验室中搭起了一个试验装置，进行声波与雾相互作用的观察试验，发现在声波作用下雾很快就被消散了，原来在一定频率和强度的声波作用下，会激发雾中的微滴振动，使其相互碰撞成大的水滴而掉落下来，雾便被消除了。相互碰不着的微滴由于振动，与空气摩擦产生热交换而蒸发，结果雾滴也没有了。从试验中证明用强声波使雾消除的原理是可行的。经过初步试验找出了规律，但是在野外、机场中能否将雾消除还得进一步证实，于是经过计算，设计了一辆消雾试验车，将一个2万声瓦的SBSⅠ型发音头联接一个3米直径的大喇叭，安装在一辆10米长的卡车上，另一辆10米长的卡车上运载着一台大型空气压缩机，这样两辆车就构成了一套消雾试验装置。99年4月装配好后，北方此时没有雾，气象部门的专家说庐山有雾，“不见庐山真面目，只缘身在此山中”，几乎天天都有雾，于是先派SBS公司林钢副总经理去庐山考察、踏勘试验场地，最后决定将两辆大型试验车开到庐山进行实地试验，林钢和王缙群工程师亲自开车经过三天长途跋涉，两辆车开到了庐山脚下。上山却遇到了麻烦，庐山路窄弯多，“一山飞峙大江边，跃上葱茏四百旋”，公安局不允许大型卡车上山，何况是加长的，当向庐山公安局说明意义后，他们很支持，特别派了两辆警车一前一后开道，两辆加长的大卡车慢慢地一直开到海拔1200米的庐山顶上，在那里有一个400多米长的开阔地可以进行试验。庐山上的雾实际上就是云，运动速度很快，与机场上的雾不一样，机场上的雾基本上是静止的，庐山上的雾只有在早晨，天亮起雾时运动速度才比较小，为了抓住试验时机，就住在山顶上卡车里，在天亮时进行试验。经过几天的等待终于在4月17日早晨抓住了机会，当机器开动后发出隆隆的低频声波，原来只有50米能见度的朦朦大雾，十分钟后400多米远处的山头便看见了，雾被消掉了，而喇叭后面却仍然是原来的能见度。试验成功了，证明用强声波可以在野外大范围内进行消雾，大家都非常关心这次试验，学校领导王大中校长和中国节能投资公司的领导都来看了试验的录像，当将录像带送给中国民航的领导看后，他们也都十分兴奋。当设备开到珠海，参加国际航展时，在机场上引起了人们极大的兴趣，许多投资商前来洽谈投资，进一步开发成商品。

美国参观者都捂住了耳朵

2000年8月8日－10日，在美国明尼苏达的明尼阿波里斯机场召开北美防止鸟撞大会。由于飞机的数量增加，速度越来越快，噪音也小了，另一方面由于生态环境的改善，人类保护鸟类意识的加强，在同一空间中鸟与飞机相撞的机会就多了，每年全世界发生大约2万多起鸟与飞机相撞的事故，仅美国每年就发生4000多起鸟撞，损失3～5亿美元，飞行安全受到很大威胁，引起了世界各国的重视。世界各国成立了鸟撞委员会，每年召开两次世界大会，上半年在欧洲，下半年在北美，交流各国在防止鸟撞方面的技术与经验。我国近年来鸟撞事故也不断上升，花巨资进口了许多外国驱鸟设备，但由于鸟很快适应而不起作用。席教授领导的北京希必实机电技术有限公司受中国民航总局的委托，研制开发我国的驱鸟设备。经过两年努力，开发生产了我国独特的驱鸟装置，其中就有大功率气流扬声器驱鸟车，它是装在一辆卡车上，将喇叭发出的声波集束在一个小的角度，对准鸟群发出各种鸟害怕的声音，由于声音很响，在500米处达到100分贝，因此鸟很害怕而赶快飞走。当美国和加拿大鸟撞联合会知道了中国开发出了新的驱鸟技术后，特地邀请，席教授亲自带队去参加大会，并且带了一套集束强声波驱鸟装置到会上演示。350多人参加了大会，除美国和加拿大的代表外还有来自中国、日本、法国、泰国、巴西、台湾等国家和地区的代表。大会很重视来自中国的代表，将他们的报告“中国的鸟撞形势和对策”安排在第一天上午进行交流。当屏幕上展示了希必实公司开发生产的系列驱鸟装置时，全场不时响起称赞的声音，说中国人很重视鸟撞，他们的设备是真家伙，重武器。会间休息时纷纷对中国代表说“一定要去看你们的设备演示”。第二天在明尼阿波里斯机场进行了各国驱鸟设备演示，当几百名代表进入演示场后，一下子都拥到了中国的集束强声波驱鸟车旁，听完讲解后，退到了50米的地方，这时集束强声波大喇叭上下左右转动，搜索着天空，发出各种刺耳的驱鸟信号，当把喇叭放平，对着代表的方向时，他们都捂住了耳朵，都说声音太大了。解说员告诉他们音量并没有开大，他们听到的只相当于鸟在500米高空听到的声音，他们说这声音一定能把鸟赶走。人们不断前来索要资料，了解技术性能和询问价格。大会主席特别称赞中国代表的报告和演示，专门为中国代表写了一个评语，说“你们的报告是最好的一个报告，你们的演示最吸引人”，并且对中国代表说，你们这次参加大会引起了大会代表的极大注意，因为两个原因：一是你们的技术很新颖，水平很高，二是中国代表第一次参加这样的会。

在美国明尼阿波里斯机场上，席教授发明的大喇叭在众多外国代表面前大显了身手。

传统的声学是在小振幅线性范围作为信息传递来研究的，已经发展到了很成熟的地步，而近年来发展起来的强声学是大振幅，非线性，作为能量传递来研究的，因此在很多领域有着广泛的应用前景，形成了一门学科?D?D强声学或声能学。强声学的关键技术是强声源，国外一直在致力于研究，但至今未能很好突破，因此限制了强声学的实际应用。席教授发明的射流式大功率气流扬声器在强声源技术上是一个突破，十几年来他日以继夜，不畏险阻，开拓创新，不断地致力于研究，在该领域的许多应用方面走在了世界的前面。

长江漂流 · 发表于 2012-11-24 15:57:07

美国人做过一个次声波武器用于军事上，我们的喇叭如果研究一下应该很强吧。

andyany · 发表于 2012-11-24 16:02:26

本帖最后由 andyany 于 2012-11-24 16:06 编辑

长江漂流发表于 2012-11-24 15:57 6 k3 M+ X3 N! g# u! Z9 o1 k
美国人做过一个次声波武器用于军事上，我们的喇叭如果研究一下应该很强吧。

The 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.

林の屋 · 发表于 2013-2-23 23:58:23

席葆树教授是我的恩师啊 {:soso_e181:}

nyq456 · 发表于 2015-1-11 12:47:20

前辈。。。

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