大喇叭的故事---記席葆樹教授發(fā)明射流式氣流揚聲器

andyany

轉——

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

世界上最大的廣播喇叭

' x- }' @5 r2 ^" ^+ ~3 `7 y    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。

    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,。

( ]1 Q; B" m* U/ W- ~    經實地調查后，席教授發(fā)現(xiàn)原來采用的調制發(fā)聲方案是仿效美國Ling公司的產品方案,，是用一個環(huán)形調制閥來調制氣流的通流面積,，產生脈動壓力波而轉換成聲波，這種調制方式容易被氣流中的灰塵微粒卡住,，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制發(fā)聲原理，即調制高壓射流方向的方式,，沒有摩擦,，不會卡住，轉換效率高,，調制部件很輕,，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,。

6 O" s- ]( ]! o) g" B6 x" {8 L    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構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制方式是可行的,。

2 D+ M/ x" e; r, x    又經過幾次方案試驗，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,，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。經過調試,，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，經海峽之聲電臺組織的技術驗收通過后,，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。后來由于兩岸關系逐漸緩和,，這套系統(tǒng)就不再使用了,。
; O, j6 W' d6 y1 |& p
2 L8 N$ @; l$ u

春節(jié)夜祥和鐘聲響徹北京上空

- j* D  i) M  D( B: i  l; c    80年代后期改革開放政策迅速在祖國大地落實，開花結果,，兩岸關系開始緩解,，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化為實際生產力,，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有限公司,，席教授兼任總經理。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,。
- |1 \. w: h& q' l2 g
    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,，如果要實播必須經過國務院有關部門批準。

8 y7 l/ A) z/ S. a5 I8 K1 }' d. r9 m    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,。

. ^& J: z9 b' L2 {1 N4 T

看見了廬山真面目

, K: P0 t- u3 E: a    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閉,，造成航班延誤，損失很大,，民航總局的領導一直很關心這個問題,。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,。回來后立即動手在實驗室中搭起了一個試驗裝置,，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,，與空氣摩擦產生熱交換而蒸發(fā),，結果霧滴也沒有了。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進行消霧,，大家都非常關心這次試驗,，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,。
* `, K9 z% z8 ^/ M" \- U* K( ?
" z. F3 u! J' a" m

美國參觀者都捂住了耳朵

( ^+ o* H4 j; b& r. G9 D7 y& o    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與經驗。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有限公司受中國民航總局的委托,，研制開發(fā)我國的驅鳥設備,。經過兩年努力，開發(fā)生產了我國獨特的驅鳥裝置,，其中就有大功率氣流揚聲器驅鳥車,，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)出了新的驅鳥技術后，特地邀請,，席教授親自帶隊去參加大會,，并且?guī)Я艘惶准�束強聲波驅鳥裝置到會上演示。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)生產的系列驅鳥裝置時,，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動，搜索著天空,，發(fā)出各種刺耳的驅鳥信號,，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：一是你們的技術很新穎，水平很高,，二是中國代表第一次參加這樣的會,。
9 r& q7 S5 O8 a$ U0 [
    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,。

3 M# N4 W! G9 Q; e0 U  r% _    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,。強聲學的關鍵技術是強聲源，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。

長江漂流

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,。

andyany

長江漂流 發(fā)表于 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。

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

席葆樹教授是我的恩師啊  {:soso_e181:}

nyq456

前輩,。。,。