近年来，我国高速公路智慧隧道建设步伐加快，全国各地高速公路运营单位纷纷加大投资力度，进行智慧隧道建设，提高隧道智能化水平。通过高清视频监控、AI视频识别、雷视融合、全域轨迹、激光雷达、火灾报警、气体检测、亮度检测、自动消防等多套系统组成。

   一、当前国内隧道广播技术现状

  高速公路隧道作为一个半封闭的运营环境，且光线较差、环境噪声大、迂回空间有限，隧道运营管理方的疏散与救援的难度远远大于开放路面，隧道内一旦发生事故，危险性更高，所以隧道内的高质量广播疏散系统就变得十分重要。

      同时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；所以交通部的设计规范中要求B级以上隧道应设置广播系统。

  二、当前国内隧道广播存在的问题

      根据我们调查，目前我国已建成的隧道中，由于隧道广播设计规范不完善、标准过低等原因，隧道广播效果不理想。加上隧道广播系统受隧道内回音强、噪声大等方面技术原因，目前告高速公路行业隧道广播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。

（以下是传统隧道广播清晰度现场录像视频）

      从上述视频体验来看，传统隧道广播普遍存在是回音大、音量小、语言传输指数差，根本无法听清楚隧道广播的内容。

三、北京恒星科通对隧道广播研究背景

       北京恒星科通科技发展有限公司技术总监刘军，从事音频广播、无线广播技术研究与产品开发近30年，2021年在实施秦岭天台山隧道无线调频广播与通信信号覆盖时，发现隧道内的广播系统存在回音大、语音广播内容听不清楚等问题，经对国内多条高速公路隧道与市政隧道的调查研究，发现这一问题普遍存在，已经困扰高速公路行业20多年，没有科研单位和企业能够解决此技术问题。

1、隧道广播的技术基础与理论分析

        要研究隧道广播的清晰度问题，首先要研究分析隧道广播的服务对象、隧道的声学环境、隧道的噪声环境、广播功放与扬声器的信号失真率、广播音频信号的清晰度、广播语言内容的可懂度、人耳的听觉特性，从扬声器、功放、信号源、安装位置等问题中找出造成隧道广播听不清晰的全部要素，最终解决隧道广播的混响问题。

    公司根据根据这一行业现状及客户痛点，随即公司决定立项隧道高清晰广播系统研发，然后分别去了浙江、陕西、辽宁、贵州等多个地方的隧道进行现场调研与数据采集。对不同隧道的噪声环境、电声环境进行了仔细分析与论证分析，对影响隧道广播的每一个因素都进行了仿真或现场测试，最终将影响隧道广播的因素归纳总结为四个主要原因。并针对这四个原因进行了产品与系统研发。

2、原因一：多只扬声器与隧道壁多次反射引起的深度混响问题

        高速公路隧道属于管状半封闭空间，声波在隧道壁、车辆表面发生多次反射、叠加，声波传播距离比户外更远，临近扬声器的声音响度差更小。同时隧道的腔体结构很容易对音频的低频分量产生谐振效应。扬声器的间距造成了声波传递的延迟，临近的扬声器发出的声波波形有短暂错位，诸如此类多种因素导致的声波混乱、声音混响，造成隧道广播语言传输指数差，可懂度低，导致现有隧道广播内容听不清楚。

3、原因二：隧道的噪声对隧道广播清晰度的影响

     隧道内大型车辆一般有严重的机噪、胎噪、路噪、风噪，各种噪音的叠加在敞开路段一般为90～100dB，车速越高噪声越大，而在隧道内其噪声效果则更为强烈，也是导致隧道广播内容听不清楚的因素之一。

序号	采集地点	无车辆	小客车	大货车	大小车混合	连续大货车	大巴车	连续小客车
1	青云岭洞内	75.2～83.3	88.7～90.2	96.1～97.5	97.2～100.2	97.7～98.5	93.4～95.5	88.5～93.4
2	大梁山洞内	70.3～83.2	93.1～93.7	100.2～100.6	97.8～100.5	98.8～101.9	97.2～98.1	93.1～95.7
3	大梁山洞外	58.2～61.0	82.1～84.0	87.5～89.8	89.1～91.8	86.7～89.8	84.6～86.3	85.1～86.8
4	备注：北京恒星科通技术总监刘军使用噪声计测试隧道内各类车辆通过时噪声，同时对现场环境噪声采样，并进行了傅里叶变换与频谱分析。

    声波的穿透力受扬声器功率、空气密度、音频频率、车辆材质、车辆密封性高等影响较大，声音抵达人耳时声压级过低，导致司乘人员很难听清扬声器播放的内容。

4、原因三：传统隧道广播号角扬声器的功率小、非线失真大造成的音频传输指数下降

        目前隧道广播中全部使用的是二次反射式（也叫折返式）号角扬声器，功率从20-70W不等，在隧道高噪声环境下，最大声压只能达到100dB左右，加上这类号角扬声器普遍存在非线性失真较大、中频频率响应较差等缺点，所以这种号角式扬声器作为声源STI(语音传输指数)指标就十分不理想。同时由于隧道内背景噪声较大，通常在90-100dB左右，导致扬声器必须在大功率下工作，基本都处于额定功率上限工作，大大超出其不失真功率。大功率下运行的扬声器又会产生严重的非线性失真，（非线性失真是由于号角扬声器振动系统的振动和信号的波动不够完全一致造成的，在输出的声波中增加一新的频率成分）。这样导致STI(语音传输指数)进一步下降，也是影响隧道广播语言清晰度的主要原因之一。

四、北京恒星科通对隧道高清晰广播的研究成果

      2022年8月，第一版的验证性样机与系统正式研发成功，并于同年12月拿出了第一代实验样机，在广东隧道内安装，取得了很好的效果。

     2023年在浙江、甘肃等地陆续安装了总长度近20KM的隧道高清晰广播，取得了良好的效果。

1、实际实际使用效果测试视频

2、 传统隧道广播与恒星科通隧道广播的技术对比

比较项目	传统隧道广播系统	恒星科通隧道高清晰隧道广播系统
多声源混响(直达声混响）	各扬声器发声时间一致，造成进入司乘人员耳中的声音多达8～10，最大时间延迟可达1.5秒，造成进入司乘人员耳中的声音混淆不清，难以辨识。	按照扬声器的设置距离，精准控制每只扬声器的发声时间，可实现声音到达司乘人员耳朵后相位完全一致，消除了多只喇叭的传输延时引起的混响问题。
洞壁反射回声（反射声混响）	声波经隧道壁多次反射混响后，听觉可辨识度度，广播内容听不清楚。	平面波扬声器采用相控阵技术，为直射式扬声器，功率大、失真小、指向性强，具有“大功率、远距离、高清晰”的传声特点，基本消除了隧道壁的多次反射造成的回音问题。
扬声器方式	号角扬声器，也叫二次反射式（也叫折返式）扬声器，声波为球面波，非线性失真较大、中频频率响应较差。隧道内背景噪声较大，扬声器在大功率下工作，处于额定功率上限附近工作，扬声器会产生严重的非线性失真	平面波扬声器声波为平面波，具有良好的定向性与清晰度，300Hz-3000Hz的人声语言频段灵敏度高、失真小、频响曲线与隧道衰减曲线可实现方向拟合与补偿，STIAP语言传声指数高，听觉直观感受清晰度高。
延时与混响控制	无延时与混响控制，无法消除回音与深度混响	采用“北斗高精度时钟+AI技术的”相位同步控制技术，以BDS北斗高精度时钟为同步时钟，精准控制扬声器的相位，实现无直达声混响、低反射声混响的效果。
隧道腔共振问题	音频的低频分量产生谐振，能量叠加后将会引起低频分量的分贝值增高对人耳产生掩盖效应，无AI模块，无法抑制共振。	安装调试过程中，对隧道的噪声环境、频响曲线进行分析，可通过功放AI数字处理软件，进行谐振抑制、语言传输曲线矫正，可达到良好的听觉效果。
布设密度	每50米1只，安装在迎车方向。	每台功放2个独立输出通道，每100米1只，安装迎车方向。
设备功耗	单只20~30w，功率密度400~600w/km。	单只150w，功率密度为1500w/km。
最大声压	单只扬声器最大声压100dB(1米处）	单只扬声器最大声压130dB(1米处）