如何设计一个音乐喷泉——云南音乐喷泉系统分析

一个优秀的园林工程离不开水景喷泉点缀，水景工程以其独特的特点在现代园林中起着不可或缺的作用。园林水景喷泉的合理优化，离不开设计和施工两者完美结合，和谐结合设计与施工，相信园林水景喷泉工程的发展必定会更上一层楼。

近年来，随着我国综合国力的不断增强，人民生活水平的日益提高，文化娱乐设施的逐步发展，音乐喷泉作为一种美化环境、净化空气、陶冶人们情怀的艺术形式，受到了广大人们的喜爱，越来越多地被应用到各种建筑群，比如露天广场、园林小品、城市湖泊、公共建筑等。

水力系统

喷头与水型是一一对应关系。喷泉方案一经确定，喷头的出口大小和喷高就被确定下来。 总扬程计算：

式中：H1为总扬程；H2为净扬程；H3为损失扬程；L为泵出口到喷头出口的竖直高度。扬程损失包括管路沿程损失、弯头与变径等造成的局部损失，计算复杂，且不精准；工程上常取净扬程的10～30％作为损失扬程。净扬程为喷头喷高。L由实际管路确定。

单个喷头的流量：

式中：q为喷头流量；为流量系数，取0.62～0.94[1] ；s为喷头出口面积；v为喷头出口流速。考虑到绝大多数喷头出口为圆形，设直径为d，则：

设一台泵为n个喷头给水，则要求泵的流量为：

给水主管路管径：

式中：V为水在主管路中的流速。考虑到管路扬程损失与管壁压力，确定主管路管径时，原则上要求主管路横截面积大于所有给水喷头出口面积之和。 根据喷泉的水力计算结果对喷头、泵、管路选型。喷头多采用耐腐蚀的黄铜或青铜制造。喷泉管路一般选用热镀锌钢管；南方水酸性严重，使用不锈钢管路偏多。

灯光设计

音乐喷泉通常在夜间表演，因此，灯光的设计就显得尤为重要。 水下彩灯色彩绚烂、价格便宜、防水性能优良、使用寿命长，受到普遍欢迎，占据了喷泉水下灯光的主要市场。近年来，随着发光二级管(LED)的技术进步，LED灯在喷泉行业开始崭露头角，发展势头良好。LED灯颜色可调、聚光性能好、射程远、抗高温、防潮防水。另外，LED灯采用低压供电（供电电压在12～24V），水下安全得到了可靠保障。电脑灯作为喷泉背景主灯光，功率大、颜色可调、具有丰富的图案资源，可使喷泉产生类似舞台的梦幻表演效果。 通常情况下，喷泉使用的水下灯数量都比较大。采用一对一点控，控制点太多，资源严重浪费，同时也没有必要。一般对水下灯根据实际情况与灯的功率大小进行有序编组，比如一组7～10盏。编组原则有两个：其一，灯色要一致；其二，一组灯属于同一种水型。以组为最小单位进行控制。随着音乐节奏与水型变化，点亮某些组灯，熄灭某些组灯，产生灯光跑动、跳跃、颜色突变、忽明忽暗等效果。喷泉灯光颜色的搭配要符合色觉原理，不得让人觉得混乱、诡异。

音响系统设计

音乐喷泉，顾名思义，音响系统是喷泉的一个重要组成部分。一个完善的音响系统由调音台、均衡器、延时器、分频器、功率放大器、音箱等组成，如图1所示 。 图1 音响系统图 Fig.1 Stereo chart of system 在喷泉音响系统中，作为前置放大驱动设备，调音台、均衡器和功率放大器是必不可少的。延时器可以采用硬件延时，也可以在喷泉专用软件中进行设置，延时播放音乐。为了保证音乐与喷泉的同步效果，一般延时300ms左右，这是因为喷泉必须经过一系列电子程控机械动作后才能动作，比声音约慢300ms[2]。对于音箱的选择，如果功放与音箱距离近，在保证音质、音量的前提下，可以选用普通室外定阻音箱。反之，若距离较远，为了减少因音箱线太长引起的功率损耗及对阻尼的破坏，推荐采用定压全天候音箱。

控制系统设计

小型音乐喷泉多采用单片机或PLC作为控制器。为了节约成本，也有采用模拟电路进行直接控制的[5]。 大中型音乐喷泉均采用计算机控制。通过一台下位单片机对音频信号进行采样，将处理后的结果以参数的形式送给上位机（PC），然后由上位机将控制参数发给下位机(单片机)，由下位机来驱动，下位机与上位机一般采用485或422接口。驱动元件可以是变频调速器、电磁阀、固态继电器、步进电机等。变频调速器用于跟踪音乐信号的变化，动态调节潜水泵的流量，达到连续改变喷水高度的目的，人为编制出各种花样。电磁阀用于切换不同的水型，可以产生跑动、跳跃的效果。灯的驱动元件一般采用固态继电器或用双向可控硅驱动电磁线圈。若用可控硅驱动，必须与强功率电路电气隔离(光电耦合隔离)，以提高抗干扰性能和安全性能。