博物館解說詞自動錄播系統(tǒng)

石堅　劉華春　李湘文

摘 要：根據(jù)目前市面并無適合博物館解說特點的自動錄播系統(tǒng)的現(xiàn)狀，介紹了一種博物館解說詞自動控制裝置的研制技術(shù)，分析了項目研究的主要問題和自動錄播系統(tǒng)的方案設(shè)計，闡述了系統(tǒng)多功能錄音放音電路板和自動播放器電路板的設(shè)計過程，完成了一套解說詞自動錄播系統(tǒng)的樣機研制，對系統(tǒng)進行了硬件和軟件調(diào)試以及穩(wěn)定性測試，結(jié)果表明該裝置具備實際推廣的價值。

關(guān)鍵詞：博物館；自動；錄播系統(tǒng)

中圖分類號：N33 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）16-0034-02

隨著社會經(jīng)濟和文化發(fā)展需要，博物館傳統(tǒng)的人工解說模式在接待任務(wù)繁重的時候使博物館工作人員不堪重負，簡單的解決辦法是采用擴音器和高功率喇叭等手段，但因場地空曠及音質(zhì)不好，效果不甚明顯。為此迫切需要研制出一套適合博物館場地的解說詞自動錄播的智能控制系統(tǒng)，以解決目前的實際需要。

目前市面上最常見的聲音錄播器就是“廣告錄音播放器”，用于錄放比較短的聲音信息，隨錄隨放，但這種播放器更多是用于“喊話”，必須隨身攜帶且不具備遙控功能，因此并不適合于博物館內(nèi)使用；比較專業(yè)的錄播系統(tǒng)是現(xiàn)在各大中院校的英語語音實驗室使用的自動錄播裝置，其使用領(lǐng)域相對固定，需要專門安裝和調(diào)試，因此價格昂貴，而且很多功能若用于博物館的解說就顯得過于浪費。

若有這樣的一種錄播裝置，其適用場地比較適合于封閉且背景噪音較小的地方，比如各地的科技館、博物館、大型圖書館等地方，解說員在引導(dǎo)觀者行至某處，根據(jù)其需要通過遙控方式打開置于此處的播放裝置，即可實現(xiàn)無線控制解說詞播放并能隨時暫停和停止，該裝置具有任意“裁剪”功能，即可以根據(jù)需要隨時增加解說詞時長，可以隨時重新錄制解說詞內(nèi)容，也可以根據(jù)場地條件增減“受控終端”，無疑這種裝置是適合于博物館這種特定場地條件的應(yīng)用系統(tǒng)。而本文也正是基于這一設(shè)想而提出了該自動錄播系統(tǒng)的開發(fā)研制[1]。

1 方案設(shè)計

系統(tǒng)的總體方案如圖1所示。自動錄播系統(tǒng)分為無線發(fā)送端和無線接收端兩部分，無線發(fā)送端通過系統(tǒng)高度集成后置于一塊具有8鍵的小型遙控器內(nèi)，無線接收端用于根據(jù)接收遙控器鍵值命令進行不同位置的解說詞播放。一塊遙控器最多控制8個終端，如果終端增加，可以增加發(fā)送裝置。如果遙控器終端少于8個，設(shè)計程序時可將遙控器上多出的按鍵作為暫停和重啟鍵；如果遙控器控制8個終端，可將每個終端的按鍵按照其按下次數(shù)設(shè)置為啟動、暫停、停止三種功能，使系統(tǒng)功能可根據(jù)實際情況調(diào)整和更改。

本系統(tǒng)的總體方案不難理解，其設(shè)計難度主要在接收端主控芯片和語音芯片的選型，芯片選型既要滿足系統(tǒng)基本功能要求，又要最大程度實現(xiàn)最大性價比，需要設(shè)計者充分熟悉不同單片機和語音芯片的性能特點。

作為核心芯片的選型而言，應(yīng)著重于性價比來考慮，本系統(tǒng)要實現(xiàn)彩屏液晶的控制，至少需要22根IO引腳，如果功能更強，需要用觸摸屏控制，還得增加6根IO引腳，ISD4004模擬語音芯片的控制至少需要4根引腳，加上鍵盤和蜂鳴器的控制，具有42根IO引腳的型號STC15F2K60S2的單片機芯片是適合的，其最高運行頻率經(jīng)測試可以達到33.1776MHz，用于控制TFT彩屏液晶，編寫復(fù)雜的菜單程序系統(tǒng)運行基本無阻塞。而語音芯片選擇單片錄放時間為8分鐘的ISD4004芯片基本可以滿足解說員在引導(dǎo)觀者在某處停留的時間，該芯片內(nèi)部還可以進行分段，方便解說員在播放解說詞的同時通過停頓來進行適當口述而增強解說效果[2]。

2 系統(tǒng)主控及終端電路板設(shè)計

2.1 錄放多功能主控板設(shè)計

本系統(tǒng)在實際應(yīng)用時并不需要解說員現(xiàn)場自行錄制解說詞，只需要具備解說詞播報功能，因此在設(shè)計的時候完全可以將系統(tǒng)的錄制和播放功能分開設(shè)計，這樣的好處是通過減少播放器的錄制功能從而節(jié)省了播放器電路板的面積，使整個電路板安裝后更為“小型”，當然也節(jié)省了成本從而提高了性價比。系統(tǒng)的錄制功能就由一塊錄放多功能主控板來單獨實現(xiàn)，后期錄制時只需要在該主控板上進行聲音錄制即可，這樣也最大程度地實現(xiàn)了電路優(yōu)化，該主控板電路框圖如圖2所示[2]。

錄放多功能主控板PCB圖采用雙層板走線，其PCB布線圖如圖3所示。線路布局布線遵從信號走線最短及模擬地和數(shù)字地嚴格分割原則，在主控芯片和錄音芯片電源附近加入濾波電容使電路板達到最穩(wěn)定的工作狀態(tài)，經(jīng)測試該電路板能在同時播放音樂并實現(xiàn)12屏菜單切換顯示功能時，穩(wěn)定工作于芯片最高工作頻率33.1776MHz，證明電路板功能良好。

錄放多功能主控板實際就是一個小型的“專業(yè)錄音棚”，可以帶上耳機，通過麥克風(fēng)對解說詞進行實錄，能高保真地還原真人聲音，編寫一段可自動選擇12段語音進行錄放的程序，即可完成語音芯片8分鐘語音永久存貯。實物照片如圖4所示。

2.2 終端語音播放器電路板設(shè)計

終端語音播放器的電路設(shè)計相對錄放多功能主控板的電路作了部分電路的簡化，選用了PT2272帶8鍵控制的無線接收模塊用于接收8鍵遙控器發(fā)來的控制信號，確認接收后即通過單片機控制ISD4004芯片進行解說詞的播放，經(jīng)測試接收效果較好，在整個博物館遙控?zé)o死角，電路框圖如圖5所示。

終端語音播放器因電路相對簡化，采用單面線路板制作，可以達到最高的性價比。作為無線接收終端，語音播放器個數(shù)可“剪裁”，最多1個遙控板控制到8個終端，該電路板主要的成本消耗來源于主控芯片和語音芯片。如圖6所示為其中1個接收終端的電路實物圖。

3 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試及結(jié)果分析

系統(tǒng)分別通過硬件調(diào)試和軟件調(diào)試后，編寫了大量程序進行系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。調(diào)試和測試的結(jié)果及相關(guān)分析如下：

（1）系統(tǒng)錄放多功能主控板電路調(diào)試正常，可以通過人機交互控制實現(xiàn)8分鐘錄音芯片內(nèi)部12段任意一段的錄音和放音功能；

（2）系統(tǒng)自動播放器控制電路調(diào)試正常，通過8鍵遙控，4個播放器可以通過Key1-Key4按序控制播放解說詞；

（3）對系統(tǒng)錄音放音多功能控制電路和自動播放器控制電路進行了系統(tǒng)穩(wěn)定性測試，連續(xù)工作1周無程序跑飛、放音不正常情況；

（4）采用不同音質(zhì)音箱對自動播放器進行了試音，劣質(zhì)音箱會損壞播放器播出聲音信號，證明劣質(zhì)音箱對放音效果有較大影響；

（5）分別采用電腦和手機對系統(tǒng)錄音放音多功能控制電路板上錄音芯片進行錄音，證明手機的錄音效果優(yōu)于電腦；

（6）系統(tǒng)仍受制于測試環(huán)境，如果博物館未作吸聲減噪的裝修處理，在較大的回音情況下播放器音量加大對播放效果有影響。

圖7所示為多功能主控板進行系統(tǒng)穩(wěn)定性測試圖。測試程序?qū)崿F(xiàn)了“可循環(huán)音樂播放的知識測試機”功能，經(jīng)測試連續(xù)工作1周系統(tǒng)能穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

系統(tǒng)經(jīng)過反復(fù)調(diào)試，電路設(shè)計方案最終得以實現(xiàn)，系統(tǒng)樣機的研制基本成功，該樣機具有一定的獨創(chuàng)性，性能良好且成本低廉，可以完成解說詞的錄制和自動播放，通過博物館的實地試音，在聲音適度的條件下效果良好，但如果音量過大，就還要考慮場地混響對音質(zhì)的影響以及吸聲減噪的問題[3]，若場地“回音”問題較大，應(yīng)對場地予以重新裝修，利用裝修材料彌補對建筑聲學(xué)的缺陷。這樣才能使系統(tǒng)的應(yīng)用達到最佳的音質(zhì)效果。總的來說，該系統(tǒng)的研制具有較好的推廣價值。

參考文獻

[1]林小平.淺談全自動錄播系統(tǒng)中的相關(guān)技術(shù)[J].陜西教育，高教版，2008，（2）：69-70.

[2]張常年，王振紅，李洋.ISD4004語音芯片的工作原理及其在智能控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電子元件與材料，2001，20（6）：79-83.

[3]譚武端，余志勇，宋建社，等.大型電磁混響室的場均勻性仿真[C].第二十屆全國電磁兼容學(xué)術(shù)會議論文集，2010.endprint