客船娛樂系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)的音頻集成控制方法

陳剛，李昱鵬，劉芳，曹征宇

(上海外高橋造船有限公司，上海 200137)

目前在常規(guī)船舶設(shè)計(jì)中，娛樂系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)都各自作為獨(dú)立的系統(tǒng)存在，沒有接口的信息交流與共享，致使各系統(tǒng)間信息閉塞，多形成系統(tǒng)壁壘。廣播系統(tǒng)中的音頻控制和娛樂系統(tǒng)中的音頻控制作為兩套系統(tǒng)的控制獨(dú)立工作，互不干擾，沒有實(shí)現(xiàn)一體化的控制。廣播系統(tǒng)與船舶的安全性息息相關(guān)，規(guī)范對(duì)船舶揚(yáng)聲器布置的方式和數(shù)量有明確的要求，保證在應(yīng)急工況下滿足應(yīng)急廣播、報(bào)警等安全功能[1-2]；正常工況下也可作為播放背景音樂的音頻來源。普通商船設(shè)計(jì)的娛樂系統(tǒng)，其功能比較單一，僅僅包含在部分船員房間安裝電視或者播放背景音樂的音頻信號(hào)。但在客船設(shè)計(jì)中，由于船舶的屬性不同，規(guī)范對(duì)船舶安全性的要求也有所不同?？痛c普通商船相比，其所承載人員較多，對(duì)客船安全性提出更高要求，從而來保證船舶以及人員的安全。對(duì)于客船廣播系統(tǒng)而言，揚(yáng)聲器數(shù)量可達(dá)5 000個(gè)以上，同時(shí)根據(jù)船型大小，載客人數(shù)的不同，揚(yáng)聲器數(shù)量呈數(shù)量級(jí)增加發(fā)展趨勢(shì)；對(duì)于客船娛樂系統(tǒng)也從常規(guī)的電視收音設(shè)備、音頻播放改變?yōu)橐阅骋恢黝}場(chǎng)景來設(shè)計(jì)的特定的符合主題風(fēng)格的優(yōu)美舞臺(tái)，著重從用戶體驗(yàn)、用戶互動(dòng)、身心感受、人機(jī)交互等多方面構(gòu)建娛樂系統(tǒng)，來提高人員對(duì)舒適性的追求；并且隨著信息科技的發(fā)展，人員對(duì)不同舒適體驗(yàn)的追求會(huì)越來越高，人員對(duì)客船娛樂系統(tǒng)的要求也越來越高[3]。

隨著船舶設(shè)備向著信息化、集成化、智能化方向快速發(fā)展，船東、船員等船舶使用者會(huì)對(duì)船舶的舒適度提出更高的要求[4]。若繼續(xù)采用傳統(tǒng)的音頻控制設(shè)計(jì)思路，廣播系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)背景音樂的控制獨(dú)立設(shè)計(jì)互不干擾，對(duì)于同一區(qū)域則需要布置2套揚(yáng)聲器來滿足2個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，這無疑增加了船舶的建造采購(gòu)成本，同時(shí)也增加了房間揚(yáng)聲器設(shè)備的布置難度，且對(duì)于客船內(nèi)裝美學(xué)設(shè)計(jì)上增加了一定的難度；對(duì)于船舶智能化和集成化快速發(fā)展的今天，顯然不利于船舶的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和船員用戶的使用體驗(yàn)。

為了加快船舶不同控制系統(tǒng)之間信息交流與共享，提高船舶智能化和集成化[5]，設(shè)計(jì)用于娛樂系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)的音頻集成控制系統(tǒng)，減少使用船舶相同功能揚(yáng)聲器數(shù)量來降低硬件制造采購(gòu)成本,實(shí)現(xiàn)船舶不同系統(tǒng)之間的信息交互和共享。

1 船舶廣播系統(tǒng)基本架構(gòu)

目前在常規(guī)船舶設(shè)計(jì)中，廣播系統(tǒng)關(guān)乎整船的安全、人員的安危，作用舉足輕重。廣播系統(tǒng)包含了緊急通知、一般緊急報(bào)警信號(hào)、火災(zāi)報(bào)警信號(hào)、機(jī)組報(bào)警信號(hào)、正常喊話通知和播放背景音樂等功能[6]；不同功能的音頻具有不同等級(jí)的優(yōu)先級(jí)，緊急呼叫和報(bào)警具有最高優(yōu)先級(jí)，背景音樂播放具有最低優(yōu)先級(jí)，當(dāng)幾者發(fā)生沖突時(shí)，低優(yōu)先級(jí)的功能將直接被靜音，播放高優(yōu)先級(jí)的指令。

目前，KG-2型公共廣播系統(tǒng)是船舶常見的一種廣播系統(tǒng)，將廣播揚(yáng)聲器通過該系統(tǒng)布置在全船，發(fā)布指令；它具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可區(qū)域性選擇等特點(diǎn)。廣播系統(tǒng)通常是由控制主機(jī)和分布在不同區(qū)域的揚(yáng)聲器組成的通信系統(tǒng)[7]。主機(jī)是廣播系統(tǒng)的核心，主要包含聲音輸入設(shè)備、功率放大器、報(bào)警信號(hào)發(fā)生器、電源裝置等，基本結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 船舶公共廣播系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)

廣播的音頻輸入通過話筒喊話、CD、遠(yuǎn)程呼叫等，話筒是將聲信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件；報(bào)警信號(hào)主要是產(chǎn)生不同類型的警笛，每種不同警笛類型不同，便于船上人員判斷發(fā)生何種緊急狀態(tài)，如為標(biāo)準(zhǔn)的七短一長(zhǎng)信號(hào)是提醒并召喚全船人員至緊急集合區(qū)域[8]；分配在不同區(qū)域的報(bào)警裝置可以手動(dòng)觸發(fā)以上各種報(bào)警，同時(shí)通用報(bào)警可以自動(dòng)接收火災(zāi)氣體探測(cè)系統(tǒng)送出的各種異常信號(hào)，并發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)；揚(yáng)聲器一種將電信號(hào)轉(zhuǎn)化為聲信號(hào)的器件，以實(shí)現(xiàn)聲音的再現(xiàn)。主機(jī)中控制器聲音放大原理圖見圖2。

圖2 聲音功放原理

與傳統(tǒng)船舶相比，客船的廣播系統(tǒng)控制原理與其基本相同，通過控制信號(hào)對(duì)音頻輸入信號(hào)進(jìn)行控制其放大等從而通過布置不同區(qū)域的揚(yáng)聲器對(duì)音頻進(jìn)行輸出?？痛瑥V播系統(tǒng)包含一般商船廣播系統(tǒng)的所有功能，但是由于客船的艙室船員旅客人數(shù)較多達(dá)上千人，所以揚(yáng)聲器數(shù)量同普通商船相比呈幾何級(jí)增長(zhǎng)；同時(shí)客船對(duì)于廣播系統(tǒng)的安全性，穩(wěn)定性等都提出了更高的要求。為了滿足客船廣播系統(tǒng)的規(guī)范和使用需求，一般采用雙主機(jī)和雙揚(yáng)聲器冗余設(shè)計(jì)控制方法，一般控制原理見圖3。

圖3 雙主機(jī)冗余廣播系統(tǒng)原理

另外，對(duì)于客船規(guī)范要求需要滿足安全返港的設(shè)計(jì)要求，廣播的主機(jī)需要分別放置在不同的主豎區(qū)，這樣能夠保證無論是某一廣播主機(jī)出現(xiàn)故障或者某一路揚(yáng)聲器出現(xiàn)故障時(shí)，另一廣播主機(jī)或者另一路揚(yáng)聲器也能夠保證所在區(qū)域廣播系統(tǒng)所有功能的正常使用。

2 客船娛樂系統(tǒng)音頻架構(gòu)

對(duì)于普通船舶設(shè)計(jì)，娛樂系統(tǒng)的設(shè)計(jì)使用需求完全根據(jù)船東的要求，基本上僅僅能夠包含船員房間的電視使用，保證船員生活放松的最基本途徑，其地位和作用微乎其微。但是對(duì)于客船而言，其使用對(duì)象和船舶運(yùn)營(yíng)目的發(fā)生變化，需要滿足乘客在乘坐過程中的舒適度和娛樂需求，娛樂系統(tǒng)的作用顯得尤為重要。

客船娛樂系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)一般包含娛樂照明功能，娛樂視頻功能，娛樂音頻功能和娛樂控制功能。照明設(shè)計(jì)根據(jù)客船不同區(qū)域的功能劃分設(shè)計(jì)其照度、光色等滿足不同場(chǎng)景的使用需求；視頻能滿足乘客在房間和休息區(qū)域的觀影體驗(yàn)，在公共休閑娛樂區(qū)域背景音樂的音頻控制能使乘客得以放松，而舞臺(tái)表演則根據(jù)所表演的主題控制舞臺(tái)燈光，達(dá)到觀影的最佳視覺效果。娛樂控制功能就如人腦，為娛樂系統(tǒng)的核心部件，綜合協(xié)調(diào)照明，視頻，音頻的輸入輸出。

音頻系統(tǒng)作為客船娛樂系統(tǒng)中重要的一部分，為全船提供音樂。一般音頻系統(tǒng)包含聲源、信號(hào)處理設(shè)備、功放、音響，以及傳輸系統(tǒng)等幾個(gè)部分，通過對(duì)聲音的拾取或者DVD等音頻輸出，對(duì)輸入聲源信號(hào)進(jìn)行放大、分配控制等，其音頻輸出的原理見圖4。

圖4 音頻控制系統(tǒng)原理

由于客船娛樂系統(tǒng)在公共區(qū)域和主題風(fēng)格的舞臺(tái)具有不同的功能分配，在不同區(qū)域設(shè)備功能不同的揚(yáng)聲器，如在劇院舞臺(tái)中一般設(shè)置普通功放、低音揚(yáng)聲器，以及超低音揚(yáng)聲器等來滿足娛樂者的需求。

3 廣播和娛樂系統(tǒng)音頻集成控制

廣播系統(tǒng)提供客船的背景音樂播放功能，娛樂系統(tǒng)提供客船不同場(chǎng)景下的舞臺(tái)音樂或者背景音樂。由于空間位置、成本等多種因素，船級(jí)社和規(guī)范并未對(duì)娛樂系統(tǒng)的揚(yáng)聲器數(shù)量作一定要求，所以揚(yáng)聲器數(shù)量以滿足場(chǎng)景需求即可；對(duì)于廣播系統(tǒng)，規(guī)范規(guī)定揚(yáng)聲器必須雙路冗余控制。以某一公共區(qū)域(餐廳)的揚(yáng)聲器布置示意圖為例，廣播系統(tǒng)只表述一路揚(yáng)聲器，其揚(yáng)聲器的布置圖見圖5。

圖5 傳統(tǒng)客船揚(yáng)聲器布置示意(以餐廳為例)

顯然傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法造成了揚(yáng)聲器數(shù)量的浪費(fèi)，更不利于2個(gè)系統(tǒng)的信息交互和共享。

設(shè)計(jì)一種新的音頻控制方法，將娛樂系統(tǒng)中用于播放舞臺(tái)音樂和背景音樂的揚(yáng)聲器省略，娛樂控制系統(tǒng)將音頻信號(hào)傳輸給廣播系統(tǒng)的控制模塊，簡(jiǎn)單控制邏輯見圖6。

圖6 音頻控制方法邏輯

以公共區(qū)域餐廳為例，采用音頻集成控制方法后，布置見圖7。

圖7 音頻控制邏輯布置示意

對(duì)系統(tǒng)的工作邏輯進(jìn)行詳細(xì)描述(僅描述揚(yáng)聲器一路控制)。首先將揚(yáng)聲器按照功能將其分為第一揚(yáng)聲器和第二揚(yáng)聲器，第一揚(yáng)聲器單獨(dú)屬于廣播系統(tǒng)即圖中白色揚(yáng)聲器，第二揚(yáng)聲器屬于廣播系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)，可同時(shí)使用即黑色揚(yáng)聲器，第二揚(yáng)聲器在物理層上唯一的地址編碼。

再者對(duì)控制信號(hào)加以描述，為保證船舶運(yùn)行安全，廣播系統(tǒng)對(duì)于揚(yáng)聲器的使用優(yōu)先級(jí)要高于娛樂系統(tǒng)播放背景音樂的優(yōu)先級(jí)。當(dāng)廣播系統(tǒng)出現(xiàn)應(yīng)急喊話、緊急報(bào)警、火災(zāi)等響鈴時(shí)，則全船揚(yáng)聲器進(jìn)行響應(yīng)即第一揚(yáng)聲器和第二揚(yáng)聲器全部響應(yīng)；當(dāng)廣播系統(tǒng)沒有進(jìn)行喊話或者報(bào)警響鈴狀態(tài)時(shí)，可以通過廣播系統(tǒng)控制模塊接受娛樂系統(tǒng)傳送的背景音樂BGM信號(hào)，并將信號(hào)按照傳輸?shù)牡刂穼ふ业降诙P(yáng)聲器并進(jìn)行音樂的播放；一旦出現(xiàn)廣播系統(tǒng)需要工作時(shí)則立即切斷背景音樂控制信號(hào)，進(jìn)行常規(guī)廣播喊話或者報(bào)警工作。

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)一種新的音頻控制方法，將娛樂控制系統(tǒng)中用于控制背景音樂輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)至廣播主機(jī)的控制模塊中，通過廣播系統(tǒng)的控制模塊將2種控制信號(hào)通過編碼方式實(shí)現(xiàn)使用一路揚(yáng)聲器同時(shí)達(dá)到兩種目的，即能滿足廣播系統(tǒng)的使用需求同時(shí)保證娛樂系統(tǒng)背景音樂的播放。既能達(dá)到系統(tǒng)功能要求，同時(shí)可減少揚(yáng)聲器使用數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了船舶不同系統(tǒng)間的信息交互共享。