客船娛樂系統和廣播系統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)

目前在常規船舶設計中，娛樂系統和廣播系統都各自作為獨立的系統存在，沒有接口的信息交流與共享，致使各系統間信息閉塞，多形成系統壁壘。廣播系統中的音頻控制和娛樂系統中的音頻控制作為兩套系統的控制獨立工作，互不干擾，沒有實現一體化的控制。廣播系統與船舶的安全性息息相關，規范對船舶揚聲器布置的方式和數量有明確的要求，保證在應急工況下滿足應急廣播、報警等安全功能[1-2]；正常工況下也可作為播放背景音樂的音頻來源。普通商船設計的娛樂系統，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。但在客船設計中，由于船舶的屬性不同，規范對船舶安全性的要求也有所不同。客船與普通商船相比，其所承載人員較多，對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。對于客船廣播系統而言，揚聲器數量可達5 000個以上，同時根據船型大小，載客人數的不同，揚聲器數量呈數量級增加發展趨勢；對于客船娛樂系統也從常規的電視收音設備、音頻播放改變為以某一主題場景來設計的特定的符合主題風格的優美舞臺，著重從用戶體驗、用戶互動、身心感受、人機交互等多方面構建娛樂系統，來提高人員對舒適性的追求；并且隨著信息科技的發展，人員對不同舒適體驗的追求會越來越高，人員對客船娛樂系統的要求也越來越高[3]。

隨著船舶設備向著信息化、集成化、智能化方向快速發展，船東、船員等船舶使用者會對船舶的舒適度提出更高的要求[4]。若繼續采用傳統的音頻控制設計思路，廣播系統和娛樂系統背景音樂的控制獨立設計互不干擾，對于同一區域則需要布置2套揚聲器來滿足2個系統的設計要求，這無疑增加了船舶的建造采購成本，同時也增加了房間揚聲器設備的布置難度，且對于客船內裝美學設計上增加了一定的難度；對于船舶智能化和集成化快速發展的今天，顯然不利于船舶的市場競爭和船員用戶的使用體驗。

為了加快船舶不同控制系統之間信息交流與共享，提高船舶智能化和集成化[5]，設計用于娛樂系統和廣播系統的音頻集成控制系統，減少使用船舶相同功能揚聲器數量來降低硬件制造采購成本,實現船舶不同系統之間的信息交互和共享。

1 船舶廣播系統基本架構

目前在常規船舶設計中，廣播系統關乎整船的安全、人員的安危，作用舉足輕重。廣播系統包含了緊急通知、一般緊急報警信號、火災報警信號、機組報警信號、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的優先級，緊急呼叫和報警具有最高優先級，背景音樂播放具有最低優先級，當幾者發生沖突時，低優先級的功能將直接被靜音，播放高優先級的指令。

目前，KG-2型公共廣播系統是船舶常見的一種廣播系統，將廣播揚聲器通過該系統布置在全船，發布指令；它具有可靠性高、實時性強、可區域性選擇等特點。廣播系統通常是由控制主機和分布在不同區域的揚聲器組成的通信系統[7]。主機是廣播系統的核心，主要包含聲音輸入設備、功率放大器、報警信號發生器、電源裝置等，基本結構見圖1。

圖1 船舶公共廣播系統基本結構

廣播的音頻輸入通過話筒喊話、CD、遠程呼叫等，話筒是將聲信號轉換成電信號的器件；報警信號主要是產生不同類型的警笛，每種不同警笛類型不同，便于船上人員判斷發生何種緊急狀態，如為標準的七短一長信號是提醒并召喚全船人員至緊急集合區域[8]；分配在不同區域的報警裝置可以手動觸發以上各種報警，同時通用報警可以自動接收火災氣體探測系統送出的各種異常信號，并發出相應的報警信號；揚聲器一種將電信號轉化為聲信號的器件，以實現聲音的再現。主機中控制器聲音放大原理圖見圖2。

圖2 聲音功放原理

與傳統船舶相比，客船的廣播系統控制原理與其基本相同，通過控制信號對音頻輸入信號進行控制其放大等從而通過布置不同區域的揚聲器對音頻進行輸出。客船廣播系統包含一般商船廣播系統的所有功能，但是由于客船的艙室船員旅客人數較多達上千人，所以揚聲器數量同普通商船相比呈幾何級增長；同時客船對于廣播系統的安全性，穩定性等都提出了更高的要求。為了滿足客船廣播系統的規范和使用需求，一般采用雙主機和雙揚聲器冗余設計控制方法，一般控制原理見圖3。

圖3 雙主機冗余廣播系統原理

另外，對于客船規范要求需要滿足安全返港的設計要求，廣播的主機需要分別放置在不同的主豎區，這樣能夠保證無論是某一廣播主機出現故障或者某一路揚聲器出現故障時，另一廣播主機或者另一路揚聲器也能夠保證所在區域廣播系統所有功能的正常使用。

2 客船娛樂系統音頻架構

對于普通船舶設計，娛樂系統的設計使用需求完全根據船東的要求，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。但是對于客船而言，其使用對象和船舶運營目的發生變化，需要滿足乘客在乘坐過程中的舒適度和娛樂需求，娛樂系統的作用顯得尤為重要。

客船娛樂系統的功能設計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。照明設計根據客船不同區域的功能劃分設計其照度、光色等滿足不同場景的使用需求；視頻能滿足乘客在房間和休息區域的觀影體驗，在公共休閑娛樂區域背景音樂的音頻控制能使乘客得以放松，而舞臺表演則根據所表演的主題控制舞臺燈光，達到觀影的最佳視覺效果。娛樂控制功能就如人腦，為娛樂系統的核心部件，綜合協調照明，視頻，音頻的輸入輸出。

音頻系統作為客船娛樂系統中重要的一部分，為全船提供音樂。一般音頻系統包含聲源、信號處理設備、功放、音響，以及傳輸系統等幾個部分，通過對聲音的拾取或者DVD等音頻輸出，對輸入聲源信號進行放大、分配控制等，其音頻輸出的原理見圖4。

圖4 音頻控制系統原理

由于客船娛樂系統在公共區域和主題風格的舞臺具有不同的功能分配，在不同區域設備功能不同的揚聲器，如在劇院舞臺中一般設置普通功放、低音揚聲器，以及超低音揚聲器等來滿足娛樂者的需求。

3 廣播和娛樂系統音頻集成控制

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

圖5 傳統客船揚聲器布置示意(以餐廳為例)

顯然傳統設計方法造成了揚聲器數量的浪費，更不利于2個系統的信息交互和共享。

設計一種新的音頻控制方法，將娛樂系統中用于播放舞臺音樂和背景音樂的揚聲器省略，娛樂控制系統將音頻信號傳輸給廣播系統的控制模塊，簡單控制邏輯見圖6。

圖6 音頻控制方法邏輯

以公共區域餐廳為例，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

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

再者對控制信號加以描述，為保證船舶運行安全，廣播系統對于揚聲器的使用優先級要高于娛樂系統播放背景音樂的優先級。當廣播系統出現應急喊話、緊急報警、火災等響鈴時，則全船揚聲器進行響應即第一揚聲器和第二揚聲器全部響應；當廣播系統沒有進行喊話或者報警響鈴狀態時，可以通過廣播系統控制模塊接受娛樂系統傳送的背景音樂BGM信號，并將信號按照傳輸的地址尋找到第二揚聲器并進行音樂的播放；一旦出現廣播系統需要工作時則立即切斷背景音樂控制信號，進行常規廣播喊話或者報警工作。

4 結論

設計一種新的音頻控制方法，將娛樂控制系統中用于控制背景音樂輸出的信號轉至廣播主機的控制模塊中，通過廣播系統的控制模塊將2種控制信號通過編碼方式實現使用一路揚聲器同時達到兩種目的，即能滿足廣播系統的使用需求同時保證娛樂系統背景音樂的播放。既能達到系統功能要求，同時可減少揚聲器使用數量，實現了船舶不同系統間的信息交互共享。