公共广播系统分类及应用的研究

王雷

Wang Lei

（浙江大学建筑设计研究院有限公司 ）

(The Architectural Design & Research Institute of University Co.,Ltd.)

1 引言

近年来，建筑智能化专业得到越来越广泛的重视和发展。公共广播系统作为一个造价低、覆盖范围广、信息传达效果好的智能化子系统在越来越多的公共建筑工程中得到了越来越广泛的重视和应用。公共广播系统在诸如学校、医院、各类展馆、体院场馆、商业综合体、交通枢纽以及景区等公建项目中已经是必不可少的系统了，在居民小区及工业园区等住宅和出租类的工程中也有了越来越广泛的应用。

公共广播系统一般指的是由使用单位自行管理的，在本单位范围内面向公共服务的声音广播系统，其作用为进行业务广播、背景广播和紧急广播等。本文从公共广播系统系统采用的技术上把公共广播系统分为四大类，分别为：传统的模拟系统；数字信号的模拟系统；网络与模拟相结合的综合型系统以及基于IP的全数字系统。

2 传统的模拟系统

纯模拟的公共广播系统是最早出现的公共广播系统：其系统架构如图1所示。

系统由音源，广播主机，定压功率放大器、广播分区器以及末端广播等组成。在该系统中，从广播的功率放大器到末端各广播扬声器均采用两芯的铜导线进行联接。该系统的优点是：架构简单，技术成熟，布线及管理都比较方便；因为不存在模数转换的问题，因此系统的实时性好；系统采用的设备价格比较便宜。但是该系统的缺点也是非常明显的：首先，因为系统传输采用铜导线，因此如果长距离传输的情况下布线成本会大大提高；其次，因为铜导线存在电阻，在传输过程中会造成电压降。因此，为使广播末端能正常工作，系统不得不提高功放的输出电压并且增加功放的功率；第三，如果用在单体众多的工程中，因为该系统传输线路均采用铜缆，进出各单体均需设置信号避雷器。因此，过多的信号避雷器也会提高系统的造价，同时增加后期维护成本。综上所述，该系统适合用在规模不大、单体比较少、复杂度不高的工程中。另外，因为中学（初级中学和高级中学）公共广播系统有播放英语听力考试的需求，对广播的实时性有很高的要求，因此很多地方的教育局有明文规定中学公共广播系统必须采用模拟系统。本系统目前较多应用在规模较小的幼儿园、小学、中学项目中，以及一些单个单体的项目中。

图1 模拟公共广播系统图

3 数字信号的模拟系统

上述传统的模拟系统还有一个明显的缺陷，即音源只能就近设置在广播主机附件，如果业主有需求需要在不止一个地点设置广播音源时，该系统便难免力不从心了。因此在纯模拟系统的基础上我们提出了经过改进的方案：采用数字广播主机的模拟广播系统；系统架构如图2所示。

从上图不难看出，与图1中的纯模拟的系统相比，该系统的主要区别在于：本系统采用的广播主机为数字广播主机，广播主机可以通过TCP/IP接口接入局域网。

在本系统中，网络式话筒也通过TCP/IP接口，接入局域网，从而实现了音源与广播主机通过网络进行联网，使用音源的设置更加灵活和方便。在本工程案例中，因为该小学的校长要求除了在广播机房外，要在校长室也要能够进行全校广播，因此只需要更换数字广播主机，并在校长室增加一只网络话筒即可。按照国产某知名公共广播品牌的报价计算，只需要增加15000元的造价就可以满足业主的需求。

因此本系统适合一些工程规模不大，使用场景复杂程度适中，但是有要求音源分布式或多处设置的工程。目前，该系统较多使用在中等规模的小学、中学及医院等项目中，以满足在多个场所通过公共广播系统对整个单位（学校或者医院）都有发布语音广播的需求。

4 网络与模拟相结合系统

模拟系统虽然架构简单，管理方便，实时性好，系统性价比高等优点。但是在一些单体数量多，而且单体分布分散的工程中就不是很适用了。以下举浙江音乐学院新建校区工程为例。

本工程总用地面积约为40万㎡，整个校区呈狭长的葫芦形，整个校区由16个单体组成（见图3）。在这种规模的高校中，如果公共广播仍然采用传统的模拟系统，广播干线均由设在学生宿舍内的校广播电视机房引到各个单体内的弱电机房内，广播干线的总长度将会达到惊人的13.65Km。如果广播系统室外干线按照采用FS-RVS-2x4.0的导线计算，消耗在单体之间广播主干线上的功率会达到惊人的600W。相当于有2台360W的功放输出的功率全部在线路上损耗掉。

再考虑到进出各个单体均需要设置信号防雷等的费用和日常维护等因素，在上述规模的高校中再采用模拟系统无论从造价还是日后的维护上看都非常不合理了。针对这类规模的工程，宜采用网络与模拟相结合的公共广播系统，该系统的系统架构如下图所示。

图2 数字信号模拟公共广播系统图

图3 浙江音乐学院新校区总图

由图4不难看出该系统分为三部分。分别为：位于学生宿舍的校广播机房部分，位于各单体弱电机房内的前端部分以及两者之间的网络。

广播机房部分由音源、网络广播主机、网络音频编码器、功率放大器、网络交换机等设备组成；单体部分由网络音频解码器、后置功率放大器、干节点控制器及末端广播等设备组成，网络部分则采用室外光缆。

从上图中可以看出，该系统在单体内部采用的是传统的模拟广播的架构—即功率放大器后仍然采用两芯的铜导线将音频信号引至各末端广播点；系统将广播的功率放大器后置到各个单体中，音频信号经编码以后采用光缆进行传输。该系统最大的优点是在单体和单体之间用价格便宜的光缆代替昂贵的铜导线，因此可以节省铜导线、信号避雷器以及干线采用的护管（PVC管及SS管）的成本。同时，该系统中采用了将功率放大器后置到各个单体里的做法，从而减少了在导线中损耗的电能，进而减小了功率放大器的总功率。另外，各个单体内的功率放大器可以由干节点信号控制其启停，在中心机房内可以通过网络，远程控制各个单体内的功率放大器等设备的启停。综上所述，该系统在造价的经济性，使用的灵活性，维护的方便性还是系统的节能性上都达到了一个不错的平衡。因此，该系统比较适合用在规模比较大；单体数量较多，且比较分散；应用要求比较复杂的大中型工程中。

图4 模拟+网络公共广播系统图

结合上述音乐学院的工程，公共广播按采用国内一线品牌考虑，可以比较一下采用传统模拟和网络与模拟相结合系统哪种更加经济实惠。

在设备上传统模拟系统主机可以节省30000元造价，及音频适配器15x13000=195000元造价；总计节省约22.5万元。但是在室外干线上需要增加造价约：13650x5.5=75075元，另外采用模拟系统的广播干线铜缆至少要单独占用一根直径为100mm的PVC重型护管（过马路处则采用SS100mm钢管），此项造价约为：3500x32.5=113750元，各单体需要的信号避雷器造价：15x2000=30000元，以及需要增加2台360W的功率放大器的造价：2x9500=19000元；总计需要增加约23.8万。因此可以看出，模拟系统虽然在设备上能节省一些造价，但是在室外干线和管路上会耗费更多的造价。而且后期的使用成本上更是大大高于网络+模拟的系统。

5 全数字系统

上述三种系统对于绝大多数的系统已经能够满足应用需求了。但是对于一些应用场景特别复杂的项目还是会感到力不从心。例如一些特殊的主题公园，业主要求每个区域播放的背景音乐根据该区域的主题变化；每个区域的主题则根据时间不断变化，同时随着主题变换，广播分区也不停变化。因此，在此案例中，公共广播的分区是随时间变化而变化的，理论上每个分区播放的音乐是不同的。因此在如此复杂的需求下，上述三种系统都无法实现。因此，我们需要一种更加灵活的系统来实现如此复杂的需求，该系统的系统架构如图5所示。

从系统中不难看出，在该系统中，采用的广播均为有源广播，即广播系统的功率放大器分散到每个广播终端内，同时广播终端内置带网络接口的音频解码器；所有的音频信号都通过网络传输。在此系统中，每个广播终端都有一个IP地址，因此，每个广播终端都可以作为一个独立的广播分区播放不同的内容。该系统拥有极高的灵活性。但是该系统的弊端也非常明显，有以下4点：造价昂贵，一个中型项目，采用同一品牌比较，全数字公共广播系统造价约是模拟+网络系统的1.5倍以上。故障点多，因为该系统中每个音箱均含内置的解码器及功放，使其可靠性远远低于传统的广播，因此该系统的故障率会大大高于其它系统。延迟较高，因为该系统音源采用了编码→交换机网络传输-〉有源音箱接收-〉解码→播放的流程，所以有些时候延迟会达到2S～3S。布线复杂，本系统中每个有源音箱需要两根线：负责信号传输的网线及负责供电的电源线。因为电源采用交流220V的电源，信号线与电源线必须分开布线，不能共管敷设。因此，笔者认为该系统在一般项目中采用并不合适，只有在应用场景特别复杂的项目中才能体现优势。

图5 全数字公共广播系统图

6 结语

至此，我们能得出以下结论：“传统的模拟系统”与“数字信号的模拟系统”适合在中小型的项目中，此类项目通常使用场景简单，单体数目较少，规模适中；使用模拟系统即保证了系统的高可靠性，高实时性，易操作性，和造价和维护成本均非常经济实惠，性价比极高。“网络与模拟相结合系统”适用在项目规模较大，单体众多且比较分散的项目中；该系统通过节约布线成本实现整体造价的合理性；而且该系统的可靠性和实时性也较好，后期的使用成本较低。“全数字系统”的优点和缺点一样明显，优点为功能强大，灵活性极高；缺点为造价高昂，实时性差，容易出故障，后期维护难度较大且布线复杂。设计人员应该根据项目具体的情况和需求选择合适的类型，才能给业主带来最大的利益。

[1]GB50526-2010公共广播系统工程技术规范[s]

[2]GB 50371-2006厅堂扩声系统设计规范[s]

[3]GB/T50314-2006智能建筑设计标准[s]

[4]GB50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范[s]