客船娱乐系统和广播系统的音频集成控制方法

陈刚，李昱鹏，刘芳，曹征宇

(上海外高桥造船有限公司，上海 200137)

目前在常规船舶设计中，娱乐系统和广播系统都各自作为独立的系统存在，没有接口的信息交流与共享，致使各系统间信息闭塞，多形成系统壁垒。广播系统中的音频控制和娱乐系统中的音频控制作为两套系统的控制独立工作，互不干扰，没有实现一体化的控制。广播系统与船舶的安全性息息相关，规范对船舶扬声器布置的方式和数量有明确的要求，保证在应急工况下满足应急广播、报警等安全功能[1-2]；正常工况下也可作为播放背景音乐的音频来源。普通商船设计的娱乐系统，其功能比较单一，仅仅包含在部分船员房间安装电视或者播放背景音乐的音频信号。但在客船设计中，由于船舶的属性不同，规范对船舶安全性的要求也有所不同。客船与普通商船相比，其所承载人员较多，对客船安全性提出更高要求，从而来保证船舶以及人员的安全。对于客船广播系统而言，扬声器数量可达5 000个以上，同时根据船型大小，载客人数的不同，扬声器数量呈数量级增加发展趋势；对于客船娱乐系统也从常规的电视收音设备、音频播放改变为以某一主题场景来设计的特定的符合主题风格的优美舞台，着重从用户体验、用户互动、身心感受、人机交互等多方面构建娱乐系统，来提高人员对舒适性的追求；并且随着信息科技的发展，人员对不同舒适体验的追求会越来越高，人员对客船娱乐系统的要求也越来越高[3]。

随着船舶设备向着信息化、集成化、智能化方向快速发展，船东、船员等船舶使用者会对船舶的舒适度提出更高的要求[4]。若继续采用传统的音频控制设计思路，广播系统和娱乐系统背景音乐的控制独立设计互不干扰，对于同一区域则需要布置2套扬声器来满足2个系统的设计要求，这无疑增加了船舶的建造采购成本，同时也增加了房间扬声器设备的布置难度，且对于客船内装美学设计上增加了一定的难度；对于船舶智能化和集成化快速发展的今天，显然不利于船舶的市场竞争和船员用户的使用体验。

为了加快船舶不同控制系统之间信息交流与共享，提高船舶智能化和集成化[5]，设计用于娱乐系统和广播系统的音频集成控制系统，减少使用船舶相同功能扬声器数量来降低硬件制造采购成本,实现船舶不同系统之间的信息交互和共享。

1 船舶广播系统基本架构

目前在常规船舶设计中，广播系统关乎整船的安全、人员的安危，作用举足轻重。广播系统包含了紧急通知、一般紧急报警信号、火灾报警信号、机组报警信号、正常喊话通知和播放背景音乐等功能[6]；不同功能的音频具有不同等级的优先级，紧急呼叫和报警具有最高优先级，背景音乐播放具有最低优先级，当几者发生冲突时，低优先级的功能将直接被静音，播放高优先级的指令。

目前，KG-2型公共广播系统是船舶常见的一种广播系统，将广播扬声器通过该系统布置在全船，发布指令；它具有可靠性高、实时性强、可区域性选择等特点。广播系统通常是由控制主机和分布在不同区域的扬声器组成的通信系统[7]。主机是广播系统的核心，主要包含声音输入设备、功率放大器、报警信号发生器、电源装置等，基本结构见图1。

图1 船舶公共广播系统基本结构

广播的音频输入通过话筒喊话、CD、远程呼叫等，话筒是将声信号转换成电信号的器件；报警信号主要是产生不同类型的警笛，每种不同警笛类型不同，便于船上人员判断发生何种紧急状态，如为标准的七短一长信号是提醒并召唤全船人员至紧急集合区域[8]；分配在不同区域的报警装置可以手动触发以上各种报警，同时通用报警可以自动接收火灾气体探测系统送出的各种异常信号，并发出相应的报警信号；扬声器一种将电信号转化为声信号的器件，以实现声音的再现。主机中控制器声音放大原理图见图2。

图2 声音功放原理

与传统船舶相比，客船的广播系统控制原理与其基本相同，通过控制信号对音频输入信号进行控制其放大等从而通过布置不同区域的扬声器对音频进行输出。客船广播系统包含一般商船广播系统的所有功能，但是由于客船的舱室船员旅客人数较多达上千人，所以扬声器数量同普通商船相比呈几何级增长；同时客船对于广播系统的安全性，稳定性等都提出了更高的要求。为了满足客船广播系统的规范和使用需求，一般采用双主机和双扬声器冗余设计控制方法，一般控制原理见图3。

图3 双主机冗余广播系统原理

另外，对于客船规范要求需要满足安全返港的设计要求，广播的主机需要分别放置在不同的主竖区，这样能够保证无论是某一广播主机出现故障或者某一路扬声器出现故障时，另一广播主机或者另一路扬声器也能够保证所在区域广播系统所有功能的正常使用。

2 客船娱乐系统音频架构

对于普通船舶设计，娱乐系统的设计使用需求完全根据船东的要求，基本上仅仅能够包含船员房间的电视使用，保证船员生活放松的最基本途径，其地位和作用微乎其微。但是对于客船而言，其使用对象和船舶运营目的发生变化，需要满足乘客在乘坐过程中的舒适度和娱乐需求，娱乐系统的作用显得尤为重要。

客船娱乐系统的功能设计一般包含娱乐照明功能，娱乐视频功能，娱乐音频功能和娱乐控制功能。照明设计根据客船不同区域的功能划分设计其照度、光色等满足不同场景的使用需求；视频能满足乘客在房间和休息区域的观影体验，在公共休闲娱乐区域背景音乐的音频控制能使乘客得以放松，而舞台表演则根据所表演的主题控制舞台灯光，达到观影的最佳视觉效果。娱乐控制功能就如人脑，为娱乐系统的核心部件，综合协调照明，视频，音频的输入输出。

音频系统作为客船娱乐系统中重要的一部分，为全船提供音乐。一般音频系统包含声源、信号处理设备、功放、音响，以及传输系统等几个部分，通过对声音的拾取或者DVD等音频输出，对输入声源信号进行放大、分配控制等，其音频输出的原理见图4。

图4 音频控制系统原理

由于客船娱乐系统在公共区域和主题风格的舞台具有不同的功能分配，在不同区域设备功能不同的扬声器，如在剧院舞台中一般设置普通功放、低音扬声器，以及超低音扬声器等来满足娱乐者的需求。

3 广播和娱乐系统音频集成控制

广播系统提供客船的背景音乐播放功能，娱乐系统提供客船不同场景下的舞台音乐或者背景音乐。由于空间位置、成本等多种因素，船级社和规范并未对娱乐系统的扬声器数量作一定要求，所以扬声器数量以满足场景需求即可；对于广播系统，规范规定扬声器必须双路冗余控制。以某一公共区域(餐厅)的扬声器布置示意图为例，广播系统只表述一路扬声器，其扬声器的布置图见图5。

图5 传统客船扬声器布置示意(以餐厅为例)

显然传统设计方法造成了扬声器数量的浪费，更不利于2个系统的信息交互和共享。

设计一种新的音频控制方法，将娱乐系统中用于播放舞台音乐和背景音乐的扬声器省略，娱乐控制系统将音频信号传输给广播系统的控制模块，简单控制逻辑见图6。

图6 音频控制方法逻辑

以公共区域餐厅为例，采用音频集成控制方法后，布置见图7。

图7 音频控制逻辑布置示意

对系统的工作逻辑进行详细描述(仅描述扬声器一路控制)。首先将扬声器按照功能将其分为第一扬声器和第二扬声器，第一扬声器单独属于广播系统即图中白色扬声器，第二扬声器属于广播系统和娱乐系统，可同时使用即黑色扬声器，第二扬声器在物理层上唯一的地址编码。

再者对控制信号加以描述，为保证船舶运行安全，广播系统对于扬声器的使用优先级要高于娱乐系统播放背景音乐的优先级。当广播系统出现应急喊话、紧急报警、火灾等响铃时，则全船扬声器进行响应即第一扬声器和第二扬声器全部响应；当广播系统没有进行喊话或者报警响铃状态时，可以通过广播系统控制模块接受娱乐系统传送的背景音乐BGM信号，并将信号按照传输的地址寻找到第二扬声器并进行音乐的播放；一旦出现广播系统需要工作时则立即切断背景音乐控制信号，进行常规广播喊话或者报警工作。

4 结论

设计一种新的音频控制方法，将娱乐控制系统中用于控制背景音乐输出的信号转至广播主机的控制模块中，通过广播系统的控制模块将2种控制信号通过编码方式实现使用一路扬声器同时达到两种目的，即能满足广播系统的使用需求同时保证娱乐系统背景音乐的播放。既能达到系统功能要求，同时可减少扬声器使用数量，实现了船舶不同系统间的信息交互共享。