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)船舶設計中，娛樂系統(tǒng)和廣播系統(tǒng)都各自作為獨立的系統(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)的控制獨立工作，互不干擾，沒有實現(xiàn)一體化的控制。廣播系統(tǒng)與船舶的安全性息息相關，規(guī)范對船舶揚聲器布置的方式和數(shù)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(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。但在客船設計中，由于船舶的屬性不同，規(guī)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(tǒng)而言，揚聲器數(shù)量可達5 000個以上，同時根據(jù)船型大小，載客人數(shù)的不同，揚聲器數(shù)量呈數(shù)量級增加發(fā)展趨勢；對于客船娛樂系統(tǒng)也從常規(guī)的電視收音設備、音頻播放改變?yōu)橐阅骋恢黝}場景來設計的特定的符合主題風格的優(yōu)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(tǒng)，來提高人員對舒適性的追求；并且隨著信息科技的發(fā)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(tǒng)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(fā)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(xù)采用傳統(tǒng)的音頻控制設計思路，廣播系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)背景音樂的控制獨立設計互不干擾，對于同一區(qū)域則需要布置2套揚聲器來滿足2個系統(tǒng)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(nèi)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(fā)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(tǒng)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(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聲器數(shù)量來降低硬件制造采購成本,實現(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

目前在常規(guī)船舶設計中，廣播系統(tǒng)關乎整船的安全、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(yōu)先級，緊急呼叫和報警具有最高優(yōu)先級，背景音樂播放具有最低優(yōu)先級，當幾者發(fā)生沖突時，低優(yōu)先級的功能將直接被靜音，播放高優(yōu)先級的指令。

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、實時性強、可區(qū)域性選擇等特點。廣播系統(tǒng)通常是由控制主機和分布在不同區(qū)域的揚聲器組成的通信系統(tǒng)[7]。主機是廣播系統(tǒng)的核心，主要包含聲音輸入設備、功率放大器、報警信號發(fā)生器、電源裝置等，基本結(jié)構見圖1。

圖1 船舶公共廣播系統(tǒng)基本結(jié)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(zhuǎn)換成電信號的器件；報警信號主要是產(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)，如為標準的七短一長信號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)域的報警裝置可以手動觸發(fā)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(tǒng)送出的各種異常信號，并發(fā)出相應的報警信號；揚聲器一種將電信號轉(zhuǎn)化為聲信號的器件，以實現(xiàn)聲音的再現(xiàn)。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(tǒng)船舶相比，客船的廣播系統(tǒng)控制原理與其基本相同，通過控制信號對音頻輸入信號進行控制其放大等從而通過布置不同區(qū)域的揚聲器對音頻進行輸出?？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)較多達上千人，所以揚聲器數(shù)量同普通商船相比呈幾何級增長；同時客船對于廣播系統(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(tǒng)原理

另外，對于客船規(guī)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(qū)，這樣能夠保證無論是某一廣播主機出現(xiàn)故障或者某一路揚聲器出現(xiàn)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(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

對于普通船舶設計，娛樂系統(tǒng)的設計使用需求完全根據(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。但是對于客船而言，其使用對象和船舶運營目的發(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(jù)客船不同區(qū)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(qū)域的觀影體驗，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，而舞臺表演則根據(jù)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(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、信號處理設備、功放、音響，以及傳輸系統(tǒng)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(tǒng)原理

由于客船娛樂系統(tǒng)在公共區(qū)域和主題風格的舞臺具有不同的功能分配，在不同區(qū)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(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(guī)范并未對娛樂系統(tǒng)的揚聲器數(shù)量作一定要求，所以揚聲器數(shù)量以滿足場景需求即可；對于廣播系統(tǒng)，規(guī)范規(guī)定揚聲器必須雙路冗余控制。以某一公共區(qū)域(餐廳)的揚聲器布置示意圖為例，廣播系統(tǒng)只表述一路揚聲器，其揚聲器的布置圖見圖5。

圖5 傳統(tǒng)客船揚聲器布置示意(以餐廳為例)

顯然傳統(tǒng)設計方法造成了揚聲器數(shù)量的浪費，更不利于2個系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)將音頻信號傳輸給廣播系統(tǒng)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(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

對系統(tǒng)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(tǒng)即圖中白色揚聲器，第二揚聲器屬于廣播系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)，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(tǒng)對于揚聲器的使用優(yōu)先級要高于娛樂系統(tǒng)播放背景音樂的優(yōu)先級。當廣播系統(tǒng)出現(xiàn)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(tǒng)沒有進行喊話或者報警響鈴狀態(tài)時，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，并將信號按照傳輸?shù)牡刂穼ふ业降诙P聲器并進行音樂的播放；一旦出現(xiàn)廣播系統(tǒng)需要工作時則立即切斷背景音樂控制信號，進行常規(guī)廣播喊話或者報警工作。

4 結(jié)論

設計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轉(zhuǎn)至廣播主機的控制模塊中，通過廣播系統(tǒng)的控制模塊將2種控制信號通過編碼方式實現(xiàn)使用一路揚聲器同時達到兩種目的，即能滿足廣播系統(tǒng)的使用需求同時保證娛樂系統(tǒng)背景音樂的播放。既能達到系統(tǒng)功能要求，同時可減少揚聲器使用數(shù)量，實現(xiàn)了船舶不同系統(tǒng)間的信息交互共享。