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数字广播系统在奥林匹克森林公园三场馆中的应用 1970/01/01 19:04 点击:490 / 回复:0

  来源:中建(北京)国际设计顾问有限公司机电事业部智能化所
 作者:陈英 刘文捷 李志涛
时间:2008-11-19 15:22:51
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近年来,随着大型公建项目的不断涌现,数字广播系统以其在管理、灵活性、远距传输性、可拓展性等诸多方面的优势,逐渐被人们所接受,尤其是奥运会在北京的召开,大量新型体育场馆的建设,使数字广播系统再一次的被广泛的得以应用。其中,奥林匹克森林公园三场馆区是数字广播系统应用的一个非常典型的案例。
    奥林匹克森林公园三场馆,位于奥林匹克公园西区,北邻奥运村,占地面积巨大,是由奥林匹克公园网球中心、射箭场和曲棍球场组成,在奥运期间承担着相关赛事的举办。虽然三片场馆区在赛事期间所承担的比赛项目各不相同,但是由于其地理位置的相邻性,致使其在运营时仍然作为一个统一的区域进行管理。
    就单个场馆而言,每个场馆仍然占据了很大的面积,单以网球中心为例,其拥有三个大型比赛场地,8片预选赛场地和6片练习场地,整个网球中心从东边的练习场到西边的安检口,直线距离达500米以上。在这个距离等级上,传统的集中式广播系统面临了很大的设计瓶颈。而如果采用分散式的广播系统,如何解决各个区域系统间的协调管理工作,也是设计中所面临的难题。数字广播系统很好的解决了这一矛盾。
    和传统的模拟广播系统相比,数字广播系统的基本架构并没有发生本质的改变,其主要构成部分仍是由声源部分、前置放大部分、音频处理(切换)主机、功率放大器、末端音箱等基本元件组成,但其数字特性却使这种架构内部发生了质的变化,除了将原有功能单一的音频处理(切换)主机替换成了强大的数字音频矩阵外,还将除功放至两级末端(这里指的是音源到前置放大器间和功率放大器到末端音箱间的位置)以外其他阶段的模拟音频信号完全转变为数字通信及音频信号,并通过专有的数字协议,使得数字信号可以在局域网内进行通讯。在局域网已经相当成熟的今天,这种架构不但大大的提高了单一广播系统的传输距离、覆盖范围,也使本来架构单一的系统变得更加丰富起来,原本只能集中或是分散管理的大型广播系统已经完全变革为既可以分散管理又可以统一协同的集散式广播系统了。
    与其他智能化系统一样,数字广播系统也是由一台功能强大的中央处理器构成整个系统的核心的。现在一般的流行叫法喜欢称之为数字音频矩阵或数字音频处理器,虽然在传统的广播系统中,我们仍可以看到类似的设备,但事实上,除了在架构中他们所处的位置还有设备的外形看上去有些类似以外,他们从本质上将基本上是完全不同的两种设备。最本质的区别便是,数字音频矩阵所处理的音频资源(无论是输入还是输出)均是以数字形式出现的,而非传统模拟音频信号,这就使得很多以往只能通过压限或增益设备才能完成的功能,完全可以在数字音频矩阵中通过软件来完成,从而使系统的结果变得更加简洁和易于维护。当连接入局域网以后,数字化的特性也可以使数字媒体矩阵更像是一个位于网络节点的计算机而非一个与众不同的切换器,这就使操作他的工作站可以位于网络的任何一个节点上,为灵活的集散式控制管理提供了前提条件。
    如前文所说,即使在数字广播系统中,音源到前置放大器间和功率放大器到末端音箱间的阶段信号仍为模拟音频信号,这往往是由于前端音源和末端音箱设备自身限制所造成了,所以,一般而言,数字广播系统的模数/数模转换部分均设置在放大器一侧,这是由一个称之为接口机的数模/模数转换设备来完成的,这种接口机通常可以提供多路的音频数据的输入或输出,而且接口机与数字音频矩阵间,则通过局域网,采用数字音频进行传输,在网球中心的广播系统设计中,数字接口机被分散放置在远离中央控制室的弱电间内,使终端音箱设备与功率放大器间的距离大幅缩短,从而降低了因功率信号传输距离过长而造成的损耗,大大的提高了广播系统的覆盖范围。
    型如计算机的数字音频矩阵的另外一个优势就是,因为网络节点的平等性,使其在同一个网络中,允许拥有多套的数字音频矩阵设备,这使得这样的系统在有特殊的使用需求下,能够组成更加灵活的系统组成,整个音频网络既可以形成一个大系统,也可以分散成几个完全独立的子广播系统。
    在网球中心的广播设计中,中心球场和1号球场位于一个被称作1号平台的独立建筑体系中,它与由预算赛场构成的2号平台和2号场构成的3号平台遥相呼应,在场馆的使用上,位于3号平台的2号球场有单独使用的需求,但整个网球中心仍要构成整体的广播系统。

根据此需求,在网球中心的广播系统设计中,就采用了2套数字音频矩阵,位于2号场(3号平台)的数字音频矩阵除了可以处理3号平台上的广播分区外,还以就近原则,带动了位于3号平台西侧园区广播个各个广播分区。这使得整个网球中心在广播设计上即离散又统一,管理和维护上相当的灵活。
    在奥林匹克公园三场馆设计中,所遇到的另外一个问题就是场馆的使用寿命上不尽相同的问题。除了奥林匹克公园网球中心将作为永久场馆在赛后保留下来以外,射箭场和曲棍球场均为临时性场馆,奥运赛后将进行拆除。所以,在广播系统的设计上网球中心和其他两个场馆仍需进行不同对待。
    数字广播系统很好的解决了这个问题。在三场馆的设计中,数字广播系统的“可拓展性”被演绎为“可拆除性”。在实际设计中,射箭场和曲棍球场分别采用独立的数字音频矩阵进行控制,由于距离上的限制,这两套音频矩阵系统通过室外光缆与网球中央监控室相连,但音频矩阵间的通信仍是在局域网内完成的。赛后,随着射箭场和曲棍球场的拆除,其中的广播系统可以整体的从三场馆广播系统中拆离出去,除了软件上进行简单的重新组态外对网球场的广播系统架构不造成任何影响,同时,原先服务于射箭场和曲棍球场的各种设备还可以移作它用,从经济上起到节俭的作用,充分使节俭办奥运的宗旨得到了体现。
    除了体育场馆,数字广播系统的另一个广泛应用领域是机场,两者同样面临建筑面积广,使用与管理复杂多样的情况,尤其是多点的远程呼叫站设置,两者更有很多相似之处。但不同的是,相对于机场,体育设施对远程呼叫站的要求并不很高。针对机场多点呼叫的需求,很多数字广播厂家开发了自己独特的呼叫系统,功能强大、可靠性高、使用方便的同时,也带来了另外一个问题,那就是造价昂贵。单以一个带分区选择功能的远程呼叫话筒为例,其设备造价(不考虑额外的线缆造价)就以数万元为计。所以,在以经济性为重要前提的奥运场馆设计中,这种设备往往被设计者们敬而远之,但是,简单的呼叫话筒+前置放大器所构成的远端呼叫站却无法具备广播分区切换的操作,从功能上讲,满足不了实际使用的需求。在网球中心的广播系统设计中,我们找到了一种经济可行的解决办法。
    根据网球中心的使用需求,远端呼叫站一般发生在贵宾大厅、运动员大厅、检录处等位置,赛事期间,这些位置均会设置服务台等设施,除了广播功能,这些设施一般都是同时兼顾问询服务,连接局域网的计算机终端往往是这些服务台的必备设备之一。在呼叫站的设计上,网球中心仍采用呼叫话筒+前置放大器的方式,所不同的是,在服务台的计算机上预装了数字广播系统的客户端软件,这些电脑可以通过局域网与数字音频矩阵相连,通过对软件的权限设置,可以使每个呼叫站进行有限的广播分区切换,从而达到了与带切换功能远端呼叫站专有设备同样的功能。而服务台的计算机由于采用了其他系统中的原有设备,故可以不纳入到广播系统的预算中来,而且不需要对其进行独特的布线,从而达到了资源有效利用和设备节省的目的。
    通过以上这些巧妙的设计,可以使广播系统更加优化、灵活,但在设计当中,很多重要的细节仍是设计工作中所必须遵从的。
    虽然无论是控制通讯还是数字音频通讯都是采用局域网的传输方式,但就其本质来说,传输的却完全是两种东西,数字音频拥有自己独特的传输协议,是完全有别于网络传输的TCP/IP协议的,现在国际上较为流行的一种音频传输协议为CobraNet协议。其主要特点如下:
  •  量化20 bit, 48kHz采样频率l 无数码失真和音频噪音l
  •  动态范围(信噪比) 122.16 dBl
  •  失真≤0.000078%  (最大功率时)l
  •  频率响应:+0dB/-0.5dB, 20Hz~20 kHzl
  •  用以太网信息包透过网络时,缓冲音频延时不大于5毫秒l
 一条100Mbit 连接线可以在每个方向传输64路音频信号,等于一条六类线可以传输128路音频信号,1000l MBase连接可以再增加更多路传输提供一个共通传输给控制协议,因为CobraNet是以太网网络,所以不同的协议可以在这个环境一起使用,而互不干扰。
    尽管CobraNet协议可以与其他协议在同一环境下使用,但由于其对数字音频的无损传输,使其占据了大量网络带宽,其在使用中的重要性(尤其是广播系统兼具消防广播功能时)也决定了其网络构成与其他系统共用的不现实性。在一般设计中,音频数据传输网络往往应单独组网,这样不但有效的保证了音频带宽,也保证了其稳定可靠性和安全性。但对于广播系统的控制通讯信号,则可与既有局域网共用。
    综上所述,数字广播系统虽然较之传统的模拟广播系统有很大的可扩展性、灵活性,其功能优势在大型公共建筑中的体现更为突出,但是在设计中,仍应根据建筑的实际使用需求对其进行有针对性的设计,才能保证其在使用性和经济性之间得到最佳的平衡关系。

文章:218.19.54.230 [1970/01/01 19:04]
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