现代报告厅多媒体集成系统的工程设计.docVIP

现代报告厅多媒体集成系统的工程设计 南开大学声学所 潘立超摘要本文简要阐述了现代报告厅各子系统,包括：扩声系统、视频系统、灯光（供电）系统、控制系统等的工程设计理念，并以一个比较典型完整的工程范例来说明其在实际中的运用。首先，这里报告厅的系统集成与控制是指一个报告厅按功能要求所需的设备及对设备的操作而言的。通常，一个多媒体报告厅有扩声系统（包括会议讨论系统），还有为进行资料展示和播放的视频系统（包括摄像系统），如果需要还有同声传译系统及为进行数据和资料交换的网络系统等。传统的做法是将它们组合起来，由操作员分别操作。这仅是硬件设备的集?quot;。随着通信和控制技术的发展，对这些设备（系统）的集中控制已是现代报告厅的发展趋势，即软件控制集成，从而做到真正的系统集成。这样会极大地强化了设备的使用功率和功能，使设备始终处于最佳使用状态，做到以使用人操作为主、操作员操作为辅，充分体现以使用人的意愿为本的设计理念。这就是本文的控制系统概念。下面就各个子系统在工程设计中的要点作一简要讨论。一、音响扩声系统报告厅的扩声系统除了要求系统本身的稳定性和可靠性外，声场方面要求有较高的清晰度和传声增益。其中建声设计对这两项的影响起着决定性作用，特别是房间的频率传输特性和各频段的混响时间。这在扩声设计中要高度重视，否则无论系统配制多好，增益也升不上去。也不要指望反馈抑制器能起到决定作用，因为它仅仅在混响声场中对某些窄带频率有作用。如果一个扩声系统提升增益时在宽带范围内发生反馈，这个系统（包括大听建声设计）已经做得很好了。另一方面，由于大部分报告厅的面积不是很大（如果很大，也能通过采用分布系统来做到），很容易选择扬声器的指向性并通过对临界半径的确定来决定扬声器的有效投射范围，从而保证扩声的清晰度和系统传声增益，并在一定程度上弥补某些建声上的缺陷。扩声系统声场的设计基本依据是国家的有关技术标准。如声场中的最大声压级、声场不均匀度、频率传递函数、传声增益等。其中声场不均匀度和清晰度在某些个别情况下似乎有些冲突（比如再生祥和音质要求特别高的场合）。这个只好由设计人员自身掌握及靠安装扬声器的位置高度和指向角度来把握分寸了。另外扩声系统设备间的电平匹配也相当重要，它是保证系统本身性能运转良好最基本的条件。总之，做到和做好有关国家规范要求并不时间很难的事。这里我们想强调和提醒的是一个比较容易被人忽略的概念，那就是在做到以上要求的同时，怎样做到声场的音质控制，即音质控制概念。这对于扩声系统的性能价格比和投资控制起着决定性的作用。一个高水平的设计人员懂得音质控制是相当必要的。这里不仅仅是对清晰度、传声增益等提出了要求（虽然大部分扩声的基本问题是为了解决清晰度）。即使在剧场、舞厅、体育馆、广场扩声部都存在这个问题。这里我们不准备详细讨论怎样做好音质控制（当然这里涉及到投资控制），仅仅谈一下影响音质的几个因素和要做到音色控制对一个设计人员的素质要求。从事音响工程设计、调试和施工的人大部分都有这样的机会：同样的器材在不同的实用场合音质是有差别的，不管这种差别是来自哪个频段或者使用哪种主观评价术语来描述这种音质的差别所在。其二，音响器材的不同会造成重放声音质的不同，这是比较容易理解的，它包括音箱、功放、周边及调音台，当然音箱的影响是最大的。需要指出的是房间声学特性不同引起音质的差异最为微妙，它不单是混响时间或某些房间参数数值变化多少而引起的音质变化多少，而是一个非常综合的东西，需要用主观术语描述。因此，对工程设计人员除了能熟练正确运用技术手段保证达到国家规范和对各种器材的技术性能指标应用外，还要有正确的主观评价理念及对各种器材主观听音经验，并在设计工作中逐步体会和运用。除此外，根据业主的投资控制和功能要求、设计最优性价比的系统是一个优秀设计人员应具备的职业道德。这本身对设计人员的专业综合能力是一个很高的要求。二、视频系统报告厅的视频系统设计比较简单，除了选择有关的视频信号源如录像机、手提电脑、视频展示仪、摄像机等外，关键是显示设备的选择，如液晶数据投影仪等，根据需要选择相应的亮度、分辨率、梯形校正范围及确定安装距离并选择正投或背投。其中需注意的是计算机VGA信号直接传输的距离较短（一般不超过三十米），一般需要在计算机和投影机间双边加隔离驱动器，要注意记笔记时的灯光亮度和投影亮度的关系，为了防止异常供电情况下损坏设备，投影机和工作电脑最好通过UPS供电。三、控制系统控制系统也称中央控制系统，它是利用计算机控制和通讯技术对关键设备进行操作上的一种集成，即我们上面提到的控制集成。它主要由计算机、通讯接口、控制平台（一般是开放的）和输出控制信号模块构成，其技术比较成熟。针对报告厅，常用的输出信号有红外控制码（通过红外发射输出）、连续模拟典雅、继电器开关量和高阻抗线路信号等，从而可以操作所有具有红外遥控装置的设备，如各种信号源、投影电视等：模拟和数字硅箱、普通照明开关、扩声系统音量即信号切换。一般用鼠标或触摸屏操作，国内也开发了许多类似系统。目前常见的产品有美国的快思聪（Crestron）和AMX系统。这样，根据报告厅的要求就能选择各种控制功能，集成度可以做到很高。除上所述还包括升降装置和投影幕布、电动窗帘、大幕、升降舞台以及云台控制器、摄像机、空调装置等等。 四、其它系统如果需要，报告厅还有投票表决系统、同声传译系统。它们分有线和无线两种，大部分产品均已数字化，设计、施工比较简单，一根电缆连接就解决了。目前最常用的产品有荷兰飞利浦、日本Sony和丹麦DAS，这里就不再细述了。五、范例我们以南京大学科技楼国际会议报告厅的系统设计为例来说明它们的关系和应用。南京大学科技楼国际会议报告厅占地约三百平方米，呈扇形阶梯状，有120人座位，是南大重要的学术报告和会议场所，也是南大的一个重点项目。根据校方要求，该报告厅具有优异的扩声系统、14位贵宾席的会议讨论系统、60席位的同声传以系统（4+1种语言）、60人的投票表决系统、中央控制系统、摄像系统、视频系统及计算机网络系统（远程通讯）。全部系统设计由本校完成。其中建声设计和除网络外的系统设计由本校声学研究所完成，并对工程进行内部监理。报告厅的中频混响时间控制在0.50.7秒。扩声系统的音箱选用了法国力素（NEXO）的PS15系统2套、一对投射后场、一对投射中前场。选择的理由一方面时PS15的重放声音质比较纯正、音色也好、音箱体积较小，便于隐藏安装。另外PS15的不对称恒指向性号角特性有利于报告厅前后场清晰度保持一致。（其不对称方向可以四个角度调节）。音箱控制器本身带有过载保护装置。功放由美国的皇冠（CROWN）的MA系列来驱动。扩声系统的可靠性非常好。声学特性按语言和音乐兼用一级标准设计。会议讨论、投票表决、同声传译系统综合（功能、造价、供货时间等因素）考虑选择了飞利浦产品，为了便于今后的扩展和灵活多变，会议讨论系统主机仍然选用了飞利浦LBB3500/10增强型主机（DCN型）。管线预埋至每个座位（包括网络接口），并配置了相应的会议管理软件。同声传译系统采用了红外线发射与接受方式。投票表决系统也采用了飞利浦的LBB3600无线数据传输方式，其结果送往大屏幕。本部分系统虽然规模不大，但稍加改动，就能构成带同声传译的大型会议系统，而且各部分相对独立，比较灵活。本报告厅的视频系统设计的最大特点是在其信号的分配、切换上的高度集成化（见视频系统原理图）。自行设计的一台程控切换与分配器完成了所有视频、VGA信号的交换，包括手体电脑、表决结果显示、视频信号源、展示仪、多路摄像机、任意四路输入的环出监控（控制室用），以及备用的输入/输出信号传输交换。另外，还有两路带云台的变焦摄像机对现场监控和供实况转播用。中央控制系统完成了扩声的音量控制、灯光的多路分区控制、投影机的开启（和睦不同步）、校标、白板的升降。所有信号源的播放、摄影机参数的设置及视频信号的各种切换和云台控制、操作终端分别设在讲台和控制室内，讲台上用触摸屏，控制室用鼠标，控制软件和硬件均自行开发。各系统联机调试一步通过。经声学所测试、建声和扩声的声学特性均达到和超过预定目标。并于1999年5月交付使用。各系统原理框图见下。（会议讨论、表决、同声传译系统略）六、结束语本文简要阐述了现代报告厅的