近年來,隨著大型公建項目的不斷涌現,數字廣播系統以其在管理、靈活性、遠距傳輸性、可拓展性等諸多方面的優勢,逐漸被人們所接受,尤其是奧運會在北京的召開,大量新型體育場館的建設,使數字廣播系統再一次的被廣泛的得以應用。其中,奧林匹克森林公園三場館區是數字廣播系統應用的一個非常典型的案例。
奧林匹克森林公園三場館,位于奧林匹克公園西區,北鄰奧運村,占地面積巨大,是由奧林匹克公園網球中心、射箭場和曲棍球場組成,在奧運期間承擔著相關賽事的舉辦。雖然三片場館區在賽事期間所承擔的比賽項目各不相同,但是由于其地理位置的相鄰性,致使其在運營時仍然作為一個統一的區域進行管理。
就單個場館而言,每個場館仍然占據了很大的面積,單以網球中心為例,其擁有三個大型比賽場地,8片預選賽場地和6片練習場地,整個網球中心從東邊的練習場到西邊的安檢口,直線距離達500米以上。在這個距離等級上,傳統的集中式廣播系統面臨了很大的設計瓶頸。而如果采用分散式的廣播系統,如何解決各個區域系統間的協調管理工作,也是設計中所面臨的難題。數字廣播系統很好的解決了這一矛盾。
和傳統的模擬廣播系統相比,數字廣播系統的基本架構并沒有發生本質的改變,其主要構成部分仍是由聲源部分、前置放大部分、音頻處理(切換)主機、功率放大器、末端音箱等基本元件組成,但其數字特性卻使這種架構內部發生了質的變化,除了將原有功能單一的音頻處理(切換)主機替換成了強大的數字音頻矩陣外,還將除功放至兩級末端(這里指的是音源到前置放大器間和功率放大器到末端音箱間的位置)以外其他階段的模擬音頻信號完全轉變為數字通信及音頻信號,并通過專有的數字協議,使得數字信號可以在局域網內進行通訊。在局域網已經相當成熟的今天,這種架構不但大大的提高了單一廣播系統的傳輸距離、覆蓋范圍,也使本來架構單一的系統變得更加豐富起來,原本只能集中或是分散管理的大型廣播系統已經完全變革為既可以分散管理又可以統一協同的集散式廣播系統了。
與其他智能化系統一樣,數字廣播系統也是由一臺功能強大的中央處理器構成整個系統的核心的。現在一般的流行叫法喜歡稱之為數字音頻矩陣或數字音頻處理器,雖然在傳統的廣播系統中,我們仍可以看到類似的設備,但事實上,除了在架構中他們所處的位置還有設備的外形看上去有些類似以外,他們從本質上將基本上是完全不同的兩種設備。最本質的區別便是,數字音頻矩陣所處理的音頻資源(無論是輸入還是輸出)均是以數字形式出現的,而非傳統模擬音頻信號,這就使得很多以往只能通過壓限或增益設備才能完成的功能,完全可以在數字音頻矩陣中通過軟件來完成,從而使系統的結果變得更加簡潔和易于維護。當連接入局域網以后,數字化的特性也可以使數字媒體矩陣更像是一個位于網絡節點的計算機而非一個與眾不同的切換器,這就使操作他的工作站可以位于網絡的任何一個節點上,為靈活的集散式控制管理提供了前提條件。
如前文所說,即使在數字廣播系統中,音源到前置放大器間和功率放大器到末端音箱間的階段信號仍為模擬音頻信號,這往往是由于前端音源和末端音箱設備自身限制所造成了,所以,一般而言,數字廣播系統的模數/數模轉換部分均設置在放大器一側,這是由一個稱之為接口機的數模/模數轉換設備來完成的,這種接口機通常可以提供多路的音頻數據的輸入或輸出,而且接口機與數字音頻矩陣間,則通過局域網,采用數字音頻進行傳輸,在網球中心的廣播系統設計中,數字接口機被分散放置在遠離中央控制室的弱電間內,使終端音箱設備與功率放大器間的距離大幅縮短,從而降低了因功率信號傳輸距離過長而造成的損耗,大大的提高了廣播系統的覆蓋范圍。
型如計算機的數字音頻矩陣的另外一個優勢就是,因為網絡節點的平等性,使其在同一個網絡中,允許擁有多套的數字音頻矩陣設備,這使得這樣的系統在有特殊的使用需求下,能夠組成更加靈活的系統組成,整個音頻網絡既可以形成一個大系統,也可以分散成幾個完全獨立的子廣播系統。
在網球中心的廣播設計中,中心球場和1號球場位于一個被稱作1號平臺的獨立建筑體系中,它與由預算賽場構成的2號平臺和2號場構成的3號平臺遙相呼應,在場館的使用上,位于3號平臺的2號球場有單獨使用的需求,但整個網球中心仍要構成整體的廣播系統。
根據此需求,在網球中心的廣播系統設計中,就采用了2套數字音頻矩陣,位于2號場(3號平臺)的數字音頻矩陣除了可以處理3號平臺上的廣播分區外,還以就近原則,帶動了位于3號平臺西側園區廣播個各個廣播分區。這使得整個網球中心在廣播設計上即離散又統一,管理和維護上相當的靈活。
在奧林匹克公園三場館設計中,所遇到的另外一個問題就是場館的使用壽命上不盡相同的問題。除了奧林匹克公園網球中心將作為永久場館在賽后保留下來以外,射箭場和曲棍球場均為臨時性場館,奧運賽后將進行拆除。所以,在廣播系統的設計上網球中心和其他兩個場館仍需進行不同對待。
數字廣播系統很好的解決了這個問題。在三場館的設計中,數字廣播系統的“可拓展性”被演繹為“可拆除性”。在實際設計中,射箭場和曲棍球場分別采用獨立的數字音頻矩陣進行控制,由于距離上的限制,這兩套音頻矩陣系統通過室外光纜與網球中央監控室相連,但音頻矩陣間的通信仍是在局域網內完成的。賽后,隨著射箭場和曲棍球場的拆除,其中的廣播系統可以整體的從三場館廣播系統中拆離出去,除了軟件上進行簡單的重新組態外對網球場的廣播系統架構不造成任何影響,同時,原先服務于射箭場和曲棍球場的各種設備還可以移作它用,從經濟上起到節儉的作用,充分使節儉辦奧運的宗旨得到了體現。
除了體育場館,數字廣播系統的另一個廣泛應用領域是機場,兩者同樣面臨建筑面積廣,使用與管理復雜多樣的情況,尤其是多點的遠程呼叫站設置,兩者更有很多相似之處。但不同的是,相對于機場,體育設施對遠程呼叫站的要求并不很高。針對機場多點呼叫的需求,很多數字廣播廠家開發了自己獨特的呼叫系統,功能強大、可靠性高、使用方便的同時,也帶來了另外一個問題,那就是造價昂貴。單以一個帶分區選擇功能的遠程呼叫話筒為例,其設備造價(不考慮額外的線纜造價)就以數萬元為計。所以,在以經濟性為重要前提的奧運場館設計中,這種設備往往被設計者們敬而遠之,但是,簡單的呼叫話筒+前置放大器所構成的遠端呼叫站卻無法具備廣播分區切換的操作,從功能上講,滿足不了實際使用的需求。在網球中心的廣播系統設計中,我們找到了一種經濟可行的解決辦法。
根據網球中心的使用需求,遠端呼叫站一般發生在貴賓大廳、運動員大廳、檢錄處等位置,賽事期間,這些位置均會設置服務臺等設施,除了廣播功能,這些設施一般都是同時兼顧問詢服務,連接局域網的計算機終端往往是這些服務臺的必備設備之一。在呼叫站的設計上,網球中心仍采用呼叫話筒+前置放大器的方式,所不同的是,在服務臺的計算機上預裝了數字廣播系統的客戶端軟件,這些電腦可以通過局域網與數字音頻矩陣相連,通過對軟件的權限設置,可以使每個呼叫站進行有限的廣播分區切換,從而達到了與帶切換功能遠端呼叫站專有設備同樣的功能。而服務臺的計算機由于采用了其他系統中的原有設備,故可以不納入到廣播系統的預算中來,而且不需要對其進行獨特的布線,從而達到了資源有效利用和設備節省的目的。
通過以上這些巧妙的設計,可以使廣播系統更加優化、靈活,但在設計當中,很多重要的細節仍是設計工作中所必須遵從的。
雖然無論是控制通訊還是數字音頻通訊都是采用局域網的傳輸方式,但就其本質來說,傳輸的卻完全是兩種東西,數字音頻擁有自己獨特的傳輸協議,是完全有別于網絡傳輸的TCP/IP協議的,現在國際上較為流行的一種音頻傳輸協議為CobraNet協議。其主要特點如下:
無數碼失真和音頻噪音? 量化20 bit, 48kHz采樣頻率
動態范圍(信噪比) 122.16 dB
失真≤0.000078% (最大功率時)
頻率響應:+0dB/-0.5dB, 20Hz~20 kHz
用以太網信息包透過網絡時,緩沖音頻延時不大于5?毫秒
一條100Mbit 連接線可以在每個方向傳輸64路音頻信號,等于一條六類線可以傳輸128路音頻信號,1000 MBase連接可以再增加更多路傳輸提供一個共通傳輸給控制協議,因為CobraNet是以太網網絡,所以不同的協議可以在這個環境一起使用,而互不干擾。
盡管CobraNet協議可以與其他協議在同一環境下使用,但由于其對數字音頻的無損傳輸,使其占據了大量網絡帶寬,其在使用中的重要性(尤其是廣播系統兼具消防廣播功能時)也決定了其網絡構成與其他系統共用的不現實性。在一般設計中,音頻數據傳輸網絡往往應單獨組網,這樣不但有效的保證了音頻帶寬,也保證了其穩定可靠性和安全性。但對于廣播系統的控制通訊信號,則可與既有局域網共用。
綜上所述,數字廣播系統雖然較之傳統的模擬廣播系統有很大的可擴展性、靈活性,其功能優勢在大型公共建筑中的體現更為突出,但是在設計中,仍應根據建筑的實際使用需求對其進行有針對性的設計,才能保證其在使用性和經濟性之間得到最佳的平衡關系。