小议体育场馆广播系统、闭路监控系统、大屏幕显示系统的设计

引言：

　　随着社会生活节奏的加快、科技的高速、以及人们对环境的重视，人们对体育场馆弱电系统的设计要求更加人性化、方便化。

　　本文着重介绍弱电系统中的紧急广播系统、场地扩声系统、闭路监控系统、大屏幕显示系统。谨供参考。

l　紧急／公共广播系统

1．1需求分析

　　体育场馆的紧急／公共广播要求和一般建筑相比，大体需求相似，仍有一定的特殊性，设计体育场馆紧急广播系统时，要注意的问题是如何对观众席和场地的噪音进行有效补偿。在场地、观众席、集散厅等地设置噪音探测器，并进行相应的音频补偿。

　　紧急／公共广播的功能是，平时可用于业务广播，紧急情况时能作为紧急广播优先利用。在完善语音报警装置的同时，提高紧急操作性；适应体育场馆等大型建筑物需求的最多线路、对所有场所及时响应的能力，提高紧急情况疏导时的安全性。

1．2系统概述

◎紧急广播系统

　　传统的报警铃声难以疏导在场人员(工作人员、运动员、观众、VIP席等)，而该系统则能通过详细的语音广播明确地对场馆的任何一个场所进行广播。

　　在向馆内所有人员告知紧急情况的发生并进行疏导的同时，还能够准确地掌握发生火灾的地点及情况。

◎广播管理系统

针对特定场所和区域进行广播。

通过存储比赛用的BGM和广播内容，能够自动掌握日期及星期等信息。

通过对各区域播放不同的，营造更为舒爽的环境。

◎紧急疏导系统

当发生火灾时，通过监视器掌握现场情况。在中央管理中心实时掌握现场情况，及时采取相应的对策。

能在通过监视器确认安全疏散途径的同时，迅速疏导馆内人员。

◎分布式拓扑结构

根据功能区域的分布，将功放分布式摆放，减少布线成本，减少控制中心电力负载，易于维护管理

通过数字音频传输音频信号

通过减少功率传输距离，减少音频功率衰减1．3设计方法

1．3．1广播系统工程设计流程

1．3．2设计原则

◎扬声器分布

在有天花板吊顶的室内，宜用嵌入式的、无后罩的吸顶音箱

在无吊顶的室内(例如地下停车场)则宜选用壁挂音箱或音柱

在室外，宜选用防雨音箱或号角。这类扬声器不仅有防雨功能，而且音量大。在小区、园林、草地，宜选用草坪音箱。这类音箱防雨、造型优美，且音量和音质都比较讲究

在装修考究、顶棚高阔的厅堂，宜选用造型优雅、色调和谐的吊装式扬声器

在防火要求较高的场合，宜选用防火型的扬声器。这类扬声器是全密封型的，其出线口能够与阻燃套管配接。

　　广播扬声器通常是分散配置的，所以广播覆盖区的声压，既可以近似地认为是单个广播扬声器的贡献。根据有关的电声学理论，扬声器覆盖区的声压级SPL同扬声器的灵敏度级Lm、馈给扬声器的电功率P、听音点与扬声器的距离等有如下关系：

SPL=Lm+10 k p-20 lg r dB(1)

可以得出，距离每增加1倍，声压级将下降6db，在体育场馆广播的设计中要考虑把音量和声压综合考虑。

◎回路数量确定

紧急广播按楼层划分线路

在同一楼层中，着火区域不同区间、电梯、楼梯、室外可以作为1个独立的回路设置。

在同一楼层的回路可以按照功能区域进一步划分

◎输入音频选择

依据需求配置相应的混音器、噪音探测器、遥控麦克风、紧急操作装置

◎功放配置

功放配置

　　广播功放的最重要指标是额定输出功率。应选用多大的额定输出功率，须视广播扬声器的总功率而定。对于广播系统来说，只要广播扬声器的总功率小于或等于功放的额定功率，而且电压参数相同，即可随意配接，但考虑到线路损耗、老化等因素，应适当留有功率余量。按照“规范”的要求，功放的容量(相当于额定输出功率)一般应按下式计算：

P=K1 xK2x∑P0(2)

P——功放设备输出总电功率(w)

P0——每一回路(相当于分区)同时广播时最大电功率

P0=Ki~Pi

P1——第i分区扬声器额定容量

Ki——第i分区同时需要系数：

服务性广播客房节目，取0．2—0．4

背景音乐系统，取O．5~0．6

业务性广播，取0．7-0．8

火灾事故广播，取1．0

K1——线路衰耗补偿系数：1．26-1．58

K2——老化系数：1．2~1．4

备用功放计算

　　如果是背景音乐系统，广播功放的额定输出功率应是扬声器总功率的1．3倍左右。

　　所有公共广播系统原则上应能进行灾害事故紧急广播，因此，系统须设置紧急广播功放。根据“规范”要求，紧急广播功放的额定输出功率应是广播扬声器容量最大的三个分区中扬声器容量总和的1．5倍。

◎分区选择

　　一个公共广播系统通常划分成若干个区域，由管理人员(或预编程序)决定那些区域须发布广播、那些区域须暂停广播、那些区域须插入紧急广播等等。

分区方案原则上取决于客户的需要。通常可参考下列规则：

1、体育场馆通常以看台分区、贵宾席分区、管理分区。

2、体育场馆管理部门与公共场所、运动员场所宜分别设区。

3、重要部门或广播扬声器音量有必要由现场人员任意调节的宜单独设区。

　　总之，分区是为了便于管理。凡是需要分别对待的部分，都应分割成不同的区。但每一个区内，广播扬声器的总功率不能太大，须同音频矩阵和功放的容量相适应。

1．4广播系统配置图

2　场地扩声系统

2．1需求分析

　　相比一般大型建筑，场馆具有其独特性，超高超大空间、建筑的多样性等决定了体育场馆弱电系统的独特性。本文着重于其多样性和空间特性来讨论有关场地扩声系统的设计原则等若干问题。

　　由于体育场馆的全天候、多用途、多功能特性。需要场地扩声系统可以灵活对应不同用途所需的各种情况，诸如开幕式、体育比赛、演唱会、文艺演出、会、展览会等不同的情境场合，以及其不同的观众容量、流量的变化。并要求在各种场合情境下兼备高清晰的广播及高保真的音乐效果。

　　本文借鉴的大阪体育馆的场地扩声系统，对场地扩声系统作相关阐述，谨供。

2．2系统概述

　　大阪体育馆是承办棒球为主的各种体育运动、各种音乐会到展览会，体育馆直径202m、高72m、容积120万m2，最大容纳55,000人，集多功能为一体，位于日本关西城市圈的大规模体育场馆设施。基于体育馆多用途、大空间的特点，该场馆的场地扩声系统选用的松下RAMSA音响

系统。

2．2．1系统设备配置

　　在六层音响调光室设置音响调整桌，苹果机支架、音场支援架等，在左右两侧的功放室配置用于音场补偿的平衡器和功放群组、数码多功能平衡器、音域控制器、数字音频处理器、114台功放等设备，通过在音响调光室进行集中控制。

　　扬声器系统由位于体育馆中央的中心扬声器组、观众席上部的辅助广播扬声器、上层包厢下的扬声器、6层到8层围绕着赛场的贵宾室(VIP席)扬声器构成。

　　大阪体育馆的最大特点是可以根据各种不同的功能性活动的需求，改变顶棚的高度，即环形顶棚升降系统。并且，通过顶棚的升降可以自由控制场内光线的亮度，如体育赛事等需要露天光的户外运动、音乐会等需要完全遮光等情况。为了适应顶棚的升降带来的各种变化，诸如观众席座位数量的变化、临时观众席的变化、用于赛事场地分割的隔断墙位置的变化等，音响系统具备符合赛事要求的预置功能，是非常必要的。不仅要满足体育比赛时所需要的清晰的广播声音、举办音乐会时所需要的音箱扩声，而且还需要兼顾音乐性的广音域音响特性。

2．2．2系统特点

◎采用由综合型电脑控制的音响系统

　　为了满足体育场空间多变性的环境特点，发挥适于各种活动的最佳音响效果，在音响控制中心的PC终端的彩色显示器上，可轻松设置符合顶棚高度及基本用途的扬声器覆盖的区域、音压水平、延迟时间、平衡器等的参数值模式。另外，为了能够更加满足当时情况的音响要求，进行更加详细的参数设定，可以设置多种不同模式进行管理，最大可以设置999种活动。网络由采用RAMSA-LAN(调整室内)与RAMSA-NET(调整室一功放室间)构成，能够实现系统扩展性和快速性。

◎模式预置功能

以图形显示举办体育比赛、音乐会等体育馆的使用状态

各扬声器的ON／OFF显示

一场活动可以设置10种模式进行管理，最大设置999场活动

对设置在功放室的数码多功能数据处理器进行遥控扬声器组的状态检测网络及各设备的状态检测(自我诊断机能)

以声音进行停电及异常警报报警的机能

采用集中扬声器及分散扬声器并用的方式，实现自然的声音方向感及音压的均分布。

　　因为集中音箱(中心音箱组)和分散音箱(辅助／6厢下／VIP室)的并用，由于声源到听众的距离不同产生声音延迟的现象，为了消除延迟现象，场地扩声系统采用数字音频处理器，对不同的区域进行相应参数设置以达到声音的平衡，实现对声音均匀化、及扩音时序控制。通过延迟参数的设置(比之中心音箱组，距观众席较近的辅助扬声器及二层包厢下的扬声器，通过设置其基于距离差的延迟补偿参数)，确保音压的均匀分布。听众可以感受到中央音箱组和辅助分散音箱浑然一体的自然音响效果。

由观众席后方音场支援系统控制反射音、残留音。

　　体育场馆观众席分为上层和下层剧场式坐席。由于上层座席的前檐阻挡了来自顶棚音源的反射音，所以下层座席的观众听觉效果不佳。为了避免这种情况，采用数码音域控制器把来自顶棚的初次反射音和残留音在包厢下的扬声器上进行再构筑，进行音场支援，实现包厢内与包厢外的声场及声音的自然衔接。

观众席后方音场支援架等音响调光室内的音响设备

音响调整桌WR-SX1A和音响CPU桌架，电力增幅架采用专业音响系统调音台音响调光室使用配备单频24回路、立体声4回路的输入、20回路输出、2回路及矩阵10回路输出的调音台。并配备12回路输人的混音器、CD播放机的音响可移动临时调音台，能够满足音响要求不高的赛事或演出等活动。

为了实现大空间扩声，采用了低阻抗传输方式。常规的场地扩声系统采用功放和扬声器高阻抗连接方式，大阪体育场为了避免信号衰减引起的实际音质恶化，采用了低阻抗传输的方式。使用低衰减的传输电缆，并且尽量减小功放与扬声器间的距离，实现高音质的播放。

3　闭路监控系统

3．1需求分析

　　场馆从建筑角度来看，空间高大，综合复杂。功能完善；从安防角度来看，由于体育比赛的集中性特点，人员流量会有突然增大到极跨情况发生，对于安防监控系统而言，如何在人流极限的情况下，避免突发事件，成为需要着重要注的问题；但是在没有赛事的时期，人员流量会近乎于零。所以，体育场馆的闭路监控系统设除要符合一般安防标准外，还要有灵活性、岁性、可靠性的特点。

坐席音频补偿系统示意

　　随着技术、通信的日益，网络带宽的扩大，视频网络传输的可靠性越来越网络监控系统是完全基于机网络，以其为核心，结合安防监控的实际要求及多年来不断完善的安防理论和经验，运用最新的数字视频技术、现场总线技术、网络通讯技术建立一套软硬件相互结合、崭新、完整的安防体系，优化内部结构，减少不必要的环节，提高整体性能和响应速度，满足新技术不断发展的需要，并向用户提供全面的增值服务，将监控从安全防范提高到管理的高度，这是未来监控系统发展的方向。

　　闭路监控系统用于监视体育场馆、出人口人员监控、观众拥挤情况、场地中心状态、有无急诊病人或可疑人物、设备机器工作状态等功能，由于室外体育场馆的需求，要求摄像机具备即使在夜间户外、光线暗淡的地方也能监视可疑人物的超高灵敏度。监控系统同时是帮助体育场馆赛事的安全运营、有效管理的手段，需要有强大的管理功能、完善的软件、硬件的支持。

3．2系统概述

　　监控网络摄像机直接将视频图像信号直接转换为数字网络信号，并通过网络接口传递到视频服务器，并依据监控管理需要将图像记录到视频数据服务器，并通过通讯服务器与广域网或者特定网络相连，实现远程图像调用、监视功能。在监控中心的视频服务器上可以通过网络远程监视多个音视频图像和安防信息，并可控制前端的云台；监控视频服务器可以记录报警发生时的前端图像，并可以进行网络远程存储，即通过网络存储到相关的存储设备，例如消防主机、安防主机等。

◎建立具容量冗余的视频网络传输系统

充分利用宽带网络资源，并在带宽上预留冗余的带宽，以适应突发人流量

可靠、先进的网络硬件设备，包括通讯服务器、数据服务器、交换机等设备

超强功能的管理软件，可以配合体育场馆的管理工作，并给公共安全部门预留专用接口

◎摄像机超灵敏度设计

通过采用超灵敏度设计，即使在日落后或室内光线暗淡的地方也能进行彩色监控。在照度更低的情况下将自动将彩色切换为黑白，从而提高灵敏度，实现24小时的监控。

◎监控系统具备丰富的功能

对于照度反差大的影像，通过分别读取、数字处理光线暗淡和光线过亮导致画面发白无法辨别的影像，制成一幅任何部位都易辨别的影像。

自动感知监控画面内的动静，并向系统输出报警信号，从而能摄取进入无人地区的可疑人物等的影像。

通过采用带有内置式数码翻转(★反向)功能的机型，能够连续跟踪从摄像机正下方穿越过去的人物。

具备了能够原样记录仰角、变焦等事先以手动操作的摄像机操作，而后以单触重现其操作的功能。

◎高耐久性

采用能够在户外安装的防水滴设计并采用了耐冲击性强的材料，所以具有极高的耐久性。

采用可靠性高的电子元器件制作设备

◎闭路监控布线设计

由于使用网络方案，布线简单，只需要在各个可能需要设置监控点的位置预留网络接口，就可以在赛事举行时，发生突发流量时，随意安装。

易于增设和扩展，实现系统的合理配置

3．3系统设计方法

3．3．1设计原则

◎实用性：以现场实际情况选用器材，以较少的费用获取地大的效益

◎技术的先进性：前端采用日夜两用型摄像机适合于白天和夜晚间时监控，中控系统采用视频网络矩阵系统，方便控制

◎前瞻性：即设计不仅要考虑现在需求的满足还需还要考虑将发展的需要，具有较强的适用性与可护充性

◎适用性：系统的硬件设计面向管理人员及保安人员，要求操作使用直观方便，易懂易学。具有汉字功能。

3．3．2设计方法

1．根据系统技术功能要求，确定系统组成及设备配置

　　体育场馆的使用功能上来看，赛事、文艺等活动期间，突发性人员流量发生时，视频监控系统的工作量、信息量很大，但是，在非赛事期间，场馆内的人员流量相对很少，所以，在系统设计时，首先要注意的是系统的可扩展性和系统通讯的冗余，从而保证系统的稳定性。

　　选用网络监控系统，系统具备易于扩展性，设计一个闭路监控的大容量、高速率的监控主干网络(采用千兆以太网)，尤其适合体育场馆的监控系统特点。

平时，人员较少时，只需作一般监视，在赛事、活动期间，要求配备机动设备、机动管理人员对闭路监控系统进行有效管理。

　　随着智能神经元技术的发展，智能监控的应用减少了人员工作量，移动侦测，移动跟踪、物体识别、生物识别等技术在闭路监控系统中的综合应用，实现智能监控功能。同时，提供通用接口实现与BA、CA、消防系统等其他弱电系统的联动。

II．根据体育场馆建筑平面及实际需求，确定摄像机、监控点位置和选型

　　体育场馆的建筑结构特殊，除遵从《民用闭路监视电视系统工程技术规范》外，还需要注意的地方还有：

对摄像点进行合理的布置，达到公共区域、设备监控无死角覆盖。

根据监视区域和景物的不同，明确主摄体、副摄体，将宏观监视与局部重点监视相结合，兼顾摄像机视角和云台摄像机的设置。

安装高度：室内集散厅等处以2．5~5m，室外体育场、室内场馆高大厅以3．5--10m为宜。

根据照度要求，选择适当的摄像机

根据目标逆光摄像环境，选用超级动态彩色摄像机

III．根据摄像机分布及环境条件，配置不同的传输和路由

主干网，由于闭路监控视频传输的特性，网络带宽要求较高，而且要求采用高冗余的网络系统，所以宜采用千兆以太网或以上的网络，

摄像机图形传输系统，采用易于扩展，布线方便的以太网，建议监控子网采用10／100M以太网，以节省成本

IV．选用视频服务器，完成监控矩阵功能，包括记录、监视等功能；

宏观动态监控、移动侦测、移动存储、报警联动、报警记录等功能；

微观取证、视频文件密匙记录、记录文件不可更改性；

设置视频数据服务器，对大量视频记录文件进行有效管理；

3．4系统配置图

4　大屏幕显示系统

4．1需求分析

　　体育场馆中，大屏幕显示屏是体育场馆信息显示的主要手段。LED显示屏是利用发光二极管构成的点阵模块或像素单元组成在面积显示屏幕，具备可靠性高、高亮度、全彩化、使用寿命长、环境适应能力强、价格性能比高、使用成本低等特点。

本文就ASTROVISION为例，讨论有关LED显示屏系统设计的相关问题。

4．2系统概述

4．2．1设计原则

◎视角设计

ASTROVISION LEl20Z的水平视角是130度。在场的视角范围覆盖大部分观众席，体育场中对立方向设立两块同样大小的显示屏将可覆盖全场，从而全场观众都可看到显示屏显示的画面。

◎视距设计

最近的可辨视距为9米。下图为视距的方法：

画面最大视距理论上约为画面高度*30。如果显示屏的高度为7．68米，那么最远视距为7．68~30=230．4米。完全可满足国家体育场的视距要求。

◎比赛计时记分

显示屏的构成有时钟区和视频成绩计分区。

4．2．2系统组成原理

　　系统中显示部分包括显示屏、音箱、屏幕操作仪、屏幕控制器，内容播放器功能由计算机来实现，显示屏显示内容通过计算机软件进行控制。

通过，外部传输，内容管理器、显示编辑器、数据采集设备等直接将显示内容传送到内容播放器(数据)或屏幕控制器(视频)进行播放控制。

彩色摄像机和VTR设备为大屏显示的视频源，视频信号通过非线性编辑后。合成图像直接通过网络或经过内容管理器进行节目统一控制和传输控制。

4．3系统配置图