上海世博會開幕式室外音響系統設計暨數字音頻光纖網絡信號傳輸與控制解決方案

許 勇，門 齊

（北京天音彩韻國際文化傳媒有限公司，北京 100000）

1 前言

繼2008年北京奧運會成功舉辦之后，2010年中國上海又迎來了世界經濟、科技、文化的“奧林匹克”盛會——世界博覽會（以下簡稱世博會）。這無疑又是一個向世界展示現代中國，宣傳中國文化的大好契機。相信經過全國各界的共同努力，中國會給全世界人民留下一個美好的世博回憶。

2010年4月30日晚，第41屆世博會的開幕式慶典在上海市中心黃浦江兩岸盛大上演。伴隨著悠揚的歌聲，整個黃浦江起起伏伏，仿佛舞者手中飄揚的綢緞，兩岸的燈光、激光隨著音樂的節奏搖擺、閃爍，整個場面隆重而壯觀，浦江兩岸共有10萬人現場觀看了慶典演出。

世博會開幕式室外音響系統設計，由外方悉尼奧運會開閉幕式、多哈亞運會開閉幕式、溫哥華冬奧會開閉幕式的音響設計布魯斯，與中方北京奧運開閉幕式音響設計、音響工程總指揮，國慶60周年閱兵及群眾游行音響總設計、現場調音師馬昕共同擔任。此次中外兩位頂級音響師首度合作，強強聯手；根據以往大型活動音響設計的經驗，針對這次表演形式的特殊性，以及場地、環境等條件的限制，大膽創新，打破常規，應用最新技術與先進的數字音頻設備，打造了一個龐大的數字音頻光纖網絡信號傳輸系統，使得此次音響系統在行業內達到了一個新的高度。

這次的音響設計大膽而不失穩重，首次以大規模的光纖傳輸信號，并搭配以兩套先進的音頻處理及傳輸系統，處理器通過內部邏輯運算觸發預設程序（Preset），以達到主備系統自動切換，自動選取可用信號的目的，構建了可靠的多備份傳輸系統。而且，實現了遠程在線實時監控所有處理器，音頻工程師可在第一時間了解到各處理器的工作狀態及信號通路狀態，并針對出現的問題及時做出應對措施。音響系統的規模和技術性均已達到世界領先水平，尤其是在大型重要活動中，這樣的系統足以肩負重任，不辱使命。本文以這次世博會開幕式音響系統設計為例，論述在大型重要活動中的數字音頻光纖網絡信號傳輸與控制的應用。

2 音響系統總體布局

開幕式以黃浦江為背景，覆蓋面廣，區域劃分較多，設計師經過實地考察測量后，依據各個地區的不同條件及要求分別設計，如圖1所示。

2.1 浦東、浦西黃浦江沿岸

江邊沿岸地區空曠，預計將容納大量觀眾，為了滿足所有觀眾的聽音需求，決定將音箱固定在沿岸的燈架上，燈架高度平均為5.5 m，燈架間距平均為12.5 m，如圖2所示。音箱選用JBL control29av，它具有防潮濕、防鹽霧等特性，單只阻抗為8 Ω，最大聲壓SPL可達到短期120 dB/m3，長期114 dB/ m3，覆蓋角度為110°× 85°并可旋轉。與其配套的功放是Crown的XTi2000，匹配的阻抗和功率輸出，使兩者在一起相得益彰。

2.2 6.5 m2觀景平臺

6.5 m2觀景平臺地處演藝中心的二層平臺，是專門為各國政要準備的觀禮平臺。此處聲場環境相當復雜，地面為木地板上鋪地毯，前區設有防風透明玻璃，上方為演藝中心穹頂。為了構造一個理想的聲場，又要兼顧視線通暢，設計師采用了以下方案：平臺兩側分別安裝2只JBL 932音箱與2只JBL 918SUB音箱，搭配構成左右立體聲，如圖3所示；平臺前區江邊燈架上安裝6只JBL 932音箱指向演藝中心穹頂，而在一側VIP區的音箱架上吊裝4只JBL VT4889音箱，指向平臺上的VVIP區，將VVIP區的音箱延時到VT4889音箱后，借由VT4889音箱和前區的6只JBL 932音箱在VVIP區形成的反射等，成功地構造了一個空間感理想的立體聲聲場。

另外，在此處選用了SoundCraft的Si3及GB4兩個調音臺作為主備控臺，使用在北京奧運會上曾應用過的A/B切換器作為主備控臺之間的切換。在音響師精細、耐心地調試下，本區域內聲場均勻，聲壓級適中，立體聲空間感強，頻率響應良好，不僅克服了此區域的不良建聲條件，還有效地利用了這里的建筑，成功地打造了一個理想的聽音環境。圖4為音響師調試觀景平臺音響。

2.3 慶典廣場

在慶典廣場安裝了20只JBL VT4889高效陣列音箱及8只VT4880大功率超低音音箱，功放全部使用配套的Crown IT HD系列，其聲音足以覆蓋整個慶典廣場。只是由于要照顧浦西大屏幕畫面的觀看，音響吊掛位置偏在一邊，聲像不是很理想。如圖5所示。

2.4 6/F INDOOR

6/F INDOOR位于演藝中心六樓，為DAE公司內通監控機房，此處無特別要求，只需將信號送到，以便監聽使用。

2.5 6/F OUTDOOR

6/F OUTDOOR位于演藝中心六樓室外，為導演、燈光及各協調部門的控制室，均選用JBL Control-2P音箱桌面放置，除此之外，還要為燈光、激光、煙火分別傳送時間碼（Timecode）。

3 數字音頻光纖網絡信號傳輸與控制的設計

3.1 音頻信號傳輸中的技術難題

面對如此大范圍、長距離，音頻信號的傳輸必定是一個關鍵問題。要保證有效地使信號在長距離的情況下無干擾、無中斷安全地傳輸至音響系統的末級，傳統的信號線傳輸已經無法滿足需要，網線傳輸雖無干擾問題卻受距離制約——超過100 m即開始衰減。而光纖傳輸亦沒有如此大規模應用的先例，但中方設計團隊曾在2008年北京奧運會開閉幕式及國慶60周年閱兵式上應用過小型光纖信號傳輸網絡系統，雖然規模沒有這次大，但設計師已經掌握了光纖網絡信號傳輸的應用要點，于是大膽地設計了一個數字音頻光纖信號傳輸控制網絡。

3.2 開幕式室外音響系統設計

世博會開幕式室外音響系統主要以STUDER ROUTE 6000系統作信號路由，由BSS公司自主研發的BLULINK網絡傳輸系統以手拉手的形式作環形連接。

設備選用BSS公司的BSS BLU-160處理器（以下簡稱BSS160）和與其配套的Soundweb London MC-1光電轉換器，兩者以超五類網線連接，經MC-1轉換為光纖信號進行傳輸。如圖6所示。

以浦東沿岸為例，STUDER ROUTE 6000系統在浦東沿岸分設6個STUDER D21M基站，每個基站都通過MADI接收來自ROUTE 6000的相同數字信號，再將數字信號傳輸給BSS160，由它將信號通過BLULINK傳輸至各個功放點的BSS160，轉換為模擬信號輸出至功放，浦東沿岸所有的BSS 160均通過BLULINK連接手拉手形成一個大環。如圖7、圖8所示。

這套系統中主心臟部分就是控制室中STUDER ROUTE6000系統，如果這臺主機死機，那么，整個系統將癱瘓。如果每個功放點的BSS160死機或出現意外情況，那么這組功放也將失去信號。為了彌補這個薄弱之處，設計中又增加了一組獨立的BSS BLULINK網絡信號系統備份（以下簡稱BSS系統）。

BSS 系統和STUDER系統一樣為獨立的環形連接系統。 每個環形系統中有一臺主機MAIN作為信號源。由控制室中BSS160MAIN發出信號，通過BLULINK傳輸到環形系統中每個功放點。由于此系統每組環中只有一個信號源，而STUDER系統每組環中有多個信號源可供切換，故把STUDER系統作為主系統，把BSS系統作為備份系統。（在實際安裝過程中，距離在100 m以內的BLU LINK信號傳輸均采用超五類網線傳輸。）

3.3 主備系統的監控

在主備系統中都采用了較多BSS160和STUDER設備且較分散地擺放，各機器的狀態掌控也成為關鍵。因此，在系統中增加很重要的一部分——網絡監控。此次系統將STUDER設備和BSS160處理器分別用兩臺電腦進行監控，其中一臺和STUDER ROUTE6000直接連接，可以監看STUDER所有設備的狀況。由于BSS160處理器的監控都是通過其以太網口與電腦連接，所以，必須采用交換機來將多臺BSS160連接。因BSS160較分散，所以，采用多臺交換機連接。

由于在整個系統中主備BSS160的切換條件的觸發和聯系都要通過交換機的連接傳輸，這樣，大大地增加了交換機的數據量和負擔，交換機之間的連接也同樣存在網線100 m距離的限制。由于這些原因，對交換機的選用提出了高要求：首先，要求其穩定性；其次，要求傳輸數據量大；最后，還要兼顧到網絡和光電信號的轉換。經過調研，最后選用了HP工業用千兆網口傳輸交換機，如圖9所示。

STUDER設備的監控在其軟件上完成，BSS160的監控是通過其軟件中的LOGIC各種模塊組合及自由搭配來完成。如圖10、圖11所示。

3.4 主備系統切換原理

主備系統切換原理以浦東區域為例。由于在浦東沿岸共設6個擁有同一信號的D21M基站，因此，在浦東環形主系統BLULINK網絡信號中就有6組相同的信號源，也就是說，每個功放點中BSS160都會同時存在6組相同的信號，默認情況下BSS160會選擇自己最近的那臺D21M發出的信號。STUDER ROUTE6000發送6個不間斷的TONE信號分別給6個D21M基站，D21M基站把這個信號通過BSS160（每臺D21M都會配一臺BSS160做信號的轉換，如設定這臺BSS160編號為S1，S代表STUDER系統，數字代表在系統中的第幾個D21M的點）轉換為BLULINK信號存在于整個環形系統中。通過BSS160軟件中LOGIC的編輯，當S1的TONG信號消失（視其D21M故障），選擇S1點信號的所有主BSS160將自動切換選擇S2點的所有信號，這個信號再次選取的過程時間極短，完全不會影響聽感。其設置原理在BSS160軟件的LOGIC中以二進制真值表運算來實現。如圖12所示。

在整個系統中每個功放點上都裝有2臺BSS160處理器，1臺為主系統BSS160處理器（主BSS160），另外1臺為備份系統BSS160處理器（備BSS160）。主備BSS160的切換，主要有3個觸發條件。第1個條件，當所有的S點的TONG信號都消失（主系統中的信號全部中斷），將切換到備份系統；第2個條件，當主BSS160的BLULINK網口IN和OUT都中斷，將自動切換到備BSS160；第3個條件，每臺備份BSS160中都設置有監控主BSS160的模塊，一旦備份BSS160發現主BSS160掉線，即會觸發備份BSS160 UNMUTE。這樣，無論主BSS160是否有信號，輸出備份BSS160都會輸出信號，以此保證在失去對主BSS160監控的情況下，依然有信號輸出至功放。在強大的HP千兆網絡交換機的支持下，這樣復雜的信號切換延時問題得到了很好的解決，經過實際測試，無論哪一種切換方式都不會在聽覺上造成嚴重影響。

信號輸入方面STUDER系統和BSS系統同時接收由調音臺送出的音頻信號，STUDER系統運行正常時，BSS系統的備BSS160處理器輸出處于MUTE狀態，功放只接收由主BSS160給出的音頻信號，當符合切換條件時，主BSS160將MUTE輸出，同時，UNMUTE備BSS160的輸出，功放將只接收由備BSS160給出的音頻信號。這就是主備系統的信號切換原理。這些自動切換的原理同樣是通過LOGIC設置來實現。如圖13、圖14所示。

這樣，在整個主備系統切換中實現了哪里有問題就自動切換哪里， 而不會因為主系統某個問題而直接做整體的系統切換。

因為系統連接采用了光電轉換的設計，在傳輸距離和傳輸速度上有了很大的提升。以控制室為中心，在黃浦江兩岸、VIP、VVIP等區域的信號連接點上都放置了很多的光纜，為整個系統進行信號數據傳輸。光纜以點對點多芯纜的形式鋪設，以滿足音頻信號和監控連接的需求。如圖15所示。

4 開幕式音響主控室

主控室是整個音響系統控制的核心，所有的前級設備都安裝于此。調音臺選用了在北京奧運會開閉幕式和國慶60周年慶典上有過突出表現的聲藝（Soundcraft）Vi系列全數字調音臺，兩臺64輸入通道的Vi6作為主備調音臺，室外音箱的音頻信號也由這2臺調音臺送出。主備調音臺與STUDER系統主機STUDER RT6000以MADI信號進行傳輸，與BSS系統的主機MAIN的連接以數字信號和模擬信號進行傳輸。通過調音師手動MUTE與UNMUTE主備調音臺輸出信號，達到切換目的。Vi6調音臺如圖16所示。

還音設備使用了FIRELIGHT播放系統，一主一備同時經MADI送信號輸至調音臺，使用模擬信號做備份。FIRELIGHT播放系統如圖17所示。

為了使供電不出現問題，為所有數字音響設備和VVIP區的所有設備配備了UPS——不間斷電源，在滿功率的情況下，可保證20 min的供電。

5 結語

本音響系統設計完成后經過了長期、苛刻的測試，幾經修改完善，最終達到令人滿意的程度才交予施工。在測試階段，模擬實際情況，采用遠距離光纖連接整套系統，然后在STUDER和BSS處理器的軟件上分別編輯其中的信號路由和監控部分，這是一項復雜、繁瑣的工作，制作如此龐大的監控系統在兩大產品的使用歷史中尚屬首次。設計團隊主要面對的問題是系統的反應速度，經過不斷地測試、修改，將信號數據的處理平均分配到每臺設備，最終找到一個平衡點。這樣，降低了每臺設備的負擔，既減少了出現故障的幾率，又使整個系統的反應速度大大提升，最關鍵的是各個切換模式對實際聽感的影響被降到了最小。設計團隊堅信認真對待每一件事就能換來好的結果，因此，對這套系統的要求很高，每一個環節都不會忽視，任何可以改善的地方都盡全力去做好。

上海世博會開幕式的音響系統，無論在規模還是技術上都有很大的突破。首次采用的大規模的光纖網絡信號傳輸控制系統取得了巨大的成功，得到了領導們的一致認可，也得到了廣大業內人士的好評。這次中外雙方設計師的合作，加強了互相之間在音頻技術方面的認識，也將促進雙方在音頻領域的合作與進步。

附：

世博會開幕式室外音響器材及相關統計

各類音箱：500只

有效聲音覆蓋面積：40萬平方米

共用各型功放：260臺

總功率：35萬瓦

信號傳輸處理系統：

STUDER網絡中心處理器STUDER ROUTE 6000 1套

STUDER末端處理器：D21m 18臺

BSS環網傳輸系統：BSS BLU160處理器165臺

網線—光纜轉換器：BSS MC-1 100臺

工業級網絡交換機：惠普各型號共67臺

各種型號調音臺：6臺（數字3臺，模擬3臺）

總供電需求量：40萬瓦

各種不間斷電源（UPS）：99臺

總鋪設光纜長度：70公里

工程參與人數：60人

安裝調試時間：60天