多廳共享無線話筒接收系統的實現

摘 要：本文分析了如何對大型劇院建筑多個廳堂的無線話筒接收系統進行共享設計，并對實現方法進行了詳細闡述，對我國今后新建大型劇院的無線話筒系統設計有一定的參考價值。

關鍵詞：劇院；無線話筒系統；共享；全頻段

0 引言

以1997年落成的上海大劇院為標志，國內開始興建了大量的大劇院、文化藝術中心等大型文化設施，近年來，更是達到了建設的高峰期。這些大型文化設施中，大部分建筑都包括了歌劇院、音樂廳、多功能廳等多個廳堂。無線話筒系統是演出現場聲音采集使用頻率最高的工具，它作為劇院擴聲系統的一個重要的組成部分，在演出中發揮著舉足輕重的作用。以往建設的絕大部分劇院，因沒有很好的技術和產品支持，其多個廳堂的無線話筒系統都是獨立設置的。音頻工程師在設計時，往往都是按照以往的經驗對每個廳堂設計不同數量的無線話筒系統。這帶來了一個問題，如果給每個廳堂都配置足夠數量的無線話筒則浪費投資，而配置少了會給實際使用帶來了很多麻煩：比如一個廳堂在大型演出中話筒數量不夠時，只能借用其他廳堂的設備，用好了還得搬回去；而在演出過程中無線話筒接收通道出現故障時，只能少用話筒；在遇到有的明星、外來演出團體堅持要使用自帶話筒時，調音師只能重新連接設備。那么有沒有一種解決方案能同時解決這些問題呢？這樣既能讓調音師無需重新搬動設備連接線路就可以共享其他廳堂的無線話筒設備，又能方便接入外來話筒。方法是采用多廳共享的全頻帶無線話筒接收系統。

1 多廳堂共享無線話筒系統實現的條件

要實現多廳堂無線話筒接收系統的共享，有以下必備條件：

1.1 歌劇院、音樂廳、多功能廳等多個廳堂之間音頻信號能相互傳遞，信號路由可隨時重新配接；

1.2 具備全頻段接收系統，能支持工作頻段內的所有發射機頻率；

1.3 接收系統具有多種解碼算法，能兼容第三方廠家的發射機；

1.4 是接收系統能支持遠程管理。

2 多廳堂無線話筒系統共享的意義

傳統的無線話筒系統設計是分別在多個不同的廳堂里安裝若干通道無線話筒：比如在歌劇院安裝16通道無線話筒，在音樂廳、多功能廳各安裝8通道無線話筒，三套系統完全獨立，各自工作，互不影響。而共享系統是將歌劇院、音樂廳、多功能廳等各個廳堂作為一個整體來考慮，我們可以在通道總數不變的前提下，隨意為歌劇院、音樂廳、多功能廳分配無線話筒的使用數量，這相當于各個廳堂的最大無線話筒可使用數量都能達到最大值。比如當我們只把歌劇院的RF信號通過矩陣切換給后級的無線話筒接收機的話，那歌劇院內最多就可以同時使用32通道無線話筒。同樣道理，音樂廳、多功能廳也可以最多用到32通道無線話筒。如果遇到兩個廳堂同時使用，則可以根據各廳實際使用需求任意分配接收通道數量。如果遇到某臺設備故障，則可以通過增加本廳接收通道數量加以解決。要做到所有這一切，使用者只需在控制電腦屏幕上對切換設備和音頻傳輸系統的設置進行更改，而無需搬動接收設備、重新連線。因此，共享系統使用起來非常靈活，不但有效地利用了所有無線話筒，實現了資源的最大化利用，而且提高了無線話筒系統在各廳堂間的應急、備份能力。

3 多廳堂無線話筒系統共享的實現

3.1 天線設置

我們知道目前舞臺的表演形式已日趨多樣化，很多時候，演員會在臺口外側甚至到觀眾區表演。而對于大型的歌劇院來講，由于受到鏡框式舞臺臺口的影響，在舞臺內側設置的天線僅僅只能保證舞臺區域的有效覆蓋，當演員在臺口外表演時就可能造成無線話筒信號中斷；為了滿足需求，歌劇院應設計兩對接收天線，一對天線用來覆蓋觀眾廳，另一對天線用來覆蓋舞臺區域。而音樂廳、多功能廳這種開放式舞臺的廳堂，只需一對天線即可滿足需求。

3.2 RF信號切換設計

為了滿足共享需求，所有接收機都集中安裝在一起，采用中心機房的方式，便于專人管理。整個無線話筒系統的RF傳輸線路以RF信號分配切換系統為核心組成一個星形拓撲結構的網絡，歌劇院、音樂廳、多功能廳等廳堂天線所接收到的無線話筒RF信號需同時送至RF信號分配切換系統，通過分配、選擇、切換和混合后，把選中的RF信號分別送給各廳堂的無線話筒接收機，如圖1所示。

圖1 RF信號切換系統圖3.3 全頻段接收

為了降低多只話筒在同時使用時相互之間的干擾，無線話筒發射機的發射頻率是分頻段的，表1是Shure無線話筒發射機頻率分配表。無線話筒接收系統要做到兼容不同頻段的發射機，系統中的接收機、放大器、分配器、矩陣等每一個信號傳輸環節的設備都必須能支持全頻段工作，這樣才能在使用中不用考慮發射器使用的是哪個頻段，才能減少無線話筒在使用、管理所帶來的一些麻煩，比如各廳堂之間話筒發射機共享、演出明星自帶話筒、外來演出團體等問題。

表1

頻 段 范 圍

H4E，H4 518-578兆赫

J5E，J5 578-638兆赫(578-608，614-638)

L3E，L3 638-698兆赫

Q5 740-814兆赫

R9 790-865兆赫

Q6 740-752兆赫

A24 779-788/797-806兆赫

JBX 806-810兆赫

Q10 740-798兆赫

根據信息產業部2005年10月1日發布并實施的《微功率(短距離)無線電設備的技術要求》，無線話筒在我國境內的使用頻率為：470～510MHz，630～787MHz。因此所有接收設備的工作頻段都必須能完整涵蓋國家對無線話筒的法定使用范圍，也就是不能窄于：470～787MHz。

3.4 音頻信號路由

要實現多廳共享，無線話筒系統每臺接收機解調輸出的數字音頻或模擬音頻信號，應能按指定數量分配至任一廳堂的調音網絡，實現信號的路由控制。也就是說，歌劇院無線話筒拾取的聲音能傳遞到音樂廳和多功能廳，反之亦然。這需要多廳共享的數字音頻傳輸系統的支持。

圖2 多廳共享信號路由系統示意圖圖2所示為具有冗余結構的雙星形信號傳輸系統。無線話筒音頻可從歌劇院、音樂廳、多功能廳的任一個接口箱輸入，接口箱的端口可以通過系統管理軟件設定指定其路由，分配給任一廳堂的調音網絡。

3.5 兼容性設計

兼容性有兩個概念，一是發射機能兼容多個廠家的話筒頭，因為在話筒頭是決定各廠家話筒具有不同音色的主要因素，這可以采用轉換部件來實現；二是接收系統能兼容第三方廠商的發射器，可通過接收機Tone Squelch(單音靜噪)控制、接收系統支持全頻段、接收機解碼算法支持三個關鍵環節來實現。

3.5.1 在使用第三方廠商發射器的時候，接收機可以關閉Tone Squelch功能，以免因缺少單音識別信號而被當成干擾信號濾除。

3.5.2 無線話筒接收系統需支持全頻段工作，可以匹配任何頻段的發射機頻點。

3.5.3 支持多種主流算法。

無線話筒系統在發射和接收過程中分別對音頻信號進行了壓縮和擴展，這樣可以降低噪音電平，擴展信號的動態范圍，這個過程被稱為Compander(壓縮和擴展兩個英文單詞Compressor 、Expander合并的簡稱)，如圖3所示。由于每一個廠家都有自己不同的Compander算法，要想達到兼容的目的，接收系統的解碼芯片應支持目前市場上各大無線話筒廠商所開發的壓縮擴展算法，比如Sennheiser的“HiDyn Plus”、Shure的“ARC”、Wisycom的“ENR”、還有AudioTechnica、AKG等主流廠家的算法。

圖3 COMPANDER3.6 可靠性設計

對于多廳共享無線話筒系統而言，穩定可靠顯得極其重要。因其覆蓋面積大，線纜傳輸距離長，一旦核心設備故障將導致所有廳堂都不能工作。它的穩定性通過下列方法加以解決：

3.6.1 合理選用低衰減傳輸線纜(見表2)，采用高增益天線放大器，能對線纜長距離傳輸造成的高頻信號衰減進行補償；為了避免RF信號過強造成接收機系統出現過載，天線放大器增益大小可以逐級控制。

表2 常用電纜典型衰減量(長度100米)

同軸電纜類型 直徑/

mm 400MHz

衰減量/dB 900MHz

衰減量/dB

RG 58 C/U 4.95 32 52

RG 213/U 10.3 13 22

RG 218/U 22.1 7 14

Cellflex-1/4″

foam Dielectric 8.8 8.4 12.8

3.6.2 最為核心的設備如RF矩陣、天線分配器等設備均采用雙電源供電方式，RF信號放大器具備斷電直通功能。

3.6.3 采用高靈敏度接收機，保證接收效果的穩定。

3.6.4 具備有效措施，能有效防止接收機發生串頻現象。

3.6.5 接收設備具備“Squelch”壓制電平功能，能有效防止外來干擾頻率。

3.7 遠程監控管理

要實現系統共享，調音師應能通過遠程網絡控制和監視無線話筒接收系統關鍵設備：RF切換矩陣和接收機，利用安裝在電腦內的控制軟件，調音師可以在歌劇院、音樂廳、多功能廳的控制室內實現對RF切換矩陣的路由控制、對所有話筒接收系統的狀態監控、更改各自區域內的無線話筒接收機設置參數。因此，RF切換矩陣、接收機都應配置有遠程控制端口，支持MAC或IP地址訪問方式，支持網絡傳輸協議，才能使工作人員方便地通過網絡實現對系統日常管理與操作。圖4所示為無線話筒遠程管理系統結構圖。

圖4 無線話筒遠程管理系統結構圖3.8 共享系統軟件管理要求

無線話筒接收機可以通過控制網絡上的任意節點實時監測任一廳堂的發射機實時工作狀態，設置某廳堂相應接收機參數。同時控制軟件應該具有多級用戶權限控制，通過密碼權限設置與鎖定功能，以保證當前廳堂操作人員只有監視、操作分配給本廳的無線話筒發射機、接收機的權限，不能越權越級，以免誤操作改變了其他廳堂的接收機設置參數，影響其演出。作為權限級別最高的音頻主管，則可以在網絡的任一節點上通過管理員賬戶監視任一廳堂的無線話筒系統工作狀態，修改任一廳堂接收機的設置參數、更改RF矩陣的設置。也就是說劇院音頻主管坐在辦公室內，打開電腦即可管理無線話筒系統。

4 應用實例

在建的“十藝節”主場館山東省會文化藝術中心，包括了1800座歌劇廳、1500座音樂廳、500座多功能廳和排練廳，擴聲系統采用了德國Lawo的DALLIS星型冗余結構數字路由系統，無線話筒采用了來自意大利的Wisycom系統，總共32個接收通道，實現了歌劇廳、音樂廳和多功能廳三個廳無線話筒系統的共享。

5 結束語

全頻段無線話筒接收系統能實現多個廳堂共享，能接收第三方廠家的無線話筒發射機信號，給使用帶來了最大的靈活性，實現了資源的最大化利用，并提高無線話筒系統的應急、備份能力，適合于采用多廳共享數字音頻傳輸系統的新建大型劇院、電視臺演播廳等應用場合。希望本文在無線話筒系統設計、使用方面能夠為音頻系統設計工作者和使用方帶來一種全新的設計理念與使用方式。

參考文獻：

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