大型綜藝演出中的無線音頻系統應用要點

楊明聰

【摘要】針對大型綜藝演出應用中無線音頻系統易出現的問題，提出天線系統的設計要點和頻率協調的注意事項。

【關鍵詞】綜藝演出；無線音頻系統；天線系統；頻率協調；設計應用

1.大型綜藝演出中無線音頻系統易出現的問題

無線音頻系統是使用無線電波代替有線方式傳輸音頻信號的系統。無線音頻系統通常包括無線傳聲器系統和無線返聽系統，也包括在一些特定場合中通過無線方式進行遠距離音頻傳輸的系統。無線音頻系統在當下的大型演出中已成為必不可少的子系統，然而，音頻從業者可能都或多或少地遭遇過無線系統斷音、掉頻或是受干擾的情況。在大型綜藝演出中，作為直接與藝人接觸的系統，無線系統（尤其是無線傳聲器及無線耳返）是否能夠正常工作，很大程度上決定了這場演出的成敗。如果無線系統出現問題，無論是藝人的節目環節出現掉頻，還是領導講話出現斷音，又或是贊助商曝光環節出現噪聲，對音響團隊來說都是不可接受的。通過眾多的案例分析以及事故還原可以發現：90%以上的無線系統斷音或掉頻不是由于設備本身故障所導致的，而應歸結為兩大原因——受干擾和信號弱。

今天，大型綜藝演出往往涉及到幾個方面的“大”。

一是舞臺區域大。層出不窮的舞臺設計、各式各樣的伸縮延展臺，在提供了完美的電視轉播呈現和現場觀眾體驗效果之外，還給各位無線工作者帶來了一個又一個難題。如何針對不同的舞臺進行合適的無線覆蓋，如何選擇不同指向性、不同覆蓋特性的天線，又如何在恰當的位置架設這些天線，成為了大型綜藝演出中的第一道難題。

二是使用的無線設備通道數量大。大型綜藝演出中，除了人數眾多的演員，往往還會根據節目類型對一些樂器和樂手進行調度，這時候便需要使用更多的無線設備。此外，一些藝人還會攜帶自己定制的無線設備參與此類演出。如何協調如此數量龐大、種類龐雜的無線設備，使其工作在干凈的頻點上，同時不與其他無線設備產生各類干擾，成為了大型綜藝演出中的第二道難題。

為解決在大型綜藝演出中無線系統應用的這兩大難題，筆者從兩個方面考慮無線系統的方案設計：系統設計搭建和系統調試。正確的系統設計及系統搭建可以讓無線系統擁有穩定的信號傳輸和全面的舞臺覆蓋，解決無線系統“掉頻”的第一大“元兇”——信號弱的問題。隨后，在無線系統設計及搭建合理的前提下，需要對無線系統中的所有設備進行合理的頻率協調，也就是調試環節。合理的頻率規劃可以保證所有無線設備都不受外界干擾源的影響，同時也不會產生自身設備間的互調干擾，從而解決無線系統“掉頻”的第二大“元兇”——受干擾的問題。

2 如何設計大型綜藝演出中的天線系統

在設計無線系統前，首先需要了解無線電波的傳輸特性。現在使用的無線系統大部分都是依靠電磁波進行信號的傳輸，因此，無線系統的信號在空間中的傳輸特性完全符合電磁波的物理傳播特性。一般來說，電磁波的傳播速度等于光速，電磁波的波長滿足以下公式：

波長A=光速c/頻率f （1）

常用的無線設備工作頻率在470 MHz～ 787 MHz，根據公式（1）可知其波長在0.4 m～0.7 m，該數據對設計無線系統意義重大。根據無線電波的傳輸特性（見圖1），電磁波在空間傳輸中遇到障礙物時，當障礙物尺寸遠大于傳輸波長時，電磁波會因該障礙物的反射或折射而使傳播發生改變；當障礙物尺寸遠小于傳輸波長時，電磁波會從障礙物兩側繞過該障礙物。因此，在考慮天線架設位置時，應該盡量讓天線與舞臺上的無線設備之間沒有任何遮擋。此外，當電磁波在空間中傳輸時，如果遇到多個障礙物，則應該考慮多個障礙物之間的間隙是否能夠容許電磁波通過，當兩個障礙物間的間隔尺寸遠大于傳輸波長時，電磁波可以從這兩個障礙物之間通過：當兩個障礙物間的間隔尺寸遠小于傳輸波長時，電磁波則無法從這兩個障礙物之間通過。因此，在考慮天線架設位置時，還應避免將天線放置在兩個間隔尺寸遠小于傳輸波長的障礙物之間。

2.2 天線選型及點位選擇

無線系統常用的天線通常包括兩種類型： “全方向天線”和指向性天線。 “全方向天線”是無線系統中對1/2波長鞭狀天線和1/4波長鞭狀天線的簡稱，全稱為水平平面全方向天線，也就是說當該天線垂直地面架設時，其水平覆蓋面是全方向的。 “全方向天線”的頂端與底端的接收能力非常差，使用時用其一端指向舞臺上的發射機，實際上就是使用其接收效果最差的部位去接收信號。

指向性天線在無線系統中主要有兩種，一種是對數周期振子陣天線（ LPDA），俗稱“鯊魚鰭天線”、 “豬耳朵天線”等。其主要特性是在水平平面和垂直平面上均具有指向性，具體的指向角度需要根據不同產品說明書中提供的典型極性圖進行判斷。另一種則是軸向模螺旋天線，簡稱螺旋天線。螺旋天線是一種圓極化方向天線，其直徑既可以是固定的，也可以是漸變的，其水平平面覆蓋角度和垂直平面覆蓋角度相同。

在了解了電磁波的物理傳輸特性和天線特性后，可根據大型綜藝節目現場的情況進行天線位置的選定。一般需要遵循以下幾條原則：

（1）天線與無線發射機或無線耳返接收機之間無遮擋：

（2）盡量使用最少的天線數量對需求區域進行覆蓋：

（3） A/B天線最好能同時覆蓋全部需求區域。

在遵循以上原則的情況下，可以提前在平面圖上對節目現場進行天線位置的預估，并根據預估點位與接收機放置位置，計算需要使用的射頻饋線長度。

2.3饋線規格

射頻饋線是無線系統中負責在設備間傳輸射頻信號的一種特殊的同軸線纜。在無線音頻系統中，饋線選型不當會造成非常嚴重的射頻信號損失，影響整套無線系統的穩定性。射頻饋線、饋線接頭的特性阻抗必須都是50 Q，視頻同軸線纜的特性阻抗為75 Q，不適用于無線音頻系統。此外，饋線有一個非常重要的參數——衰減量，該參數可查詢由饋線制造商提供的技術指標。由于在同樣的長度上傳輸不同頻率的信號時，饋線的衰減量會隨頻率增高而增大，饋線的衰減指標一般會以圖表形式表現，通常選取700 MHz～ 900 MHz的衰減量作為參考數據，以計算無線音頻系統中一定長度的饋線上具體的衰減數值。

2.4 饋線衰減的補償

通過查詢技術指標可以計算出天線架設點位到接收機或是耳返發射機之間每一根饋線的衰減量。對于無線傳聲器系統來說，這個衰減量是可以進行補償的。許多無線系統廠商生產的天線上會帶有一個具有撥檔開關的小盒，每檔開關對應一定增益量。這個裝置并非用來提升天線的接收能力，而是用于對饋線上的衰減量進行提前補償。對于未配備該裝置的天線，可以使用單獨的衰減補償器對饋線上產生的衰減量進行補償。RF（射頻）衰減補償的最佳結果是“零增益”，即饋線上損失了多少分貝的信號，就使用補償器進行了同等數量的補償。由于饋線長度不一，衰減補償器的檔位又是固定的，所以在實際應用中很難做到“零增益”，一般認為補償后的結果在±5 dB以內都可以接受。

對于無線耳返系統來說，由于發射功率受到國家相關法律法規限制，因此，廠家通常不提供用于耳返系統的衰減補償器供用戶使用。建議給無線耳返系統使用衰減量小的饋線，以避免在饋線上損耗過大。

3 如何在大型綜藝節目中進行頻率協調

正確的天線系統設計和搭建只是基礎，絕大多數無線系統都不是插上電源不經調試就可以達到完美使用效果的。

3.1頻段區分及中國現行法律法規

根據國際電信聯盟（ITU）的相關規定，30 MHz～ 300 MHz為VHF頻段，300 MHz～3 000 MHz為UHF頻段，實際使用的大部分無線系統都工作在UHF頻段。根據《中華人民共和國無線電管理規定》和工信部[ 2005]第423號《微功率（短距離）無線設備技術規范》，無線傳音設備在UHF段的免執照使用頻率為470 MHz～ 510 MHz、630 MHz～ 787 MHz，發射功率不超過50 mW （e.r.p），超出此范圍的無線設備在使用時均需要向當地的無線電管理部門進行申報和審批。

3.2 外部干擾分析

在大型綜藝節目現場，通常會使用專用的頻譜掃描設備對現場的無線電環境進行連續不間斷的掃描，由于不同時段的無線環境可能不同，如果只進行一次無線電環境掃描，并不能準確反映現場的真實情況，所以一般會從設備進場起每天對無線電環境進行不間斷地掃描，直到當天工作結束，并留存每天的掃描文檔。此外，還需要分析每天掃描結果中的干擾源是何種類型。常見的UHF頻段干擾源有以下幾類：（1）開路電視頻道，通常會占用8 MHz帶寬；（2）無線內通系統和對講系統；（3）無線圖傳系統； （4） LED大屏幕及周邊控制設備；（5）燈光及舞臺機械控制系統等。對于開路電視頻道類干擾，按照業務類型的優先級，無線系統必須避讓。因此，在執行大型綜藝節目前，通常會事先根據錄制場地當地的頻譜情況進行頻率預規劃，以判斷需要攜帶的各類設備的頻段和數量。針對LED大屏幕及其周邊控制設備，很多情況下是由于生產廠家未嚴格遵守國家相關標準，導致LED屏幕自身在通電后變成電磁波的發射源。因此，在規劃時還需對LED開啟前、開啟后、播放不同畫面時的無線電環境進行監測和對比，避免將無線系統的頻點設置在有干擾的頻率上。

3.3 多部門聯合進行頻率協調會

如上文所述，無線內通系統、對講系統、無線同傳系統、燈光及舞臺機械控制系統都可能對無線音頻系統產生干擾。由于無線傳聲器及無線耳返都是現場無線設備中最易被干擾、但重要性極高的設備。所以，在國內一些成熟的大型綜藝演出以及政治類活動中，早已開始設置獨立的部門對現場的所有無線設備進行統一的頻率規劃及無線保障；而對于沒有此類獨立部門的大型綜藝演出來說，應由音頻團隊中負責無線音頻系統的工程師組織多部門聯合進行頻率協調會。

在頻率協調會上主要完成以下工作：首先由各部門匯報可能使用的無線設備類型、所在頻段、發射功率、載波帶寬以及使用范圍；隨后根據各部門上報的設備類型和載波帶寬劃分不同類別設備的安全冗余帶寬，并根據各部門不同無線設備的所在頻段判斷是否存在沖突，并據此對產生沖突的無線設備進行頻帶劃分協商；最后根據最終的協商結果，制定本場大型綜藝演出的無線頻段規劃表。此外，根據活動的性質不同，有可能需要為外來的ENG系統制定無線設備使用規范，并為其預留頻點。

例如，在一場大型綜藝演出中，無線頻率協調會上發現無線視頻傳輸的小微波設備有可能占用8 MHz無線傳聲器的使用頻段，而現場的無線傳聲器因為數量眾多，無法計算出足夠數量的安全頻點，在這種情況下，通過頻率協調會機制，建議無線視頻傳輸設備的使用部門更換相關設備，以保證無線傳聲器的使用安全。在一些大型綜藝演出中還會有跟隨嘉賓的真人秀拍攝團隊，這些團隊往往不會提前參與到無線頻率協調會中，因此，需要進行提前溝通，了解其使用的設備類型，并為其預留合適的頻段。

3.4 內部干擾協調

通常，打開一臺無線發射機時，這臺發射機會占用一個頻率，當打開麗臺發射機時，這兩臺發射機占用了麗個頻率。然而，對非線性電路的無線系統，當打開兩臺發射機時，占用了不只兩個頻率，這種現象被稱為互調失真（ InterModulation Distortion）。例如，當兩臺發射機的頻率分別是廠i=671 MHz，f2=672 MHz時，這兩臺發射機產生的三階互調產物是

f1+f1+ f2= 2 014 MHz

f1+f1一f2= 670 MHz

f2+f2一f1 =673 MHz

f2+f2+f1=2015 MHz （2）

其中，兩個三階互調產物因頻率高于無線系統使用頻率，在此不做討論。而另兩個三階互調產物在廠f1和f2頻率兩側，這也就意味著如果未考慮到這種互調失真，把第三臺無線發射機的頻率設置為673MHz時，同時使用這三臺發射機，可能會出現因互調失真帶來的干擾而導致的音頻斷音。

不同廠家、不同型號的發射機，其雙發射機三階互調產物（ 2T30）所占用的帶寬也不同。因此，針對不同的無線設備，需要使用不同的參數進行計算。

3.5預留備份頻點

在大型綜藝演出中還有一個讓所有人頭疼的問題，很多情況下彩排期間非常正常的無線系統，在演出當天出現掉頻現象，有時候甚至是在開場前一個小時內出現被干擾的現象。這種現象產生的原因，通常是由于在大型綜藝演出當天，安保、消防等部門到現場工作，同時各家電信運營商也會針對可能出現的大規模應用而在場地附近增設信號車。因此，需要根據現場活動的級別，為無線設備預留備份頻點，以便在開場前受到外來干擾時，可以使用預先留好的備份頻點對受干擾的頻點進行替換。

4小結

無線系統的斷音和掉頻往往不是由單一的問題導致的，每一個可能出現問題的環節就如同試卷上的考題，人為可控的因素就是我們會做的題目，外界不可控的因素如同現場出的臨時選題，斷頻往往是由幾個小問題累積而成的。面對這些問題能做的就是，把每一個會的題目答對，才可能在外界條件惡劣的時候不出現事故。

每一場大型綜藝演出都是對無線工作者的一次考驗，無淪從天線系統的覆蓋設計還是眾多無線設備的頻率協調，復雜的場地環境和日漸稀少的可用頻段不斷地挑戰著每一個音頻團隊。或許在不久的將來，專業的無線服務團隊和專業的無線工程師會成為大型綜藝演出中的標配。