北京天橋藝術(shù)中心大劇場擴(kuò)聲系統(tǒng)信號(hào)網(wǎng)絡(luò)傳輸及冗余技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

趙保忠 高茂水 陶建新

【摘 要】 以天橋藝術(shù)中心大劇場擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，解析利用SD7數(shù)字調(diào)音臺(tái)的OPTOCORE光纖傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)環(huán)型 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光纖信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，以及系統(tǒng)的冗余備份設(shè)計(jì)。

【關(guān)鍵詞】 擴(kuò)聲系統(tǒng)；SD7數(shù)字調(diào)音臺(tái)；光纖環(huán)網(wǎng)；鏡像備份；實(shí)時(shí)切換；增益共享

文章編號(hào)： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.06.008

【Abstract】The author studied the sound reinforcement system design in Beijing Tianqiao Theatre. This paper analyzes the application of OPTOCORE optical transmission technology in SD7 digital mixing console， which forms the optical signal transmission network with ring topology. It also demonstrates the redundancy backup design of the system.

【Key Words】sound reinforcement system； SD7 digital mixing console； optical ring network； image backup； real-time switch； gain sharing

進(jìn)入21世紀(jì)，中國新劇場建設(shè)的體量在逐漸擴(kuò)大，新建劇場中對(duì)聲頻系統(tǒng)的先進(jìn)性、安全性等要求也越來越高，有的多功能綜合劇場聲音信號(hào)的通路可達(dá)上百路之多，如何減少這些聲音信號(hào)在遠(yuǎn)距離傳輸中的衰減、失真，控制系統(tǒng)的安全備份以及對(duì)信號(hào)資源共享調(diào)配等問題，都是劇場聲頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，也是保證劇場音質(zhì)和最終效果的關(guān)鍵。

2015年的第四季《中國好聲音》年度總決賽“巔峰之夜”在可以容納八萬觀眾的鳥巢舉行，聲頻系統(tǒng)的復(fù)雜程度也遠(yuǎn)超越一般的演唱會(huì)，采用調(diào)音臺(tái)強(qiáng)大的光纖環(huán)網(wǎng)及系統(tǒng)鏡像備份功能滿足了音頻信號(hào)的傳輸和備份的需求。目前，專業(yè)劇場聲頻技術(shù)與戶外大型擴(kuò)聲系統(tǒng)技術(shù)的需求相似，須配備高效傳輸和全面?zhèn)浞菹到y(tǒng)。筆者以北京天橋藝術(shù)中心大劇場為實(shí)際案例，解析光纖網(wǎng)絡(luò)音頻信號(hào)傳輸及冗余備份的解決方案。

1 大劇場主要功能

北京天橋藝術(shù)中心是以音樂劇、戲劇、家庭秀為主的“國際化演藝舞臺(tái)”， 通過多元化的運(yùn)營策略，匯聚世界經(jīng)典劇目，打造國內(nèi)舞臺(tái)精品，開創(chuàng)全新的演藝產(chǎn)業(yè)模式，使其成為國際藝術(shù)文化的交流與創(chuàng)新平臺(tái)，促進(jìn)首都演藝的國際化發(fā)展。

北京天橋藝術(shù)中心占地16 500 m2，建筑面積75 000 m2。天橋藝術(shù)中心是一個(gè)現(xiàn)代化的劇場群，包括一座1 600座的綜合性大劇場（見圖1）、一座1 000座的中劇場、一座400座的小劇場和一座300座的多功能劇場。

其中大劇場的聲頻系統(tǒng)是以滿足國內(nèi)外音樂劇演出為主，兼顧綜藝晚會(huì)、話劇、舞劇、小型演唱會(huì)、芭蕾、歌劇、交響音樂會(huì)等的演出，因此特別設(shè)計(jì)了VIVACE電子可調(diào)混響與效果聲系統(tǒng)的使用切換功能；同時(shí)具備現(xiàn)場多軌錄制和回放功能。

2 擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念及目標(biāo)

大劇場是以音樂劇演出為主的專業(yè)綜合劇場，其擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念和目標(biāo)為：

（1）擴(kuò)聲系統(tǒng)先進(jìn)、可靠、安全，設(shè)備符合國家標(biāo)準(zhǔn)和ISO（國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）及CIE（國際電工協(xié)會(huì)）通行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；

（2）適應(yīng)多聲道信號(hào)模式，兼容VIVACE電子可調(diào)混響系統(tǒng)的音頻通道；

（3）滿足各種劇目多場景編輯及控制功能，提供現(xiàn)場調(diào)音和返送調(diào)音；

（4）擴(kuò)聲系統(tǒng)功能全面、安全穩(wěn)定、操作靈活、具有可擴(kuò)展性；

（5）保證擴(kuò)聲系統(tǒng)信號(hào)的傳輸質(zhì)量，提高信噪比和抗干擾能力。

3 音頻信號(hào)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)架構(gòu)及信號(hào)流程

3.1 光纖網(wǎng)絡(luò)音頻信號(hào)傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

大劇場采用了近全光纖網(wǎng)絡(luò)化的系統(tǒng)構(gòu)建方式，舞臺(tái)區(qū)域設(shè)置的模擬音頻信號(hào)接口箱負(fù)責(zé)“采集”原始模擬信號(hào)，之后匯集到中心信號(hào)機(jī)房，信號(hào)在此房間通過DIGICO調(diào)音臺(tái)的光纖基站被轉(zhuǎn)換為光纖信號(hào)，同時(shí)在劇場的音響控制室、上下場門、功放機(jī)房、現(xiàn)場調(diào)音位也設(shè)置光纖基站，利用數(shù)字調(diào)音臺(tái)的OPTOCORE光纖傳輸技術(shù)，形成環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光纖網(wǎng)絡(luò)。OPTOCORE是支持多種格式的專業(yè)音視頻信號(hào)以及大部分計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)類型的雙環(huán)冗余光纖傳輸系統(tǒng)，它的特點(diǎn)是高保真、高帶寬。DIGICO的整個(gè)OPTOCORE光纖（單環(huán)）網(wǎng)絡(luò)可以容納：

（1）14個(gè)光纖基站（不包含本地MADI基站），光纖地址分配使用OPTO 1.11～1.24；

（2）10個(gè)調(diào)音臺(tái)或5個(gè)主備調(diào)音臺(tái)，調(diào)音臺(tái)控制ID1～I(xiàn)D10 ；

（3）在采樣頻率為96 kHz時(shí)，光纖網(wǎng)絡(luò)同時(shí)容納504路音頻輸入和輸出。

大劇場音頻信號(hào)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)框圖見圖2。為提高系統(tǒng)信號(hào)的傳輸質(zhì)量及抗干擾性，設(shè)計(jì)了舞臺(tái)上120路模擬音頻信號(hào)接入DIGICO數(shù)字調(diào)音臺(tái)環(huán)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)光纖網(wǎng)絡(luò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，同時(shí)音響控制室基站和預(yù)留光纖接口接入的信號(hào)也一起進(jìn)入光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。

系統(tǒng)共設(shè)計(jì)使用7個(gè)固定光纖基站，分布在信號(hào)交換機(jī)房、音響控制室、功放機(jī)房，同時(shí)在舞臺(tái)上下場口和現(xiàn)場調(diào)音位預(yù)留光纖接口作為接入點(diǎn)，配置1個(gè)光纖基站流動(dòng)使用，可以隨時(shí)連接在預(yù)留光纖接口處，以上光纖基站和預(yù)留光纖接口通過安裝在信號(hào)交換機(jī)房的光纖跳線盤實(shí)現(xiàn)接入和環(huán)通。調(diào)音臺(tái)界面和流動(dòng)光纖基站采用的是DIGICO的HMA多模光纖接口，固定光纖基站采用的是訂制ST光纖接口，通過四芯多模光纖傳輸所有音頻信號(hào)。

這樣的光纖傳輸方式，可以保證在每一個(gè)光纖基站位置的信號(hào)均能直接收發(fā)音頻信號(hào)，不用進(jìn)行復(fù)雜的模擬信號(hào)物理跳接，只需在控制系統(tǒng)進(jìn)行軟件配線就可以實(shí)現(xiàn)任意通道的路由分配。

系統(tǒng)中具體設(shè)備配置如下。

1）信號(hào)機(jī)房

2臺(tái) DIGICO SD-RACK-ST光纖基站，共包含112路傳聲器/線路輸入，32路線路輸出，40路AES輸出 ；1臺(tái)SD-MINI-RACK-ST光纖基站，包含8路傳聲器/線路輸入，24路AES輸入，24路AES輸出。每臺(tái)基站都有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)ID，分別是OPTO 1.11、OPTO 1.12、OPTO 1.13。每一臺(tái)基站都帶Word Clock時(shí)鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

2）音響控制室

1張SD7T雙引擎調(diào)音臺(tái)界面，帶4個(gè)冗余備份MADI接口，HMA光纖接口，本地12路傳聲器/線路輸入，12路線路輸出，12路AES輸入/輸出 ；配置1臺(tái) DIGICO SD-RACK-ST光纖基站，共包含56路傳聲器/線路輸入，16路線路輸出；1臺(tái)SD-MINI-RACK-ST光纖基站，包含8路傳聲器/線路輸入，24路AES輸入，24路AES輸出。每臺(tái)基站都有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)ID，分別是OPTO 1.14、OPTO 1.15。每一臺(tái)基站都帶Word Clock時(shí)鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

3）功放機(jī)房

左右功放機(jī)房各配置1臺(tái) DIGICO SD-RACK-ST光纖基站，每個(gè)光纖基站包含16路線路輸出，32路AES輸出。每臺(tái)基站都有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)ID，分別是OPTO 1.16、OPTO 1.17。每一臺(tái)基站都帶Word Clock時(shí)鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

4）流動(dòng)設(shè)備

1張SD10調(diào)音臺(tái)界面，帶2個(gè)冗余備份MADI接口，HMA光纖接口，本地8路傳聲器/線路輸入，8路線路輸出，8路AES輸入/輸出 。配置1臺(tái) DIGICO SD-RACK-HMA流動(dòng)光纖基站，共包含24路傳聲器/線路輸入，24路線路輸出，8路AES輸入，8路AES輸出。流動(dòng)基站有獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)ID，是OPTO 1.18。每一臺(tái)基站都帶Word Clock時(shí)鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

SD10和DIGICO SD-RACK-HMA是流動(dòng)使用的設(shè)備，當(dāng)有演出需要時(shí)，可以接入舞臺(tái)上下場口或現(xiàn)場調(diào)音位預(yù)留的光纖接口上面，實(shí)現(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)設(shè)備增加和環(huán)通。

光纖基站的輸入輸出音頻接口總數(shù)量為448路，固定和流動(dòng)數(shù)字調(diào)音臺(tái)可直接設(shè)置光纖基站的接口分配。所有的調(diào)音臺(tái)可共享光纖基站的輸入，使用調(diào)音臺(tái)增益追蹤功能，每張調(diào)音臺(tái)臺(tái)面都有獨(dú)立控制增益的方式；同時(shí)，所有光纖基站的輸出也可以被分配到任何一個(gè)調(diào)音臺(tái)上使用；且調(diào)音臺(tái)之間通過光纖傳輸系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)多通道互傳及對(duì)話等功能。

3.2 信號(hào)流程

大劇場舞臺(tái)區(qū)域分別設(shè)置模擬信號(hào)接口箱，包括上場門接口箱、下場門接口箱，上場門/下場門側(cè)墻接口箱，后舞臺(tái)左右接口箱，樂池左右接口箱，樂池上空左右接口箱，一道、二道面光接口箱，一層天橋左右接口箱，舞臺(tái)柵頂左右接口箱，左右耳光側(cè)墻接口箱，挑臺(tái)左右接口箱。

所有模擬接口箱一共配置了148路傳聲器信號(hào)接口。根據(jù)使用功能，選擇其中64路常用傳聲器輸入通道，進(jìn)入4臺(tái)16路HIROSYS 16PMSA無源一分三傳聲器分配器，將64路信號(hào)分為3組互不干擾的信號(hào)，分別送至信號(hào)機(jī)房數(shù)字調(diào)音臺(tái)光纖基站、數(shù)字備份調(diào)音臺(tái)基站和模擬舞臺(tái)綜合接口箱。其余第65～148路傳聲器信號(hào)通道全部跨接在跳線盤上，根據(jù)需求靈活跳接。

其中，1～120路傳聲器信號(hào)通道通過信號(hào)機(jī)房光纖基站進(jìn)入數(shù)字調(diào)音臺(tái)光纖信號(hào)傳輸系統(tǒng)，同時(shí)進(jìn)入光纖信號(hào)傳輸系統(tǒng)的還有音響控制室的傳聲器信號(hào)通道、周邊信號(hào)通道等。整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)信號(hào)簡單流程如圖3所示。

4 擴(kuò)聲系統(tǒng)的冗余備份

4.1 調(diào)音臺(tái)自身功能的冗余備份

大劇場配置的主調(diào)音臺(tái)選擇DIGICO SD7T（雙核冗余備份劇場版）（見圖4）具有253個(gè)單聲道或立體聲輸入，其獨(dú)特的Flexi通道處理技術(shù)，可以把253個(gè)單聲道變成253個(gè)立體聲通道，實(shí)現(xiàn)一共506個(gè)通道輸入；122條母線，32×32矩陣，36個(gè)VCA控制編組，32個(gè)32段圖示均衡，具有動(dòng)態(tài)均衡，適合大型劇場以及現(xiàn)場調(diào)音時(shí)的應(yīng)用；253個(gè)多頻段壓縮器、253個(gè)DIGITuBes （電子管）等的應(yīng)用，使音質(zhì)效果更加清晰，并可以達(dá)到模擬調(diào)音臺(tái)的音響效果。同時(shí)，具有為劇目設(shè)計(jì)高級(jí)Cue（場景）控制，以及相應(yīng)的場景列表和場景通道、矩陣節(jié)點(diǎn)延時(shí)調(diào)節(jié)等功能，自動(dòng)場景更新和通道開關(guān)顏色提醒功能。

SD7T更獨(dú)特的設(shè)計(jì)是，自身擁有兩套具有Stealth技術(shù)、DSP的核心處理模塊A、B，即一主一備，見圖5，并分別獨(dú)立運(yùn)行；電源也采用雙冗余熱備份。整個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)中，A、B同時(shí)共享光纖數(shù)據(jù)和音頻輸入信號(hào)，進(jìn)行鏡像備份，系統(tǒng)文件、設(shè)置參數(shù)、音色調(diào)整完全一致，推桿聯(lián)動(dòng)，參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步，形成調(diào)音臺(tái)冗余互相備份系統(tǒng)。

系統(tǒng)正常使用時(shí)，使用數(shù)字調(diào)音臺(tái)主模塊A進(jìn)行擴(kuò)聲，當(dāng)其出現(xiàn)故障，模塊B會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)，轉(zhuǎn)換過程感覺不到，演出可以正常進(jìn)行。故障排除后仍恢復(fù)鏡像聯(lián)動(dòng)控制。

在安全情況下，也可手動(dòng)任意選擇A、B切換控制聲音的輸出，見圖6，不中斷，節(jié)目的音色和效果完全一致、同步。

另外，用于流動(dòng)和返送的調(diào)音臺(tái)選用一張DIGICO SD10（現(xiàn)場版），具有96個(gè)全處理通道，其中12個(gè)flexi通道，最多48條母線，16×16矩陣，24個(gè)VCA控制編組，24個(gè)32段圖示均衡。

DIGICO SD7T 調(diào)音臺(tái)具有52個(gè)100 mm物理電動(dòng)觸感推子，SD10 具有37個(gè)100 mm物理電動(dòng)觸感推子。

同時(shí)，DIGICO不同版本的調(diào)音臺(tái)（現(xiàn)場版、廣播版、劇院版）之間可以自由切換（見圖7），能夠在同一個(gè)光纖環(huán)網(wǎng)中使用。

4.2 系統(tǒng)的冗余備份

考慮系統(tǒng)的安全性，設(shè)計(jì)了多重備份方案。

1）調(diào)音臺(tái)的備份

劇場配置了YAMAHA CL3調(diào)音臺(tái)作為擴(kuò)聲系統(tǒng)的備份調(diào)音臺(tái)，從而使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多重備份。

2）光纖的冗余備份

擴(kuò)聲系統(tǒng)的音頻信號(hào)傳輸使用4芯多模光纖（見圖8），提供雙光纖冗余，實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)傳輸以及共享。

OPTOCORE提供獨(dú)特的雙向冗余同步環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，采用的是手拉手方式連接，即光纖環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，見圖9。有一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障時(shí)，光纖可以“反向”傳輸，系統(tǒng)其他節(jié)點(diǎn)仍可以正常運(yùn)行，多個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備故障時(shí)，只要光纖節(jié)點(diǎn)故障設(shè)備（電源冗余）不斷電，光纖傳輸系統(tǒng)仍舊環(huán)通，其他節(jié)點(diǎn)繼續(xù)工作，保證整個(gè)傳輸?shù)囊纛l信號(hào)不中斷。

3）揚(yáng)聲器系統(tǒng)的冗余備份

主擴(kuò)聲揚(yáng)聲器系統(tǒng)使用法國L-ACOUSTICS的線陣列揚(yáng)聲器，使用帶有自動(dòng)數(shù)字模擬切換備份功能的數(shù)字DSP功放，利用其AES/EBU Fallback To Analog 方法，即AES/EBU 為主輸入信號(hào)，在遇到數(shù)字信號(hào)中斷時(shí)自動(dòng)切換至模擬信號(hào)的方式，確保系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性。

5 安裝測試

系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備的安裝調(diào)試對(duì)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)、保障最終效果至關(guān)重要。在擴(kuò)聲系統(tǒng)安裝過程中，主要控制了以下幾個(gè)環(huán)節(jié)。

1）設(shè)備的安裝

（1）安裝前核對(duì)設(shè)備，按照系統(tǒng)圖進(jìn)行點(diǎn)位設(shè)置。

（2）確保設(shè)備安裝的空間合適，以及安裝在機(jī)柜上的設(shè)備的緊固程度。

2）系統(tǒng)的電氣調(diào)試

初步安裝完成，在開始測試擴(kuò)聲系統(tǒng)之前，要先完成系統(tǒng)的電氣調(diào)試，采用以下步驟。

（1）系統(tǒng)設(shè)備的供電檢測：包括輸出電壓是否符合設(shè)備供電要求，以及各供電插座位置、電源的接地等是否正確。

（2）設(shè)備工作檢測：在檢查完成系統(tǒng)連線后，給設(shè)備進(jìn)行通電，檢查各設(shè)備是否可以正常工作。

3）光纖系統(tǒng)的綜合測試

（1）傳輸線路的檢測：包括對(duì)輸入回路、輸出回路、設(shè)備間回路的各種連接線路進(jìn)行檢查，判斷是否有斷路、短路、反極性以及非平衡連接。

（2）光纖通路的檢測：包括光纖的熔接頭檢測，光纜的回路測通，光纖跳線盤（見圖10）的跳線環(huán)通切換，流動(dòng)光纖設(shè)備的測試。

6 演出使用和評(píng)價(jià)

北京天橋藝術(shù)中心于2015年11月20日正式投入使用后，開啟為期三個(gè)月的開幕演出季，近30個(gè)精彩劇目繽紛上演，如原汁原味的“音樂劇之王”——《劇院魅影》，在大劇場演出64場，再現(xiàn)該劇當(dāng)年在倫敦西區(qū)演出時(shí)的盛況。

2015年底《世界和笙》新年音樂會(huì)，系統(tǒng)連接方式為主調(diào)音臺(tái)SD7T和流動(dòng)版本調(diào)音臺(tái)SD10環(huán)通在同一個(gè)光纖網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)增益共享、輸出混用、調(diào)音對(duì)話等功能，給觀眾帶來了一場精彩的新年音樂盛宴。

“天橋藝術(shù)中心以后將是中國專業(yè)音樂劇劇場建設(shè)的范本！”韓國舞臺(tái)工程技術(shù)與咨詢公司（Stage Engineering Technology and Consulting）資深專家劉載佑等對(duì)天橋藝術(shù)中心進(jìn)行了為期一周的技術(shù)考察后給出了如是評(píng)價(jià)。

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