大型無線系統(tǒng)的構(gòu)架要素及案例分析

湯磊

[摘要]通過大型無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)架要素的梳理與歸納，介紹多通道無線系統(tǒng)配置的步驟及要點(diǎn)，并結(jié)合無線系統(tǒng)故障排檢的實(shí)際案例分析配置調(diào)校規(guī)范性的要求。

[關(guān)鍵詞]現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)；環(huán)境掃描；頻點(diǎn)規(guī)劃；干擾頻率處理；帶寬及載頻；優(yōu)化設(shè)置

文章編號(hào)：lO.3969/j.issn.1674—8239.2016.04.004

相對(duì)于單通道或雙通道無線系統(tǒng)，多通道大型分集天線無線系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛。從多功能廳到酒店廳堂、從室內(nèi)演藝場(chǎng)所到戶外演出、從影視制作到體育場(chǎng)館，甚至不少大中型會(huì)議室都已經(jīng)普遍配置多通道無線系統(tǒng)，使用范圍的優(yōu)勢(shì)及使用方式的靈活性給無線傳聲器市場(chǎng)帶來了極大的可拓展空間。同時(shí)，因部分產(chǎn)品品質(zhì)低劣、使用方法不規(guī)范等因素造成的無線系統(tǒng)問題也大量存在。在此，筆者將結(jié)合實(shí)際案例來淺述大型多通道無線系統(tǒng)前期構(gòu)架及后期安裝調(diào)校時(shí)需注意的相關(guān)問題，以供業(yè)內(nèi)人員從中獲取有益的借鑒，從而實(shí)現(xiàn)無線系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、音質(zhì)良好等理想目標(biāo)。

對(duì)于較高要求的多通道大型無線系統(tǒng)，不少專業(yè)音響從業(yè)者認(rèn)為，只要購買到昂貴的一線品牌就可以放心地隨意使用；至于使用環(huán)境及配置構(gòu)架不用多關(guān)注，認(rèn)為專業(yè)無線產(chǎn)品能夠自己應(yīng)對(duì)一切使用方面的問題。殊不知，如果工作環(huán)境非常惡劣，再優(yōu)異的設(shè)備也會(huì)運(yùn)行失常，甚至導(dǎo)致整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)突然失聲。尤其是在高水準(zhǔn)的演出及電視綜藝錄直播節(jié)目中，即便是瞬間的無線傳聲器掉頻也能聽得出來。在苛刻的使用要求下，哪怕只是齒尾音的殘缺，也決不允許。

1.多通道無線系統(tǒng)的構(gòu)架

一套性能優(yōu)異、運(yùn)行可靠的無線系統(tǒng)，在對(duì)其進(jìn)行構(gòu)架配置前需要考慮很多相關(guān)因素，特別是當(dāng)系統(tǒng)用于大范圍、高標(biāo)準(zhǔn)的使用場(chǎng)所時(shí)，更要將各配置要點(diǎn)反復(fù)核檢把控，直至合乎相關(guān)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。使用環(huán)境的評(píng)估不到位或配置安裝的疏漏都可能會(huì)給無線系統(tǒng)的運(yùn)行埋下潛在隱患。

1.1所需無線通道核檢統(tǒng)計(jì)

通常，部分終端用戶為非專業(yè)人士，因而更需要密切結(jié)合終端使用需求給予合理的配置建議。除了特別專業(yè)的客戶能清楚地知道自己的明細(xì)需求，大多數(shù)情況下還是需要產(chǎn)品專業(yè)銷售人員在售前進(jìn)行充分溝通與指導(dǎo)，有時(shí)還需為客戶做好備用通道以及日后系統(tǒng)可擴(kuò)展方案的合理建議，這樣才能盡量避免因客戶使用方面的考慮不周而造成后期的應(yīng)用缺憾。

1.1.1通道數(shù)量核對(duì)

最好在滿足客戶提出基本需求的基礎(chǔ)上再作建議及核對(duì)。通常無線手持傳聲器比較常用且使用者也相對(duì)熟悉，因而核檢重點(diǎn)應(yīng)稍傾向于無線腰包的多樣組合配置。比如，在演出現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)奏樂器時(shí)，為提升藝術(shù)表現(xiàn)力樂手大范圍移動(dòng)，因此，應(yīng)考慮是否需增配對(duì)應(yīng)的無線拾音傳聲器，以及舞臺(tái)演出人員是否需配置專業(yè)無線耳返等需求，盡量不要有遺漏，以避免影響演職人員的現(xiàn)場(chǎng)發(fā)揮。如圖1、圖2，分別配置了無線腰包發(fā)射器，以及用于管樂與弦樂舞臺(tái)獨(dú)奏的無線鵝頸及貼片式樂器拾音傳聲器。

1.1.2傳聲器選型

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)替終端客戶把好關(guān)，特別是用于劇院、演播廳及大型演出場(chǎng)所的系統(tǒng)，需要根據(jù)語音及演唱者的細(xì)化需求制定完善的規(guī)劃配置方案，并針對(duì)不同曲風(fēng)和流派的藝術(shù)表現(xiàn)形式配置最合理的拾音傳聲器，還要兼顧部分藝人提出的極具個(gè)性化的定制要求等，如圖3。

傳聲器的主要參考指標(biāo)包括拾音指向性、最大聲壓級(jí)、頻響范圍、靈敏度、等響噪聲電平及總諧波失真等。力圖實(shí)現(xiàn)用最適合的傳聲器去拾取對(duì)應(yīng)的聲源，是無線及有線傳聲器都要把控與遵循的拾音通則。如圖4，鼓組的每個(gè)打擊單元都需配置適合的拾音傳聲器。圖5則為專業(yè)拾音傳聲器主要的參數(shù)指標(biāo)，這也是除主觀聽感外其客觀拾音特性的直觀體現(xiàn)。

1.2無線設(shè)備選型

對(duì)于不同的使用領(lǐng)域及使用需求，應(yīng)給出不同的天線配置方案及設(shè)備選型，以確保RF（Radio Frequency，射頻）的傳送與接收處于最穩(wěn)定的狀態(tài)。

作為專業(yè)擴(kuò)聲領(lǐng)域的用戶，一定要選擇真分集接收的u頻段無線傳聲器（圖6中最右邊），當(dāng)然要嚴(yán)格遵守國家無線傳聲器的頻段及發(fā)射功率的相關(guān)規(guī)定（請(qǐng)參閱《演藝科技》2013年10期《淺談無線傳聲器的應(yīng)用》），這是保障專業(yè)演出活動(dòng)的必要前提。

1.3 RF覆蓋范圍及距離估算

RF覆蓋范圍是多通道無線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)配置中比較重要的環(huán)節(jié)，也是無線系統(tǒng)確定有效使用范圍的必要前提。通常，該距離由幾大因素決定：其一是發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率，根據(jù)中國無線管理規(guī)范，無線傳聲器類產(chǎn)品的最大發(fā)射功率應(yīng)≤50 mW；其二是選用接收機(jī)自帶天線還是配置外置分集接收天線，通常后者配合天線分配器的RF接收距離明顯高于前者；其三是天線線纜的線型及最大可用長度，合理使用線纜可以盡量縮短發(fā)射機(jī)與天線之間的距離從而保證RF穩(wěn)定接收；其四是所選擇的外置分集接收天線的放大級(jí)數(shù)、指向性與接收距離等指標(biāo)，無線系統(tǒng)的使用覆蓋范圍大致上由這些參數(shù)決定。

1.3.1天線及線纜配置

根據(jù)使用環(huán)境及用途的不同，多通道無線系統(tǒng)的天線通常會(huì)分為有源及無源兩大類，另外還有定向天線（見圖7）、全指向天線（見圖8）、螺旋天線及地墊式天線等各類型號(hào)，以適應(yīng)不同的場(chǎng)地及擴(kuò)聲環(huán)境需求（請(qǐng)參閱《演藝科技》2013年10期《淺談無線傳聲器的應(yīng)用》）。有源天線比無源天線具有更高的放大增益，從而能夠抵消更長的天線線纜形成的路由衰減。也就是說，有源天線能適應(yīng)更長的線纜路由構(gòu)架，從而實(shí)現(xiàn)更寬廣范圍的應(yīng)用。

除了天線線纜長度不同對(duì)放大增益值有影響，天線線纜的型號(hào)及使用頻段等要素也會(huì)對(duì)放大增益造成一定的影響（見圖9）。RG213的線徑比RG58粗，在傳導(dǎo)性及低阻特性上更優(yōu)，因而同樣距離的傳輸距離其RF增益衰減更小。其次，即使是同一種天線線纜，如使用不同的無線頻段區(qū)間，其衰減也是不同的，例如使用RG58線纜在500MHz與900 MHz時(shí)的增益衰減相差17dB，這么大的差值對(duì)線纜長度配置及天線系統(tǒng)接受穩(wěn)定性的影響是比較明顯的。由此可見，配置無線系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)將相關(guān)因素考慮周全，以盡量發(fā)揮系統(tǒng)的特性。

1.3.2線纜路由核定與優(yōu)化

在此不得不強(qiáng)調(diào)的是，除了設(shè)備的配置，還需考慮天線的路由規(guī)劃與優(yōu)化，結(jié)合項(xiàng)目場(chǎng)地圖紙及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，盡量精確核算天線線纜。要充分考慮控制室至各廳室的路由距離，盡量在天線線纜的最大限長內(nèi)進(jìn)行合理的配置，避免后期因路由距離及天線位置問題再作變更、修改。

1.3.3細(xì)化使用區(qū)域需求

對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)形狀或多結(jié)構(gòu)體的房間廳堂，需要制定更為細(xì)致的布局方案。需與終端客戶確定所有無線傳聲器的使用區(qū)域，并結(jié)合規(guī)范配置給予合理的應(yīng)用建議。如圖10是非常典型的酒店大廳無線系統(tǒng)的布局。此類項(xiàng)目中客戶常要求多通道無線系統(tǒng)既能滿足大廳的使用，也能滿足臨時(shí)分隔多個(gè)小廳后的營業(yè)使用，且所有無線傳聲器可以在劃定范圍內(nèi)任意組合搭配使用。要實(shí)現(xiàn)這些終端使用要求，就需要作出規(guī)范合理的RF配置方案，以確保所有客戶要求的使用區(qū)域都能得到穩(wěn)定RF覆蓋。

1.3.4無線接收機(jī)柜安裝要點(diǎn)

無論是固定場(chǎng)所使用，還是流動(dòng)演出使用，都需要進(jìn)行規(guī)范合理的機(jī)架或飛行箱安裝（見圖11、圖12）。為便于終端用戶的日常使用，可以在發(fā)射機(jī)及接收機(jī)上明晰標(biāo)注通道序號(hào)，避免用戶在使用時(shí)誤操作。背面板的電源線、信號(hào)線及分集天線引出線等都要規(guī)范捆扎，以防止在移動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)途中線纜松脫從而突發(fā)故障。

1.4無線系統(tǒng)聯(lián)調(diào)優(yōu)化

當(dāng)所有接收機(jī)及分集天線都按規(guī)范配置并安裝完畢后，接下來就需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行分步調(diào)校。無線系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試通常主要包括以下幾個(gè)方面。

1.4.1現(xiàn)場(chǎng)干擾頻率分析及頻點(diǎn)分配

現(xiàn)場(chǎng)干擾頻率不僅來自于其他無線設(shè)備，也會(huì)來自多通道無線系統(tǒng)本身。前者往往會(huì)引起廣大工程商及專業(yè)用戶的關(guān)注與警惕，做好項(xiàng)目實(shí)施前的頻率勘察及使用自動(dòng)搜頻性能好的無線設(shè)備可以合理避開干擾頻段。但對(duì)于來自多無線發(fā)射器通道同時(shí)使用時(shí)產(chǎn)生的多頻點(diǎn)多階互調(diào)失真IMD產(chǎn)生的干擾（intermodulation distortion互調(diào)失真，簡(jiǎn)稱IMD），卻容易讓使用者疏忽，這也是不少技術(shù)人員在避開外部無線干擾后進(jìn)行頻點(diǎn)設(shè)置時(shí)依然可能會(huì)遇到頻率干擾問題的潛在因素。

當(dāng)多支相鄰發(fā)射器同時(shí)使用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生多階的互調(diào)失真，且其3階互調(diào)失真又是相對(duì)較為明顯的潛在隱患（見圖13）。讓非專業(yè)人士現(xiàn)場(chǎng)去推算其多階的IMD干擾頻點(diǎn)是不大可能的，比較穩(wěn)妥的對(duì)應(yīng)處理方法是，按照官方推薦的各型號(hào)頻點(diǎn)分配表來調(diào)校無線系統(tǒng)，畢竟生產(chǎn)廠家在作頻點(diǎn)規(guī)劃時(shí)會(huì)充分地考慮到相關(guān)方面問題。當(dāng)遇到現(xiàn)場(chǎng)無線系統(tǒng)通道數(shù)量大于官方推薦的最大數(shù)量時(shí)，多余無線通道可再采取自動(dòng)或手動(dòng)搜頻。當(dāng)然，此步驟需要細(xì)致耐心，既要不干擾到官方推薦的頻點(diǎn)，又要能避開干擾頻率及IMD的影響，建議多次反復(fù)練習(xí)，有助于把握住調(diào)試要點(diǎn)。

1.4.2彩排預(yù)演功能

大多數(shù)知名品牌的高端系列無線傳聲器都具有彩排功能，通常稱為REHEARSAL。主要是為了在正式使用前模擬無線系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)演出狀態(tài)，將潛在的RF覆蓋盲點(diǎn)及最不穩(wěn)定的工作區(qū)域劃標(biāo)出來，在正式使用時(shí)注意避開此區(qū)域。需要提醒的是，該功能最好在臨正式活動(dòng)或演出前使用為宜，因?yàn)樵浇咏莩稣鎸?shí)狀態(tài)，所掃描反應(yīng)的數(shù)據(jù)越具有參考價(jià)值。

1.4.3靜噪與導(dǎo)頻音

靜噪與導(dǎo)頻音兩個(gè)功能是無線系統(tǒng)遇到干擾噪聲電平的主要處理方法。如圖14，橙色波浪部分為假想的動(dòng)態(tài)無線干擾噪聲源，綠色虛線則代表著靜噪電平的門限值；處于虛線下方的部分是已被靜音的，而虛線的上部則沒有設(shè)置為靜音。顯而易見，靜噪電平SQL的設(shè)定非常關(guān)鍵，既要屏蔽掉不需要的無線信號(hào)及干擾噪聲，又要不影響正常的音頻信號(hào)。

2.典型排障案例分析

2.1外置天線安裝隱患

由于天線安裝不規(guī)范而造成的無線系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)定及掉頻的案例屢見不鮮，因此，無線系統(tǒng)的配置需要考慮如天線安裝位置與發(fā)射機(jī)要求視線直達(dá)、天線盡量避開金屬結(jié)構(gòu)件（特別是網(wǎng)格狀金屬體）、避開強(qiáng)電磁干擾源（如大屏、強(qiáng)電設(shè)備等）、合理選配全指向與定向天線等等要素。

筆者曾經(jīng)在香港中環(huán)遇到過一個(gè)典型案例：配置14個(gè)無線通道的分集有源天線系統(tǒng)在多個(gè)獨(dú)立宴會(huì)廳中共用，RF信號(hào)接收遇到較強(qiáng)干擾時(shí)掉頻（DROPOUT）現(xiàn)象不時(shí)出現(xiàn)，并且在開啟室內(nèi)照明時(shí)交流噪聲會(huì)串入到無線系統(tǒng)，對(duì)用戶的日常使用造成較大的影響。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)勘察發(fā)現(xiàn)，有源全指向天線的安裝完全不符規(guī)范（見圖15），為求美觀，全指向有源天線隱裝于天花吸頂音箱后面，即無法實(shí)現(xiàn)RF收發(fā)設(shè)備的視線直達(dá)，也容易被網(wǎng)格金屬物干擾接收。根據(jù)客戶的要求，在不影響室內(nèi)裝飾整體美觀度的前提下將天線安裝在合理位置（見圖16），多通道無線系統(tǒng)掉頻的現(xiàn)象得以基本解決。

2.2線纜及配置隱患

還是上述案例，對(duì)于當(dāng)開啟照明系統(tǒng)時(shí)串入噪聲的現(xiàn)象，在現(xiàn)場(chǎng)排除了供電及接地系統(tǒng)的問題，后將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了天線線纜路由的核檢與調(diào)整。由于此項(xiàng)目在施工時(shí)所用的主干天線線纜不是規(guī)范型號(hào)且已經(jīng)布入墻體無法更換，因而需對(duì)衰減級(jí)數(shù)作對(duì)應(yīng)的精細(xì)調(diào)節(jié)。通過對(duì)多個(gè)層面的不斷優(yōu)化調(diào)，串入噪聲問題得到了根本的改善，所有無線傳聲器在任意宴會(huì)廳都能穩(wěn)定接收。

去除無線設(shè)備自身及系統(tǒng)配置的因素，無線多通道天線的安裝布置是否規(guī)范合理是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要因素。相關(guān)工程技術(shù)人員務(wù)必重視并認(rèn)真對(duì)待，特別是固定安裝類項(xiàng)目，一旦路由布線及天線安裝完畢，無線系統(tǒng)接收異常時(shí)再作改動(dòng)將會(huì)比較麻煩，因而，前期的合理規(guī)范布局是非常有必要的。

2.3干擾頻率隱患

這是無線系統(tǒng)最常遇到的問題之一，也是令從業(yè)人員最為頭疼的問題。各類無線電磁波的包絡(luò)覆蓋無處不在，甚至有在同一區(qū)域內(nèi)同時(shí)使用多個(gè)品牌無線產(chǎn)品的情況。因此，無線傳聲器的規(guī)范使用頻段被其他頻率干擾有時(shí)也是不可避免的，關(guān)鍵是找對(duì)根源對(duì)癥下藥。

珠海某地標(biāo)大型綜合商務(wù)區(qū)中（見圖17），左邊為多層會(huì)議中心，底層由9個(gè)可分割的4 500 m2宴會(huì)廳、4個(gè)多功能會(huì)議廳組成，4～5層為多個(gè)呈排列集團(tuán)會(huì)議室組成。同時(shí)使用多個(gè)品牌的100多通道的無線系統(tǒng)在整個(gè)多層單體建筑內(nèi)共用，很多無線通道都出現(xiàn)了掉頻、噪聲干擾等現(xiàn)象，部分會(huì)議室甚至無法正常使用。

針對(duì)此類情況制定了對(duì)應(yīng)的現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)方案，進(jìn)行了有步驟的梳理與排查，具體如下：

（1）分早、中、晚不同時(shí)段對(duì)此建筑物不同樓層及關(guān)鍵使用區(qū)域進(jìn)行掃頻記錄。通過統(tǒng)計(jì)比對(duì)，在規(guī)劃可用頻段內(nèi)剔除強(qiáng)射頻干擾頻段。項(xiàng)目周邊50m～150m范圍內(nèi)還分布著大劇院及五星級(jí)酒店（圖17的右上方及右下方），據(jù)了解，各使用了數(shù)十套不同專業(yè)品牌的無線系統(tǒng)。因而，掌握這些無線系統(tǒng)的工作頻段及大慨使用時(shí)段對(duì)后續(xù)的頻率優(yōu)化分配是非常有利的。對(duì)此會(huì)議中心的每間會(huì)議室、多功能廳及各宴會(huì)廳都進(jìn)行了頻率掃描并作統(tǒng)計(jì)（見圖18），匯總分析出在正常使用時(shí)段出現(xiàn)的所有干擾頻率源，為下一步對(duì)所有無線傳聲器的頻率分配打好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（2）借鑒上述步驟的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，合理估算出各會(huì)議室無線傳聲器接收機(jī)的SQL（靜噪電平閾值），并按不同使用區(qū)域的設(shè)備統(tǒng)一調(diào)校至最合理狀態(tài)。在此需要強(qiáng)調(diào)的是，通常SQL的調(diào)整范圍是-100dB—-80dB，其調(diào)試的要點(diǎn)是從-100dB開始慢慢往-80dB步進(jìn)調(diào)節(jié)，在所有干擾頻-率噪聲消失的一刻就立即停止閾值調(diào)整。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如果不是非常復(fù)雜的頻率環(huán)境，通?？稍O(shè)定在92dB或-90dB閾值位（見圖19），并根據(jù)項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況酌情處理。如此，既能有效阻隔無線頻率噪聲，也不會(huì)對(duì)有用的RF信號(hào)及語音質(zhì)量造成影響。

（3）由于此項(xiàng)目無線頻率通道眾多，基于客戶實(shí)際需求，同時(shí)開啟的無線傳聲器數(shù)量也比較多，由此引起的IMD（互調(diào)失真）也是需要認(rèn)真對(duì)待的問題。前面也大致介紹了IMD的基本原理與帶來的無線系統(tǒng)隱患，在此不作贅述。行業(yè)內(nèi)過硬的品牌通常都會(huì)為用戶提供建議頻率通道配置（見圖12），就是為了避免用戶自己在作頻點(diǎn)設(shè)置時(shí)遇到頻點(diǎn)沖突及產(chǎn)生多階互調(diào)失真IMD的情況。

3.結(jié)語

從某種意義上來講，無線系統(tǒng)在音頻項(xiàng)目或演出擴(kuò)聲系統(tǒng)中更讓人費(fèi)心。一般來說，有線連接的擴(kuò)聲系統(tǒng)，即使阻抗、額定功率、揚(yáng)聲器線型不是標(biāo)配的情況下還是能發(fā)聲，特別是非演出類擴(kuò)聲用戶，如不是非常挑剔音質(zhì)，基本不影響擴(kuò)聲系統(tǒng)正常運(yùn)行。但無線系統(tǒng)則完全不同，對(duì)應(yīng)的頻率通道選擇、分集天線配置、天線線纜選型及天線布點(diǎn)安裝等環(huán)節(jié)的不規(guī)范合理，都會(huì)埋下使用隱患，掉頻、干擾噪聲及無聲等問題對(duì)于整個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)都是致命的問題。因此，在無線拾音環(huán)節(jié)，需要更專業(yè)的配置規(guī)劃以及投入更多的關(guān)注。熟練規(guī)范、掌握無線系統(tǒng)的配置及調(diào)校方法對(duì)于多通道無線系統(tǒng)的正常運(yùn)行是非常必要的。各大品牌無線傳聲器不僅在設(shè)備的參數(shù)指標(biāo)有些許差別，在多通道系統(tǒng)的配置上更有著各自的軟硬件構(gòu)架特性。因此，深入了解各產(chǎn)品性能、避免配置時(shí)的生搬硬套是構(gòu)架穩(wěn)定系統(tǒng)的必要前提。在不同無線系統(tǒng)項(xiàng)目的實(shí)施中經(jīng)常會(huì)遇到各種各樣的問題，從推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的角度來看，在實(shí)踐中逐步積累對(duì)應(yīng)問題的合理解決方法才是從業(yè)者最大的收獲。希望越來越多穩(wěn)定優(yōu)異的無線系統(tǒng)出現(xiàn)在各類項(xiàng)目中，為整個(gè)音頻系統(tǒng)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。