大型綜藝演出中的無線音頻系統(tǒng)應(yīng)用要點(diǎn)

楊明聰

【摘要】針對(duì)大型綜藝演出應(yīng)用中無線音頻系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題，提出天線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和頻率協(xié)調(diào)的注意事項(xiàng)。

【關(guān)鍵詞】綜藝演出；無線音頻系統(tǒng)；天線系統(tǒng)；頻率協(xié)調(diào)；設(shè)計(jì)應(yīng)用

1.大型綜藝演出中無線音頻系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題

無線音頻系統(tǒng)是使用無線電波代替有線方式傳輸音頻信號(hào)的系統(tǒng)。無線音頻系統(tǒng)通常包括無線傳聲器系統(tǒng)和無線返聽系統(tǒng)，也包括在一些特定場合中通過無線方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離音頻傳輸?shù)南到y(tǒng)。無線音頻系統(tǒng)在當(dāng)下的大型演出中已成為必不可少的子系統(tǒng)，然而，音頻從業(yè)者可能都或多或少地遭遇過無線系統(tǒng)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(tǒng)，無線系統(tǒng)（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(tǒng)出現(xiàn)問題，無論是藝人的節(jié)目環(huán)節(jié)出現(xiàn)掉頻，還是領(lǐng)導(dǎo)講話出現(xiàn)斷音，又或是贊助商曝光環(huán)節(jié)出現(xiàn)噪聲，對(duì)音響團(tuán)隊(duì)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(fā)現(xiàn)：90%以上的無線系統(tǒng)斷音或掉頻不是由于設(shè)備本身故障所導(dǎo)致的，而應(yīng)歸結(jié)為兩大原因——受干擾和信號(hào)弱。

今天，大型綜藝演出往往涉及到幾個(gè)方面的“大”。

一是舞臺(tái)區(qū)域大。層出不窮的舞臺(tái)設(shè)計(jì)、各式各樣的伸縮延展臺(tái)，在提供了完美的電視轉(zhuǎn)播呈現(xiàn)和現(xiàn)場觀眾體驗(yàn)效果之外，還給各位無線工作者帶來了一個(gè)又一個(gè)難題。如何針對(duì)不同的舞臺(tái)進(jìn)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(dāng)?shù)奈恢眉茉O(shè)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(shè)備通道數(shù)量大。大型綜藝演出中，除了人數(shù)眾多的演員，往往還會(huì)根據(jù)節(jié)目類型對(duì)一些樂器和樂手進(jìn)行調(diào)度，這時(shí)候便需要使用更多的無線設(shè)備。此外，一些藝人還會(huì)攜帶自己定制的無線設(shè)備參與此類演出。如何協(xié)調(diào)如此數(shù)量龐大、種類龐雜的無線設(shè)備，使其工作在干凈的頻點(diǎn)上，同時(shí)不與其他無線設(shè)備產(chǎn)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(tǒng)應(yīng)用的這兩大難題，筆者從兩個(gè)方面考慮無線系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)：系統(tǒng)設(shè)計(jì)搭建和系統(tǒng)調(diào)試。正確的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)搭建可以讓無線系統(tǒng)擁有穩(wěn)定的信號(hào)傳輸和全面的舞臺(tái)覆蓋，解決無線系統(tǒng)“掉頻”的第一大“元兇”——信號(hào)弱的問題。隨后，在無線系統(tǒng)設(shè)計(jì)及搭建合理的前提下，需要對(duì)無線系統(tǒng)中的所有設(shè)備進(jìn)行合理的頻率協(xié)調(diào)，也就是調(diào)試環(huán)節(jié)。合理的頻率規(guī)劃可以保證所有無線設(shè)備都不受外界干擾源的影響，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生自身設(shè)備間的互調(diào)干擾，從而解決無線系統(tǒng)“掉頻”的第二大“元兇”——受干擾的問題。

2 如何設(shè)計(jì)大型綜藝演出中的天線系統(tǒng)

在設(shè)計(jì)無線系統(tǒng)前，首先需要了解無線電波的傳輸特性?，F(xiàn)在使用的無線系統(tǒng)大部分都是依靠電磁波進(jìn)行信號(hào)的傳輸，因此，無線系統(tǒng)的信號(hào)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(shè)備工作頻率在470 MHz～ 787 MHz，根據(jù)公式（1）可知其波長在0.4 m～0.7 m，該數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)無線系統(tǒng)意義重大。根據(jù)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(shí)，當(dāng)障礙物尺寸遠(yuǎn)大于傳輸波長時(shí)，電磁波會(huì)因該障礙物的反射或折射而使傳播發(fā)生改變；當(dāng)障礙物尺寸遠(yuǎn)小于傳輸波長時(shí)，電磁波會(huì)從障礙物兩側(cè)繞過該障礙物。因此，在考慮天線架設(shè)位置時(shí)，應(yīng)該盡量讓天線與舞臺(tái)上的無線設(shè)備之間沒有任何遮擋。此外，當(dāng)電磁波在空間中傳輸時(shí)，如果遇到多個(gè)障礙物，則應(yīng)該考慮多個(gè)障礙物之間的間隙是否能夠容許電磁波通過，當(dāng)兩個(gè)障礙物間的間隔尺寸遠(yuǎn)大于傳輸波長時(shí)，電磁波可以從這兩個(gè)障礙物之間通過：當(dāng)兩個(gè)障礙物間的間隔尺寸遠(yuǎn)小于傳輸波長時(shí)，電磁波則無法從這兩個(gè)障礙物之間通過。因此，在考慮天線架設(shè)位置時(shí)，還應(yīng)避免將天線放置在兩個(gè)間隔尺寸遠(yuǎn)小于傳輸波長的障礙物之間。

2.2 天線選型及點(diǎn)位選擇

無線系統(tǒng)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(tǒng)中對(duì)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(dāng)該天線垂直地面架設(shè)時(shí)，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(shí)用其一端指向舞臺(tái)上的發(fā)射機(jī)，實(shí)際上就是使用其接收效果最差的部位去接收信號(hào)。

指向性天線在無線系統(tǒng)中主要有兩種，一種是對(duì)數(shù)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(jù)不同產(chǎn)品說明書中提供的典型極性圖進(jìn)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(jù)大型綜藝節(jié)目現(xiàn)場的情況進(jìn)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(fā)射機(jī)或無線耳返接收機(jī)之間無遮擋：

（2）盡量使用最少的天線數(shù)量對(duì)需求區(qū)域進(jìn)行覆蓋：

（3） A/B天線最好能同時(shí)覆蓋全部需求區(qū)域。

在遵循以上原則的情況下，可以提前在平面圖上對(duì)節(jié)目現(xiàn)場進(jìn)行天線位置的預(yù)估，并根據(jù)預(yù)估點(diǎn)位與接收機(jī)放置位置，計(jì)算需要使用的射頻饋線長度。

2.3饋線規(guī)格

射頻饋線是無線系統(tǒng)中負(fù)責(zé)在設(shè)備間傳輸射頻信號(hào)的一種特殊的同軸線纜。在無線音頻系統(tǒng)中，饋線選型不當(dāng)會(huì)造成非常嚴(yán)重的射頻信號(hào)損失，影響整套無線系統(tǒng)的穩(wěn)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(tǒng)。此外，饋線有一個(gè)非常重要的參數(shù)——衰減量，該參數(shù)可查詢由饋線制造商提供的技術(shù)指標(biāo)。由于在同樣的長度上傳輸不同頻率的信號(hào)時(shí)，饋線的衰減量會(huì)隨頻率增高而增大，饋線的衰減指標(biāo)一般會(huì)以圖表形式表現(xiàn)，通常選取700 MHz～ 900 MHz的衰減量作為參考數(shù)據(jù)，以計(jì)算無線音頻系統(tǒng)中一定長度的饋線上具體的衰減數(shù)值。

2.4 饋線衰減的補(bǔ)償

通過查詢技術(shù)指標(biāo)可以計(jì)算出天線架設(shè)點(diǎn)位到接收機(jī)或是耳返發(fā)射機(jī)之間每一根饋線的衰減量。對(duì)于無線傳聲器系統(tǒng)來說，這個(gè)衰減量是可以進(jìn)行補(bǔ)償?shù)摹ＴS多無線系統(tǒng)廠商生產(chǎn)的天線上會(huì)帶有一個(gè)具有撥檔開關(guān)的小盒，每檔開關(guān)對(duì)應(yīng)一定增益量。這個(gè)裝置并非用來提升天線的接收能力，而是用于對(duì)饋線上的衰減量進(jìn)行提前補(bǔ)償。對(duì)于未配備該裝置的天線，可以使用單獨(dú)的衰減補(bǔ)償器對(duì)饋線上產(chǎn)生的衰減量進(jìn)行補(bǔ)償。RF（射頻）衰減補(bǔ)償?shù)淖罴呀Y(jié)果是“零增益”，即饋線上損失了多少分貝的信號(hào)，就使用補(bǔ)償器進(jìn)行了同等數(shù)量的補(bǔ)償。由于饋線長度不一，衰減補(bǔ)償器的檔位又是固定的，所以在實(shí)際應(yīng)用中很難做到“零增益”，一般認(rèn)為補(bǔ)償后的結(jié)果在±5 dB以內(nèi)都可以接受。

對(duì)于無線耳返系統(tǒng)來說，由于發(fā)射功率受到國家相關(guān)法律法規(guī)限制，因此，廠家通常不提供用于耳返系統(tǒng)的衰減補(bǔ)償器供用戶使用。建議給無線耳返系統(tǒng)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(jié)目中進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)

正確的天線系統(tǒng)設(shè)計(jì)和搭建只是基礎(chǔ)，絕大多數(shù)無線系統(tǒng)都不是插上電源不經(jīng)調(diào)試就可以達(dá)到完美使用效果的。

3.1頻段區(qū)分及中國現(xiàn)行法律法規(guī)

根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的相關(guān)規(guī)定，30 MHz～ 300 MHz為VHF頻段，300 MHz～3 000 MHz為UHF頻段，實(shí)際使用的大部分無線系統(tǒng)都工作在UHF頻段。根據(jù)《中華人民共和國無線電管理規(guī)定》和工信部[ 2005]第423號(hào)《微功率（短距離）無線設(shè)備技術(shù)規(guī)范》，無線傳音設(shè)備在UHF段的免執(zhí)照使用頻率為470 MHz～ 510 MHz、630 MHz～ 787 MHz，發(fā)射功率不超過50 mW （e.r.p），超出此范圍的無線設(shè)備在使用時(shí)均需要向當(dāng)?shù)氐臒o線電管理部門進(jìn)行申報(bào)和審批。

3.2 外部干擾分析

在大型綜藝節(jié)目現(xiàn)場，通常會(huì)使用專用的頻譜掃描設(shè)備對(duì)現(xiàn)場的無線電環(huán)境進(jìn)行連續(xù)不間斷的掃描，由于不同時(shí)段的無線環(huán)境可能不同，如果只進(jìn)行一次無線電環(huán)境掃描，并不能準(zhǔn)確反映現(xiàn)場的真實(shí)情況，所以一般會(huì)從設(shè)備進(jìn)場起每天對(duì)無線電環(huán)境進(jìn)行不間斷地掃描，直到當(dāng)天工作結(jié)束，并留存每天的掃描文檔。此外，還需要分析每天掃描結(jié)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(huì)占用8 MHz帶寬；（2）無線內(nèi)通系統(tǒng)和對(duì)講系統(tǒng)；（3）無線圖傳系統(tǒng)； （4） LED大屏幕及周邊控制設(shè)備；（5）燈光及舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)等。對(duì)于開路電視頻道類干擾，按照業(yè)務(wù)類型的優(yōu)先級(jí)，無線系統(tǒng)必須避讓。因此，在執(zhí)行大型綜藝節(jié)目前，通常會(huì)事先根據(jù)錄制場地當(dāng)?shù)氐念l譜情況進(jìn)行頻率預(yù)規(guī)劃，以判斷需要攜帶的各類設(shè)備的頻段和數(shù)量。針對(duì)LED大屏幕及其周邊控制設(shè)備，很多情況下是由于生產(chǎn)廠家未嚴(yán)格遵守國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致LED屏幕自身在通電后變成電磁波的發(fā)射源。因此，在規(guī)劃時(shí)還需對(duì)LED開啟前、開啟后、播放不同畫面時(shí)的無線電環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測和對(duì)比，避免將無線系統(tǒng)的頻點(diǎn)設(shè)置在有干擾的頻率上。

3.3 多部門聯(lián)合進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)會(huì)

如上文所述，無線內(nèi)通系統(tǒng)、對(duì)講系統(tǒng)、無線同傳系統(tǒng)、燈光及舞臺(tái)機(jī)械控制系統(tǒng)都可能對(duì)無線音頻系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。由于無線傳聲器及無線耳返都是現(xiàn)場無線設(shè)備中最易被干擾、但重要性極高的設(shè)備。所以，在國內(nèi)一些成熟的大型綜藝演出以及政治類活動(dòng)中，早已開始設(shè)置獨(dú)立的部門對(duì)現(xiàn)場的所有無線設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的頻率規(guī)劃及無線保障；而對(duì)于沒有此類獨(dú)立部門的大型綜藝演出來說，應(yīng)由音頻團(tuán)隊(duì)中負(fù)責(zé)無線音頻系統(tǒng)的工程師組織多部門聯(lián)合進(jìn)行頻率協(xié)調(diào)會(huì)。

在頻率協(xié)調(diào)會(huì)上主要完成以下工作：首先由各部門匯報(bào)可能使用的無線設(shè)備類型、所在頻段、發(fā)射功率、載波帶寬以及使用范圍；隨后根據(jù)各部門上報(bào)的設(shè)備類型和載波帶寬劃分不同類別設(shè)備的安全冗余帶寬，并根據(jù)各部門不同無線設(shè)備的所在頻段判斷是否存在沖突，并據(jù)此對(duì)產(chǎn)生沖突的無線設(shè)備進(jìn)行頻帶劃分協(xié)商；最后根據(jù)最終的協(xié)商結(jié)果，制定本場大型綜藝演出的無線頻段規(guī)劃表。此外，根據(jù)活動(dòng)的性質(zhì)不同，有可能需要為外來的ENG系統(tǒng)制定無線設(shè)備使用規(guī)范，并為其預(yù)留頻點(diǎn)。

例如，在一場大型綜藝演出中，無線頻率協(xié)調(diào)會(huì)上發(fā)現(xiàn)無線視頻傳輸?shù)男∥⒉ㄔO(shè)備有可能占用8 MHz無線傳聲器的使用頻段，而現(xiàn)場的無線傳聲器因?yàn)閿?shù)量眾多，無法計(jì)算出足夠數(shù)量的安全頻點(diǎn)，在這種情況下，通過頻率協(xié)調(diào)會(huì)機(jī)制，建議無線視頻傳輸設(shè)備的使用部門更換相關(guān)設(shè)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(huì)有跟隨嘉賓的真人秀拍攝團(tuán)隊(duì)，這些團(tuán)隊(duì)往往不會(huì)提前參與到無線頻率協(xié)調(diào)會(huì)中，因此，需要進(jìn)行提前溝通，了解其使用的設(shè)備類型，并為其預(yù)留合適的頻段。

3.4 內(nèi)部干擾協(xié)調(diào)

通常，打開一臺(tái)無線發(fā)射機(jī)時(shí)，這臺(tái)發(fā)射機(jī)會(huì)占用一個(gè)頻率，當(dāng)打開麗臺(tái)發(fā)射機(jī)時(shí)，這兩臺(tái)發(fā)射機(jī)占用了麗個(gè)頻率。然而，對(duì)非線性電路的無線系統(tǒng)，當(dāng)打開兩臺(tái)發(fā)射機(jī)時(shí)，占用了不只兩個(gè)頻率，這種現(xiàn)象被稱為互調(diào)失真（ InterModulation Distortion）。例如，當(dāng)兩臺(tái)發(fā)射機(jī)的頻率分別是廠i=671 MHz，f2=672 MHz時(shí)，這兩臺(tái)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)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(gè)三階互調(diào)產(chǎn)物因頻率高于無線系統(tǒng)使用頻率，在此不做討論。而另兩個(gè)三階互調(diào)產(chǎn)物在廠f1和f2頻率兩側(cè)，這也就意味著如果未考慮到這種互調(diào)失真，把第三臺(tái)無線發(fā)射機(jī)的頻率設(shè)置為673MHz時(shí)，同時(shí)使用這三臺(tái)發(fā)射機(jī)，可能會(huì)出現(xiàn)因互調(diào)失真帶來的干擾而導(dǎo)致的音頻斷音。

不同廠家、不同型號(hào)的發(fā)射機(jī)，其雙發(fā)射機(jī)三階互調(diào)產(chǎn)物（ 2T30）所占用的帶寬也不同。因此，針對(duì)不同的無線設(shè)備，需要使用不同的參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。

3.5預(yù)留備份頻點(diǎn)

在大型綜藝演出中還有一個(gè)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(tǒng)，在演出當(dāng)天出現(xiàn)掉頻現(xiàn)象，有時(shí)候甚至是在開場前一個(gè)小時(shí)內(nèi)出現(xiàn)被干擾的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，通常是由于在大型綜藝演出當(dāng)天，安保、消防等部門到現(xiàn)場工作，同時(shí)各家電信運(yùn)營商也會(huì)針對(duì)可能出現(xiàn)的大規(guī)模應(yīng)用而在場地附近增設(shè)信號(hào)車。因此，需要根據(jù)現(xiàn)場活動(dòng)的級(jí)別，為無線設(shè)備預(yù)留備份頻點(diǎn)，以便在開場前受到外來干擾時(shí)，可以使用預(yù)先留好的備份頻點(diǎn)對(duì)受干擾的頻點(diǎn)進(jìn)行替換。

4小結(jié)

無線系統(tǒng)的斷音和掉頻往往不是由單一的問題導(dǎo)致的，每一個(gè)可能出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)就如同試卷上的考題，人為可控的因素就是我們會(huì)做的題目，外界不可控的因素如同現(xiàn)場出的臨時(shí)選題，斷頻往往是由幾個(gè)小問題累積而成的。面對(duì)這些問題能做的就是，把每一個(gè)會(huì)的題目答對(duì)，才可能在外界條件惡劣的時(shí)候不出現(xiàn)事故。

每一場大型綜藝演出都是對(duì)無線工作者的一次考驗(yàn)，無淪從天線系統(tǒng)的覆蓋設(shè)計(jì)還是眾多無線設(shè)備的頻率協(xié)調(diào)，復(fù)雜的場地環(huán)境和日漸稀少的可用頻段不斷地挑戰(zhàn)著每一個(gè)音頻團(tuán)隊(duì)?；蛟S在不久的將來，專業(yè)的無線服務(wù)團(tuán)隊(duì)和專業(yè)的無線工程師會(huì)成為大型綜藝演出中的標(biāo)配。