武 晟

（北京保利剧院管理有限公司，北京 100027）

保利院线流动演出扩声系统设计

武 晟

（北京保利剧院管理有限公司，北京 100027）

阐述了保利院线流动演出扩声系统的构成、网络架构、设备的选配，介绍了功率放大器网络远程监控系统的远程控制、检测及管理功能。

流动演出；扩声系统；网络远程监控系统

1 流动演出扩声系统的实际要求

北京保利剧院管理有限公司（以下简称“保利剧院”）在全国经营有几十个剧院，每年有几十台节目在巡回演出，由于各剧院建的扩声系统与采用设备的不同，使得各剧院的音响效果差异比较大，很难保证巡回演出有统一的音质及演出效果。为此，保利剧院设置了一套流动扩声系统。该系统是保利剧院举办各种大型文艺活动和全国剧院巡回演出扩声的主要设备，符合流动扩声系统的特点，满足大型综艺晚会、现代流行音乐演唱会、原创音乐剧的扩声要求，真实再现国内外交响乐团、歌唱名家高质量、高水准演奏、演唱；也能满足大型会议和语言声的扩声要求。该扩声系统需具备以下使用性能：

（1）满足室内外的高质量扩声，且设备能快速安装到位，并适合大规模、频繁的远途运输；

（2）设备具有长时间的稳定性工作、安全可靠、可扩展性，使用时操作程序简单；

（3）系统采用先进的集中管理与控制的模式，使系统管理与控制更精确、灵活、方便且人性化，维护简单；

（4）保证观众席有合适的响度及语音清晰度，拥有优美的音色；

（5）具有平滑的频率响应及相位响应，满足人耳对音质主观听音评价的要求；

（6）系统传声增益高、有效解决由声反馈引起的啸叫问题；

（7）在传统和古典音乐节目的演出中，有良好的声音自然度，即电声与自然声融合与转换自然，保证声像良好的一致性；

（8）系统维护在整个系统生命周期中所占的比例最大，要充分考虑结构设计的合理、规范，使对系统的维护可在很短时间内完成。

为满足不同类型节目的演出，现场扩声系统声学特性指标，以GB/T50371-2006《厅堂扩声系统设计规范》中规定的文艺演出类扩声一级指标为基础；甚至某些指标还优于标准规定。扩声系统除满足系统客观技术指标外，还要满足观众对现场声音质量的主观评价要求。

根据系统实际功能需求，进行专业性、可行性、先进性、实用性的调研，对设备选用方案从不同角度进行论证，确定了流动扩声系统由以下七部分组成：

（1）主扩声扬声器和超低频扬声器；

（2）补声扬声器和舞台流动扬声器；

（3）主扩声数字调音台和备份兼舞台返送监听数字调音台；

（4）无线传声器、有线传声器和周边设备；

（5）乐队个人监听系统和无线返送监听系统；

（6）线材和接插件；

（7）供电系统和流动航空箱等。

作为一个多功能、多模式的流动扩声系统，以标准化和模块化为设计要求，建立开放式的系统架构，既便于系统的管理和维护，又可保持系统较长时间的稳定可靠运行，并可快速安装。因此，在充分满足功能需求的前提下，应选用智能化、技术先进、性能稳定，以及有强大技术支持能力和雄厚实力厂家或代理商的设备，以保证设计指标的实现。主、备数字调音台系统、信号交换系统之间利用冗余传输方式互为热备份，提高系统的稳定性及应变能力；在系统配置上，采用强大的网络矩阵实现音频信号在系统内部与外部之间的自由分配、交换，数据共享，科学管理；并对外部信号严格隔离，避免对系统的交叉干扰。

2 系统网络及总体构成

图1 系统连接图

在音频系统中，用于系统控制的数字调音台是系统的心脏和核心处理部件。根据流动系统安装的特点，参照系统设备选型要求，总体设计要点是：系统作为一个整体考虑，最大程度地实现音频系统的“数字化、网络化”。

该流动扩声系统采用网络架构，设计共选用了两张数字调音台，一张主要作为主扩声，一张主要作为舞台返送监听，各自担负不同的功能，但同时又互为备份，如图1所示。

该音频控制系统，对系统的信号传输、分配及信号交换进行专项优化设计，使所有的子系统构成一个大的音频网络系统，在不同的应用区设置音频网络传输接口，以满足系统设备之间以及系统与外界信号交换的需要。所以，在满足使用功能的基础上，可以在整个大系统内任意调用控制和处理，使用非常方便，使系统既具备灵活性，又满足安全性和可靠性，充分实现系统资源共享和集中管理的科学理念。

为解决由于信号多次格式变换带来的延时问题，在舞台、调音位之间，采用MADI（AES10）数字音频传输标准（包括MADI 同轴传输和光缆传输），实现低电平数字音频信号的传输。

数字调音台路由矩阵安全可靠，接口箱基站采用非常灵活的、模块化结构的综合性界面接口，在多种可选择的主体框架内，录音师或技术人员可根据需要，任意组合各种输入、输出接口模块、控制信号模块、多种传输模块等，从而形成一套最适合巡回剧场演出具体使用的界面接口。这些接口涵盖24 bit、44.1 kHz～96 kHz取样频率的A/D及D/A转换、音频信号处理、系统控制、信号传输及信号路由矩阵分配等多种功能。

在现场扩声终端备份系统中，通过功率放大器机房的Modular I/O 接口箱基站，将主扩声数字调音台（SD8 数字信号）和返送监听数字调音台（SD9 模拟信号）音频信号输出，分别接入DSP数字功率放大器的AES数字输入和模拟输入，由DSP数字处理功率放大器做自动或手动备份冗余切换，只要其中一台数字调音台正常工作，就可保证现场扩声信号无缝连接不断声音。

3 设备的选配

3.1 声场设计软件

由于该音频系统是一套流动扩声系统，要适应不同剧院的扩声声场，在最短的时间内要准确知道和预测声场的系统覆盖，就必须有一套声场设计软件，为用户提供完善的控制界面，可快速进行系统设计，使系统覆盖达到最佳化，以满足扬声器的快速安装和准确定位。为此，根据扬声器系统的特点，选用了SOUNDVISION 3D 声场设计软件。

SOUNDVISION是一个能够进行实时操作的3D音频设计软件，尤其适用于线性声源阵列扬声器和同轴系列扬声器， SOUNDVISION采用直观的用户图形界面，可以为复杂的音频系统或房间结构计算现场声压级，方便地调整3D空间和扬声器安装吊挂数据；并绘制声源视图、2D剖视图和声场覆盖图。SOUNDVISION还可为用户提供不同层次的帮助，“Coverage”（覆盖）模式非常适合流动演出的音频工程师们使用；“Mapping”（制图）模式下可获得更加详细的信息；“Mechanical Data”（机械数据）模式下能得到音频系统的物理性能，可为客户或安装者提供用于固定安装的实用信息，如机械应力极限、负荷分配、阵列尺寸和物理安装角度等参数。

3.2 扬声器的选型

扬声器系统是整个音响系统还音的最终环节，扬声器的特性和质量取决于灵敏度、声场不均匀度、传输频率特性、相位频率特性、扩声覆盖角度、传声增益等电声指标，也影响音色、还原度等主观音质感受。

该剧院流动扩声系统应符合流动扩声系统的特点，还应满足大型会议和语言声的扩声要求。为此，在系统选型时，以观众厅的声学特性为基础，本着“功能齐全、配置合理、技术先进、安全可靠、操作简便”的原则，以为艺术服务为宗旨，重视扬声器的艺术表现力和主观评价听感。

在扩声系统构成中，扬声器系统对扩声声场的覆盖是至关重要的，就剧院而言，扬声器安装时要尽量避开后墙和二楼眺台前立面等反射面，以避免因声波干涉引起的音质下降。同时，在使用时，还要考虑声反馈因素的影响，保证在剧院使用传声器时的最大传声增益。这些因素使得在系统实际构成和产品选型时，要根据产品的客观指标，结合多年的使用经验、生产情况等进行综合考量。目前，线性声源阵列扬声器被各国的剧院、音乐厅、流动扩声系统广为采用，成为引领潮流的配置。

经过对扬声器产品性能、放置和吊装位置与空间的详细研究及利弊权衡之后，确定选用L-ACOUSTICS ARCSII线性声源阵列中的水平线性阵列作为主扩声扬声器，XT系列同轴点声源系列扬声器作为舞台返送监听及补声扬声器，再配上SB28超低频扬声器，从系统整体上构成三分频扩声系统。选择线性声源阵列扬声器，利用其对高频、中频的优良指向控制特性，达到比较理想的声场覆盖效果；从影响音质与听感角度考虑，由于线性声源的相干性（不存在恶性声干涉）及高效率，可在同等条件下，有更大的功率储备、动态范围和更高声压级，可以适应剧院大型综艺晚会和其他不同类型的节目演出。

3.3 系统前端无源分配器

系统采用主、备调音控制架构，前端的传声器和线路分配系统显得至关重要。如果采用有源设备，会给系统造成极大的故障隐患。如果采用无源分配，大家知道，在整个音频系统中，传声器电平信号是系统中最微弱的信号，一般在-40 dB～-70 dB 之间，对无源音频分配器的变压器要求几乎为无衰减的程度。设计初期对系统的要求是，在任何一个链路中都不应该出现瓶颈，对此设备做了大量的调研和对比试验，最后确定采用加拿大 Radial OX8 和 LX8，8通道传声器和线路无源一分三音频分配器。

OX8无源分配器，可以处理8个分配通道，1U标准机架为流动运输节省了大量的使用空间；前后面板的两个输入也为现场灵活的快速接入信号源提供了方便；机箱外壳钢材结构坚固，可有效预防现场电磁干扰，同时可防止路途颠簸造成的设备损坏。经过测试， OX8无源分配器有4项指标几乎无衰减，前面板-36 dB 衰减开关容许线性电平信号输入而不会产生失真。

3.4 电声乐器的 DI 直插盒

在现代音乐、大量的流行音乐演出中，电声乐器在乐队的使用比例越来越大，一般电声乐器的电平输出和阻抗都是非平衡和高电平输出，如果直接接入音频系统，电平和阻抗又都不匹配，很容易出现交流声等噪声。因此，在演出中传统的做法是通过DI 直插盒将电声乐器的输出信号从非平衡转换为平衡后接入系统。其实这种转换只解决了阻抗和电平的匹配，而忽略了转换器对电平的衰减（因为没有电路放大），更达不到对每个乐器音色的再放大处理。

为了更好地发挥每件电声乐器的特点和音色，系统设计时充分考虑到了每个设备的使用功能。针对不同电声乐器特点采用了不同种类的加拿大Radial有源DI直插盒，使得不同乐器有不同的电路放大和音色处理，其中包括：用于键盘乐器的JDI Duplex DI 直插盒（见图2），用于贝斯乐器的J48 DI 直插盒（见图3），用于吉他JDI DI 转接盒等。

3.5 无线传声器和有线传声器

在整个音频系统中，传声器是关键的一环，其品质好坏和使用情况最终会影响系统的音质。剧院的演出又不同于录音棚，录音棚只考虑音质，根据录音工艺要求选择传声器，并设定其相对声源的位置、距离；而剧院的现场演出既要满足音质要求，还要考虑声音的反馈问题。

因此，充分考虑大型交响乐队、民族乐队、电声乐队、歌剧、戏剧及演唱会等各类演出的拾音和录音要求，选配多种类型的传声器，组成可适用人声、乐器、合唱等多用途的传声器系列，为剧院演出的录音师和使用该系统的同行提供宽泛的选择空间。

（1）无线传声器系统

无线传声器系统既有机动灵活性又兼有近于有线传声器高质量的技术性能，在剧院有广泛应用。在该系统中，配置了德国SENNHEISER UHF段2000系列双通道分集式无线传声器系统，发射机包括有手持式、领夹式及头戴式等；为提高无线传声器系统的接收能力及抗干扰性，还配备了2套AD3700有源天线及远程监控软件，使无线传声器系统稳定工作。SENNHEISER无线传声器具有抗低频干扰及噪声处理等技术和稳定、可靠的质量，可满足用户高质量音质及多通道工作的要求，最多可同时使用32套。

图2 键盘通过JDI Duplex DI 直插盒与系统的连接

图3 贝斯通过J48 DI 直插盒与系统的连接

（2）有线传声器

有线传声器配置包括：立体声/5.1多制式电容传声器、小体积大振膜电容传声器、小振膜电容传声器、手持电容传声器、鹅颈传声器和高端爵士鼓电容传声器。其中，Milab矩形振膜传声器是非常特别的电容传声器，普通圆形振膜的振动模式类似于鼓皮，振膜弹性形变线性区间窄，膜片一进入非线性区间便产生失真；而矩形振膜传声器头修正了这一弱点，矩形结构扩大了线性区间，提高了声压承受能力，降低了膜片弹性形变非线性区间，但也降低了传声器在矩形短边方向的灵敏度。

3.6 系统线材、接插件

当今剧院的节目规模和气势越来越大，高压霓虹灯、视频显示系统、灯光控制器等舞台舞美的装置和各类电器也越来越多。

对音频系统破坏最严重的就是电磁感应干扰，它可分为传导干扰和辐射干扰。传导干扰则是通过电源线、接地线等耦合到音频系统，抑制这种干扰需要做好电源滤波，选择好接地点、按相关标准做好接地线；辐射干扰是干扰源在空气中辐射的干扰电磁场，它由相互激发、交替变化的变化磁场和涡旋电场组成，其变化磁场必将在音频系统的线路中产生干扰感应电流，干扰音频系统的工作。一般高压输出线、高压霓虹灯等高压电器设备，以及变压器、调光器等电器设备都会产生辐射电磁场，干扰音频系统。抑制辐射干扰主要采用屏蔽技术，音频系统设备之间的连接线和接插件应选用屏蔽系数大的。目前的环境下，电磁干扰不可避免。有些强干扰，采用屏蔽技术也难以抑制，需要采取其他技术措施，需要仔细测量现场的干扰场强，认真分析和寻找干扰源，避开强干扰频率，仔细配置无线传声器的使用频率等等，使音频系统的信噪比达到相关标准要求。

该项目中，选用了CANARE高质量系列音频电缆，给机柜安装线配备了低阻抗、低容抗、屏蔽性能好的加金属屏蔽平衡式音频电缆，并在连接时作对角并接，以提高系统的抗干扰能力，减少外部引入的噪声。音频的卡侬头等接插件则全部选用瑞士NEUTRIK产品, 以利于提高系统的抗干扰能力，减少外部引入的噪声。

为了便于系统灵活、便捷、快速的安装和使用，还为系统配备了舞台多通道中继音频电缆、舞台终端传声器/线路接口箱，每条流动音频电缆还配备了电缆流动卷车。

4 功率放大器网络远程监控系统

为了方便、快捷地实时了解功率放大器和扬声器的工作状态，组建了一套基于Windows XP专业服务器系统、Network Manager软件控制的L-NET功率放大器网络监控检测系统，如图4所示。

图4 L-NET功率放大器网络监控检测系统

L-NET是基于以太网的音频网络系统；可以提供多达数百台功率放大器的增益控制、延时、均衡、相位、矩阵及电子分频、功率监控等遥控检测、管理、保护；可以远程“看到”和“听到”功率放大器和扬声器的实时工作状态，提供的实时功率限制技术保证扬声器的功率不会超载；可以通过装有Network Manager应用软件的计算机对功率放大器进行远距离的操作。如功率放大器管理包括：交流备用/操作模式选择、交流模式指示（关机/备用/操作）、功放保护状态监控、功放工作温度测量、功放增益控制监控、功放型号代码指示、桥接单声道/并联/立体声模式指示。功率放大器输出监控检测包括：输出电压和电流指示、输出削波（失真）探测、功放裕量指示、输出信号(扬声器端)音频监听、发热情况、失真情况、阻抗情况、同时还能设定报警信号。负载监控：开路/短路检测、用于检测响应负载开路或短路的可编程阈值、负载阻抗实时测量。

该系统经过近一年的流动演出使用，系统各个环节工作稳定，满足了各个剧院应用中音色的一致性，得到了观众和同行专业人员的好评。

（编辑 杜 青）

Mobile Performance Amplification System Design of Poly Theatre Chain

WU Sheng
(Beijing Poly Theatre Management Co.,Ltd., Beijing 100027, China)

This paper described the composition, network architecture and equipment matching of mobile performance amplification system design of Poly theatre chain. Meanwhile, the article also described the remote control, inspection and management functions of power amplifier network remote monitoring system.

mobile performance; amplification system; network remote monitoring system

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.07.006