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摘 要：本文分析了如何对大型剧院建筑多个厅堂的无线话筒接收系统进行共享设计，并对实现方法进行了详细阐述，对我国今后新建大型剧院的无线话筒系统设计有一定的参考价值。
关键词：剧院；无线话筒系统；共享；全频段
0 引言
以1997年落成的上海大剧院为标志，国内开始兴建了大量的大剧院、文化艺术中心等大型文化设施，近年来，更是达到了建设的高峰期。这些大型文化设施中，大部分建筑都包括了歌剧院、音乐厅、多功能厅等多个厅堂。无线话筒系统是演出现场声音采集使用频率最高的工具，它作为剧院扩声系统的一个重要的组成部分，在演出中发挥着举足轻重的作用。以往建设的绝大部分剧院，因没有很好的技术和产品支持，其多个厅堂的无线话筒系统都是独立设置的。音频工程师在设计时，往往都是按照以往的经验对每个厅堂设计不同数量的无线话筒系统。这带来了一个问题，如果给每个厅堂都配置足够数量的无线话筒则浪费投资，而配置少了会给实际使用带来了很多麻烦：比如一个厅堂在大型演出中话筒数量不够时，只能借用其他厅堂的设备，用好了还得搬回去；而在演出过程中无线话筒接收通道出现故障时，只能少用话筒；在遇到有的明星、外来演出团体坚持要使用自带话筒时，调音师只能重新连接设备。那么有没有一种解决方案能同时解决这些问题呢？这样既能让调音师无需重新搬动设备连接线路就可以共享其他厅堂的无线话筒设备，又能方便接入外来话筒。方法是采用多厅共享的全频带无线话筒接收系统。
1 多厅堂共享无线话筒系统实现的条件
要实现多厅堂无线话筒接收系统的共享，有以下必备条件：
1.1 歌剧院、音乐厅、多功能厅等多个厅堂之间音频信号能相互传递，信号路由可随时重新配接；
1.2 具备全频段接收系统，能支持工作频段内的所有发射机频率；
1.3 接收系统具有多种解码算法，能兼容第三方厂家的发射机；
1.4 是接收系统能支持远程管理。
2 多厅堂无线话筒系统共享的意义
传统的无线话筒系统设计是分别在多个不同的厅堂里安装若干通道无线话筒：比如在歌剧院安装16通道无线话筒，在音乐厅、多功能廳各安装8通道无线话筒，三套系统完全独立，各自工作，互不影响。而共享系统是将歌剧院、音乐厅、多功能厅等各个厅堂作为一个整体来考虑，我们可以在通道总数不变的前提下，随意为歌剧院、音乐厅、多功能厅分配无线话筒的使用数量，这相当于各个厅堂的最大无线话筒可使用数量都能达到最大值。比如当我们只把歌剧院的RF信号通过矩阵切换给后级的无线话筒接收机的话，那歌剧院内最多就可以同时使用32通道无线话筒。同样道理，音乐厅、多功能厅也可以最多用到32通道无线话筒。如果遇到两个厅堂同时使用，则可以根据各厅实际使用需求任意分配接收通道数量。如果遇到某台设备故障，则可以通过增加本厅接收通道数量加以解决。要做到所有这一切，使用者只需在控制电脑屏幕上对切换设备和音频传输系统的设置进行更改，而无需搬动接收设备、重新连线。因此，共享系统使用起来非常灵活，不但有效地利用了所有无线话筒，实现了资源的最大化利用，而且提高了无线话筒系统在各厅堂间的应急、备份能力。
3 多厅堂无线话筒系统共享的实现
3.1 天线设置
我们知道目前舞台的表演形式已日趋多样化，很多时候，演员会在台口外侧甚至到观众区表演。而对于大型的歌剧院来讲，由于受到镜框式舞台台口的影响，在舞台内侧设置的天线仅仅只能保证舞台区域的有效覆盖，当演员在台口外表演时就可能造成无线话筒信号中断；为了满足需求，歌剧院应设计两对接收天线，一对天线用来覆盖观众厅，另一对天线用来覆盖舞台区域。而音乐厅、多功能厅这种开放式舞台的厅堂，只需一对天线即可满足需求。
3.2 RF信号切换设计
为了满足共享需求，所有接收机都集中安装在一起，采用中心机房的方式，便于专人管理。整个无线话筒系统的RF传输线路以RF信号分配切换系统为核心组成一个星形拓扑结构的网络，歌剧院、音乐厅、多功能厅等厅堂天线所接收到的无线话筒RF信号需同时送至RF信号分配切换系统，通过分配、选择、切换和混合后，把选中的RF信号分别送给各厅堂的无线话筒接收机，如图1所示。
图1 RF信号切换系统图3.3 全频段接收
为了降低多只话筒在同时使用时相互之间的干扰，无线话筒发射机的发射频率是分频段的，表1是Shure无线话筒发射机频率分配表。无线话筒接收系统要做到兼容不同频段的发射机，系统中的接收机、放大器、分配器、矩阵等每一个信号传输环节的设备都必须能支持全频段工作，这样才能在使用中不用考虑发射器使用的是哪个频段，才能减少无线话筒在使用、管理所带来的一些麻烦，比如各厅堂之间话筒发射机共享、演出明星自带话筒、外来演出团体等问题。
表1
频 段 范 围
H4E，H4 518-578兆赫
J5E，J5 578-638兆赫(578-608,614-638)
L3E,L3 638-698兆赫
Q5 740-814兆赫
R9 790-865兆赫
Q6 740-752兆赫
A24 779-788/797-806兆赫
JBX 806-810兆赫
Q10 740-798兆赫
根据信息产业部2005年10月1日发布并实施的《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》，无线话筒在我国境内的使用频率为：470～510MHz，630～787MHz。因此所有接收设备的工作频段都必须能完整涵盖国家对无线话筒的法定使用范围，也就是不能窄于：470～787MHz。
3.4 音频信号路由
要实现多厅共享，无线话筒系统每台接收机解调输出的数字音频或模拟音频信号，应能按指定数量分配至任一厅堂的调音网络，实现信号的路由控制。也就是说，歌剧院无线话筒拾取的声音能传递到音乐厅和多功能厅，反之亦然。这需要多厅共享的数字音频传输系统的支持。
图2 多厅共享信号路由系统示意图图2所示为具有冗余结构的双星形信号传输系统。无线话筒音频可从歌剧院、音乐厅、多功能厅的任一个接口箱输入，接口箱的端口可以通过系统管理软件设定指定其路由，分配给任一厅堂的调音网络。
3.5 兼容性设计
兼容性有两个概念，一是发射机能兼容多个厂家的话筒头，因为在话筒头是决定各厂家话筒具有不同音色的主要因素，这可以采用转换部件来实现；二是接收系统能兼容第三方厂商的发射器，可通过接收机Tone Squelch(单音静噪)控制、接收系统支持全频段、接收机解码算法支持三个关键环节来实现。
3.5.1 在使用第三方厂商发射器的时候，接收机可以关闭Tone Squelch功能，以免因缺少单音识别信号而被当成干扰信号滤除。
3.5.2 无线话筒接收系统需支持全频段工作，可以匹配任何频段的发射机频点。
3.5.3 支持多种主流算法。
无线话筒系统在发射和接收过程中分别对音频信号进行了压缩和扩展，这样可以降低噪音电平，扩展信号的动态范围，这个过程被称为Compander(压缩和扩展两个英文单词Compressor 、Expander合并的简称)，如图3所示。由于每一个厂家都有自己不同的Compander算法，要想达到兼容的目的，接收系统的解码芯片应支持目前市场上各大无线话筒厂商所开发的压缩扩展算法，比如Sennheiser的“HiDyn Plus”、Shure的“ARC”、Wisycom的“ENR”、还有AudioTechnica、AKG等主流厂家的算法。
图3 COMPANDER3.6 可靠性设计
对于多厅共享无线话筒系统而言，稳定可靠显得极其重要。因其覆盖面积大，线缆传输距离长，一旦核心设备故障将导致所有厅堂都不能工作。它的稳定性通过下列方法加以解决：
3.6.1 合理选用低衰减传输线缆(见表2)，采用高增益天线放大器，能对线缆长距离传输造成的高频信号衰减进行补偿；为了避免RF信号过强造成接收机系统出现过载，天线放大器增益大小可以逐级控制。
表2 常用电缆典型衰减量(长度100米)
同轴电缆類型 直径/
mm 400MHz
衰减量/dB 900MHz
衰减量/dB
RG 58 C/U 4.95 32 52
RG 213/U 10.3 13 22
RG 218/U 22.1 7 14
Cellflex-1/4″
foam Dielectric 8.8 8.4 12.8
3.6.2 最为核心的设备如RF矩阵、天线分配器等设备均采用双电源供电方式，RF信号放大器具备断电直通功能。
3.6.3 采用高灵敏度接收机，保证接收效果的稳定。
3.6.4 具备有效措施，能有效防止接收机发生串频现象。
3.6.5 接收设备具备“Squelch”压制电平功能，能有效防止外来干扰频率。
3.7 远程监控管理
要实现系统共享，调音师应能通过远程网络控制和监视无线话筒接收系统关键设备：RF切换矩阵和接收机，利用安装在电脑内的控制软件，调音师可以在歌剧院、音乐厅、多功能厅的控制室内实现对RF切换矩阵的路由控制、对所有话筒接收系统的状态监控、更改各自区域内的无线话筒接收机设置参数。因此，RF切换矩阵、接收机都应配置有远程控制端口，支持MAC或IP地址访问方式，支持网络传输协议，才能使工作人员方便地通过网络实现对系统日常管理与操作。图4所示为无线话筒远程管理系统结构图。
图4 无线话筒远程管理系统结构图3.8 共享系统软件管理要求
无线话筒接收机可以通过控制网络上的任意节点实时监测任一厅堂的发射机实时工作状态，设置某厅堂相应接收机参数。同时控制软件应该具有多级用户权限控制，通过密码权限设置与锁定功能，以保证当前厅堂操作人员只有监视、操作分配给本厅的无线话筒发射机、接收机的权限，不能越权越级，以免误操作改变了其他厅堂的接收机设置参数，影响其演出。作为权限级别最高的音频主管，则可以在网络的任一节点上通过管理员账户监视任一厅堂的无线话筒系统工作状态，修改任一厅堂接收机的设置参数、更改RF矩阵的设置。也就是说剧院音频主管坐在办公室内，打开电脑即可管理无线话筒系统。
4 应用实例
在建的“十艺节”主场馆山东省会文化艺术中心，包括了1800座歌剧厅、1500座音乐厅、500座多功能厅和排练厅，扩声系统采用了德国Lawo的DALLIS星型冗余结构数字路由系统，无线话筒采用了来自意大利的Wisycom系统，总共32个接收通道，实现了歌剧厅、音乐厅和多功能厅三个厅无线话筒系统的共享。
5 结束语
全频段无线话筒接收系统能实现多个厅堂共享，能接收第三方厂家的无线话筒发射机信号，给使用带来了最大的灵活性，实现了资源的最大化利用，并提高无线话筒系统的应急、备份能力，适合于采用多厅共享数字音频传输系统的新建大型剧院、电视台演播厅等应用场合。希望本文在无线话筒系统设计、使用方面能够为音频系统设计工作者和使用方带来一种全新的设计理念与使用方式。
参考文献：
［1］ Ray A.Rayburn.Eargle’s Microphone Book.3rd Edition， Focal Press，2012.
［2］ www.audiotechnica.com.Wireless Microphone Technology.pdf.
［3］ www.wisycom.com.wisycomlive.pdf .
［4］ www.wisycom.com.wisycomtech.pdf .
［5］ www.sonybiz.net/godigital.An Introduction to Digital Wireless Microphone Technology.pdf.
［6］ 卢智扬.现代剧院扩声系统的冗余设计［J］.艺术科技，2012(3).
关键词：剧院；无线话筒系统；共享；全频段
0 引言
以1997年落成的上海大剧院为标志，国内开始兴建了大量的大剧院、文化艺术中心等大型文化设施，近年来，更是达到了建设的高峰期。这些大型文化设施中，大部分建筑都包括了歌剧院、音乐厅、多功能厅等多个厅堂。无线话筒系统是演出现场声音采集使用频率最高的工具，它作为剧院扩声系统的一个重要的组成部分，在演出中发挥着举足轻重的作用。以往建设的绝大部分剧院，因没有很好的技术和产品支持，其多个厅堂的无线话筒系统都是独立设置的。音频工程师在设计时，往往都是按照以往的经验对每个厅堂设计不同数量的无线话筒系统。这带来了一个问题，如果给每个厅堂都配置足够数量的无线话筒则浪费投资，而配置少了会给实际使用带来了很多麻烦：比如一个厅堂在大型演出中话筒数量不够时，只能借用其他厅堂的设备，用好了还得搬回去；而在演出过程中无线话筒接收通道出现故障时，只能少用话筒；在遇到有的明星、外来演出团体坚持要使用自带话筒时，调音师只能重新连接设备。那么有没有一种解决方案能同时解决这些问题呢？这样既能让调音师无需重新搬动设备连接线路就可以共享其他厅堂的无线话筒设备，又能方便接入外来话筒。方法是采用多厅共享的全频带无线话筒接收系统。
1 多厅堂共享无线话筒系统实现的条件
要实现多厅堂无线话筒接收系统的共享，有以下必备条件：
1.1 歌剧院、音乐厅、多功能厅等多个厅堂之间音频信号能相互传递，信号路由可随时重新配接；
1.2 具备全频段接收系统，能支持工作频段内的所有发射机频率；
1.3 接收系统具有多种解码算法，能兼容第三方厂家的发射机；
1.4 是接收系统能支持远程管理。
2 多厅堂无线话筒系统共享的意义
传统的无线话筒系统设计是分别在多个不同的厅堂里安装若干通道无线话筒：比如在歌剧院安装16通道无线话筒，在音乐厅、多功能廳各安装8通道无线话筒，三套系统完全独立，各自工作，互不影响。而共享系统是将歌剧院、音乐厅、多功能厅等各个厅堂作为一个整体来考虑，我们可以在通道总数不变的前提下，随意为歌剧院、音乐厅、多功能厅分配无线话筒的使用数量，这相当于各个厅堂的最大无线话筒可使用数量都能达到最大值。比如当我们只把歌剧院的RF信号通过矩阵切换给后级的无线话筒接收机的话，那歌剧院内最多就可以同时使用32通道无线话筒。同样道理，音乐厅、多功能厅也可以最多用到32通道无线话筒。如果遇到两个厅堂同时使用，则可以根据各厅实际使用需求任意分配接收通道数量。如果遇到某台设备故障，则可以通过增加本厅接收通道数量加以解决。要做到所有这一切，使用者只需在控制电脑屏幕上对切换设备和音频传输系统的设置进行更改，而无需搬动接收设备、重新连线。因此，共享系统使用起来非常灵活，不但有效地利用了所有无线话筒，实现了资源的最大化利用，而且提高了无线话筒系统在各厅堂间的应急、备份能力。
3 多厅堂无线话筒系统共享的实现
3.1 天线设置
我们知道目前舞台的表演形式已日趋多样化，很多时候，演员会在台口外侧甚至到观众区表演。而对于大型的歌剧院来讲，由于受到镜框式舞台台口的影响，在舞台内侧设置的天线仅仅只能保证舞台区域的有效覆盖，当演员在台口外表演时就可能造成无线话筒信号中断；为了满足需求，歌剧院应设计两对接收天线，一对天线用来覆盖观众厅，另一对天线用来覆盖舞台区域。而音乐厅、多功能厅这种开放式舞台的厅堂，只需一对天线即可满足需求。
3.2 RF信号切换设计
为了满足共享需求，所有接收机都集中安装在一起，采用中心机房的方式，便于专人管理。整个无线话筒系统的RF传输线路以RF信号分配切换系统为核心组成一个星形拓扑结构的网络，歌剧院、音乐厅、多功能厅等厅堂天线所接收到的无线话筒RF信号需同时送至RF信号分配切换系统，通过分配、选择、切换和混合后，把选中的RF信号分别送给各厅堂的无线话筒接收机，如图1所示。
图1 RF信号切换系统图3.3 全频段接收
为了降低多只话筒在同时使用时相互之间的干扰，无线话筒发射机的发射频率是分频段的，表1是Shure无线话筒发射机频率分配表。无线话筒接收系统要做到兼容不同频段的发射机，系统中的接收机、放大器、分配器、矩阵等每一个信号传输环节的设备都必须能支持全频段工作，这样才能在使用中不用考虑发射器使用的是哪个频段，才能减少无线话筒在使用、管理所带来的一些麻烦，比如各厅堂之间话筒发射机共享、演出明星自带话筒、外来演出团体等问题。
表1
频 段 范 围
H4E，H4 518-578兆赫
J5E，J5 578-638兆赫(578-608,614-638)
L3E,L3 638-698兆赫
Q5 740-814兆赫
R9 790-865兆赫
Q6 740-752兆赫
A24 779-788/797-806兆赫
JBX 806-810兆赫
Q10 740-798兆赫
根据信息产业部2005年10月1日发布并实施的《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》，无线话筒在我国境内的使用频率为：470～510MHz，630～787MHz。因此所有接收设备的工作频段都必须能完整涵盖国家对无线话筒的法定使用范围，也就是不能窄于：470～787MHz。
3.4 音频信号路由
要实现多厅共享，无线话筒系统每台接收机解调输出的数字音频或模拟音频信号，应能按指定数量分配至任一厅堂的调音网络，实现信号的路由控制。也就是说，歌剧院无线话筒拾取的声音能传递到音乐厅和多功能厅，反之亦然。这需要多厅共享的数字音频传输系统的支持。
图2 多厅共享信号路由系统示意图图2所示为具有冗余结构的双星形信号传输系统。无线话筒音频可从歌剧院、音乐厅、多功能厅的任一个接口箱输入，接口箱的端口可以通过系统管理软件设定指定其路由，分配给任一厅堂的调音网络。
3.5 兼容性设计
兼容性有两个概念，一是发射机能兼容多个厂家的话筒头，因为在话筒头是决定各厂家话筒具有不同音色的主要因素，这可以采用转换部件来实现；二是接收系统能兼容第三方厂商的发射器，可通过接收机Tone Squelch(单音静噪)控制、接收系统支持全频段、接收机解码算法支持三个关键环节来实现。
3.5.1 在使用第三方厂商发射器的时候，接收机可以关闭Tone Squelch功能，以免因缺少单音识别信号而被当成干扰信号滤除。
3.5.2 无线话筒接收系统需支持全频段工作，可以匹配任何频段的发射机频点。
3.5.3 支持多种主流算法。
无线话筒系统在发射和接收过程中分别对音频信号进行了压缩和扩展，这样可以降低噪音电平，扩展信号的动态范围，这个过程被称为Compander(压缩和扩展两个英文单词Compressor 、Expander合并的简称)，如图3所示。由于每一个厂家都有自己不同的Compander算法，要想达到兼容的目的，接收系统的解码芯片应支持目前市场上各大无线话筒厂商所开发的压缩扩展算法，比如Sennheiser的“HiDyn Plus”、Shure的“ARC”、Wisycom的“ENR”、还有AudioTechnica、AKG等主流厂家的算法。
图3 COMPANDER3.6 可靠性设计
对于多厅共享无线话筒系统而言，稳定可靠显得极其重要。因其覆盖面积大，线缆传输距离长，一旦核心设备故障将导致所有厅堂都不能工作。它的稳定性通过下列方法加以解决：
3.6.1 合理选用低衰减传输线缆(见表2)，采用高增益天线放大器，能对线缆长距离传输造成的高频信号衰减进行补偿；为了避免RF信号过强造成接收机系统出现过载，天线放大器增益大小可以逐级控制。
表2 常用电缆典型衰减量(长度100米)
同轴电缆類型 直径/
mm 400MHz
衰减量/dB 900MHz
衰减量/dB
RG 58 C/U 4.95 32 52
RG 213/U 10.3 13 22
RG 218/U 22.1 7 14
Cellflex-1/4″
foam Dielectric 8.8 8.4 12.8
3.6.2 最为核心的设备如RF矩阵、天线分配器等设备均采用双电源供电方式，RF信号放大器具备断电直通功能。
3.6.3 采用高灵敏度接收机，保证接收效果的稳定。
3.6.4 具备有效措施，能有效防止接收机发生串频现象。
3.6.5 接收设备具备“Squelch”压制电平功能，能有效防止外来干扰频率。
3.7 远程监控管理
要实现系统共享，调音师应能通过远程网络控制和监视无线话筒接收系统关键设备：RF切换矩阵和接收机，利用安装在电脑内的控制软件，调音师可以在歌剧院、音乐厅、多功能厅的控制室内实现对RF切换矩阵的路由控制、对所有话筒接收系统的状态监控、更改各自区域内的无线话筒接收机设置参数。因此，RF切换矩阵、接收机都应配置有远程控制端口，支持MAC或IP地址访问方式，支持网络传输协议，才能使工作人员方便地通过网络实现对系统日常管理与操作。图4所示为无线话筒远程管理系统结构图。
图4 无线话筒远程管理系统结构图3.8 共享系统软件管理要求
无线话筒接收机可以通过控制网络上的任意节点实时监测任一厅堂的发射机实时工作状态，设置某厅堂相应接收机参数。同时控制软件应该具有多级用户权限控制，通过密码权限设置与锁定功能，以保证当前厅堂操作人员只有监视、操作分配给本厅的无线话筒发射机、接收机的权限，不能越权越级，以免误操作改变了其他厅堂的接收机设置参数，影响其演出。作为权限级别最高的音频主管，则可以在网络的任一节点上通过管理员账户监视任一厅堂的无线话筒系统工作状态，修改任一厅堂接收机的设置参数、更改RF矩阵的设置。也就是说剧院音频主管坐在办公室内，打开电脑即可管理无线话筒系统。
4 应用实例
在建的“十艺节”主场馆山东省会文化艺术中心，包括了1800座歌剧厅、1500座音乐厅、500座多功能厅和排练厅，扩声系统采用了德国Lawo的DALLIS星型冗余结构数字路由系统，无线话筒采用了来自意大利的Wisycom系统，总共32个接收通道，实现了歌剧厅、音乐厅和多功能厅三个厅无线话筒系统的共享。
5 结束语
全频段无线话筒接收系统能实现多个厅堂共享，能接收第三方厂家的无线话筒发射机信号，给使用带来了最大的灵活性，实现了资源的最大化利用，并提高无线话筒系统的应急、备份能力，适合于采用多厅共享数字音频传输系统的新建大型剧院、电视台演播厅等应用场合。希望本文在无线话筒系统设计、使用方面能够为音频系统设计工作者和使用方带来一种全新的设计理念与使用方式。
参考文献：
［1］ Ray A.Rayburn.Eargle’s Microphone Book.3rd Edition， Focal Press，2012.
［2］ www.audiotechnica.com.Wireless Microphone Technology.pdf.
［3］ www.wisycom.com.wisycomlive.pdf .
［4］ www.wisycom.com.wisycomtech.pdf .
［5］ www.sonybiz.net/godigital.An Introduction to Digital Wireless Microphone Technology.pdf.
［6］ 卢智扬.现代剧院扩声系统的冗余设计［J］.艺术科技，2012(3).