現(xiàn)代劇院擴聲系統(tǒng)的冗余設(shè)計

摘 要：本文分析了如何采用現(xiàn)有技術(shù)對劇院擴聲系統(tǒng)進行冗余設(shè)計，并分別對組成擴聲系統(tǒng)的信號源、調(diào)音臺、信號傳輸系統(tǒng)、揚聲器系統(tǒng)、配電系統(tǒng)等各個部分的冗余設(shè)計方法進行了詳細(xì)闡述，對我國今后新建劇院的擴聲系統(tǒng)設(shè)計有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：劇院；擴聲系統(tǒng)；冗余；揚聲器系統(tǒng)；配電

0 引言

隨著數(shù)字技術(shù)的迅速發(fā)展，專業(yè)音頻已從模擬時代跨入了數(shù)字時代。然而，數(shù)字產(chǎn)品帶給我們優(yōu)點的同時，也給我們帶來了價格高、系統(tǒng)不穩(wěn)定、維護困難等新的問題。近年來，隨著制造成本的逐步降低、產(chǎn)品可靠性的不斷提高，數(shù)字音頻產(chǎn)品的優(yōu)勢日趨明顯，因此越來越多的用戶開始選用數(shù)字音頻產(chǎn)品，而許多用戶因數(shù)字產(chǎn)品的相對不穩(wěn)定性仍然堅守模擬陣營。2011年，MIDAS和AllenHeath已宣布將逐步停產(chǎn)高端模擬調(diào)音臺，不管你接不接受，擴聲系統(tǒng)的數(shù)字化時代已經(jīng)全面到來。

對擴聲系統(tǒng)而言，其安全可靠性一直都是音頻系統(tǒng)工程師和使用者最為重視的問題。為滿足劇院內(nèi)多種形式節(jié)目對擴聲系統(tǒng)安全性的要求，全面、可靠的冗余系統(tǒng)是不可或缺的。冗余系統(tǒng)是當(dāng)擴聲主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時能確保系統(tǒng)繼續(xù)正常工作的應(yīng)急系統(tǒng)，它要求專業(yè)音頻工程師全面考慮現(xiàn)場可能出現(xiàn)的各種突發(fā)問題，設(shè)計一個完整的解決方案，并在主系統(tǒng)出現(xiàn)故障時盡可能在最短的時間內(nèi)啟用冗余系統(tǒng)，確保系統(tǒng)安全。

面對日漸“被數(shù)字化”的擴聲系統(tǒng)，我們該采取什么樣的技術(shù)手段保證擴聲系統(tǒng)的安全性？下面針對目前常用的擴聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析如何采用現(xiàn)有技術(shù)對不同結(jié)構(gòu)的擴聲系統(tǒng)進行冗余設(shè)計，并對擴聲系統(tǒng)的信號傳輸系統(tǒng)、信號源、揚聲器系統(tǒng)、調(diào)音臺、配電系統(tǒng)的冗余設(shè)計分別進行探討。

1 劇院擴聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

擴聲系統(tǒng)最基本的功能是將聲源信號經(jīng)傳輸、混合分配、處理、放大后還原成聲音，并最終傳遞到觀眾耳朵。按照這一還原過程，我們將擴聲系統(tǒng)分為信號源、調(diào)音臺、信號傳輸、信號處理、揚聲器系統(tǒng)、聲學(xué)信號傳輸六大部分，如圖1所示。

圖1 劇場擴聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劇院擴聲系統(tǒng)的信號傳輸設(shè)計，通常以聲控室、舞臺信號交換機房、功放機房、現(xiàn)場調(diào)音位作為整個劇院的主要信號節(jié)點。按照信號在這幾個主要節(jié)點間傳輸格式的不同，這里將擴聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三種：模擬擴聲系統(tǒng)、數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)、混合型擴聲系統(tǒng)。

2 模擬擴聲系統(tǒng)

在數(shù)字音頻傳輸技術(shù)出現(xiàn)前，早期劇院擴聲系統(tǒng)通常使用模擬接口設(shè)備，包括早期推出的數(shù)字設(shè)備：如數(shù)字效果器、一體化數(shù)字調(diào)音臺、數(shù)字音頻處理器、媒體矩陣、揚聲器處理器等，因此擴聲系統(tǒng)音頻信號傳輸全部采用模擬線路。圖2為常規(guī)模擬擴聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，被早期的劇院廣泛使用，這種系統(tǒng)在調(diào)音臺、處理器等關(guān)鍵設(shè)備產(chǎn)生故障時會導(dǎo)致信號中斷，通常采用跳線盤跳過故障設(shè)備作為系統(tǒng)應(yīng)急使用。

圖2 常規(guī)模擬擴聲系統(tǒng)框圖圖3為具有完全冗余設(shè)計的模擬擴聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能滿足大型劇院使用。系統(tǒng)采用主備調(diào)音臺的方式，輸出信號在多臺DSP處理器內(nèi)部進行混合，并分別輸出給相應(yīng)的功放通道，主備調(diào)音臺可以實時在線。

圖3 模擬擴聲系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)該系統(tǒng)最大的優(yōu)點是穩(wěn)定可靠；缺點是系統(tǒng)設(shè)備較多，線路復(fù)雜，改變路由麻煩，只能使用跳線盤跳接。模擬信號傳輸方式主要采用屏蔽線纜傳輸，存在傳輸損耗、易受電磁干擾，其傳輸質(zhì)量受傳輸長度和傳輸環(huán)境的影響較大，不宜作長距離傳輸，一般通過選用優(yōu)質(zhì)低容抗低阻抗的4芯星絞集成線纜并通過屏蔽、接地防護等綜合手段提高傳輸質(zhì)量。

3 數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)

數(shù)字音頻產(chǎn)品的出現(xiàn)，改變了我們對擴聲系統(tǒng)的認(rèn)識。大同小異的模擬調(diào)音臺被各式各樣的數(shù)字臺所替代，除了最基本的混縮功能之外，數(shù)字調(diào)音臺還內(nèi)置了門、壓縮、限幅、效果、均衡、延時等多種處理模塊，其強大的功能足以替換幾乎所有的模擬周邊設(shè)備，這是傳統(tǒng)模擬臺所不可能達(dá)到的；而眾多的網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸技術(shù)的出現(xiàn)，使得復(fù)雜的模擬傳輸線路被簡潔的數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)所替代，解決了模擬傳輸時代無法面對的一系列問題：如遠(yuǎn)距離傳輸、多線路的布線困難、傳輸干擾、自動冗余、數(shù)據(jù)共享等問題，模擬時代困擾音頻工程師的眾多問題迎刃而解。

3.1 數(shù)字音頻傳輸技術(shù)介紹

要利用現(xiàn)有技術(shù)進行擴聲系統(tǒng)的冗余設(shè)計，我們首要了解下現(xiàn)有成熟的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)。自開始發(fā)展到現(xiàn)在，AV行業(yè)先后出現(xiàn)了十幾種依賴專有系統(tǒng)的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)，每種技術(shù)都有各自的特點，主要有如下幾種成熟的技術(shù)。

3.1.1 點對點音頻傳輸技術(shù)：主要有音頻工程師協(xié)會AES研發(fā)的雙通道數(shù)字傳輸協(xié)議AES3、AES10(MADI)傳輸協(xié)議，和模擬音頻一樣，AES3、MADI已成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)音頻格式。

3.1.2 基于網(wǎng)絡(luò)的音頻傳輸技術(shù)

A.基于一層網(wǎng)絡(luò)Layer1(物理層)的技術(shù)：包括法國Digigram的EtherSound、美國AVIOM的ANet、德國RIEDEL的Rocknet 、英國Midas Klarkteknik的AES50(SuperMAC)、Gibson的MaGIC、日本Fostex的NetCIRA和日本Roland的REAC等。

B.基于二層網(wǎng)絡(luò)Layer2(數(shù)據(jù)鏈路層)的技術(shù)：使用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包；包括能夠使ATM通過AES3音頻實現(xiàn)在線服務(wù)的AES51、美國PeakAudio的CobraNet、美國QSC的RAVE、英國Calrec的Hydra、Harman集團的HiQnet、以太網(wǎng)協(xié)議IEEE 802.1 AVB技術(shù)等。

C.基于三層網(wǎng)絡(luò)Layer3(網(wǎng)絡(luò)層)的技術(shù)：使用標(biāo)準(zhǔn)的IP數(shù)據(jù)包；包括澳大利亞Audinate的DANTE、美國QSC的QLAN等。

3.1.3 基于FDDI(光纖分布式數(shù)據(jù)接口)的音頻傳輸技術(shù)：使用TDM(時分多路復(fù)用)技術(shù)；包括德國的Optocore光纖傳輸系統(tǒng)、德國StageTec的Nexus光纖傳輸系統(tǒng)、德國Lawo的Dallis光纖傳輸系統(tǒng)。

在這些技術(shù)中，CobraNet、Ethersound和DANTE是獨立的第三方廠家開發(fā)的，授權(quán)給設(shè)備生產(chǎn)廠商使用，支持廠家相對較多，應(yīng)用最為廣泛；而AVB技術(shù)是開放標(biāo)準(zhǔn)，最具發(fā)展前景，被視為音視頻行業(yè)未來的標(biāo)準(zhǔn)；而其余大部分技術(shù)則基本上屬于制造商的專有系統(tǒng)。

按照其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)字音頻傳輸技術(shù)可分為點對點型、菊花鏈形、環(huán)網(wǎng)型和星形四種。

3.1.4 主要音頻傳輸技術(shù)對比

技 術(shù) Cobranet EtherSound DANTE AVB QSC

Q_LAN Stagetec

Nexus Star Lawo

Nova 73 HD Optocore

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 星形，環(huán)形 菊花鏈，環(huán)形 星形 星形 星形 雙星形全

冗余結(jié)構(gòu) 雙星形全

冗余結(jié)構(gòu) 雙環(huán)網(wǎng)

單鏈路音頻

傳輸通道 單向64 單向512

@1000BaseT 單向48 單向64 單向512 256 512 單向512

最大音頻

傳輸通道 視網(wǎng)絡(luò)

規(guī)模而定 512*512 視網(wǎng)絡(luò)

規(guī)模而定 視網(wǎng)絡(luò)

規(guī)模而定 2048*2048 4096*4096 8192

*8192 512*512

延時 最小1.33ms 最小125μs 最小25μs

@1000BaseT 最小80μs

@1000BaseT 1ms 125μs 0.72ms

同步方式 同步數(shù)據(jù) 自同步 IEEE1588 IEEE1588 IEEE1588 支持多種

外部時鐘和

內(nèi)部時鐘

視 頻 支持 支持

DMX512燈光

控制信號 支持 支持

RS232/422

/485Z信號傳輸 支持 支持 支持 支持 支持 支持 支持 支持

主要應(yīng)用場合 固定安裝、

公共廣播 現(xiàn)場擴聲

/錄音 固定安裝、現(xiàn)場擴聲、電視臺、錄音和后期制作

3.2 點對點型傳輸系統(tǒng)

點對點型傳輸結(jié)構(gòu)是在兩臺設(shè)備間通過單線路連接實現(xiàn)數(shù)字音頻傳輸，是最簡單的結(jié)構(gòu)形式。基于AES10協(xié)議的數(shù)字總線技術(shù)MADI采用這種結(jié)構(gòu)形式，它支持56路24bit采樣率的音頻單向傳輸。點對點型傳輸結(jié)構(gòu)通過倍增傳輸設(shè)備和線路即可實現(xiàn)冗余設(shè)計。

3.3 菊花鏈形傳輸系統(tǒng)

菊花鏈形傳輸結(jié)構(gòu)是將設(shè)備進行簡單的級聯(lián)實現(xiàn)數(shù)字音頻傳輸，是一種手拉手結(jié)構(gòu)，如圖4所示。典型應(yīng)用有Ethersound系統(tǒng)。這種傳輸結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)連接容易；它的缺點是，除了兩端設(shè)備之外，任一設(shè)備發(fā)生故障，都將使傳輸網(wǎng)絡(luò)一分為二。冗余設(shè)計方法是將菊花鏈兩頭的設(shè)備進行連接，形成環(huán)形網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示。

圖4

圖5 菊花鏈形傳輸系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)3.4 環(huán)網(wǎng)型傳輸系統(tǒng)

環(huán)網(wǎng)型數(shù)字音頻傳輸系統(tǒng)其本身就是一種冗余結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流可以在環(huán)中順時針或逆時針方向傳輸。其優(yōu)點在于環(huán)中的某條線路出現(xiàn)故障，不會影響該線路兩端設(shè)備的數(shù)據(jù)正常傳輸；環(huán)中的某個設(shè)備出現(xiàn)故障，不會影響網(wǎng)絡(luò)中其他設(shè)備的正常使用。缺點是添加或減少設(shè)備必須重新接線。為了獲得更高的可靠性，可以使用主環(huán)和冗余環(huán)雙環(huán)網(wǎng)設(shè)計，如圖6所示，Optocore光纖傳輸系統(tǒng)使用這種結(jié)構(gòu)。

圖6 環(huán)網(wǎng)型傳輸系統(tǒng)冗余結(jié)構(gòu)3.5 星形傳輸系統(tǒng)

星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是目前數(shù)字音頻傳輸系統(tǒng)應(yīng)用最為廣泛的一種結(jié)構(gòu)形式，它以核心路由為中心，I/O設(shè)備通過點對點傳輸線路與核心路由連接，I/O設(shè)備間的通信都通過核心路由進行，如圖7所示。CobraNet、Q_LAN、AVB、Nexus、DALLIS、Optocore等技術(shù)都使用星形結(jié)構(gòu)。它的優(yōu)點是，可以在不影響系統(tǒng)其他設(shè)備工作的情況下，非常容易地增加和減少設(shè)備，單個I/O設(shè)備的故障不會影響全網(wǎng)，容易檢測和隔離故障，便于維護；它的缺點是，處于網(wǎng)絡(luò)中心的核心路由設(shè)備一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致系統(tǒng)癱瘓。

圖7常用的冗余設(shè)計方法采用雙星形結(jié)構(gòu)。雙星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有完全的冗余路由，系統(tǒng)自核心路由、交換機、I/O接口箱到傳輸線路都配置了100%的冗余設(shè)備。當(dāng)系統(tǒng)中主網(wǎng)絡(luò)設(shè)備故障或鏈接中斷時，系統(tǒng)能夠自動切換到冗余網(wǎng)絡(luò)，切換過程是快速無縫的，任何故障都不需要人工干預(yù)，系統(tǒng)自動切換不會造成音頻信號中斷。這種結(jié)構(gòu)潛在地提高了發(fā)生各種錯誤時的容錯能力，是安全性最高的信號傳輸系統(tǒng)。

目前國內(nèi)正大量建設(shè)的大型劇院，可以采用光纖作為傳輸介質(zhì)的雙星形結(jié)構(gòu)信號傳輸系統(tǒng)，輕松實現(xiàn)局院內(nèi)歌劇院、音樂廳和多功能廳等多廳共享。

應(yīng)用雙星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計的典型系統(tǒng)有：德國Stagetec的Nexus系統(tǒng)、美國QSC公司的Q_Sys系統(tǒng)、德國Lawo的DALLIS系統(tǒng)等，圖8所示為Q_Sys(上圖)和Nexus系統(tǒng)(下圖)在大型劇院擴聲系統(tǒng)中應(yīng)用的全冗余結(jié)構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)。

圖8 雙星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)信號傳輸系統(tǒng)3.6 數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)有數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)有幾種結(jié)構(gòu)，第一是利用控制界面和接口箱分離式設(shè)計的小型數(shù)字調(diào)音系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般采用點對點技術(shù)或單星形結(jié)構(gòu)的信號傳輸網(wǎng)絡(luò)，不具備冗余能力，一般只支持單臺控制界面，適合于中小型劇院。第二種是選用自帶冗余網(wǎng)絡(luò)的大型數(shù)字調(diào)音臺系統(tǒng)，也支持多臺調(diào)音控制界面同時使用，可實現(xiàn)接口、數(shù)據(jù)共享，互為備份，適合大中型劇院。第三種是選用獨立的信號傳輸系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)采用環(huán)形或雙星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可接入多臺調(diào)音臺，具有完善的冗余機制，適合于重要的大型劇院。圖9所示為全冗余結(jié)構(gòu)數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)。

圖9 全冗余結(jié)構(gòu)數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)4 混合型擴聲系統(tǒng)

數(shù)字模擬混合型擴聲系統(tǒng)是一種全冗余結(jié)構(gòu)的擴聲系統(tǒng)，信號主網(wǎng)絡(luò)采用數(shù)字傳輸系統(tǒng)，備份網(wǎng)絡(luò)采用模擬傳輸系統(tǒng)，兩系統(tǒng)自調(diào)音臺開始至處理器輸出均完全獨立且互為備份，信號在數(shù)字功放或DSP處理器實現(xiàn)混合，當(dāng)其中任何一方發(fā)生災(zāi)難性事故時，音頻信號均能通過備份網(wǎng)絡(luò)保持傳輸?shù)臅惩ǎ_保系統(tǒng)可靠運行，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 混合型擴聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)5 音源系統(tǒng)冗余設(shè)計

音源系統(tǒng)包括聲源拾取設(shè)備和重放設(shè)備。聲源拾取設(shè)備包括各類有線、無線話筒，重放設(shè)備包括卡座、MD機、CD機、DVD機、固態(tài)硬盤錄音機、電腦、數(shù)字音頻工作站(DAW)等。

5.1 話筒安全冗余設(shè)計

對于話筒的安全冗余設(shè)計，采用兩種方式。首先，可以采用話筒分配器，將話筒信號分配后同時輸出給主備系統(tǒng)(主備調(diào)音臺或主備I/O接口箱)。其次，對于更重要的應(yīng)用，如政府會議場合，可以采用主備話筒的方式，兩支話筒的擺放位置及角度保持一致，確保能拾取到相同的聲音信號，主備話筒信號均經(jīng)過話筒分配器分配，分別送至主備調(diào)音臺或主備I/O接口箱。

由于無源話筒信號分配器只有直通輸出回路能通過幻象電源，對于需要幻象供電的電容話筒，主備話筒48V幻象電源可分別取自主備I/O接口箱，如圖11所示。

圖11 話筒安全冗余設(shè)計5.2 重放信號安全冗余設(shè)計

對重要的重放音源信號，可以采用三種方式。對于只有模擬接口的設(shè)備，采用無源分配器，將音源信號分配后同時輸出給主備調(diào)音臺。對于同時擁有AES數(shù)字音頻和模擬音頻輸出的播放設(shè)備，可將數(shù)字和模擬音頻輸出分別送給主備調(diào)音臺。更重要的應(yīng)用，可以采用主備音源設(shè)備的方法，當(dāng)某一重放設(shè)備產(chǎn)生故障時，備用設(shè)備可以接替主設(shè)備繼續(xù)工作。

圖12 重放信號安全冗余設(shè)計

6 輸出系統(tǒng)冗余設(shè)計

因揚聲器有無源和有源之分，我們習(xí)慣把功放和揚聲器視為一個整體，稱為揚聲器系統(tǒng)。揚聲器系統(tǒng)作為擴聲系統(tǒng)的最終輸出端，因其數(shù)量相對較多，一臺功放或音箱的故障不會造成大范圍影響，是擴聲系統(tǒng)中故障率最低的部分。但是輸入信號的中斷則會造成整組或全部揚聲器無聲音輸出，因此如何將輸出信號和DSP處理器及功放進行合理的銜接顯得尤為重要。

圖13 利用數(shù)字功放作信號混合隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，功放也實現(xiàn)了數(shù)字化，內(nèi)部集成了DSP處理器，并且可同時支持?jǐn)?shù)字和模擬信號輸入，數(shù)字包括AES、DANTE、Cobranet或其他格式。數(shù)字功放配置遠(yuǎn)程控制端口，采用RS485、CAN、Echelon等協(xié)議，利用專用軟件通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對功放的遠(yuǎn)程控制和工作狀態(tài)監(jiān)視。

圖14 利用DSP處理器作信號混合劇院內(nèi)最常用的冗余設(shè)計方法是將數(shù)字功放或DSP處理器作為主備傳輸網(wǎng)信號輸出的混合端，利用其音源切換功能實現(xiàn)系統(tǒng)備份，分別如圖13、圖14所示。主輸入信號來自主調(diào)音臺，通過信號主傳輸網(wǎng)絡(luò)輸出給功放或DSP處理器的數(shù)字接口；來自備份調(diào)音臺的信號，則通過冗余傳輸網(wǎng)絡(luò)輸出給功放或DSP處理器的第二個數(shù)字接口或模擬接口。

目前有兩種類型的DSP處理器和數(shù)字功放可選擇。第一類是當(dāng)數(shù)字信號中斷時，須通過遠(yuǎn)程控制軟件手動切換至模擬輸入實現(xiàn)備份；現(xiàn)有大部分產(chǎn)品屬于這一類。圖15為德國DB的R1控制軟件，圖示窗口可同時對系統(tǒng)所有功放的音源進行切換(Input Type：數(shù)字或模擬)，也可在分組界面內(nèi)單獨對每臺功放進行切換。這種方法的缺點是會造成信號暫時中斷，時間視操作人員的反應(yīng)程度而異。

圖15對于重要的劇院，可以選擇另一類DSP處理器和數(shù)字功放。這類功放具有自動音源切換功能：當(dāng)數(shù)字音源信號中斷時，能自動無縫切換至模擬音源或其他音源。目前擁有這種技術(shù)的成熟產(chǎn)品有LAB.Gruppen的Lake處理器、Audemat的處理器、LAB.Gruppen內(nèi)置Lake處理器的PLM系列功放、LAcoustics的LA功放、Crown支持PIPUSP3/CN模塊卡的系列功放等。圖16為LAcoustics的LNet控制軟件的功放輸入音源選擇界面，左圖Input Selection為模擬或數(shù)字音源選擇，Analog Fallback Mode為模擬信號備份模式選擇，有三種選項：不備份/啟用備份且設(shè)備工作在最佳延時模式(數(shù)字3.5ms、模擬3.9ms，信號切換存在延時差)/啟用備份且設(shè)備工作在相同延時模式(數(shù)字和模擬均為3.9ms，信號切換不會存在延時差)；右圖表示音源選擇界面的工作狀態(tài)顯示，分別表示：選擇了數(shù)字音源且信號正常/選擇數(shù)字音源但信號出錯處于模擬備份狀態(tài)/處于模擬備份狀態(tài)且數(shù)字音源已恢復(fù)正常可手動恢復(fù)。

圖167 調(diào)音臺冗余設(shè)計

傳輸網(wǎng)絡(luò)、音源系統(tǒng)、輸出系統(tǒng)的冗余設(shè)計，可以確保系統(tǒng)連接、設(shè)備故障不會造成音頻信號中斷的嚴(yán)重事故，而調(diào)音臺作為系統(tǒng)信號的混合中心，其故障則有可能造成音頻信號中斷。解決方法是采用主備調(diào)音臺的方式。

近幾年來，新建的大型劇院一般都會配置2到3臺調(diào)音臺：主數(shù)字調(diào)音臺、備份模擬臺，有的再配置一臺流動數(shù)字調(diào)音臺。流動臺一般和主臺采用同品牌同系列產(chǎn)品，通過信號傳輸網(wǎng)絡(luò)與主臺共用信號接口箱，因此可以在現(xiàn)場調(diào)音位、舞臺返聽調(diào)音位等設(shè)置有信號傳輸網(wǎng)絡(luò)接口的位置流動使用，同時在主臺出現(xiàn)故障時可以直接接替主臺繼續(xù)工作，作為主臺的備份。而備份臺一般選用模擬調(diào)音臺，其信號源和主臺一樣，經(jīng)由話筒或線路分配器分配后送至模擬臺，因此主數(shù)字調(diào)音臺和備份模擬調(diào)音臺可以做到同時在線，當(dāng)主臺出現(xiàn)故障時，備用調(diào)音臺可以無縫接替主臺工作。

這里特別強調(diào)模擬調(diào)音臺作為備份調(diào)音臺的意義。數(shù)字調(diào)音臺雖然功能強大，但較模擬臺而言其穩(wěn)定性仍有待提高，因此，為擴聲系統(tǒng)配置備份模擬臺能夠大大提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。而對于非駐場演出的劇院，外來演出團體調(diào)音師一般很難在短時間內(nèi)適應(yīng)一個新的數(shù)字調(diào)音臺，這時模擬調(diào)音臺也顯得尤為重要。

8 配電系統(tǒng)冗余設(shè)計

電源是系統(tǒng)中最重要的環(huán)節(jié)，一旦出現(xiàn)故障會造成整個系統(tǒng)癱瘓，無論你選用多少的冗余設(shè)備都無濟于事。對于劇院的擴聲系統(tǒng)配電，建筑電氣一般按照劇院建筑的最高負(fù)荷等級進行設(shè)計，重要劇院的負(fù)荷等級基本上都屬于一級。一級負(fù)荷為兩路高壓電源進線，兩路電源不會同時停電，經(jīng)不同的變壓器降壓后，雙電源同時供給擴聲系統(tǒng)配電箱，并在配電箱處設(shè)置PC級ATSE自動切換開關(guān)，當(dāng)一路電源故障時，能自動切換至另一路，保證擴聲系統(tǒng)輸入電源的可靠性。

現(xiàn)有很多劇院配電設(shè)計存在如下問題：為了方便控制，擴聲系統(tǒng)僅設(shè)計一總配電箱，設(shè)置在聲控室內(nèi)，功放室、信號交換機房末端配電箱和聲控室設(shè)備電源由該總配電箱單輸出回路供給，如圖17所示。這種設(shè)計相當(dāng)于把雙電源降到了單電源供電，增加了電源風(fēng)險，在輸出線路或保護開關(guān)出現(xiàn)故障時，仍然會造成系統(tǒng)供電中斷。

圖17 單回路輸出供電較簡單的改進方法是功放室、聲控室、信號交換機房均采用雙輸出回路供電，并設(shè)置兩只不同的末端配電箱，如圖18所示。

圖18 雙回路輸出供電最安全的設(shè)計方法是功放室、聲控室、信號交換機房配電箱均由變電所供給雙電源，并在末端實現(xiàn)自動切換，如圖19所示。除了功放設(shè)備外，其余設(shè)備還可以配置獨立的UPS電源或集中式UPS電源作為第三道電源保障。

有了安全可靠的電源設(shè)計，自配電箱到設(shè)備的供電線路應(yīng)做到合理的連接才能最終保障供電可靠性。因此，主備系統(tǒng)的音源、調(diào)音臺、音頻傳輸系統(tǒng)設(shè)備的電源，觀眾主擴系統(tǒng)左中右聲道的多臺功放電源(或多只有源揚聲器電源)，應(yīng)分別取自不同的末端配電箱或雙電源箱的不同輸出回路，以分散故障風(fēng)險，做到真正的冗余設(shè)計。

圖19

因設(shè)備本身的電源故障率相對較高，早期的大型模擬調(diào)音臺就開始采用雙電源供電設(shè)計，而現(xiàn)在數(shù)字音頻產(chǎn)品絕大部分都設(shè)計雙電源供電模塊，如圖20所示。因此其電源分別取自不同的供電線路可提供進一步的安全保障。所以，在大型劇院中，現(xiàn)場調(diào)音位、舞臺監(jiān)聽調(diào)音位、樂池調(diào)音位等綜合接口箱內(nèi)，均應(yīng)設(shè)計雙路電源接口。

圖20

9 結(jié)束語

采用雙星形信號傳輸?shù)娜哂嘟Y(jié)構(gòu)數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)因具有完全的冗余處理核心、冗余連接路由、冗余PSU以及完善的自我檢測功能，是目前最為安全的數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，但系統(tǒng)造價較高，適合于對可靠性要求非常高的大型劇院、電視臺、廣播電臺、政府會議中心、實況演出等場所使用；全冗余結(jié)構(gòu)的混合型擴聲系統(tǒng)兼具數(shù)字系統(tǒng)和模擬系統(tǒng)的優(yōu)點，且性價比高，是系統(tǒng)預(yù)算相對較低劇院的首選；而全冗余結(jié)構(gòu)的模擬系統(tǒng)因其線路復(fù)雜、維護麻煩，已很少被采用。音頻工程師在系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)對劇院的規(guī)模、用途、資金等情況進行綜合分析，合理選用滿足該劇院實際使用的冗余結(jié)構(gòu)擴聲系統(tǒng)。

參考文獻：

［1］ 樊思津.淺談演播室音頻備份系統(tǒng).

［2］ 兆翦.CobraNet 與EtherSound 音頻傳輸技術(shù)比較.

［3］ PhilWard.Thebackofthenet.

［4］ Kevin P.Gross.QSC QLAN_White Paper .

［5］ Stefan Schmitt， Dr.Jochen Cronemeyer.Audio over Ethernet: There are many solutions – but which one is best for you?

［6］ HTTP:∥www.ethersound.com/.Ethersound Technology.

［7］ Yamaha，whiter paper.An introduction to networked audio.

［8］ Optocore.Network DescriptionOPTICAL DIGITAL NETWORK SYSTEM.