北京天橋藝術中心大劇場擴聲系統信號網絡傳輸及冗余技術的實現

趙保忠 高茂水 陶建新

【摘 要】 以天橋藝術中心大劇場擴聲系統設計為例，解析利用SD7數字調音臺的OPTOCORE光纖傳輸技術，實現系統環型 拓撲結構的光纖信號傳輸網絡，以及系統的冗余備份設計。

【關鍵詞】 擴聲系統；SD7數字調音臺；光纖環網；鏡像備份；實時切換；增益共享

文章編號： 10.3969/j.issn.1674-8239.2016.06.008

【Abstract】The author studied the sound reinforcement system design in Beijing Tianqiao Theatre. This paper analyzes the application of OPTOCORE optical transmission technology in SD7 digital mixing console， which forms the optical signal transmission network with ring topology. It also demonstrates the redundancy backup design of the system.

【Key Words】sound reinforcement system； SD7 digital mixing console； optical ring network； image backup； real-time switch； gain sharing

進入21世紀，中國新劇場建設的體量在逐漸擴大，新建劇場中對聲頻系統的先進性、安全性等要求也越來越高，有的多功能綜合劇場聲音信號的通路可達上百路之多，如何減少這些聲音信號在遠距離傳輸中的衰減、失真，控制系統的安全備份以及對信號資源共享調配等問題，都是劇場聲頻系統設計的要點，也是保證劇場音質和最終效果的關鍵。

2015年的第四季《中國好聲音》年度總決賽“巔峰之夜”在可以容納八萬觀眾的鳥巢舉行，聲頻系統的復雜程度也遠超越一般的演唱會，采用調音臺強大的光纖環網及系統鏡像備份功能滿足了音頻信號的傳輸和備份的需求。目前，專業劇場聲頻技術與戶外大型擴聲系統技術的需求相似，須配備高效傳輸和全面備份系統。筆者以北京天橋藝術中心大劇場為實際案例，解析光纖網絡音頻信號傳輸及冗余備份的解決方案。

1 大劇場主要功能

北京天橋藝術中心是以音樂劇、戲劇、家庭秀為主的“國際化演藝舞臺”， 通過多元化的運營策略，匯聚世界經典劇目，打造國內舞臺精品，開創全新的演藝產業模式，使其成為國際藝術文化的交流與創新平臺，促進首都演藝的國際化發展。

北京天橋藝術中心占地16 500 m2，建筑面積75 000 m2。天橋藝術中心是一個現代化的劇場群，包括一座1 600座的綜合性大劇場（見圖1）、一座1 000座的中劇場、一座400座的小劇場和一座300座的多功能劇場。

其中大劇場的聲頻系統是以滿足國內外音樂劇演出為主，兼顧綜藝晚會、話劇、舞劇、小型演唱會、芭蕾、歌劇、交響音樂會等的演出，因此特別設計了VIVACE電子可調混響與效果聲系統的使用切換功能；同時具備現場多軌錄制和回放功能。

2 擴聲系統設計理念及目標

大劇場是以音樂劇演出為主的專業綜合劇場，其擴聲系統設計理念和目標為：

（1）擴聲系統先進、可靠、安全，設備符合國家標準和ISO（國際標準化組織）及CIE（國際電工協會）通行標準規范；

（2）適應多聲道信號模式，兼容VIVACE電子可調混響系統的音頻通道；

（3）滿足各種劇目多場景編輯及控制功能，提供現場調音和返送調音；

（4）擴聲系統功能全面、安全穩定、操作靈活、具有可擴展性；

（5）保證擴聲系統信號的傳輸質量，提高信噪比和抗干擾能力。

3 音頻信號光纖網絡傳輸系統架構及信號流程

3.1 光纖網絡音頻信號傳輸系統架構

大劇場采用了近全光纖網絡化的系統構建方式，舞臺區域設置的模擬音頻信號接口箱負責“采集”原始模擬信號，之后匯集到中心信號機房，信號在此房間通過DIGICO調音臺的光纖基站被轉換為光纖信號，同時在劇場的音響控制室、上下場門、功放機房、現場調音位也設置光纖基站，利用數字調音臺的OPTOCORE光纖傳輸技術，形成環型拓撲結構光纖網絡。OPTOCORE是支持多種格式的專業音視頻信號以及大部分計算機數據類型的雙環冗余光纖傳輸系統，它的特點是高保真、高帶寬。DIGICO的整個OPTOCORE光纖（單環）網絡可以容納：

（1）14個光纖基站（不包含本地MADI基站），光纖地址分配使用OPTO 1.11～1.24；

（2）10個調音臺或5個主備調音臺，調音臺控制ID1～ID10 ；

（3）在采樣頻率為96 kHz時，光纖網絡同時容納504路音頻輸入和輸出。

大劇場音頻信號光纖網絡傳輸系統框圖見圖2。為提高系統信號的傳輸質量及抗干擾性，設計了舞臺上120路模擬音頻信號接入DIGICO數字調音臺環型拓撲結構光纖網絡信號傳輸系統，同時音響控制室基站和預留光纖接口接入的信號也一起進入光纖網絡傳輸系統。

系統共設計使用7個固定光纖基站，分布在信號交換機房、音響控制室、功放機房，同時在舞臺上下場口和現場調音位預留光纖接口作為接入點，配置1個光纖基站流動使用，可以隨時連接在預留光纖接口處，以上光纖基站和預留光纖接口通過安裝在信號交換機房的光纖跳線盤實現接入和環通。調音臺界面和流動光纖基站采用的是DIGICO的HMA多模光纖接口，固定光纖基站采用的是訂制ST光纖接口，通過四芯多模光纖傳輸所有音頻信號。

這樣的光纖傳輸方式，可以保證在每一個光纖基站位置的信號均能直接收發音頻信號，不用進行復雜的模擬信號物理跳接，只需在控制系統進行軟件配線就可以實現任意通道的路由分配。

系統中具體設備配置如下。

1）信號機房

2臺 DIGICO SD-RACK-ST光纖基站，共包含112路傳聲器/線路輸入，32路線路輸出，40路AES輸出 ；1臺SD-MINI-RACK-ST光纖基站，包含8路傳聲器/線路輸入，24路AES輸入，24路AES輸出。每臺基站都有獨立的網絡ID，分別是OPTO 1.11、OPTO 1.12、OPTO 1.13。每一臺基站都帶Word Clock時鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

2）音響控制室

1張SD7T雙引擎調音臺界面，帶4個冗余備份MADI接口，HMA光纖接口，本地12路傳聲器/線路輸入，12路線路輸出，12路AES輸入/輸出 ；配置1臺 DIGICO SD-RACK-ST光纖基站，共包含56路傳聲器/線路輸入，16路線路輸出；1臺SD-MINI-RACK-ST光纖基站，包含8路傳聲器/線路輸入，24路AES輸入，24路AES輸出。每臺基站都有獨立的網絡ID，分別是OPTO 1.14、OPTO 1.15。每一臺基站都帶Word Clock時鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

3）功放機房

左右功放機房各配置1臺 DIGICO SD-RACK-ST光纖基站，每個光纖基站包含16路線路輸出，32路AES輸出。每臺基站都有獨立的網絡ID，分別是OPTO 1.16、OPTO 1.17。每一臺基站都帶Word Clock時鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

4）流動設備

1張SD10調音臺界面，帶2個冗余備份MADI接口，HMA光纖接口，本地8路傳聲器/線路輸入，8路線路輸出，8路AES輸入/輸出 。配置1臺 DIGICO SD-RACK-HMA流動光纖基站，共包含24路傳聲器/線路輸入，24路線路輸出，8路AES輸入，8路AES輸出。流動基站有獨立的網絡ID，是OPTO 1.18。每一臺基站都帶Word Clock時鐘接口，采用雙冗余熱備份電源。

SD10和DIGICO SD-RACK-HMA是流動使用的設備，當有演出需要時，可以接入舞臺上下場口或現場調音位預留的光纖接口上面，實現光纖網絡的節點設備增加和環通。

光纖基站的輸入輸出音頻接口總數量為448路，固定和流動數字調音臺可直接設置光纖基站的接口分配。所有的調音臺可共享光纖基站的輸入，使用調音臺增益追蹤功能，每張調音臺臺面都有獨立控制增益的方式；同時，所有光纖基站的輸出也可以被分配到任何一個調音臺上使用；且調音臺之間通過光纖傳輸系統，可以實現多通道互傳及對話等功能。

3.2 信號流程

大劇場舞臺區域分別設置模擬信號接口箱，包括上場門接口箱、下場門接口箱，上場門/下場門側墻接口箱，后舞臺左右接口箱，樂池左右接口箱，樂池上空左右接口箱，一道、二道面光接口箱，一層天橋左右接口箱，舞臺柵頂左右接口箱，左右耳光側墻接口箱，挑臺左右接口箱。

所有模擬接口箱一共配置了148路傳聲器信號接口。根據使用功能，選擇其中64路常用傳聲器輸入通道，進入4臺16路HIROSYS 16PMSA無源一分三傳聲器分配器，將64路信號分為3組互不干擾的信號，分別送至信號機房數字調音臺光纖基站、數字備份調音臺基站和模擬舞臺綜合接口箱。其余第65～148路傳聲器信號通道全部跨接在跳線盤上，根據需求靈活跳接。

其中，1～120路傳聲器信號通道通過信號機房光纖基站進入數字調音臺光纖信號傳輸系統，同時進入光纖信號傳輸系統的還有音響控制室的傳聲器信號通道、周邊信號通道等。整個擴聲系統信號簡單流程如圖3所示。

4 擴聲系統的冗余備份

4.1 調音臺自身功能的冗余備份

大劇場配置的主調音臺選擇DIGICO SD7T（雙核冗余備份劇場版）（見圖4）具有253個單聲道或立體聲輸入，其獨特的Flexi通道處理技術，可以把253個單聲道變成253個立體聲通道，實現一共506個通道輸入；122條母線，32×32矩陣，36個VCA控制編組，32個32段圖示均衡，具有動態均衡，適合大型劇場以及現場調音時的應用；253個多頻段壓縮器、253個DIGITuBes （電子管）等的應用，使音質效果更加清晰，并可以達到模擬調音臺的音響效果。同時，具有為劇目設計高級Cue（場景）控制，以及相應的場景列表和場景通道、矩陣節點延時調節等功能，自動場景更新和通道開關顏色提醒功能。

SD7T更獨特的設計是，自身擁有兩套具有Stealth技術、DSP的核心處理模塊A、B，即一主一備，見圖5，并分別獨立運行；電源也采用雙冗余熱備份。整個光纖網絡中，A、B同時共享光纖數據和音頻輸入信號，進行鏡像備份，系統文件、設置參數、音色調整完全一致，推桿聯動，參數數據實時同步，形成調音臺冗余互相備份系統。

系統正常使用時，使用數字調音臺主模塊A進行擴聲，當其出現故障，模塊B會自動啟動，轉換過程感覺不到，演出可以正常進行。故障排除后仍恢復鏡像聯動控制。

在安全情況下，也可手動任意選擇A、B切換控制聲音的輸出，見圖6，不中斷，節目的音色和效果完全一致、同步。

另外，用于流動和返送的調音臺選用一張DIGICO SD10（現場版），具有96個全處理通道，其中12個flexi通道，最多48條母線，16×16矩陣，24個VCA控制編組，24個32段圖示均衡。

DIGICO SD7T 調音臺具有52個100 mm物理電動觸感推子，SD10 具有37個100 mm物理電動觸感推子。

同時，DIGICO不同版本的調音臺（現場版、廣播版、劇院版）之間可以自由切換（見圖7），能夠在同一個光纖環網中使用。

4.2 系統的冗余備份

考慮系統的安全性，設計了多重備份方案。

1）調音臺的備份

劇場配置了YAMAHA CL3調音臺作為擴聲系統的備份調音臺，從而使整個系統實現多重備份。

2）光纖的冗余備份

擴聲系統的音頻信號傳輸使用4芯多模光纖（見圖8），提供雙光纖冗余，實現音頻信號傳輸以及共享。

OPTOCORE提供獨特的雙向冗余同步環網結構，采用的是手拉手方式連接，即光纖環形網絡，見圖9。有一個節點設備故障時，光纖可以“反向”傳輸，系統其他節點仍可以正常運行，多個節點設備故障時，只要光纖節點故障設備（電源冗余）不斷電，光纖傳輸系統仍舊環通，其他節點繼續工作，保證整個傳輸的音頻信號不中斷。

3）揚聲器系統的冗余備份

主擴聲揚聲器系統使用法國L-ACOUSTICS的線陣列揚聲器，使用帶有自動數字模擬切換備份功能的數字DSP功放，利用其AES/EBU Fallback To Analog 方法，即AES/EBU 為主輸入信號，在遇到數字信號中斷時自動切換至模擬信號的方式，確保系統的安全性與穩定性。

5 安裝測試

系統中每個節點設備的安裝調試對實現設計目標、保障最終效果至關重要。在擴聲系統安裝過程中，主要控制了以下幾個環節。

1）設備的安裝

（1）安裝前核對設備，按照系統圖進行點位設置。

（2）確保設備安裝的空間合適，以及安裝在機柜上的設備的緊固程度。

2）系統的電氣調試

初步安裝完成，在開始測試擴聲系統之前，要先完成系統的電氣調試，采用以下步驟。

（1）系統設備的供電檢測：包括輸出電壓是否符合設備供電要求，以及各供電插座位置、電源的接地等是否正確。

（2）設備工作檢測：在檢查完成系統連線后，給設備進行通電，檢查各設備是否可以正常工作。

3）光纖系統的綜合測試

（1）傳輸線路的檢測：包括對輸入回路、輸出回路、設備間回路的各種連接線路進行檢查，判斷是否有斷路、短路、反極性以及非平衡連接。

（2）光纖通路的檢測：包括光纖的熔接頭檢測，光纜的回路測通，光纖跳線盤（見圖10）的跳線環通切換，流動光纖設備的測試。

6 演出使用和評價

北京天橋藝術中心于2015年11月20日正式投入使用后，開啟為期三個月的開幕演出季，近30個精彩劇目繽紛上演，如原汁原味的“音樂劇之王”——《劇院魅影》，在大劇場演出64場，再現該劇當年在倫敦西區演出時的盛況。

2015年底《世界和笙》新年音樂會，系統連接方式為主調音臺SD7T和流動版本調音臺SD10環通在同一個光纖網絡中，實現輸入信號增益共享、輸出混用、調音對話等功能，給觀眾帶來了一場精彩的新年音樂盛宴。

“天橋藝術中心以后將是中國專業音樂劇劇場建設的范本！”韓國舞臺工程技術與咨詢公司（Stage Engineering Technology and Consulting）資深專家劉載佑等對天橋藝術中心進行了為期一周的技術考察后給出了如是評價。

參考文獻：

[1] 張飛碧，項玨編著. 數字音視頻及其網絡傳輸技術[M]. 北京：機械工業出版社，2010.

[2] 吳知. 劇場數字音頻系統傳輸網絡及其應用[J]. 建筑電氣，2010 （7）：60-64.