節目制作中無線傳聲器系統的應用

尹寶興

（中央廣播電視總臺，北京 100859）

1 無線傳聲器系統的現狀

1.1 模擬無線傳聲器系統

目前，大多數專業無線傳聲器系統采用模擬調頻技術，由于其突出的穩定性和良好的音質，在很多重要的大型活動和演出中得到廣泛應用。但是，隨著演出場地的不斷擴大，通道數量的不斷增多，對無線傳聲器系統的安全使用提出了挑戰，這已成為行業共識。在 UHF 頻率范圍內使用無線傳聲器系統時，其工作頻段必須符合相關的法規，這樣無線傳聲器使用的頻率資源就受到了限制。

在節目制作中，由于無線設備的不斷增多，致使干擾信號越來越多，現場的頻率規劃及管理就顯得尤為重要。在復雜化的環境下，經常會遇到獲取的接收信號質量不均衡的問題，為了保證射頻信號被安全解調，接收信號應保證射頻信噪比保持在25 dB以上，而這種不均衡對于保證所有區域都能達到標準就顯得愈發困難，因此，天線系統的布局設計就成為不可或缺的步驟。另一方面，隨著無線傳聲器通道數量的增多，互調干擾概率會成倍的增加，使用頻點的精確計算以及現場設備管理也必須嚴格執行。

1.2 數字無線傳聲器系統

當前，專業數字無線傳聲器系統被越來越多的使用者認可，其利用全數字技術對上述模擬無線傳聲器使用中遇到的各種困擾提供解決方法。

目前，數字系統采用p/4DQPSK數字調制技術，具體指標指標見表1，可靠解調所需射頻信噪比達到11 dB，相比模擬無線傳聲器抗干擾能力大幅提高。

數字無線傳聲器系統的發射設備發送端采用環形濾波器件，末級電路采用射頻線性放大電路，有效減少了互調干擾（見圖1、圖2）。

由于數字無線傳聲器系統的互調干擾基本可以忽略，工作頻點無需進行計算，只需保證一定的載頻間隔即可安全工作，大幅提高了頻率利用效率。

如24 MHz頻段內，在保證安全使用前提下，模擬無線傳聲器系統經計算非均勻分布，可設置24個工作頻點；數字無線傳聲器系統按600 kHz間隔均勻分布，可設置40個工作頻點。

表1 p/4DQPSK數字調制技術指標

圖1 2支模擬無線傳聲器互調干擾

圖2 2支數字無線傳聲器互調干擾

圖3 數字真碼分集系統

圖4 模擬真分集系統

在接收信號處理上，數字無線傳聲器系統采用了雙天線接收的真碼分集（見圖3），A、B天線接收的射頻信號進行分集合并，互相補充，較之模擬無線傳聲器系統采用的真分集（見圖4），自動擇優選一的方式，具有更高的安全可靠性。

2 節目制作中無線傳聲器系統的設計思路

2.1 多場景下的無線傳聲器系統設計要點

制作節目時需要在多個區域進行錄制，各區域物理空間相對獨立，使用的無線傳聲器系統需在各區域間無縫使用。在此要求下，天線系統的布局、接收信號的集成以及完好地送到接收系統，就成為設計的重點。

（1）天線的選擇

根據場地及安裝位置情況，選擇天線性能。指向性：全向或指向天線。

放大性能：無放大功能、有放大功能及放大量。

（2）天線放大器的供電問題

天線放大器基本置于接收天線之后，用于補償之后線纜傳輸信號的損耗。放大器所需供電一般來自于接收機或天線分配器，此類設備供電能力有限，如需多級放大，需另外加裝供電裝置，否則放大系統無法工作。

（3）接收信號合成問題

多于雙天線布局情況下，需要將接收天線分組組合為2個通道信號，送至接收機或天線分配器的A、B輸入端，因此，必須保證混合、分配設備的指標適用于接收信號的電平范圍。

（4）傳輸線纜的選擇

接收信號的傳輸通常使用同軸電纜，必須清楚了解線纜的特性阻抗及單位長度的損耗指標，以保證與設備的輸入、輸出阻抗相匹配，并可以準確測算整個傳輸過程中的損耗，以便調整天線放大器的增益。

2.2 多通道無線傳聲器系統應用的頻率規劃與管理

在制作節目中，需要使用較多通道的無線傳聲器及耳返。目前，幾十個甚至上百個通道的無線傳聲器同時、同區域的使用已經十分常見。因此，頻率規劃與管理、現場設備管理就成為安全可靠制作的保障。

（1）使用頻段間的隔離

為提高頻率利用率，使用頻率規劃時，應考慮將可用頻域分段使用，在劃定的較小頻段內，工作頻點可進行比較密集的設置；但使用頻段之間應留出足夠的頻率間隔，一般情況下，間隔應不小于相鄰最大使用頻段帶寬。

（2）現場無線頻率管理

為保證節目安全制作及播出，需要對節目現場進行無線頻域的管理及監測，以保障節目所用無線傳聲器使用頻段安全可靠，未經允許的無線設備不可進入現場使用，出現突發干擾信號可及時發現與應對。

（3）現場設備管理多個無線傳聲器發射機同時使用容易產生互調干擾，特別是多支傳聲器聚集一起且靠近接收天線端的狀況下尤為嚴重。因此，在節目進行期間，應保證開機狀態的無線傳聲器，無論是在用或是備用的，都應該保持一定的間隔，一般不小于10 cm的距離。待用傳聲器存放處應盡可能遠離接收天線。無線耳返發射天線安裝位置也應盡量遠離無線傳聲器接收天線。

2.3 多干擾環境下無線傳聲器系統應用的抗干擾措施

圖5 集合了廣播干擾、設備電磁干擾的掃頻圖

隨著現今大型節目形式的多樣化，觀眾對于節目要求的不斷提高，為了滿足更多的使用需求，節目中使用的設備也越來越多，現場可能存在較多的無線干擾（見圖5）。常見的干擾從干擾源來劃分主要分為以下幾類：廣播干擾、通信干擾、設備電磁干擾（如舞臺機械干擾）、互調干擾及突發不明干擾（見圖6）。

設計要點為：排查并規避這些干擾，選擇干凈頻段作為工作頻段，通過嚴格計算，確定工作頻點。

（1）廣播干擾的規避

廣播干擾一般為開路電視信號、廣播信號，具有占用頻段寬、帶寬及幅度相當固定、存在時間長、信號強度一般比較大的特點，廣播干擾是無線傳聲器系統使用中的最大干擾，應嚴格規避。工作頻點應距干擾外沿2 MHz以上。

（2）通信干擾的規避

通信干擾一般為對講機及其他無線設備等造成的干擾，其發射源距離使用場地近時信號也是比較強的，這類干擾頻點不固定，如果和使用中的無線傳聲器同頻也會嚴重影響無線傳聲器系統的工作。通信干擾只有在通信備使用期間會產生干擾，在非使用期間很難發現，應仔細測試排查。在節目制作現場，應限制通信設備的使用頻段，遠離無線傳聲器使用頻段。同時，在使用時要盡可能長時間觀察是否有此類干擾出現，如有可能應提前了解對講機等設備的工作頻段，提前做出規避，避免此類設備在節目中突然使用造成事故。

圖6 各種無線干擾

（3）設備電磁干擾的規避

設備電磁干擾一般為一些交流電設備在工作時輻射出的干擾，這類干擾在節目場地中非常多，且無規律可循，如燈光、LED大屏、舞臺機械、發煙機等。此類干擾需要在設備搭建完成后仔細排查，確定每種干擾源的干擾頻段，盡量將無線傳聲器的工作頻段距離干擾頻段一段距離，以保障系統安全性。

（4）互調干擾的規避

互調干擾是使用多通道無線系統時系統內部的干擾，同時使用的無線傳聲器越多，無線系統內部產生的互調干擾越多。這其中以三階互調失真信號的強度最大，不同的頻率組合可以生成非常多的三階互調失真信號，遵循的規則（見圖7）是：A為一個頻點，B為另一個頻點，2倍的A減去B可得一個三階互調失真頻率（2A-B），對無線系統的影響也最大。例如一個使用40個通道無線傳聲器的系統，任意2個頻點所產生的三階互調信號的數量為40×39=1 560（個），其中任意一個都有可能對無線系統產生影響。

同樣，除了三階互調失真信號，2個頻率所衍生出的五階互調失真產物（3A-2B）、3個頻率所衍生出的三階互調失真產物（A+B-C）等也都會對多通道無線傳聲器造成串擾，但相對2A-B來講，要小很多（見圖8）。

通常來說，通過合理的規劃和計算頻率可以很好地規避互調失真信號，更為重要的是，在使用無線傳聲器時，每個發射器之間保持的一定距離可以很有效地抑制互調失真信號的產生。具體做法可以將每一個發射器單獨放置在一個金屬盒子里，金屬對于信號有很強的屏蔽作用，這樣即使發射器之間離得很近也可以有效的抑制互調失真信號的產生。如果客觀條件不允許，也應該保證放置的發射器有一定的距離（見圖9）。

（5）突發不明干擾的應對

圖7 2個頻點的三階互調失真頻率

圖8 2個頻點的五階互調失真頻率

圖9 無線手持傳聲器保持距離擺放

突發不明干擾一般是指發射來源不可查、出現時間不固定、頻率占用無規律的干擾。這類干擾出現突然，提前無法預知，在節目運行過程中對無線系統威脅很大。應對突發干擾，應提前準備好備份頻段及設備，備份頻段與在用頻段應在30 MHz以上。在搭建無線系統時應預留一定量的備份頻率，并且保持整個無線系統的接收信號強度，這樣當出現同頻干擾頻率時，如果干擾頻率信號強度弱于無線傳聲器信號，干擾信號有可能不會對無線傳聲器產生影響；如果同頻干擾信號強度超過或者接近無線傳聲器信號，就會對無線傳聲器的聲音產生影響。目前所有廠家的無線產品都無法消除較強的同頻干擾對無線傳聲器信號的影響，在使用多通道無線系統時預先規劃好工作頻率，根據現場的情況調整好接收機的壓制（Squelch）電平（見圖10），用檢測設備長時間觀察整個環境的頻率環境以應對突發狀況，盡可能屏蔽突發干擾信號。

（6）有限頻率資源的利用

在各種干擾之間，應仔細分辨可用頻段，不放過任何可用資源。在設備選擇上，應選擇寬頻段可調整的發射接收設備，方便頻點設置。

3 無線傳聲器系統應用的實操技巧

3.1 設備的擺放

隨著當今大型綜藝節目制作水平的不斷提高，節目類型的不斷創新，對于設備的使用需求也越來越多。無線傳聲器系統憑借其使用上的便利及良好的音質，使其在節目中的使用量越來越大，常規的節目使用三四十個通道已很常見，一些大型節目中使用上百通道也并不罕見，而數量眾多的無線傳聲器對于使用者的素質要求也日益提高。確保多通道無線傳聲器系統的安全使用需要在很多方面加以注意。

如今，在大型節目中的現場擴聲調音位和舞臺監聽調音位都是分開的。由于現場調音的需要，現場擴聲調音位一般位于舞臺正面的軸線上，而為了方便檢查系統，便于與藝人、樂手溝通，舞臺監聽調音位一般偏向舞臺的側面，距離舞臺更近，整個音頻系統中的大部分設備（如接口箱、音分話分等）都是放置在舞臺監聽調音位，這其中也包含無線傳聲器系統設備（見圖11、圖12）。

現場調音師在彩排和演出中無暇顧及系統中出現的一些問題，包括無線傳聲器系統的使用狀況。當需要用到多通道無線傳聲器系統時，需要專人來保障無線系統的正常運行，調音師的音頻助理需要在節目中監控整個無線系統的工作狀態。將無線傳聲器系統的設備放置在監聽調音位，方便音頻助理給藝人發放和佩戴，需要調整聲音時也方便與藝人直接溝通。

圖10 Squelch電平設置

另外，大型綜藝節目中無線傳聲器接收機一般放置在舞臺外圍，而無線傳聲器的外置天線則需要放置在和舞臺之間沒有遮擋，并且接收信號良好的位置上，接收機或者天線分配器與天線之間需要鋪設天線饋線進行連接，考慮到RF信號的損耗及天線饋線鋪設難度的問題，天線饋線長度不宜過長，所以無線接收機應當放置在盡量靠近天線的位置（見圖13）。

在制作大型綜藝節目過程中會使用很多其他專業的設備，其中不乏有對無線傳聲器系統產生干擾的設備。所以，無線接收機在安裝位置上要遵循以下幾個基本原則。

（1）盡量遠離有開關電源電路、射頻電路和高頻脈沖電路的設備，如對講機、LED大屏、硅箱、發電機等。避免與一些帶有開關電源、發射等設備安裝在同一個機柜內，如無線耳返發射器、DVD播放器、數字音頻處理器、數字視頻矩陣、數字視頻傳輸設備等一切可疑的干擾源。

圖11 《中國好聲音》總決賽監聽調音位擺放無線接收機

圖12 《星光大道》總決賽監聽調音位擺放無線接收機

圖13 大型選秀節目《Rising Star》場地布局

（2）盡可能獨立安裝無線傳聲器接收機，距離小型電磁干擾源間隔0.5 m～1 m，距離大型電磁干擾源越遠越好。

（3）無線接收機要盡量遠離金屬物體。

（4）如果無線接收機未使用外置天線，為了實現分集接收，多臺分集式接收機不應該全部摞在一起，這樣才能保證所有天線間距至少1/4波長。

當然無線傳聲器系統的布放并不是絕對的，很大程度上要考量場地的情況，一般大型綜藝性節目中使用的無線系統都要配置天線系統，保證整體系統的穩定性。無線接收機的擺放位置主要是為了方便傳聲器管理人員監控和排查系統，場地情況不允許的時候，負責發放和佩戴傳聲器的工作點也可以另外安排在舞臺附近，和接收機保持較遠的距離。

3.2 天線的選擇與架設

3.2.1 天線的選擇

天線的選擇對于多通道無線系統起著至關重要的作用，每臺無線接收機都配置有隨機的鞭狀天線，這種天線為全指向性，增益一般為0。大型節目中，由于場地較大，舞臺結構復雜等因素，僅僅使用隨機的天線接收能力不足，無線傳聲器容易出現斷音的情況。這種場地需要配置獨立的天線系統以保障系統的穩定性，之后再根據場地允許架設天線的位置和使用需求，選擇不同類型的天線。除此之外，外置天線在選擇時一定要滿足無線傳聲器的工作頻段才能和系統一起使用。

圖14 不同發方向性的天線

圖15 無線傳聲器系統用的有源和無源的天線

無線傳聲器所用天線從接收信號的方向性來說，天線一般分為定向天線和全向天線（見圖14）。定向天線一般用于指向某一個特定的方向，波束寬度越窄，增益越高。全向天線顧名思義接收信號的方向為360°，也叫無方向天線。大型綜藝節目中，由于場地較大，天線一般也不會安裝在場地的中央，選用定向天線居多。定向天線增益高、指向性好、接收距離更遠，可以有效地保證無線系統的穩定性，并且一定程度上可減弱接收到的來自其他方向的干擾信號。

從天線的功能上區分（主要為放大能力），無線傳聲器系統用的天線又分為有源天線和無源天線（見圖15）。有源天線除了天線本身的放大能力外，還內置天線增益器，可以提供額外的放大功能，增益器需要后級設備供電工作。而無源天線則不需要供電即可工作，放大功能完全依賴天線自身。

根據一般大型節目的場地，天線選擇以有源天線居多。RF信號在天線饋線中的衰減隨著頻率的升高而增大，由于VHF頻段內的干擾較多，影響無線傳聲器系統的正常工作，目前多使用UHF頻段，并且較多為工作在500 MHz ～800 MHz。當天線距離接收機有一定距離時，需要用天線饋線將天線架設到合理的位置，在這個過程中天線饋線內部傳輸的RF信號會有衰減，應當通過天線增益器來補償饋線內的衰減。

不同型號的天線饋線廠家都會給出衰減參數表，根據實際使用的線長和頻段，可以大致估算出天線饋線的衰減，或者通過頻譜儀等設備可以直接測量出饋線的衰減（見圖16）。天線增益器補償饋線衰減的增益量要根據整個系統的穩定性來調整，增益過小會造成無線系統不穩定，而增益過大有可能導致信號過載，同時也會放大其他干擾信號，降低系統的信噪比。因此，天線增益器的調整精度越高越好，這樣可以根據各種不同的使用情況來精細調整系統的合理增益。

3.2.2 天線架設需注意的問題

天線的架設對于整個無線系統的穩定性至關重要。最簡單的情況下，接收機使用的是隨機的1/4波長天線，目前的主流接收機隨機天線都是可以拆卸的，而天線都是安裝在接收機的后面板。如果接收機要裝在機柜中，天線要盡量安裝在機柜之外，這樣可以避免金屬機柜對信號的屏蔽。有些產品帶有前面板安裝天線的隨機配件，可以將天線安裝在接收機的前面板，但是要保證天線處于一個合適的高度避免被其他物體遮擋，同時不要過于靠近金屬物體。

當場地較大時，需要考慮使用指向性天線保證無線系統的穩定性，指向性天線波瓣角度更小，接收距離更遠。一般來說，天線與發射器應處于同一個空間內，如果放置無線接收機的地方距離使用區域較遠，應將天線用饋線延長到場地內。天線應架設在高于人群的位置，天線前方盡量避免有障礙物遮擋，尤其是大型的金屬物體，如金屬網、輕鋼龍骨、機架等，金屬物體對于RF信號有非常強的遮蔽作用，衰減量至少達20 dB，天線前面出現大型金屬物體遮擋會嚴重影響無線系統的穩定性。

圖16 10 m的Canare L-3D2V在470 MHz ～840 MHz頻段內的衰減曲線

不管使用的是1/4波長天線還是外置天線，都應當避免發射器與天線距離過近。太近的距離不僅可能會造成接收機RF信號過載，還會造成接收機內部產生過多的互調失真信號。一般而言，除非無線發射器端的發射功率非常高，發射器和天線之間至少要保持幾米的距離，隨著發射器端的發射功率的增大，與天線之間的最近距離也要酌情增加。

現在主流的無線傳聲器系統都是分集式接收，分集天線在放置時要保持一定的距離來提高接收效率，取得最大效率的最小間隔為1/4波長。在一些大型綜藝性節目中，由于場地較大，為了使天線覆蓋更大的傳聲器使用區域，可以將分集天線的間距拉大，有必要時再增加天線的數量來使各個發射器距離天線的距離更短，保障整體系統的穩定性。

另外，放置天線時要盡量避免靠近任何可疑的干擾源，如LED大屏、無線耳返的發射天線、數字設備、交流電設備等。

當需要將天線用饋線引到使用區域時，根據使用饋線的衰減指標來計算使用饋線的實際衰減量，配置適合的增益器來補償饋線對RF信號的衰減，避免出現衰減過大或者增益補償過大的情況。如果出現需要使用很長距離的天線饋線，首先考慮是否可以將接收機及天線放置在距離使用區域較近的位置，通過長音頻線將信號傳送回系統。如果場地情況不許這樣擺放，一般增益配置合理的系統使用指向性天線，即使天線距離無線傳聲器幾十米乃至上百米信號也不會有問題，應該考慮調整天線的位置，盡量放置在正對使用區域的地方，縮短天線饋線的長度，增加天線到無線傳聲器之間的空間距離。萬一遇到天線饋線必須布得很長的情況，例如超過300 m甚至更長，要選擇線徑較粗的低衰減模擬天線饋線。遇到天線饋線特別長的情況，如室外大型真人秀節目，饋線長度以公里計，要考慮使用光纖傳輸系統來傳輸RF信號。

圖17 無線傳聲器頻率覆蓋測試信號強度

系統頻點設置完畢后通過頻率覆蓋測試來觀察無線傳聲器在使用區域內各個位置的信號強度（見圖17），并根據情況可以微調增益器來平衡整個系統的信號接收強度。如圖17中所示，橫坐標為時間軸，單位是分鐘（時長可選），縱坐標是RF信號強度，單位是dBμV，圖中示例是一個較小的場地。通過頻率覆蓋測試可以知道在場地中主要使用無線傳聲器的區域信號是否正常。一般而言，需要進行幾次的頻率覆蓋測試才能了解系統的情況，包括使用不同的發射器（手持、腰包或者“手雷”）、不同的佩戴方式、抓握方式及不同的測試時間。當無線系統的信號強度達到50 dBμV ～60 dBμV（每個點只考慮2支天線中信號強的那支，因為模擬無線傳聲器分集接收，同一時間只選擇信號強的一支），考慮到人體阻隔信號的影響，包括握住無線傳聲器發射天線、無線腰包貼近人體以及人體直接阻隔無線傳聲器等因素，人體對無線傳聲器信號的衰減大概在20 dBμV～25 dBμV，除非出現使用者突然被大型物體遮擋，無線傳聲器信號即使被人體遮擋也不會低于35 dBμV，可以保障系統的穩定性。當然，如果舞臺中有可活動的造型或者設備會在節目中遮擋無線傳聲器，在調試時一定要考慮到這些因素，并在調試中找到最佳的平衡點。

4 結語

當前，電視節目制作越來越大型化、復雜化，致使無線傳聲器使用數量大幅增加，天線系統也愈加復雜，而制作現場更多無線設備的使用使得射頻干擾增加，這些情況使得無線傳聲器系統的安全使用面臨巨大挑戰，特別是5G通信投入使用后，由于700 MHz以上頻段將無法使用，頻率資源將大幅減少，更使這一情況雪上加霜。因此，無線傳聲器系統抗干擾能力、頻率資源利用率、頻率規劃與管理、天線系統的優化就顯得尤為重要。

筆者詳細對比了模擬、數字無線傳聲器系統的性能，依據以前大型節目制作的經驗教訓，對頻率規劃與管理、天線選型與布局、饋線選擇與衰減補償以及設備設置與調整等方面進行了論述總結，試圖為大型電視節目制作中無線傳聲器系統的使用提供一些有益的經驗及規范。