大型综艺演出中的无线音频系统应用要点

杨明聪

【摘要】针对大型综艺演出应用中无线音频系统易出现的问题，提出天线系统的设计要点和频率协调的注意事项。

【关键词】综艺演出；无线音频系统；天线系统；频率协调；设计应用

1.大型综艺演出中无线音频系统易出现的问题

无线音频系统是使用无线电波代替有线方式传输音频信号的系统。无线音频系统通常包括无线传声器系统和无线返听系统，也包括在一些特定场合中通过无线方式进行远距离音频传输的系统。无线音频系统在当下的大型演出中已成为必不可少的子系统，然而，音频从业者可能都或多或少地遭遇过无线系统断音、掉频或是受干扰的情况。在大型综艺演出中，作为直接与艺人接触的系统，无线系统（尤其是无线传声器及无线耳返）是否能够正常工作，很大程度上决定了这场演出的成败。如果无线系统出现问题，无论是艺人的节目环节出现掉频，还是领导讲话出现断音，又或是赞助商曝光环节出现噪声，对音响团队来说都是不可接受的。通过众多的案例分析以及事故还原可以发现：90%以上的无线系统断音或掉频不是由于设备本身故障所导致的，而应归结为两大原因——受干扰和信号弱。

今天，大型综艺演出往往涉及到几个方面的“大”。

一是舞台区域大。层出不穷的舞台设计、各式各样的伸缩延展台，在提供了完美的电视转播呈现和现场观众体验效果之外，还给各位无线工作者带来了一个又一个难题。如何针对不同的舞台进行合适的无线覆盖，如何选择不同指向性、不同覆盖特性的天线，又如何在恰当的位置架设这些天线，成为了大型综艺演出中的第一道难题。

二是使用的无线设备通道数量大。大型综艺演出中，除了人数众多的演员，往往还会根据节目类型对一些乐器和乐手进行调度，这时候便需要使用更多的无线设备。此外，一些艺人还会携带自己定制的无线设备参与此类演出。如何协调如此数量庞大、种类庞杂的无线设备，使其工作在干净的频点上，同时不与其他无线设备产生各类干扰，成为了大型综艺演出中的第二道难题。

为解决在大型综艺演出中无线系统应用的这两大难题，笔者从两个方面考虑无线系统的方案设计：系统设计搭建和系统调试。正确的系统设计及系统搭建可以让无线系统拥有稳定的信号传输和全面的舞台覆盖，解决无线系统“掉频”的第一大“元凶”——信号弱的问题。随后，在无线系统设计及搭建合理的前提下，需要对无线系统中的所有设备进行合理的频率协调，也就是调试环节。合理的频率规划可以保证所有无线设备都不受外界干扰源的影响，同时也不会产生自身设备间的互调干扰，从而解决无线系统“掉频”的第二大“元凶”——受干扰的问题。

2 如何设计大型综艺演出中的天线系统

在设计无线系统前，首先需要了解无线电波的传输特性。现在使用的无线系统大部分都是依靠电磁波进行信号的传输，因此，无线系统的信号在空间中的传输特性完全符合电磁波的物理传播特性。一般来说，电磁波的传播速度等于光速，电磁波的波长满足以下公式：

波长A=光速c/频率f （1）

常用的无线设备工作频率在470 MHz～ 787 MHz，根据公式（1）可知其波长在0.4 m～0.7 m，该数据对设计无线系统意义重大。根据无线电波的传输特性（见图1），电磁波在空间传输中遇到障碍物时，当障碍物尺寸远大于传输波长时，电磁波会因该障碍物的反射或折射而使传播发生改变；当障碍物尺寸远小于传输波长时，电磁波会从障碍物两侧绕过该障碍物。因此，在考虑天线架设位置时，应该尽量让天线与舞台上的无线设备之间没有任何遮挡。此外，当电磁波在空间中传输时，如果遇到多个障碍物，则应该考虑多个障碍物之间的间隙是否能够容许电磁波通过，当两个障碍物间的间隔尺寸远大于传输波长时，电磁波可以从这两个障碍物之间通过：当两个障碍物间的间隔尺寸远小于传输波长时，电磁波则无法从这两个障碍物之间通过。因此，在考虑天线架设位置时，还应避免将天线放置在两个间隔尺寸远小于传输波长的障碍物之间。

2.2 天线选型及点位选择

无线系统常用的天线通常包括两种类型： “全方向天线”和指向性天线。 “全方向天线”是无线系统中对1/2波长鞭状天线和1/4波长鞭状天线的简称，全称为水平平面全方向天線，也就是说当该天线垂直地面架设时，其水平覆盖面是全方向的。 “全方向天线”的顶端与底端的接收能力非常差，使用时用其一端指向舞台上的发射机，实际上就是使用其接收效果最差的部位去接收信号。

指向性天线在无线系统中主要有两种，一种是对数周期振子阵天线（ LPDA），俗称“鲨鱼鳍天线”、 “猪耳朵天线”等。其主要特性是在水平平面和垂直平面上均具有指向性，具体的指向角度需要根据不同产品说明书中提供的典型极性图进行判断。另一种则是轴向模螺旋天线，简称螺旋天线。螺旋天线是一种圆极化方向天线，其直径既可以是固定的，也可以是渐变的，其水平平面覆盖角度和垂直平面覆盖角度相同。

在了解了电磁波的物理传输特性和天线特性后，可根据大型综艺节目现场的情况进行天线位置的选定。一般需要遵循以下几条原则：

（1）天线与无线发射机或无线耳返接收机之间无遮挡：

（2）尽量使用最少的天线数量对需求区域进行覆盖：

（3） A/B天线最好能同时覆盖全部需求区域。

在遵循以上原则的情况下，可以提前在平面图上对节目现场进行天线位置的预估，并根据预估点位与接收机放置位置，计算需要使用的射频馈线长度。

2.3馈线规格

射频馈线是无线系统中负责在设备间传输射频信号的一种特殊的同轴线缆。在无线音频系统中，馈线选型不当会造成非常严重的射频信号损失，影响整套无线系统的稳定性。射频馈线、馈线接头的特性阻抗必须都是50 Q，视频同轴线缆的特性阻抗为75 Q，不适用于无线音频系统。此外，馈线有一个非常重要的参数——衰减量，该参数可查询由馈线制造商提供的技术指标。由于在同样的长度上传输不同频率的信号时，馈线的衰减量会随频率增高而增大，馈线的衰减指标一般会以图表形式表现，通常选取700 MHz～ 900 MHz的衰减量作为参考数据，以计算无线音频系统中一定长度的馈线上具体的衰减数值。

2.4 馈线衰减的补偿

通过查询技术指标可以计算出天线架设点位到接收机或是耳返发射机之间每一根馈线的衰减量。对于无线传声器系统来说，这个衰减量是可以进行补偿的。许多无线系统厂商生产的天线上会带有一个具有拨档开关的小盒，每档开关对应一定增益量。这个装置并非用来提升天线的接收能力，而是用于对馈线上的衰减量进行提前补偿。对于未配备该装置的天线，可以使用单独的衰减补偿器对馈线上产生的衰减量进行补偿。RF（射频）衰减补偿的最佳结果是“零增益”，即馈线上损失了多少分贝的信号，就使用补偿器进行了同等数量的补偿。由于馈线长度不一，衰减补偿器的档位又是固定的，所以在实际应用中很难做到“零增益”，一般认为补偿后的结果在±5 dB以内都可以接受。

对于无线耳返系统来说，由于发射功率受到国家相关法律法规限制，因此，厂家通常不提供用于耳返系统的衰减补偿器供用户使用。建议给无线耳返系统使用衰减量小的馈线，以避免在馈线上损耗过大。

3 如何在大型综艺节目中进行频率协调

正确的天线系统设计和搭建只是基础，绝大多数无线系统都不是插上电源不经调试就可以达到完美使用效果的。

3.1频段区分及中国现行法律法规

根据国际电信联盟（ITU）的相关规定，30 MHz～ 300 MHz为VHF频段，300 MHz～3 000 MHz为UHF频段，实际使用的大部分无线系统都工作在UHF频段。根据《中华人民共和国无线电管理规定》和工信部[ 2005]第423号《微功率（短距离）无线设备技术规范》，无线传音设备在UHF段的免执照使用频率为470 MHz～ 510 MHz、630 MHz～ 787 MHz，发射功率不超过50 mW （e.r.p），超出此范围的无线设备在使用时均需要向当地的无线电管理部门进行申报和审批。

3.2 外部干扰分析

在大型综艺节目现场，通常会使用专用的频谱扫描设备对现场的无线电环境进行连续不间断的扫描，由于不同时段的无线环境可能不同，如果只进行一次无线电环境扫描，并不能准确反映现场的真实情况，所以一般会从设备进场起每天对无线电环境进行不间断地扫描，直到当天工作结束，并留存每天的扫描文档。此外，还需要分析每天扫描结果中的干扰源是何种类型。常见的UHF频段干扰源有以下几类：（1）开路电视频道，通常会占用8 MHz带宽；（2）无线内通系统和对讲系统；（3）无线图传系统； （4） LED大屏幕及周边控制设备；（5）灯光及舞台机械控制系统等。对于开路电视频道类干扰，按照业务类型的优先级，无线系统必须避让。因此，在执行大型综艺节目前，通常会事先根据录制场地当地的频谱情况进行频率预规划，以判断需要携带的各类设备的频段和数量。针对LED大屏幕及其周边控制设备，很多情况下是由于生产厂家未严格遵守国家相关标准，导致LED屏幕自身在通电后变成电磁波的发射源。因此，在规划时还需对LED开启前、开启后、播放不同画面时的无线电环境进行监测和对比，避免将无线系统的频点设置在有干扰的频率上。

3.3 多部门联合进行频率协调会

如上文所述，无线内通系统、对讲系统、无线同传系统、灯光及舞台机械控制系统都可能对无线音频系统产生干扰。由于无线传声器及无线耳返都是现场无线设备中最易被干扰、但重要性极高的设备。所以，在国内一些成熟的大型综艺演出以及政治类活动中，早已开始设置独立的部门对现场的所有无线设备进行统一的频率规划及无线保障；而对于没有此类独立部门的大型综艺演出来说，应由音频团队中负责无线音频系统的工程师组织多部门联合进行频率协调会。

在频率协调会上主要完成以下工作：首先由各部门汇报可能使用的无线设备类型、所在频段、发射功率、载波带宽以及使用范围；随后根据各部门上报的设备类型和载波带宽划分不同类别设备的安全冗余带宽，并根据各部门不同无线设备的所在频段判断是否存在冲突，并据此对产生冲突的无线设备进行频带划分协商；最后根据最终的协商结果，制定本场大型综艺演出的无线频段规划表。此外，根据活动的性质不同，有可能需要为外来的ENG系统制定无线设备使用规范，并为其预留频点。

例如，在一场大型综艺演出中，无线频率协调会上发现无线视频传输的小微波设备有可能占用8 MHz无线传声器的使用频段，而现场的无线传声器因为数量众多，无法计算出足够数量的安全频点，在这种情况下，通过频率协调会机制，建议无线视频传输设备的使用部门更换相关设备，以保证无线传声器的使用安全。在一些大型综艺演出中还会有跟随嘉宾的真人秀拍摄团队，这些团队往往不会提前参与到无线频率协调会中，因此，需要进行提前沟通，了解其使用的设备类型，并为其预留合适的频段。

3.4 内部干扰协调

通常，打开一台无线发射机时，这台发射机会占用一个频率，当打开丽台发射机时，这两台发射机占用了丽个频率。然而，对非線性电路的无线系统，当打开两台发射机时，占用了不只两个频率，这种现象被称为互调失真（ InterModulation Distortion）。例如，当两台发射机的频率分别是厂i=671 MHz，f2=672 MHz时，这两台发射机产生的三阶互调产物是

f1+f1+ f2= 2 014 MHz

f1+f1一f2= 670 MHz

f2+f2一f1 =673 MHz

f2+f2+f1=2015 MHz （2）

其中，两个三阶互调产物因频率高于无线系统使用频率，在此不做讨论。而另两个三阶互调产物在厂f1和f2频率两侧，这也就意味着如果未考虑到这种互调失真，把第三台无线发射机的频率设置为673MHz时，同时使用这三台发射机，可能会出现因互调失真带来的干扰而导致的音频断音。

不同厂家、不同型号的发射机，其双发射机三阶互调产物（ 2T30）所占用的带宽也不同。因此，针对不同的无线设备，需要使用不同的参数进行计算。

3.5预留备份频点

在大型综艺演出中还有一个让所有人头疼的问题，很多情况下彩排期间非常正常的无线系统，在演出当天出现掉频现象，有时候甚至是在开场前一个小时内出现被干扰的现象。这种现象产生的原因，通常是由于在大型综艺演出当天，安保、消防等部门到现场工作，同时各家电信运营商也会针对可能出现的大规模应用而在场地附近增设信号车。因此，需要根据现场活动的级别，为无线设备预留备份频点，以便在开场前受到外来干扰时，可以使用预先留好的备份频点对受干扰的频点进行替换。

4小结

无线系统的断音和掉频往往不是由单一的问题导致的，每一个可能出现问题的环节就如同试卷上的考题，人为可控的因素就是我们会做的题目，外界不可控的因素如同现场出的临时选题，断频往往是由几个小问题累积而成的。面对这些问题能做的就是，把每一个会的题目答对，才可能在外界条件恶劣的时候不出现事故。

每一场大型综艺演出都是对无线工作者的一次考验，无沦从天线系统的覆盖设计还是众多无线设备的频率协调，复杂的场地环境和日渐稀少的可用频段不断地挑战着每一个音频团队。或许在不久的将来，专业的无线服务团队和专业的无线工程师会成为大型综艺演出中的标配。