舞台圈App下载广告
查看: 3306|回复: 1

[周边] 节目制作中无线传声器系统的应用

[复制链接] 二维码
发表于 2020-7-3 19:51:04|来自: | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国河南郑州

马上注册,结交更多圈友,享用更多功能,让你轻松玩转舞台圈。

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?立即注册  

x
本帖最后由 醉挽清风 于 2020-7-3 20:07 编辑

1 无线传声器系统的现状

1.1模拟无线传声器系统


目前,大多数专业无线传声器系统采用模拟调频技术,由于其突出的稳定性和良好的音质,在很多重要的大型活动和演出中得到广泛应用。但是,随着演出场地的不断扩大,通道数量的不断增多,对无线传声器系统的安全使用提出了挑战,这已成为行业共识。在 UHF 频率范围内使用无线传声器系统时,其工作频段必须符合相关的法规,这样无线传声器使用的频率资源就受到了限制。

在节目制作中,由于无线设备的不断增多,致使干扰信号越来越多,现场的频率规划及管理就显得尤为重要。在复杂化的环境下,经常会遇到获取的接收信号质量不均衡的问题,为了保证射频信号被安全解调,接收信号应保证射频信噪比保持在25 dB以上,而这种不均衡对于保证所有区域都能达到标准就显得愈发困难,因此,天线系统的布局设计就成为不可或缺的步骤。另一方面,随着无线传声器通道数量的增多,互调干扰概率会成倍的增加,使用频点的精确计算以及现场设备管理也必须严格执行。

1.2数字无线传声器系统


当前,专业数字无线传声器系统被越来越多的使用者认可,其利用全数字技术对上述模拟无线传声器使用中遇到的各种困扰提供解决方法。

目前,数字系统采用p/4DQPSK数字调制技术,具体指标指标见表1,可靠解调所需射频信噪比达到11 dB,相比模拟无线传声器抗干扰能力大幅提高。

0.png
表1 p/4DQPSK数字调制技术指标

数字无线传声器系统的发射设备发送端采用环形滤波器件,末级电路采用射频线性放大电路,有效减少了互调干扰(见图1、图2)。
  

0.png
图1 2支模拟无线传声器互调干扰

0.png
图2 2支数字无线传声器互调干扰

由于数字无线传声器系统的互调干扰基本可以忽略,工作频点无需进行计算,只需保证一定的载频间隔即可安全工作,大幅提高了频率利用效率。

如24 MHz频段内,在保证安全使用前提下,模拟无线传声器系统经计算非均匀分布,可设置24个工作频点;数字无线传声器系统按600 kHz间隔均匀分布,可设置40个工作频点。

在接收信号处理上,数字无线传声器系统采用了双天线接收的真码分集(见图3),A、B天线接收的射频信号进行分集合并,互相补充,较之模拟无线传声器系统采用的真分集(见图4),自动择优选一的方式,具有更高的安全可靠性。
  

0.png
图3 数字真码分集系统

0.png
图4 模拟真分集系统

2 节目制作中无线传声器系统的设计思路

2.1多场景下的无线传声器系统设计要点


制作节目时需要在多个区域进行录制,各区域物理空间相对独立,使用的无线传声器系统需在各区域间无缝使用。在此要求下,天线系统的布局、接收信号的集成以及完好地送到接收系统,就成为设计的重点。

(1)天线的选择
根据场地及安装位置情况,选择天线性能。指向性:全向或指向天线。放大性能:无放大功能、有放大功能及放大量。

(2)天线放大器的供电问题
天线放大器基本置于接收天线之后,用于补偿之后线缆传输信号的损耗。放大器所需供电一般来自于接收机或天线分配器,此类设备供电能力有限,如需多级放大,需另外加装供电装置,否则放大系统无法工作。

(3)接收信号合成问题
多于双天线布局情况下,需要将接收天线分组组合为2个通道信号,送至接收机或天线分配器的A、B输入端,因此,必须保证混合、分配设备的指标适用于接收信号的电平范围。

(4)传输线缆的选择
接收信号的传输通常使用同轴电缆,必须清楚了解线缆的特性阻抗及单位长度的损耗指标,以保证与设备的输入、输出阻抗相匹配,并可以准确测算整个传输过程中的损耗,以便调整天线放大器的增益。

2.2多通道无线传声器系统应用的频率规划与管理

在制作节目中,需要使用较多通道的无线传声器及耳返。目前,几十个甚至上百个通道的无线传声器同时、同区域的使用已经十分常见。因此,频率规划与管理、现场设备管理就成为安全可靠制作的保障。

(1)使用频段间的隔离
为提高频率利用率,使用频率规划时,应考虑将可用频域分段使用,在划定的较小频段内,工作频点可进行比较密集的设置;但使用频段之间应留出足够的频率间隔,一般情况下,间隔应不小于相邻更大使用频段带宽。

(2)现场无线频率管理
为保证节目安全制作及播出,需要对节目现场进行无线频域的管理及监测,以保障节目所用无线传声器使用频段安全可靠,未经允许的无线设备不可进入现场使用,出现突发干扰信号可及时发现与应对。

(3)现场设备管理
多个无线传声器发射机同时使用容易产生互调干扰,特别是多支传声器聚集一起且靠近接收天线端的状况下尤为严重。因此,在节目进行期间,应保证开机状态的无线传声器,无论是在用或是备用的,都应该保持一定的间隔,一般不小于10 cm的距离。待用传声器存放处应尽可能远离接收天线。无线耳返发射天线安装位置也应尽量远离无线传声器接收天线。

2.3多干扰环境下无线传声器系统应用的抗干扰措施


随着现今大型节目形式的多样化,观众对于节目要求的不断提高,为了满足更多的使用需求,节目中使用的设备也越来越多,现场可能存在较多的无线干扰(见图5)。常见的干扰从干扰源来划分主要分为以下几类:广播干扰、通信干扰、设备电磁干扰(如舞台机械干扰)、互调干扰及突发不明干扰(见图6)

0.png
图5 集合了广播干扰、设备电磁干扰的扫频图

0.png
图6 各种无线干扰

设计要点为:排查并规避这些干扰,选择干净频段作为工作频段,通过严格计算,确定工作频点。

(1)广播干扰的规避
广播干扰一般为开路电视信号、广播信号,具有占用频段宽、带宽及幅度相当固定、存在时间长、信号强度一般比较大的特点,广播干扰是无线传声器系统使用中的更大干扰,应严格规避。工作频点应距干扰外沿2 MHz以上。

(2)通信干扰的规避
通信干扰一般为对讲机及其他无线设备等造成的干扰,其发射源距离使用场地近时信号也是比较强的,这类干扰频点不固定,如果和使用中的无线传声器同频也会严重影响无线传声器系统的工作。通信干扰只有在通信备使用期间会产生干扰,在非使用期间很难发现,应仔细测试排查。在节目制作现场,应限制通信设备的使用频段,远离无线传声器使用频段。同时,在使用时要尽可能长时间观察是否有此类干扰出现,如有可能应提前了解对讲机等设备的工作频段,提前做出规避,避免此类设备在节目中突然使用造成事故。

(3)设备电磁干扰的规避
设备电磁干扰一般为一些交流电设备在工作时辐射出的干扰,这类干扰在节目场地中非常多,且无规律可循,如灯光、LED大屏、舞台机械、发烟机等。此类干扰需要在设备搭建完成后仔细排查,确定每种干扰源的干扰频段,尽量将无线传声器的工作频段距离干扰频段一段距离,以保障系统安全性。

(4)互调干扰的规避
互调干扰是使用多通道无线系统时系统内部的干扰,同时使用的无线传声器越多,无线系统内部产生的互调干扰越多。这其中以三阶互调失真信号的强度更大,不同的频率组合可以生成非常多的三阶互调失真信号,遵循的规则(见图7)是:A为一个频点,B为另一个频点,2倍的A减去B可得一个三阶互调失真频率(2A-B),对无线系统的影响也更大。例如一个使用40个通道无线传声器的系统,任意2个频点所产生的三阶互调信号的数量为40×39=1 560(个),其中任意一个都有可能对无线系统产生影响。

0.png
图7 2个频点的三阶互调失真频率

同样,除了三阶互调失真信号,2个频率所衍生出的五阶互调失真产物(3A-2B)、3个频率所衍生出的三阶互调失真产物(A+B-C)等也都会对多通道无线传声器造成串扰,但相对2A-B来讲,要小很多(见图8)。
  

0.png
图8 2个频点的五阶互调失真频率

通常来说,通过合理的规划和计算频率可以很好地规避互调失真信号,更为重要的是,在使用无线传声器时,每个发射器之间保持的一定距离可以很有效地抑制互调失真信号的产生。具体做法可以将每一个发射器单独放置在一个金属盒子里,金属对于信号有很强的屏蔽作用,这样即使发射器之间离得很近也可以有效的抑制互调失真信号的产生。如果客观条件不允许,也应该保证放置的发射器有一定的距离(见图9)。
  

0.png
图9 无线手持传声器保持距离摆放

(5)突发不明干扰的应对

突发不明干扰一般是指发射来源不可查、出现时间不固定、频率占用无规律的干扰。这类干扰出现突然,提前无法预知,在节目运行过程中对无线系统威胁很大。应对突发干扰,应提前准备好备份频段及设备,备份频段与在用频段应在30 MHz以上。在搭建无线系统时应预留一定量的备份频率,并且保持整个无线系统的接收信号强度,这样当出现同频干扰频率时,如果干扰频率信号强度弱于无线传声器信号,干扰信号有可能不会对无线传声器产生影响;如果同频干扰信号强度超过或者接近无线传声器信号,就会对无线传声器的声音产生影响。目前所有厂家的无线产品都无法消除较强的同频干扰对无线传声器信号的影响,在使用多通道无线系统时预先规划好工作频率,根据现场的情况调整好接收机的压制(Squelch)电平(见图10),用检测设备长时间观察整个环境的频率环境以应对突发状况,尽可能屏蔽突发干扰信号。


0.png
图10 Squelch电平设置

(6)有限频率资源的利用
在各种干扰之间,应仔细分辨可用频段,不放过任何可用资源。在设备选择上,应选择宽频段可调整的发射接收设备,方便频点设置。

3 无线传声器系统应用的实操技巧

3.1设备的摆放


随着当今大型综艺节目制作水平的不断提高,节目类型的不断创新,对于设备的使用需求也越来越多。无线传声器系统凭借其使用上的便利及良好的音质,使其在节目中的使用量越来越大,常规的节目使用三四十个通道已很常见,一些大型节目中使用上百通道也并不罕见,而数量众多的无线传声器对于使用者的素质要求也日益提高。确保多通道无线传声器系统的安全使用需要在很多方面加以注意。

如今,在大型节目中的现场扩声调音位和舞台监听调音位都是分开的。由于现场调音的需要,现场扩声调音位一般位于舞台正面的轴线上,而为了方便检查系统,便于与艺人、乐手沟通,舞台监听调音位一般偏向舞台的侧面,距离舞台更近,整个音频系统中的大部分设备(如接口箱、音分话分等)都是放置在舞台监听调音位,这其中也包含无线传声器系统设备(见图11、图12)。

  

0.png
图11 《中国好声音》总决赛监听调音位摆放无线接收机

0.png
图12 《星光大道》总决赛监听调音位摆放无线接收机

现场调音师在彩排和演出中无暇顾及系统中出现的一些问题,包括无线传声器系统的使用状况。当需要用到多通道无线传声器系统时,需要专人来保障无线系统的正常运行,调音师的音频助理需要在节目中监控整个无线系统的工作状态。将无线传声器系统的设备放置在监听调音位,方便音频助理给艺人发放和佩戴,需要调整声音时也方便与艺人直接沟通。

另外,大型综艺节目中无线传声器接收机一般放置在舞台外围,而无线传声器的外置天线则需要放置在和舞台之间没有遮挡,并且接收信号良好的位置上,接收机或者天线分配器与天线之间需要铺设天线馈线进行连接,考虑到RF信号的损耗及天线馈线铺设难度的问题,天线馈线长度不宜过长,所以无线接收机应当放置在尽量靠近天线的位置(见图13)。

0.png
图13 大型选秀节目《Rising Star》场地布局

在制作大型综艺节目过程中会使用很多其他专业的设备,其中不乏有对无线传声器系统产生干扰的设备。所以,无线接收机在安装位置上要遵循以下几个基本原则。

  • 尽量远离有开关电源电路、射频电路和高频脉冲电路的设备,如对讲机、LED大屏、硅箱、发电机等。避免与一些带有开关电源、发射等设备安装在同一个机柜内,如无线耳返发射器、DVD播放器、数字音频处理器、数字视频矩阵、数字视频传输设备等一切可疑的干扰源。
  • 尽可能独立安装无线传声器接收机,距离小型电磁干扰源间隔0.5 m~1 m,距离大型电磁干扰源越远越好,无线接收机要尽量远离金属物体。
  • 如果无线接收机未使用外置天线,为了实现分集接收,多台分集式接收机不应该全部摞在一起,这样才能保证所有天线间距至少1/4波长。


当然无线传声器系统的布放并不是绝对的,很大程度上要考量场地的情况,一般大型综艺性节目中使用的无线系统都要配置天线系统,保证整体系统的稳定性。无线接收机的摆放位置主要是为了方便传声器管理人员监控和排查系统,场地情况不允许的时候,负责发放和佩戴传声器的工作点也可以另外安排在舞台附近,和接收机保持较远的距离。

3.2天线的选择与架设


3.2.1 天线的选择
天线的选择对于多通道无线系统起着至关重要的作用,每台无线接收机都配置有随机的鞭状天线,这种天线为全指向性,增益一般为0。大型节目中,由于场地较大,舞台结构复杂等因素,仅仅使用随机的天线接收能力不足,无线传声器容易出现断音的情况。这种场地需要配置独立的天线系统以保障系统的稳定性,之后再根据场地允许架设天线的位置和使用需求,选择不同类型的天线。除此之外,外置天线在选择时一定要满足无线传声器的工作频段才能和系统一起使用。

无线传声器所用天线从接收信号的方向性来说,天线一般分为定向天线和全向天线(见图14)。定向天线一般用于指向某一个特定的方向,波束宽度越窄,增益越高。全向天线顾名思义接收信号的方向为360°,也叫无方向天线。大型综艺节目中,由于场地较大,天线一般也不会安装在场地的中央,选用定向天线居多。定向天线增益高、指向性好、接收距离更远,可以有效地保证无线系统的稳定性,并且一定程度上可减弱接收到的来自其他方向的干扰信号。

0.png
图14 不同发方向性的天线

从天线的功能上区分(主要为放大能力),无线传声器系统用的天线又分为有源天线和无源天线(见图15)。有源天线除了天线本身的放大能力外,还内置天线增益器,可以提供额外的放大功能,增益器需要后级设备供电工作。而无源天线则不需要供电即可工作,放大功能完全依赖天线自身。

0.png
图15 无线传声器系统用的有源和无源的天线

根据一般大型节目的场地,天线选择以有源天线居多。RF信号在天线馈线中的衰减随着频率的升高而增大,由于VHF频段内的干扰较多,影响无线传声器系统的正常工作,目前多使用UHF频段,并且较多为工作在500 MHz ~800 MHz。当天线距离接收机有一定距离时,需要用天线馈线将天线架设到合理的位置,在这个过程中天线馈线内部传输的RF信号会有衰减,应当通过天线增益器来补偿馈线内的衰减。

不同型号的天线馈线厂家都会给出衰减参数表,根据实际使用的线长和频段,可以大致估算出天线馈线的衰减,或者通过频谱仪等设备可以直接测量出馈线的衰减(见图16)。天线增益器补偿馈线衰减的增益量要根据整个系统的稳定性来调整,增益过小会造成无线系统不稳定,而增益过大有可能导致信号过载,同时也会放大其他干扰信号,降低系统的信噪比。因此,天线增益器的调整精度越高越好,这样可以根据各种不同的使用情况来精细调整系统的合理增益。

0.png
图16 10 m的Canare L-3D2V在470 MHz ~840 MHz频段内的衰减曲线

3.2.2 天线架设需注意的问题
天线的架设对于整个无线系统的稳定性至关重要。最简单的情况下,接收机使用的是随机的1/4波长天线,目前的主流接收机随机天线都是可以拆卸的,而天线都是安装在接收机的后面板。如果接收机要装在机柜中,天线要尽量安装在机柜之外,这样可以避免金属机柜对信号的屏蔽。有些产品带有前面板安装天线的随机配件,可以将天线安装在接收机的前面板,但是要保证天线处于一个合适的高度避免被其他物体遮挡,同时不要过于靠近金属物体。

当场地较大时,需要考虑使用指向性天线保证无线系统的稳定性,指向性天线波瓣角度更小,接收距离更远。一般来说,天线与发射器应处于同一个空间内,如果放置无线接收机的地方距离使用区域较远,应将天线线馈线的长度,增加天线到无线传声用馈线延长到场地内。天线应架设在高于人群的位置,天线前方尽量避免有障碍物遮挡,尤其是大型的金属物体,如金属网、轻钢龙骨、机架等,金属物体对于RF信号有非常强的遮蔽作用,衰减量至少达20 dB,天线前面出现大型金属物体遮挡会严重影响无线系统的稳定性。

不管使用的是1/4波长天线还是外置天线,都应当避免发射器与天线距离过近。太近的距离不仅可能会造成接收机RF信号过载,还会造成接收机内部产生过多的互调失真信号。一般而言,除非无线发射器端的发射功率非常高,发射器和天线之间至少要保持几米的距离,随着发射器端的发射功率的增大,与天线之间的最近距离也要酌情增加。

现在主流的无线传声器系统都是分集式接收,分集天线在放置时要保持一定的距离来提高接收效率,取得更大效率的最小间隔为1/4波长。在一些大型综艺性节目中,由于场地较大,为了使天线覆盖更大的传声器使用区域,可以将分集天线的间距拉大,有必要时再增加天线的数量来使各个发射器距离天线的距离更短,保障整体系统的稳定性。

另外,放置天线时要尽量避免靠近任何可疑的干扰源,如LED大屏、无线耳返的发射天线、数字设备、交流电设备等。

当需要将天线用馈线引到使用区域时,根据使用馈线的衰减指标来计算使用馈线的实际衰减量,配置适合的增益器来补偿馈线对RF信号的衰减,避免出现衰减过大或者增益补偿过大的情况。如果出现需要使用很长距离的天线馈线,首先考虑是否可以将接收机及天线放置在距离使用区域较近的位置,通过长音频线将信号传送回系统。如果场地情况不许这样摆放,一般增益配置合理的系统使用指向性天线,即使天线距离无线传声器几十米乃至上百米信号也不会有问题,应该考虑调整天线的位置,尽量放置在正对使用区域的地方,缩短天线馈线的长度,增加天线到无线传声器之间的空间距离。万一遇到天线馈线必须布得很长的情况,例如超过300 m甚至更长,要选择线径较粗的低衰减模拟天线馈线。遇到天线馈线特别长的情况,如室外大型真人秀节目,馈线长度以公里计,要考虑使用光纤传输系统来传输RF信号。

系统频点设置完毕后通过频率覆盖测试来观察无线传声器在使用区域内各个位置的信号强度(见图17),并根据情况可以微调增益器来平衡整个系统的信号接收强度。如图17中所示,横坐标为时间轴,单位是分钟(时长可选),纵坐标是RF信号强度,单位是dBμV,图中示例是一个较小的场地。通过频率覆盖测试可以知道在场地中主要使用无线传声器的区域信号是否正常。一般而言,需要进行几次的频率覆盖测试才能了解系统的情况,包括使用不同的发射器(手持、腰包或者“手雷”)、不同的佩戴方式、抓握方式及不同的测试时间。当无线系统的信号强度达到50 dBμV ~60 dBμV(每个点只考虑2支天线中信号强的那支,因为模拟无线传声器分集接收,同一时间只选择信号强的一支),考虑到人体阻隔信号的影响,包括握住无线传声器发射天线、无线腰包贴近人体以及人体直接阻隔无线传声器等因素,人体对无线传声器信号的衰减大概在20 dBμV~25 dBμV,除非出现使用者突然被大型物体遮挡,无线传声器信号即使被人体遮挡也不会低于35 dBμV,可以保障系统的稳定性。当然,如果舞台中有可活动的造型或者设备会在节目中遮挡无线传声器,在调试时一定要考虑到这些因素,并在调试中找到更好的平衡点。

0.png
图17 无线传声器频率覆盖测试信号强度

4 结语
当前,电视节目制作越来越大型化、复杂化,致使无线传声器使用数量大幅增加,天线系统也愈加复杂,而制作现场更多无线设备的使用使得射频干扰增加,这些情况使得无线传声器系统的安全使用面临巨大挑战,特别是5G通信投入使用后,由于700 MHz以上频段将无法使用,频率资源将大幅减少,更使这一情况雪上加霜。因此,无线传声器系统抗干扰能力、频率资源利用率、频率规划与管理、天线系统的优化就显得尤为重要。

笔者详细对比了模拟、数字无线传声器系统的性能,依据以前大型节目制作的经验教训,对频率规划与管理、天线选型与布局、馈线选择与衰减补偿以及设备设置与调整等方面进行了论述总结,试图为大型电视节目制作中无线传声器系统的使用提供一些有益的经验及规范。




来源:演艺科技传媒   编辑:醉挽清风


心有多大,「舞台圈」就有多大!

发表回复

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册  

本版积分规则

联系客服 关注微信 下载APP 返回顶部 返回列表