大型无线系统的构架要素及案例分析

汤磊

[摘要]通过大型无线系统设计构架要素的梳理与归纳，介绍多通道无线系统配置的步骤及要点，并结合无线系统故障排检的实际案例分析配置调校规范性的要求。

[关键词]现场勘测；环境扫描；频点规划；干扰频率处理；带宽及载频；优化设置

文章编号：lO.3969/j.issn.1674—8239.2016.04.004

相对于单通道或双通道无线系统，多通道大型分集天线无线系统的应用领域越来越广泛。从多功能厅到酒店厅堂、从室内演艺场所到户外演出、从影视制作到体育场馆，甚至不少大中型会议室都已经普遍配置多通道无线系统，使用范围的优势及使用方式的灵活性给无线传声器市场带来了极大的可拓展空间。同时，因部分产品品质低劣、使用方法不规范等因素造成的无线系统问题也大量存在。在此，笔者将结合实际案例来浅述大型多通道无线系统前期构架及后期安装调校时需注意的相关问题，以供业内人员从中获取有益的借鉴，从而实现无线系统运行稳定、音质良好等理想目标。

对于较高要求的多通道大型无线系统，不少专业音响从业者认为，只要购买到昂贵的一线品牌就可以放心地随意使用；至于使用环境及配置构架不用多关注，认为专业无线产品能够自己应对一切使用方面的问题。殊不知，如果工作环境非常恶劣，再优异的设备也会运行失常，甚至导致整个扩声系统突然失声。尤其是在高水准的演出及电视综艺录直播节目中，即便是瞬间的无线传声器掉频也能听得出来。在苛刻的使用要求下，哪怕只是齿尾音的残缺，也决不允许。

1.多通道无线系统的构架

一套性能优异、运行可靠的无线系统，在对其进行构架配置前需要考虑很多相关因素，特别是当系统用于大范围、高标准的使用场所时，更要将各配置要点反复核检把控，直至合乎相关应用标准。使用环境的评估不到位或配置安装的疏漏都可能会给无线系统的运行埋下潜在隐患。

1.1所需无线通道核检统计

通常，部分终端用户为非专业人士，因而更需要密切结合终端使用需求给予合理的配置建议。除了特别专业的客户能清楚地知道自己的明细需求，大多数情况下还是需要产品专业销售人员在售前进行充分沟通与指导，有时还需为客户做好备用通道以及日后系统可扩展方案的合理建议，这样才能尽量避免因客户使用方面的考虑不周而造成后期的应用缺憾。

1.1.1通道数量核对

最好在满足客户提出基本需求的基础上再作建议及核对。通常无线手持传声器比较常用且使用者也相对熟悉，因而核检重点应稍倾向于无线腰包的多样组合配置。比如，在演出现场独奏乐器时，为提升艺术表现力乐手大范围移动，因此，应考虑是否需增配对应的无线拾音传声器，以及舞台演出人员是否需配置专业无线耳返等需求，尽量不要有遗漏，以避免影响演职人员的现场发挥。如图1、图2，分别配置了无线腰包发射器，以及用于管乐与弦乐舞台独奏的无线鹅颈及贴片式乐器拾音传声器。

1.1.2传声器选型

系统设计人员应替终端客户把好关，特别是用于剧院、演播厅及大型演出场所的系统，需要根据语音及演唱者的细化需求制定完善的规划配置方案，并针对不同曲风和流派的艺术表现形式配置最合理的拾音传声器，还要兼顾部分艺人提出的极具个性化的定制要求等，如图3。

传声器的主要参考指标包括拾音指向性、最大声压级、频响范围、灵敏度、等响噪声电平及总谐波失真等。力图实现用最适合的传声器去拾取对应的声源，是无线及有线传声器都要把控与遵循的拾音通则。如图4，鼓组的每个打击单元都需配置适合的拾音传声器。图5则为专业拾音传声器主要的参数指标，这也是除主观听感外其客观拾音特性的直观体现。

1.2无线设备选型

对于不同的使用领域及使用需求，应给出不同的天线配置方案及设备选型，以确保RF（Radio Frequency，射频）的传送与接收处于最稳定的状态。

作为专业扩声领域的用户，一定要选择真分集接收的u频段无线传声器（图6中最右边），当然要严格遵守国家无线传声器的频段及发射功率的相关规定（请参阅《演艺科技》2013年10期《浅谈无线传声器的应用》），这是保障专业演出活动的必要前提。

1.3 RF覆盖范围及距离估算

RF覆盖范围是多通道无线系统的设计配置中比较重要的环节，也是无线系统确定有效使用范围的必要前提。通常，该距离由几大因素决定：其一是发射机的发射功率，根据中国无线管理规范，无线传声器类产品的最大发射功率应≤50 mW；其二是选用接收机自带天线还是配置外置分集接收天线，通常后者配合天线分配器的RF接收距离明显高于前者；其三是天线线缆的线型及最大可用长度，合理使用线缆可以尽量缩短发射机与天线之间的距离从而保证RF稳定接收；其四是所选择的外置分集接收天线的放大级数、指向性与接收距离等指标，无线系统的使用覆盖范围大致上由这些参数决定。

1.3.1天线及线缆配置

根据使用环境及用途的不同，多通道无线系统的天线通常会分为有源及无源两大类，另外还有定向天线（见图7）、全指向天线（见图8）、螺旋天线及地垫式天线等各类型号，以适应不同的场地及扩声环境需求（请参阅《演艺科技》2013年10期《浅谈无线传声器的应用》）。有源天线比无源天线具有更高的放大增益，从而能够抵消更长的天线线缆形成的路由衰减。也就是说，有源天线能适应更长的线缆路由构架，从而实现更宽广范围的应用。

除了天线线缆长度不同对放大增益值有影响，天线线缆的型号及使用频段等要素也会对放大增益造成一定的影响（见图9）。RG213的线径比RG58粗，在传导性及低阻特性上更优，因而同样距离的传输距离其RF增益衰减更小。其次，即使是同一种天线线缆，如使用不同的无线频段区间，其衰减也是不同的，例如使用RG58线缆在500MHz与900 MHz时的增益衰减相差17dB，这么大的差值对线缆长度配置及天线系统接受稳定性的影响是比较明显的。由此可见，配置无线系统时，应将相关因素考虑周全，以尽量发挥系统的特性。

1.3.2线缆路由核定与优化

在此不得不强调的是，除了设备的配置，还需考虑天线的路由规划与优化，结合项目场地图纸及现场实际情况，尽量精确核算天线线缆。要充分考虑控制室至各厅室的路由距离，尽量在天线线缆的最大限长内进行合理的配置，避免后期因路由距离及天线位置问题再作变更、修改。

1.3.3细化使用区域需求

对于非标准形状或多结构体的房间厅堂，需要制定更为细致的布局方案。需与终端客户确定所有无线传声器的使用区域，并结合规范配置给予合理的应用建议。如图10是非常典型的酒店大厅无线系统的布局。此类项目中客户常要求多通道无线系统既能满足大厅的使用，也能满足临时分隔多个小厅后的营业使用，且所有无线传声器可以在划定范围内任意组合搭配使用。要实现这些终端使用要求，就需要作出规范合理的RF配置方案，以确保所有客户要求的使用区域都能得到稳定RF覆盖。

1.3.4无线接收机柜安装要点

无论是固定场所使用，还是流动演出使用，都需要进行规范合理的机架或飞行箱安装（见图11、图12）。为便于终端用户的日常使用，可以在发射机及接收机上明晰标注通道序号，避免用户在使用时误操作。背面板的电源线、信号线及分集天线引出线等都要规范捆扎，以防止在移动转运途中线缆松脱从而突发故障。

1.4无线系统联调优化

当所有接收机及分集天线都按规范配置并安装完毕后，接下来就需要对系统进行分步调校。无线系统的现场调试通常主要包括以下几个方面。

1.4.1现场干扰频率分析及频点分配

现场干扰频率不仅来自于其他无线设备，也会来自多通道无线系统本身。前者往往会引起广大工程商及专业用户的关注与警惕，做好项目实施前的频率勘察及使用自动搜频性能好的无线设备可以合理避开干扰频段。但对于来自多无线发射器通道同时使用时产生的多频点多阶互调失真IMD产生的干扰（intermodulation distortion互调失真，简称IMD），却容易让使用者疏忽，这也是不少技术人员在避开外部无线干扰后进行频点设置时依然可能会遇到频率干扰问题的潜在因素。

当多支相邻发射器同时使用时，会产生多阶的互调失真，且其3阶互调失真又是相对较为明显的潜在隐患（见图13）。让非专业人士现场去推算其多阶的IMD干扰频点是不大可能的，比较稳妥的对应处理方法是，按照官方推荐的各型号频点分配表来调校无线系统，毕竟生产厂家在作频点规划时会充分地考虑到相关方面问题。当遇到现场无线系统通道数量大于官方推荐的最大数量时，多余无线通道可再采取自动或手动搜频。当然，此步骤需要细致耐心，既要不干扰到官方推荐的频点，又要能避开干扰频率及IMD的影响，建议多次反复练习，有助于把握住调试要点。

1.4.2彩排预演功能

大多数知名品牌的高端系列无线传声器都具有彩排功能，通常称为REHEARSAL。主要是为了在正式使用前模拟无线系统现场演出状态，将潜在的RF覆盖盲点及最不稳定的工作区域划标出来，在正式使用时注意避开此区域。需要提醒的是，该功能最好在临正式活动或演出前使用为宜，因为越接近演出真实状态，所扫描反应的数据越具有参考价值。

1.4.3静噪与导频音

静噪与导频音两个功能是无线系统遇到干扰噪声电平的主要处理方法。如图14，橙色波浪部分为假想的动态无线干扰噪声源，绿色虚线则代表着静噪电平的门限值；处于虚线下方的部分是已被静音的，而虚线的上部则没有设置为静音。显而易见，静噪电平SQL的设定非常关键，既要屏蔽掉不需要的无线信号及干扰噪声，又要不影响正常的音频信号。

2.典型排障案例分析

2.1外置天线安装隐患

由于天线安装不规范而造成的无线系统运行不稳定及掉频的案例屡见不鲜，因此，无线系统的配置需要考虑如天线安装位置与发射机要求视线直达、天线尽量避开金属结构件（特别是网格状金属体）、避开强电磁干扰源（如大屏、强电设备等）、合理选配全指向与定向天线等等要素。

笔者曾经在香港中环遇到过一个典型案例：配置14个无线通道的分集有源天线系统在多个独立宴会厅中共用，RF信号接收遇到较强干扰时掉频（DROPOUT）现象不时出现，并且在开启室内照明时交流噪声会串入到无线系统，对用户的日常使用造成较大的影响。经过现场勘察发现，有源全指向天线的安装完全不符规范（见图15），为求美观，全指向有源天线隐装于天花吸顶音箱后面，即无法实现RF收发设备的视线直达，也容易被网格金属物干扰接收。根据客户的要求，在不影响室内装饰整体美观度的前提下将天线安装在合理位置（见图16），多通道无线系统掉频的现象得以基本解决。

2.2线缆及配置隐患

还是上述案例，对于当开启照明系统时串入噪声的现象，在现场排除了供电及接地系统的问题，后将重点转向了天线线缆路由的核检与调整。由于此项目在施工时所用的主干天线线缆不是规范型号且已经布入墙体无法更换，因而需对衰减级数作对应的精细调节。通过对多个层面的不断优化调，串入噪声问题得到了根本的改善，所有无线传声器在任意宴会厅都能稳定接收。

去除无线设备自身及系统配置的因素，无线多通道天线的安装布置是否规范合理是影响系统稳定性的重要因素。相关工程技术人员务必重视并认真对待，特别是固定安装类项目，一旦路由布线及天线安装完毕，无线系统接收异常时再作改动将会比较麻烦，因而，前期的合理规范布局是非常有必要的。

2.3干扰频率隐患

这是无线系统最常遇到的问题之一，也是令从业人员最为头疼的问题。各类无线电磁波的包络覆盖无处不在，甚至有在同一区域内同时使用多个品牌无线产品的情况。因此，无线传声器的规范使用频段被其他频率干扰有时也是不可避免的，关键是找对根源对症下药。

珠海某地标大型综合商务区中（见图17），左边为多层会议中心，底层由9个可分割的4 500 m2宴会厅、4个多功能会议厅组成，4～5层为多个呈排列集团会议室组成。同时使用多个品牌的100多通道的无线系统在整个多层单体建筑内共用，很多无线通道都出现了掉频、噪声干扰等现象，部分会议室甚至无法正常使用。

针对此类情况制定了对应的现场指导方案，进行了有步骤的梳理与排查，具体如下：

（1）分早、中、晚不同时段对此建筑物不同楼层及关键使用区域进行扫频记录。通过统计比对，在规划可用频段内剔除强射频干扰频段。项目周边50m～150m范围内还分布着大剧院及五星级酒店（图17的右上方及右下方），据了解，各使用了数十套不同专业品牌的无线系统。因而，掌握这些无线系统的工作频段及大慨使用时段对后续的频率优化分配是非常有利的。对此会议中心的每间会议室、多功能厅及各宴会厅都进行了频率扫描并作统计（见图18），汇总分析出在正常使用时段出现的所有干扰频率源，为下一步对所有无线传声器的频率分配打好坚实的基础。

（2）借鉴上述步骤的统计结果，合理估算出各会议室无线传声器接收机的SQL（静噪电平阈值），并按不同使用区域的设备统一调校至最合理状态。在此需要强调的是，通常SQL的调整范围是-100dB—-80dB，其调试的要点是从-100dB开始慢慢往-80dB步进调节，在所有干扰频-率噪声消失的一刻就立即停止阈值调整。根据经验，如果不是非常复杂的频率环境，通常可设定在92dB或-90dB阈值位（见图19），并根据项目现场的实际情况酌情处理。如此，既能有效阻隔无线频率噪声，也不会对有用的RF信号及语音质量造成影响。

（3）由于此项目无线频率通道众多，基于客户实际需求，同时开启的无线传声器数量也比较多，由此引起的IMD（互调失真）也是需要认真对待的问题。前面也大致介绍了IMD的基本原理与带来的无线系统隐患，在此不作赘述。行业内过硬的品牌通常都会为用户提供建议频率通道配置（见图12），就是为了避免用户自己在作频点设置时遇到频点冲突及产生多阶互调失真IMD的情况。

3.结语

从某种意义上来讲，无线系统在音频项目或演出扩声系统中更让人费心。一般来说，有线连接的扩声系统，即使阻抗、额定功率、扬声器线型不是标配的情况下还是能发声，特别是非演出类扩声用户，如不是非常挑剔音质，基本不影响扩声系统正常运行。但无线系统则完全不同，对应的频率通道选择、分集天线配置、天线线缆选型及天线布点安装等环节的不规范合理，都会埋下使用隐患，掉频、干扰噪声及无声等问题对于整个扩声系统都是致命的问题。因此，在无线拾音环节，需要更专业的配置规划以及投入更多的关注。熟练规范、掌握无线系统的配置及调校方法对于多通道无线系统的正常运行是非常必要的。各大品牌无线传声器不仅在设备的参数指标有些许差别，在多通道系统的配置上更有着各自的软硬件构架特性。因此，深入了解各产品性能、避免配置时的生搬硬套是构架稳定系统的必要前提。在不同无线系统项目的实施中经常会遇到各种各样的问题，从推动行业发展的角度来看，在实践中逐步积累对应问题的合理解决方法才是从业者最大的收获。希望越来越多稳定优异的无线系统出现在各类项目中，为整个音频系统打下坚实的基础。