现代剧院扩声系统的冗余设计

现代剧院扩声系统的冗余设计

作者：卢智扬

来源：《艺术科技》2012年第03期

摘要：本文分析了如何采用现有技术对剧院扩声系统进行冗余设计，并分别对组成扩声系统的信号源、调音台、信号传输系统、扬声器系统、配电系统等各个部分的冗余设计方法进行了详细阐述，对我国今后新建剧院的扩声系统设计有一定的参考价值。

关键词：剧院；扩声系统；冗余；扬声器系统；配电

0 引言

随着数字技术的迅速发展，专业音频已从模拟时代跨入了数字时代。然而，数字产品带给我们优点的同时，也给我们带来了价格高、系统不稳定、维护困难等新的问题。近年来，随着制造成本的逐步降低、产品可靠性的不断提高，数字音频产品的优势日趋明显，因此越来越多的用户开始选用数字音频产品，而许多用户因数字产品的相对不稳定性仍然坚守模拟阵营。2011年，MIDAS和Allen&Heath已宣布将逐步停产高端模拟调音台，不管你接不接受，扩声系统的数字化时代已经全面到来。

对扩声系统而言，其安全可靠性一直都是音频系统工程师和使用者最为重视的问题。为满足剧院内多种形式节目对扩声系统安全性的要求，全面、可靠的冗余系统是不可或缺的。冗余系统是当扩声主系统出现故障时能确保系统继续正常工作的应急系统，它要求专业音频工程师全面考虑现场可能出现的各种突发问题，设计一个完整的解决方案，并在主系统出现故障时尽可能在最短的时间内启用冗余系统，确保系统安全。

面对日渐“被数字化”的扩声系统，我们该采取什么样的技术手段保证扩声系统的安全性？下面针对目前常用的扩声系统结构，分析如何采用现有技术对不同结构的扩声系统进行冗余设计，并对扩声系统的信号传输系统、信号源、扬声器系统、调音台、配电系统的冗余设计分别进行探讨。

1 剧院扩声系统结构

扩声系统最基本的功能是将声源信号经传输、混合分配、处理、放大后还原成声音，并最终传递到观众耳朵。按照这一还原过程，我们将扩声系统分为信号源、调音台、信号传输、信号处理、扬声器系统、声学信号传输六大部分，如图1所示。

图1 剧场扩声系统结构剧院扩声系统的信号传输设计，通常以声控室、舞台信号交换机房、功放机房、现场调音位作为整个剧院的主要信号节点。按照信号在这几个主要节点间传输格式的不同，这里将扩声系统结构分为三种：模拟扩声系统、数字扩声系统、混合型扩声系统。

2 模拟扩声系统

在数字音频传输技术出现前，早期剧院扩声系统通常使用模拟接口设备，包括早期推出的数字设备：如数字效果器、一体化数字调音台、数字音频处理器、媒体矩阵、扬声器处理器等，因此扩声系统音频信号传输全部采用模拟线路。图2为常规模拟扩声系统结构，被早期的剧院广泛使用，这种系统在调音台、处理器等关键设备产生故障时会导致信号中断，通常采用跳线盘跳过故障设备作为系统应急使用。

图2 常规模拟扩声系统框图图3为具有完全冗余设计的模拟扩声系统结构，能满足大型剧院使用。系统采用主备调音台的方式，输出信号在多台DSP处理器内部进行混合，并分别输出给相应的功放通道，主备调音台可以实时在线。

图3 模拟扩声系统冗余结构该系统最大的优点是稳定可靠；缺点是系统设备较多，线路复杂，改变路由麻烦，只能使用跳线盘跳接。模拟信号传输方式主要采用屏蔽线缆传输，存在传输损耗、易受电磁干扰，其传输质量受传输长度和传输环境的影响较大，不宜作长距离传输，一般通过选用优质低容抗低阻抗的4芯星绞集成线缆并通过屏蔽、接地防护等综合手段提高传输质量。

3 数字扩声系统

数字音频产品的出现，改变了我们对扩声系统的认识。大同小异的模拟调音台被各式各样的数字台所替代，除了最基本的混缩功能之外，数字调音台还内置了门、压缩、限幅、效果、均衡、延时等多种处理模块，其强大的功能足以替换几乎所有的模拟周边设备，这是传统模拟台所不可能达到的；而众多的网络音频传输技术的出现，使得复杂的模拟传输线路被简洁的数字音频网络所替代，解决了模拟传输时代无法面对的一系列问题：如远距离传输、多线路的布线困难、传输干扰、自动冗余、数据共享等问题，模拟时代困扰音频工程师的众多问题迎刃而解。

3.1 数字音频传输技术介绍

要利用现有技术进行扩声系统的冗余设计，我们首要了解下现有成熟的数字音频传输技术。自开始发展到现在，AV行业先后出现了十几种依赖专有系统的数字音频传输技术，每种技术都有各自的特点，主要有如下几种成熟的技术。

3.1.1 点对点音频传输技术：主要有音频工程师协会AES研发的双通道数字传输协议AES3、AES10(MADI)传输协议，和模拟音频一样，AES3、MADI已成为工业标准音频格式。

3.1.2 基于网络的音频传输技术