楊明聰

【摘要】針對大型綜藝演出應(yīng)用中無線音頻系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題，提出天線系統(tǒng)的設(shè)計要點和頻率協(xié)調(diào)的注意事項。

【關(guān)鍵詞】綜藝演出；無線音頻系統(tǒng)；天線系統(tǒng)；頻率協(xié)調(diào)；設(shè)計應(yīng)用

1.大型綜藝演出中無線音頻系統(tǒng)易出現(xiàn)的問題

無線音頻系統(tǒng)是使用無線電波代替有線方式傳輸音頻信號的系統(tǒng)。無線音頻系統(tǒng)通常包括無線傳聲器系統(tǒng)和無線返聽系統(tǒng)，也包括在一些特定場合中通過無線方式進行遠距離音頻傳輸?shù)南到y(tǒng)。無線音頻系統(tǒng)在當下的大型演出中已成為必不可少的子系統(tǒng)，然而，音頻從業(yè)者可能都或多或少地遭遇過無線系統(tǒng)斷音、掉頻或是受干擾的情況。在大型綜藝演出中，作為直接與藝人接觸的系統(tǒng)，無線系統(tǒng)（尤其是無線傳聲器及無線耳返）是否能夠正常工作，很大程度上決定了這場演出的成敗。如果無線系統(tǒng)出現(xiàn)問題，無論是藝人的節(jié)目環(huán)節(jié)出現(xiàn)掉頻，還是領(lǐng)導(dǎo)講話出現(xiàn)斷音，又或是贊助商曝光環(huán)節(jié)出現(xiàn)噪聲，對音響團隊來說都是不可接受的。通過眾多的案例分析以及事故還原可以發(fā)現(xiàn)：90%以上的無線系統(tǒng)斷音或掉頻不是由于設(shè)備本身故障所導(dǎo)致的，而應(yīng)歸結(jié)為兩大原因——受干擾和信號弱。

今天，大型綜藝演出往往涉及到幾個方面的“大”。

一是舞臺區(qū)域大。層出不窮的舞臺設(shè)計、各式各樣的伸縮延展臺，在提供了完美的電視轉(zhuǎn)播呈現(xiàn)和現(xiàn)場觀眾體驗效果之外，還給各位無線工作者帶來了一個又一個難題。如何針對不同的舞臺進行合適的無線覆蓋，如何選擇不同指向性、不同覆蓋特性的天線，又如何在恰當?shù)奈恢眉茉O(shè)這些天線，成為了大型綜藝演出中的第一道難題。

二是使用的無線設(shè)備通道數(shù)量大。大型綜藝演出中，除了人數(shù)眾多的演員，往往還會根據(jù)節(jié)目類型對一些樂器和樂手進行調(diào)度，這時候便需要使用更多的無線設(shè)備。此外，一些藝人還會攜帶自己定制的無線設(shè)備參與此類演出。如何協(xié)調(diào)如此數(shù)量龐大、種類龐雜的無線設(shè)備，使其工作在干凈的頻點上，同時不與其他無線設(shè)備產(chǎn)生各類干擾，成為了大型綜藝演出中的第二道難題。

為解決在大型綜藝演出中無線系統(tǒng)應(yīng)用的這兩大難題，筆者從兩個方面考慮無線系統(tǒng)的方案設(shè)計：系統(tǒng)設(shè)計搭建和系統(tǒng)調(diào)試。正確的系統(tǒng)設(shè)計及系統(tǒng)搭建可以讓無線系統(tǒng)擁有穩(wěn)定的信號傳輸和全面的舞臺覆蓋，解決無線系統(tǒng)“掉頻”的第一大“元兇”——信號弱的問題。隨后，在無線系統(tǒng)設(shè)計及搭建合理的前提下，需要對無線系統(tǒng)中的所有設(shè)備進行合理的頻率協(xié)調(diào)，也就是調(diào)試環(huán)節(jié)。合理的頻率規(guī)劃可以保證所有無線設(shè)備都不受外界干擾源的影響，同時也不會產(chǎn)生自身設(shè)備間的互調(diào)干擾，從而解決無線系統(tǒng)“掉頻”的第二大“元兇”——受干擾的問題。

2 如何設(shè)計大型綜藝演出中的天線系統(tǒng)

在設(shè)計無線系統(tǒng)前，首先需要了解無線電波的傳輸特性?，F(xiàn)在使用的無線系統(tǒng)大部分都是依靠電磁波進行信號的傳輸，因此，無線系統(tǒng)的信號在空間中的傳輸特性完全符合電磁波的物理傳播特性。一般來說，電磁波的傳播速度等于光速，電磁波的波長滿足以下公式：

波長A=光速c/頻率f （1）

常用的無線設(shè)備工作頻率在470 MHz～ 787 MHz，根據(jù)公式（1）可知其波長在0.4 m～0.7 m，該數(shù)據(jù)對設(shè)計無線系統(tǒng)意義重大。根據(jù)無線電波的傳輸特性（見圖1），電磁波在空間傳輸中遇到障礙物時，當障礙物尺寸遠大于傳輸波長時，電磁波會因該障礙物的反射或折射而使傳播發(fā)生改變；當障礙物尺寸遠小于傳輸波長時，電磁波會從障礙物兩側(cè)繞過該障礙物。因此，在考慮天線架設(shè)位置時，應(yīng)該盡量讓天線與舞臺上的無線設(shè)備之間沒有任何遮擋。此外，當電磁波在空間中傳輸時，如果遇到多個障礙物，則應(yīng)該考慮多個障礙物之間的間隙是否能夠容許電磁波通過，當兩個障礙物間的間隔尺寸遠大于傳輸波長時，電磁波可以從這兩個障礙物之間通過：當兩個障礙物間的間隔尺寸遠小于傳輸波長時，電磁波則無法從這兩個障礙物之間通過。因此，在考慮天線架設(shè)位置時，還應(yīng)避免將天線放置在兩個間隔尺寸遠小于傳輸波長的障礙物之間。

2.2 天線選型及點位選擇

無線系統(tǒng)常用的天線通常包括兩種類型： “全方向天線”和指向性天線。 “全方向天線”是無線系統(tǒng)中對1/2波長鞭狀天線和1/4波長鞭狀天線的簡稱，全稱為水平平面全方向天線，也就是說當該天線垂直地面架設(shè)時，其水平覆蓋面是全方向的。 “全方向天線”的頂端與底端的接收能力非常差，使用時用其一端指向舞臺上的發(fā)射機，實際上就是使用其接收效果最差的部位去接收信號。

指向性天線在無線系統(tǒng)中主要有兩種，一種是對數(shù)周期振子陣天線（ LPDA），俗稱“鯊魚鰭天線”、 “豬耳朵天線”等。其主要特性是在水平平面和垂直平面上均具有指向性，具體的指向角度需要根據(jù)不同產(chǎn)品說明書中提供的典型極性圖進行判斷。另一種則是軸向模螺旋天線，簡稱螺旋天線。螺旋天線是一種圓極化方向天線，其直徑既可以是固定的，也可以是漸變的，其水平平面覆蓋角度和垂直平面覆蓋角度相同。

在了解了電磁波的物理傳輸特性和天線特性后，可根據(jù)大型綜藝節(jié)目現(xiàn)場的情況進行天線位置的選定。一般需要遵循以下幾條原則：

（1）天線與無線發(fā)射機或無線耳返接收機之間無遮擋：

（2）盡量使用最少的天線數(shù)量對需求區(qū)域進行覆蓋：

（3） A/B天線最好能同時覆蓋全部需求區(qū)域。

在遵循以上原則的情況下，可以提前在平面圖上對節(jié)目現(xiàn)場進行天線位置的預(yù)估，并根據(jù)預(yù)估點位與接收機放置位置，計算需要使用的射頻饋線長度。

2.3饋線規(guī)格

射頻饋線是無線系統(tǒng)中負責在設(shè)備間傳輸射頻信號的一種特殊的同軸線纜。在無線音頻系統(tǒng)中，饋線選型不當會造成非常嚴重的射頻信號損失，影響整套無線系統(tǒng)的穩(wěn)定性。射頻饋線、饋線接頭的特性阻抗必須都是50 Q，視頻同軸線纜的特性阻抗為75 Q，不適用于無線音頻系統(tǒng)。此外，饋線有一個非常重要的參數(shù)——衰減量，該參數(shù)可查詢由饋線制造商提供的技術(shù)指標。由于在同樣的長度上傳輸不同頻率的信號時，饋線的衰減量會隨頻率增高而增大，饋線的衰減指標一般會以圖表形式表現(xiàn)，通常選取700 MHz～ 900 MHz的衰減量作為參考數(shù)據(jù)，以計算無線音頻系統(tǒng)中一定長度的饋線上具體的衰減數(shù)值。

2.4 饋線衰減的補償

通過查詢技術(shù)指標可以計算出天線架設(shè)點位到接收機或是耳返發(fā)射機之間每一根饋線的衰減量。對于無線傳聲器系統(tǒng)來說，這個衰減量是可以進行補償?shù)?。許多無線系統(tǒng)廠商生產(chǎn)的天線上會帶有一個具有撥檔開關(guān)的小盒，每檔開關(guān)對應(yīng)一定增益量。這個裝置并非用來提升天線的接收能力，而是用于對饋線上的衰減量進行提前補償。對于未配備該裝置的天線，可以使用單獨的衰減補償器對饋線上產(chǎn)生的衰減量進行補償。RF（射頻）衰減補償?shù)淖罴呀Y(jié)果是“零增益”，即饋線上損失了多少分貝的信號，就使用補償器進行了同等數(shù)量的補償。由于饋線長度不一，衰減補償器的檔位又是固定的，所以在實際應(yīng)用中很難做到“零增益”，一般認為補償后的結(jié)果在±5 dB以內(nèi)都可以接受。

對于無線耳返系統(tǒng)來說，由于發(fā)射功率受到國家相關(guān)法律法規(guī)限制，因此，廠家通常不提供用于耳返系統(tǒng)的衰減補償器供用戶使用。建議給無線耳返系統(tǒng)使用衰減量小的饋線，以避免在饋線上損耗過大。

3 如何在大型綜藝節(jié)目中進行頻率協(xié)調(diào)

正確的天線系統(tǒng)設(shè)計和搭建只是基礎(chǔ)，絕大多數(shù)無線系統(tǒng)都不是插上電源不經(jīng)調(diào)試就可以達到完美使用效果的。

3.1頻段區(qū)分及中國現(xiàn)行法律法規(guī)

根據(jù)國際電信聯(lián)盟（ITU）的相關(guān)規(guī)定，30 MHz～ 300 MHz為VHF頻段，300 MHz～3 000 MHz為UHF頻段，實際使用的大部分無線系統(tǒng)都工作在UHF頻段。根據(jù)《中華人民共和國無線電管理規(guī)定》和工信部[ 2005]第423號《微功率（短距離）無線設(shè)備技術(shù)規(guī)范》，無線傳音設(shè)備在UHF段的免執(zhí)照使用頻率為470 MHz～ 510 MHz、630 MHz～ 787 MHz，發(fā)射功率不超過50 mW （e.r.p），超出此范圍的無線設(shè)備在使用時均需要向當?shù)氐臒o線電管理部門進行申報和審批。

3.2 外部干擾分析

在大型綜藝節(jié)目現(xiàn)場，通常會使用專用的頻譜掃描設(shè)備對現(xiàn)場的無線電環(huán)境進行連續(xù)不間斷的掃描，由于不同時段的無線環(huán)境可能不同，如果只進行一次無線電環(huán)境掃描，并不能準確反映現(xiàn)場的真實情況，所以一般會從設(shè)備進場起每天對無線電環(huán)境進行不間斷地掃描，直到當天工作結(jié)束，并留存每天的掃描文檔。此外，還需要分析每天掃描結(jié)果中的干擾源是何種類型。常見的UHF頻段干擾源有以下幾類：（1）開路電視頻道，通常會占用8 MHz帶寬；（2）無線內(nèi)通系統(tǒng)和對講系統(tǒng)；（3）無線圖傳系統(tǒng)； （4） LED大屏幕及周邊控制設(shè)備；（5）燈光及舞臺機械控制系統(tǒng)等。對于開路電視頻道類干擾，按照業(yè)務(wù)類型的優(yōu)先級，無線系統(tǒng)必須避讓。因此，在執(zhí)行大型綜藝節(jié)目前，通常會事先根據(jù)錄制場地當?shù)氐念l譜情況進行頻率預(yù)規(guī)劃，以判斷需要攜帶的各類設(shè)備的頻段和數(shù)量。針對LED大屏幕及其周邊控制設(shè)備，很多情況下是由于生產(chǎn)廠家未嚴格遵守國家相關(guān)標準，導(dǎo)致LED屏幕自身在通電后變成電磁波的發(fā)射源。因此，在規(guī)劃時還需對LED開啟前、開啟后、播放不同畫面時的無線電環(huán)境進行監(jiān)測和對比，避免將無線系統(tǒng)的頻點設(shè)置在有干擾的頻率上。

3.3 多部門聯(lián)合進行頻率協(xié)調(diào)會

如上文所述，無線內(nèi)通系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、無線同傳系統(tǒng)、燈光及舞臺機械控制系統(tǒng)都可能對無線音頻系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。由于無線傳聲器及無線耳返都是現(xiàn)場無線設(shè)備中最易被干擾、但重要性極高的設(shè)備。所以，在國內(nèi)一些成熟的大型綜藝演出以及政治類活動中，早已開始設(shè)置獨立的部門對現(xiàn)場的所有無線設(shè)備進行統(tǒng)一的頻率規(guī)劃及無線保障；而對于沒有此類獨立部門的大型綜藝演出來說，應(yīng)由音頻團隊中負責無線音頻系統(tǒng)的工程師組織多部門聯(lián)合進行頻率協(xié)調(diào)會。

在頻率協(xié)調(diào)會上主要完成以下工作：首先由各部門匯報可能使用的無線設(shè)備類型、所在頻段、發(fā)射功率、載波帶寬以及使用范圍；隨后根據(jù)各部門上報的設(shè)備類型和載波帶寬劃分不同類別設(shè)備的安全冗余帶寬，并根據(jù)各部門不同無線設(shè)備的所在頻段判斷是否存在沖突，并據(jù)此對產(chǎn)生沖突的無線設(shè)備進行頻帶劃分協(xié)商；最后根據(jù)最終的協(xié)商結(jié)果，制定本場大型綜藝演出的無線頻段規(guī)劃表。此外，根據(jù)活動的性質(zhì)不同，有可能需要為外來的ENG系統(tǒng)制定無線設(shè)備使用規(guī)范，并為其預(yù)留頻點。

例如，在一場大型綜藝演出中，無線頻率協(xié)調(diào)會上發(fā)現(xiàn)無線視頻傳輸?shù)男∥⒉ㄔO(shè)備有可能占用8 MHz無線傳聲器的使用頻段，而現(xiàn)場的無線傳聲器因為數(shù)量眾多，無法計算出足夠數(shù)量的安全頻點，在這種情況下，通過頻率協(xié)調(diào)會機制，建議無線視頻傳輸設(shè)備的使用部門更換相關(guān)設(shè)備，以保證無線傳聲器的使用安全。在一些大型綜藝演出中還會有跟隨嘉賓的真人秀拍攝團隊，這些團隊往往不會提前參與到無線頻率協(xié)調(diào)會中，因此，需要進行提前溝通，了解其使用的設(shè)備類型，并為其預(yù)留合適的頻段。

3.4 內(nèi)部干擾協(xié)調(diào)

通常，打開一臺無線發(fā)射機時，這臺發(fā)射機會占用一個頻率，當打開麗臺發(fā)射機時，這兩臺發(fā)射機占用了麗個頻率。然而，對非線性電路的無線系統(tǒng)，當打開兩臺發(fā)射機時，占用了不只兩個頻率，這種現(xiàn)象被稱為互調(diào)失真（ InterModulation Distortion）。例如，當兩臺發(fā)射機的頻率分別是廠i=671 MHz，f2=672 MHz時，這兩臺發(fā)射機產(chǎn)生的三階互調(diào)產(chǎn)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，兩個三階互調(diào)產(chǎn)物因頻率高于無線系統(tǒng)使用頻率，在此不做討論。而另兩個三階互調(diào)產(chǎn)物在廠f1和f2頻率兩側(cè)，這也就意味著如果未考慮到這種互調(diào)失真，把第三臺無線發(fā)射機的頻率設(shè)置為673MHz時，同時使用這三臺發(fā)射機，可能會出現(xiàn)因互調(diào)失真帶來的干擾而導(dǎo)致的音頻斷音。

不同廠家、不同型號的發(fā)射機，其雙發(fā)射機三階互調(diào)產(chǎn)物（ 2T30）所占用的帶寬也不同。因此，針對不同的無線設(shè)備，需要使用不同的參數(shù)進行計算。

3.5預(yù)留備份頻點

在大型綜藝演出中還有一個讓所有人頭疼的問題，很多情況下彩排期間非常正常的無線系統(tǒng)，在演出當天出現(xiàn)掉頻現(xiàn)象，有時候甚至是在開場前一個小時內(nèi)出現(xiàn)被干擾的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，通常是由于在大型綜藝演出當天，安保、消防等部門到現(xiàn)場工作，同時各家電信運營商也會針對可能出現(xiàn)的大規(guī)模應(yīng)用而在場地附近增設(shè)信號車。因此，需要根據(jù)現(xiàn)場活動的級別，為無線設(shè)備預(yù)留備份頻點，以便在開場前受到外來干擾時，可以使用預(yù)先留好的備份頻點對受干擾的頻點進行替換。

4小結(jié)

無線系統(tǒng)的斷音和掉頻往往不是由單一的問題導(dǎo)致的，每一個可能出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)就如同試卷上的考題，人為可控的因素就是我們會做的題目，外界不可控的因素如同現(xiàn)場出的臨時選題，斷頻往往是由幾個小問題累積而成的。面對這些問題能做的就是，把每一個會的題目答對，才可能在外界條件惡劣的時候不出現(xiàn)事故。

每一場大型綜藝演出都是對無線工作者的一次考驗，無淪從天線系統(tǒng)的覆蓋設(shè)計還是眾多無線設(shè)備的頻率協(xié)調(diào)，復(fù)雜的場地環(huán)境和日漸稀少的可用頻段不斷地挑戰(zhàn)著每一個音頻團隊?；蛟S在不久的將來，專業(yè)的無線服務(wù)團隊和專業(yè)的無線工程師會成為大型綜藝演出中的標配。