摘   要：

针对第19届亚洲运动会开幕式、闭幕式音响系统，从扬声器系统、系统架构及信号传输、拾音信号传输及音频同步播放系统等几方面解析设计思路与方案实施。

第19届亚洲运动会（以下简称：杭州亚运会）的开幕式、闭幕式在杭州奥体中心主体育场（俗称“大莲花”）举办。设计思路与理念是音响系统设计的主线，它贯穿于整个音响系统设计的全过程。针对杭州亚运会的开幕式、闭幕式音响系统（以下简称：开闭幕式音响系统）的设计，只有设计思路与理念清晰、完整和正确，才能设计出符合使用要求的、完美的、高水平的系统方案。舞台艺术可概括为视觉形象和听觉形象（或称作空间艺术和时间艺术），从观众的角度即常说的“看”和“听”两个方面。音响系统是为听觉形象服务的，就最终的音响效果而言，声音重放的还原度要高，要逼真、自然，声像定位（或声像的一致性）要准确。

杭州亚运会开闭幕式音响系统设计从多个方面入手进行综合衡量与优化，使整个音响系统达到“先进”“全面”的系统特性，以及“绝对安全”的要求。物理层面的安全问题主要体现在抗风、抗雨和抗高温，涉及到扬声器吊挂位置的选择、扬声器及拾音设备的选型等；系统层面的安全主要从系统扩声能量冗余、系统链路传输安全、前级收音的多重备份、播放系统的冗余、天线的覆盖布局及集连等，以及与央视转播机构合作等多个方面入手。以下针对杭州亚运会开闭幕式音响系统的设计思路与系统方案的实施，从扬声器系统、信号传输架构、现场拾音信号传输、控制系统及音频同步播放系统等几方面的设计进行解析。

1 扬声器系统的设计

1.1 设计概述

大莲花有三层观众席，座席数约80 000个，开幕式当天现场观众约5万人，杭州亚运会开闭幕音响系统是通过线阵列扬声器与点声源扬声器结合，实现场内声音能量的均匀辐射与声像的精准定位，再结合音乐和音效的密切配合，给观众带来细腻、真实、震撼的听觉感受。

扬声器布局的设计使用计算机声场模拟软件，将建声的有关特性与建筑结构相结合，给出扬声器的高度、角度及吊点位置，如图1、图2所示，计算出扬声器覆盖区域声学特性的具体数据，模拟出所设计的音响系统声学特性的预期结果，确保在覆盖范围内响度及音色的一致性，在最终的设计中同一阵列的覆盖下，声压级差控制在6 dB之内，如图3所示，并尽量减少对视觉的影响，对实际工作有很好的指导性，并提高了工作效率。同时，线阵列扬声器通过远程网络化管理，可以控制扬声器的参数，并实时监看到扬声器和功率放大器的运行状态。

图1 天顶扬声器点位图

图2 地面扬声器点位图

图3 观众席声压级分布的设计仿真

为了对抗炎热天气，功放点全部设置了测温棚，如图4所示，并采用物联网技术，实时监控棚内温度及湿度。

图4 功放点测温棚的外部及内部

1.2 观众席主扩扬声器系统

针对观众席的主扩扬声器系统，在大莲花棚顶一共吊挂了255只双10英寸三分频大中型线性阵列扬声器，分为21组分散吊挂。

对于东侧观众席，分布了8组线性阵列扬声器，覆盖二、三层观众区。主席台上空的扬声器阵列每组15只；其两侧观众区上空的阵列为每组12只，如图5所示。这款国产自主品牌的线阵列扬声器，低音单元采用800 W大功率设计，高音采用4英寸+2.5英寸的大功率同轴设计，功率达到240 W，在一个小巧的箱体内装入了功率接近2 000 W的扬声器单元，使得单只扬声器能达到134 dB的最大声压级，满足长距离投射的要求；三分频结构让频响更宽，高频响应更好。扬声器的投射角度通过吊挂件的调节，可以任意调节整套线阵所需的扬声器夹角，垂直覆盖角度可从常规的10°调整为更宽的17.5°。

图5 主扩扬声器的吊挂

西侧观众席分布了8组12英寸三分频线性阵列扬声器，每组最多15只，最少9只。南侧观众席扬声器共分布3组，北侧观众席扬声器组共分布2组，每组9只12英寸三分频线性阵列扬声器。

对于一层观众席和比赛场地采用的是分散布置方式，分别覆盖不同的听音区，共配置了30组线阵列扬声器，均匀分布在外环跑道处，落地安装。其中，北侧和南侧外环跑道各均匀分布5组，西侧和东侧各10组。每组扬声器为“3+1”方式，如图6所示，即3只双10英寸两分频固定曲率阵列扬声器，箱体内配置2个10英寸高灵敏度低音单元，2个1.4英寸开口高音单元，其出色的换能效率可提供远距离、宽角度的声覆盖；以及1只18英寸高功率、轻量级超低音扬声器。“3+1”扬声器阵列均匀覆盖一层观众席，给听音区带来高标准、高稳定性、高品质的现场扩声。

图6 一层观众区及场地内分布的扬声器

1.3 主席台扬声器系统

主席台后区的补声采用15英寸全频扬声器，其配备了3英寸高音单元，高频有充足的功率裕量，大大降低大声压状态下高音频段的失真，保证高质量还原声音。该款扬声器可以随意调换水平和垂直角度摆放（在主席台处横置，在通道及后台是竖置），如图7、图8所示，并配备了宽角和窄角两个角度型号备选，让使用更加灵活。

图7 主席台区域及控台扬声器点位图

图8 主席台补声扬声器

另外，主席台补声还搭配了8英寸同轴柱扬声器，提供高清晰度、高声压级和扩展带宽，并且拥有优雅的箱体线条，让其既不破坏主席区域场地美观度，又能提供足够的高保真声音。该款扬声器采用的同轴技术，为其带来紧凑的设计、高反馈抑制、平衡的色调，可平稳覆盖聆听范围，传达一个自然和透明的声音。

1.4 控台区域补声

控台区域的补声采用8英寸全频扬声器，如图9所示，其配置了44 mm高音单元，高频有充足的功率裕量，可大大降低大声压状态下高频失真，满足该区域高质量的声音覆盖。

图9 控台区域补声扬声器1.5 场地内返送扬声器

为确保上千名演员能够清晰地听到节目音乐内容，保障演出顺利进行，在西侧顶棚吊挂2组双8英寸线阵列扬声器，每组15只对演出区域进行主要覆盖。在东侧外环跑道处还安装了14组返送扬声器（图6），与主扩扬声器背靠背，向场地内投射返送信号。另外，在后舞台、表演区边缘、出入口以及后台区域，使用了15英寸全频扬声器进行覆盖，如图10所示。所有扬声器均由国产自主品牌的四通道功率放大器驱动，设置为A+B主备模式，使其具有备份功能。

图10 通道出入口、火炬区、表演前区的扬声器及功放分布

2 系统架构及信号传输

如何保证系统安全、稳定地运行，系统架构的设计尤为关键。该音响系统的控制以大型双引擎扩声调音台为核心，辅以一张同品牌中型扩声调音台作为实时备份，并各配一个也是完全相互备份的接口箱；主调音台的双引擎架构可以做到两个引擎无缝切换，这样调音台系统实现了界面双重备份，物理台面及接口箱也双重备份；信号传输以由扩声调音台及接口箱组成的独立环形架构为基础，通过MADI矩阵星形路由的传输机制传输给功率放大器进行信号输出，从而组成了由环形加星形交织的系统架构，如图11所示。

图11 系统架构2.1  MADI矩阵的基本架构及信号传输机制

系统为信号传输配备主备2套MADI矩阵，每个MADI矩阵内可插入2张8路MADI扩展卡，即最大可容纳16个支持MADI传输的设备；可根据系统的需求配置同轴线或者光纤的MADI扩展卡，如图12所示。在MADI矩阵内，除了可以让所有控台共享同一矩阵接口箱的输入信号外，还能够将进入到矩阵内控台间的信号相互传输，使主备控台之间相互发送信号，形成星形路由传输机制；在MADI矩阵的操作界面，对路由进行分配即可，无需对设备进行ID分配之类的操作，调音台可以直接识别进入MADI矩阵的设备，还可以通过网络连接和 Web 浏览器界面进行远程操作，并且不限于特定的操作系统。

图12 MADI矩阵架构图2.2 MADI矩阵的备份

为了保障音响系统的安全，使用了双MADI矩阵，即在2个MADI矩阵内每个设备节点之间的光纤链接均使用双光纤线缆的连接方式，双光纤线缆互为主备信号，通过光纤接入MADI矩阵中的信号可以通过矩阵同时进行实时传输。因此，使得系统环路内任意设备节点的其中一路光纤音频信号出现故障时，另一路信号可及时作为主信号进行传输，保障音频信号系统的稳定运行。

3 现场拾音信号传输的设计

为了确保领导人传声器信号的安全与稳定，针对此类传声器信号的信号传输方案，采用多模式多通道传输的设计方案及备份方式。

3.1 无线天线接收及频率分集备份

天线接收方案设计中，共计使用了4组指向型天线进行信号接收，分别架设在大莲花上层看台及一层看台，上层放置的指向天线用于主舞台无线信号全覆盖，一层看台架设的指向天线用于接收火炬台附近使用的无线设备。

射频传输链路采用了A+B路进行独立信号合并与分配，现场使用了4台射频矩阵合并器和2台天线分配器用于射频信号路由。其中，2台射频矩阵合并器放置于大莲花一层，用于合并来自火炬区附近无线设备的天线信号接收，再传输至五层设备机房。而来自大莲花上层看台的天线信号则直接进入设备机房进行信号合并，在设备机房内的2台合并器上完成了射频信号的最终合并。通过射频合并器可以根据实际应用情况，在合并器上选择开关不同区域的接收天线，来检测各个区域的射频信号覆盖情况和扫描单个区域干扰信号与信号强度。需要注意的是，现场无线传声器、IEM耳返信号覆盖范围大，系统搭建时使用的天线馈线长度较长，因此前期施工时，为铺设的每一条射频馈线测试信号衰减值，并据此在系统中进行相应的增益补偿。

在频率分集备份方面，使用具备双频率发射的无线传声器发射机，在主、备频率上各自独立传输音频信号，当主频率受到干扰后，可自动切换至备份频率进行信号的传输。同时，数字无线系统的频率分集功能支持在2个独立的频率上进行同步传输，确保仪式用传声器信号传输的关键任务信号是无缝、不受干扰的。如果不需要频率分集则提供单载波模式。

3.2 数字无线信号与模拟有线信号的备份传输

针对主席台传声器的信号传输，采用数字无线信号传输与模拟有线信号传输的备份传输模式，使用更加安全可控的模拟有线信号作为主用传输方式，即Main Plan；使用更加先进快捷的数字无线信号作为备用传输方式，即Spare Plan，如图13所示。其中，紫色连线以数字无线信号传输方式进行传输的WLS（Wireless）传声器组，红色连线是以模拟有线信号传输方式进行传输的MIC（Microphone）传声器组，绿色连线是模拟信号，但进入现场接口箱即转换为光纤信号。

图13 主席台传声器连接图3.3 传声器的冗余备份

除WLS组与MIC组双传输备份模式外，每组传输模式下采用2支或多支传声器的方式在信号传输通道数量上进行备份。MIC组下以4支传声器进行音频信号的拾音，WLS组下以2支传声器进行重要音频信号的拾音与传输，如图14所示。

图14  主席台传声器、致辞台传声器、运动员发言传声器图组

3.4 信号流分集备份

正常情况下，“数字无线信号传输与模拟有线信号的备份传输”加“传声器的冗余备份”的备份方式已经可以确保主席台传声器信号传输的万无一失。尽管如此，本着严肃认真、严谨负责的精神与态度，对该音响系统和主席台用传声器的信号传输安全还制定了信号流分集备份方案。

信号流分集备份方案，指单支传声器的输入信号通过不同的信号传输设备与信号传输路由，分别进行信号传输，最终集成至控制系统。系统架构共提供了4条信号传输链路，当某一路信号出现问题时，仍然可以使用其他3路进行信号传输，所谓“条条大路通罗马”，从而保障信号传输的安全与稳定。

信号传输链路一：使用数字光纤环路接口箱为核心进行传输；

信号传输链路二：使用模拟线路无源音频分配器为核心进行传输；

信号传输链路三：使用控制系统本地输入口为核心进行传输；

信号传输链路四：使用无线传输系统与微型领夹传声器为核心备份传输。

杭州亚运会开闭式幕的音响统系需要经历下雨、潮湿、大风等各种恶劣气候环境条件，拾音是整个链路中非常重要的一个环节，需要传声设备在复杂环境下依旧保持出色的频率响应及动态范围。经过对各种传声器反复的纷繁复杂的测试，最终在每个拾音环节采用无线与有线传声器相互备份的拾音方式，以及音频传输链路中主备音频传输方案，充分保障了各个环节的声音质量和安全性。

4 音频同步播放系统的设计

音频同步播放系统也有同样的安全性要求，因此系统中使用了4台搭载播放程序的主机，并通过控制器实现多台同步联动播放，如图15所示。每2台播放器为一组，信号分别进入到同一台具有IP转基带功能以及自动冗余切换路由功能的信号转换选切盒中，之后再通过数模转换进入接口箱；同时，另一组2台播放器通过相同的方式进入一台不同地址的备份接口箱中，实现音频播放的四重同步切换。其中，值得称道的是信号转换选切盒所采用的增强型自动冗余切换（EARS）技术将搭载播放程序的主机连接到信号转换选切盒，通过添加导频信号到主备电脑的Dante通道上，信号转换选切盒会自动监测导频信号，当检测到播放平台导频信号丢失后，该设备可以在1/48 ms内做到基本无缝切换至另一台播放主机，从而最大程度保障音频同步播放系统的安全稳定性。

图15 音频同步播放系统架构图

5 结语

杭州亚运会开闭幕式音响系统的方案设计中，安全性和稳定性是突出考虑的因素，采用了多层次、多方式的备份和冗余机制，以确保系统在可能发生的各种问题情况下系统能够正常运行。如关键的传声器信号传输采用了数字无线信号、模拟有线信号的备份传输模式；音频同步播放系统的自动冗余切换机制也展现了目前最前沿的音响技术。另一个亮点就是基本实现了扬声器的国产化，包括观众席主扩、主席台补声，控台区域补声以及场地内返送均为国产扬声器。

从实施效果看，整个音响系统的设计思路、理念、系统特性及物理和系统层面的安全性等都是合理的，方案实施也做到了万无一失。虽然任务重，压力大，但音响团队本着高度认真负责的精神，一丝不苟的态度，克服一切不利因素，从节目的细微处着手，从聆听感受和节目艺术创作上突破，圆满地呈现精彩纷呈的开闭幕式，收到了非常满意的效果。

选自 《演艺科技》2023年第四期 韩明亮《杭州亚运会开闭幕式音响系统的设计及实施》。转载请标注：演艺科技传媒。更多详细内容请参阅《演艺科技》。