无线音频系统使用中的常见错误做法略述

LJZ666101 · 发表于 2005-9-30 11:30:00

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无线音频系统使用中的常见错误做法略述
在现代现场演出扩声系统中，无线话筒无疑扮演着一个非常重要的角色。为了观众有有更好的视觉欣赏效果，导演们不是很愿意舞台上的艺人手拿或者佩戴着带线的麦克风进行演唱或者表演。从上个世纪八十年代起，无线话筒慢慢的被越来越多的应用于现场。

我们知道，最早的无线话筒是带着比较长的发射天线的（如图1），当时的无线话筒发射采用了VHF频段的FM技术。换句话讲，当时的无线话筒跟我们现在用的调频收音机工作在差不多相同（但不重叠）的频率范围内，话筒接收机的天线也是比较长的。

图1  早期的Sennheiser VHF无线话筒发射器

但即便是这种看来不是特别专业用途的无线电音频信号发射与接收，在十几二十年的使用过程中，除了音质和有线系统差别特别大之外，在信号的传输稳定性上，我们的前辈们并没有感觉到有多么困惑。因为实际上，VHF的无线系统操作起来也比较简单，通常情况下，一套无线话筒在出厂的时候会被设置成固定的发射和接收频率。

但随着社会和经济的发展，二十世纪末的时候，靠无线信号传播的广播电视频道以及对讲机等各种通讯设备侵占了大部的VHF频率资源，且大功率的无线电发射台也越建越多。再加上，现场演出不再像以前一样，只用少量的几套话筒。随之而来的，就是现场演出时无线话筒的信号传输稳定性受到了威胁。

市场的需求催生了新的无线产品。不管从音质上也好，还是从信号传输稳定信上也好，UHF频段受到了世界各大无线话筒生产厂商的青睐。这其中包括Sennheiser、Shure、SONY、Audio-techinica、Lectrosonics、AKG等国际品牌和现在发展势头很好的Mipro国产品牌等等。在现在的演出现场和各种专业展会上，我们再也看不到带着非常长的发射天线的无线手持话筒（和相应的接收机）了。UHF技术的广泛应用使得新的无线话筒产品可以应对更加复杂的场合，能够容许更多通道同时使用，对所传输的音频信号损失更小。而且，由于更高频率的无线电波波长更短的原因，现有的UHF产品也不需要太长的天线进行发射和接收。

即便如此，越来越复杂的现场无线电环境为我们同时使用多个通道的无线话筒带来了不少问题。在一个比较复杂的现场扩声活动中，同时使用几十套无线话筒对于如今的演出市场已经不是什么太新鲜的事情了。但是，我们或多或少的会在现场遇到一些问题。这些问题，不论出于什么原因，结果都是对我们现场的无线电信号造成干扰，导致用于传输音频信号的无线系统出现声音断断续续，接收机输出器噪音以及话筒串频等诸多我们所不希望的结果。

作为专业技术人员，遇到问题我们总是要有相应的解决方案来应对这些情况。在想要有一个好的解决方案之前，我们先搞清楚这些干扰源大概会有哪些：1.大功率的广播电台；2.民用无线通讯发射塔；3.对讲机以及无线内部通话系统；4.其它与无线话筒工作频率以及调试方式相近的无线系统及大功率感性用电器；5.现场扩声无线系统的内部干扰。

如上所述，前面几类对无线电专业音频传输的干扰是大家都会经常碰到而且很容易就能够理解的。不管是国家设立的广播电台也好，还是企业或者个人架设的通讯设备基站也好，抑或是我们现场会频繁使用的无线内通系统和大屏幕等含有大功率感性电路的用电器，它们所发射出来的大功率的且与我们现有无线系统频区相冲突的无线信号，极其容易对音频信号传输的稳定性造成威胁。因为在国家法律规定的范围内，专业音频信号的无线发射功率被限制到了几十毫瓦的级别，而前面这几种干扰源的功率却达到了几瓦甚至几十瓦。它们之间巨大的功率差别就导致了无线音频信号接收系统无法抵抗太强的干扰源。我们在现场所能做到的，就是合理布置天线和设置合适的增益，尽量避免接收到这些干扰信号，另外从频率规划上来讲，要让我们的无线系统的工作频率尽量远离这些干扰源的工作区域。

但是，最后一项非常重要的，因为无线系统内部频率及其它方面规划与处置不当所造成的信号干扰却经常被我们忽视，主要体现在：1.不够科学的无线系统频率规划；2.系统内部发射天线与接收天线数量及摆放位置的设计缺陷；3.使用了不合乎要求的射频信号传输线缆；4.射频信号传输路程过长带来了不可接受的RF噪音等等。

我们这篇文章要讨论的主要议题是如何避免由我们自己的无线设备之间的互调失真产生的干扰信号对无线系统的工作稳定性造成威胁。下面，我将简单途述一些常见的设置场景，并指出哪些错误的行为会导致这个问题。

首先要提出的是，只有在无线电环境底噪比较高、而且多只无线电发射设备靠的非常近的时候我们需要注意这个问题。如果你平常只是跟着一个相对固定的独立乐队演出，而且只给主唱用了一只无线话筒的话，你基本不用考虑如下所述的问题。

但是，在有些大的音乐节、电台晚会直播或者在剧院进行话剧或者歌舞剧演出的时候，经常会出现这种情况。一大堆的手持的或者腰包发射器放在一起，并且是打开的状态。虽然这些无线话筒是由专人管理而且在特定的时间才会发给需要的人。但这仍然不能避免很多时候，有若干个无线发射器是靠的很近的放在一起，而且都是打开的状态。

多个发射器同时近距离工作的情况

图2A、2B和2C分别显示了以不同的方式将六个手持无线麦克风放置的时候，它们之间相互的影响。（所有不可见波的数据是由一款基于PC的RF频谱分析软件绘制的，软件开发者是一位叫Kaltman的工程师)。

在图2A中，它们被分别放在了6个话筒支架上，支架之间的距离大约1米2左右。在图2B中，他们被并排放在调音台推子之上的空白区域（大多数现场演出的人经常这么干）。而在图2C，红色曲线显示的是它们被一起放在调音台上增加底噪后的结果；绿色则是分别放在架子上的频谱分布。两者被放在一起进行对比。

图2A  6只无线话筒分别被放在各自的话筒架上，之间间隔1.2米左右

图2B  6只无线话筒被平铺在调音台推子层区域的情况

图2C  两种情况的对比：绿色曲线为在话筒架上的情况
红色曲线为被平铺到调音台推子层区域产生互调增加了底噪的情况

我们可以清楚地看到，它从一个非常干净的射频频谱变成了一个非常嘈杂的射频频谱，然后又变回来。现在我们给大家介绍以下几种方法来处理这些常见的问题：

1.如果发射器平放在一个桌子（或一个盒子内），则可以让每个麦克风的天线指向与相邻麦克风天线相反的方向（一个朝上，一个朝下或者一个朝左，一个朝右）。
2.如果你在演出过程中，经常大量使用无线话筒，那你可以考虑收集一些铝制的（或其它金属的）条状盒子放置发射器,保证每个天线在不同的密闭空间里。
3.对于监听调音师来讲，经常喜欢把给主唱的麦克风和Spare并排放在监听调音台的上方。这样做不是不可以，你可以让它们要么麦头相对，要么两只麦克风是同样的朝向（一只的天线对着另外一只的防风罩）。

相同的问题也会发生在入耳式监听系统，因为出于设备安放的必要，我们经常会遇到许多发射器彼此接近的情况。解决这个问题的诀窍是使用天线组合器，它可以很好的抑制互调物的产生。

图3A显示了六台使用鞭状天线的IEM系统安装在一起的无线电频谱图，图2B则显示了使用天线合并器之后的无线电频谱图。注意：图3B中的红色曲线即为图2A的绿色曲线，用于和使用天线合并器之后的情况做对比。

图3A  一个机柜中安装了6台使用自带鞭状天线的耳返发射器并全部打开时的无线频谱图

图3B  使用了天线合并器后的情况

从上图可以看出，其中有五套IEM的频点是在一个比较弱小的数字电视频道的范围内的，依此图看是34频道。之所以你会看到5个频道是在这6MHz宽的微弱信号峰上，是因为这6个频点并非是依我做实验的场所扫描并计算出来的，而是我随便拿出了一个从演出现场回来的耳返发射器的机柜进行实验而已。

安置发射和接收天线

天线位置的设定是关键——特别需要注意的是，我们要保证发射天线和接收天线之间有相当的距离。这是因为，当接收天线附近有一个发射天线的时候，它对远处信号的接收灵敏度会降低。这跟人的眼睛或者耳朵看东西或者听声音是类似的。当你试图看清楚天上微弱的星光的时候，若附近有强光出现（例如一个手电筒在你眼前），你就几乎失去了看到微弱的星光的能力。

我们经常会选用心形指向的天线（发射天线可能会是类似船桨或者鱼翅状，或者螺旋形等等）作为无线耳返的发射天线，以便信号能够被发射到指向的区域。这种情况下，我们可以尝试把无线话筒的接收天线放到它的背面。按常理来讲，这样可能会离无线话筒的发射器距离更远，但是因为不在耳返发射天线的覆盖区域内，反而会对接收无线话筒所发射的信号起到积极的作用。

关于发射功率

我一次又一次的看到技术人员们喜欢在有功率设定功能的发射器上使用“高功率”发射。实际上对于射频来讲，设置高于我们实际需要的发射功率并不一定会是一件好事。

发射信号强度足够强即好，就像我们送给音频系统的信号一旦大于0dBFS不会有好的结果一样，带给我们的更多是削波失真甚至烧毁设备。很多人认为更大的发射功率会让无线电系统工作更加可靠和稳定，但他们都忽略一点，那就是多频点无线系统中，过大的发射功率会带来非常严重的互相干涉，并降低天线的灵敏度，从而导致断频现象的发生。在非常大的空阔场地，只需要一到两个讯道的无线电传输的时候，才适合于用大功率信号进行无线传输。

图4显示了Telex的BTR-800基站，分别在高功率（红色）和低功率（绿色）发射状态下，557.9MHz和559MHz两个频点同时发射产生的互调失真的结果。

图4  高功率状态下互调失真很厉害，绿色状态下则要好很多

需要我们注意的是，上图中你看到的情况还是两个发射信号被送进天线合并器后再进行发射的情况，天线合并器会抑制一些互调失真的产生。如果你使用了常规的两个独立系统各自发射信号的模式，在高功率状态的时候，你将会看到更加严重的互调噪声的产生！

不要轻易给天线加增益

现场音频的无线系统中，给天线进行增益主要是为了弥补线缆在对无线电信号传输过程中带来的损耗，其目的并非提高天线的接收灵敏度。想想看，在你对接收到的信号进行增益后，并不代表仅仅有用信号被放大。其它的可能会干扰到我们的数字电视信号，甚至频率互调的产物也会被更多的接收进来。这样无疑增加了接收端对于有效信号进行选择的难度。

为了避免这些问题，笔者建议：一是要使用尽可能高质量的同轴电缆和接插件，二是要电缆长度要尽可能短。为了避免设定过高的天线增益，应该使用电缆损失计算器来确定到底需要多少增益，然后选择最接近的天线增益设置。

总结：

1. 发射器之间的位置设定或处理不当会产生互调噪声，这将提高无线电环境的本底噪声，浪费宝贵的带宽。
2. 正确的选用和安置发射和接收天线，是无线系统能够稳定工作的关键性因素。
3. 过高的发射功率和过高的接收增益设定对无线电信号的传输并非好事，除非特定场地和环境需要你这么做。

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