广播电视大型直播类节目音频制作系统的安全问题及解决方法
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作者:成伟民 张效源
[摘要]针对音频制作系统的信号传输，声源拾取、分配，前级处理合成、后级选择输送等环节存在的安全问题给出解决办法，并设计出两种不同节目类型的基本的、安全性相对较高、可以快速应对和解决突发状况的音频制作系统方案，提出“治未病”概念，从设备的使用、管理层面防患于未然。
[关键词]音频制作系统;音频线材;声源;备份;分配;前级安全;后级安全;2进1出信号切换器
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2019.07.005
播出安全是广播电视节目制作的命脉。广播电视大型直播类节目因其时效性强、参与人数众多、社会影响重大，因此，具有极高的安全级别;特别是，还有很多节目是在有限时间内临时搭建制作系统，现场情况复杂多变，不确定因素相应增加。作为广播电视大型直播类节目制作最重要环节之一的音频制作，因可即时、直接地影响到现场直播效果，其安全性成为重中之重;且大型直播类节目的音频制作流程环节繁多，现场情况较为复杂，制作安全隐患也会相应增加。这就对音频制作团队提出了更高的要求，不仅要在准备阶段做好安全隐患的预估、检查和排除，做好突发状况的应对预案，更要在现场及时知晓、判断和解决可能会或已经发生的突发情况，保证节目的顺利进行和安全播出。
声音信号“不能断”是对播出安全的基本要求，其中包括播出信号、扩声信号、返送信号，它们的重要性优先级通常为：播出（OB）>扩声（FOH）>返送（MON）。
音频制作系统中，每个环节的每台设备及线材因保质时限、存放条件、保养方式、运输条件、使用规则、现场条件等因素，都有可能带来安全隐患，即使是新采购的设备，也会因为运输振动等原因发生问题。下面，笔者从音频制作系统的各个环节可能会存在或发生的问题，给出通用、合理的处理方法，以期最大程度降低这些问题发生的概率，设计出安全性相对较高、可以快速应对和解决突发状况的音频制作系统。
1音频线材
音频制作系统常用的信号线包括传声器信号线，扬声器线、乐器线（大二芯线）、计算机音频输出信号线、光缆、AES/EBU线、网线、无线射频馈线、MIDI线等，常见问题有以下几种。
（1）断裂或毁损
断裂或毁损可能是由于重物碾压、野蛮施工造成。定期检测和使用前的视觉检查是避免此类问题出现的主要方法。在搭建系统时要注意规范布线，线缆尽量沿墙角或有坚固支撑物的边缘铺设;如必须要经过开阔地带，则必须要给线缆增加过线槽或过桥板等保护;如发现损坏线缆，应第一时间予以分类和标记，便于后续维护。
（2）触点虚焊或线缆绝缘层剥离过长
虚焊会导致焊接部分的物理连接脆弱易断，同时具有很高的阻抗。此时信号即使可以传输，音质也极大受损，存在极大的安全隐患。
在焊点与线缆接头位置，因绝缘层剥离过长扭曲时可能会出现短路。在线材制作时要注意一般绝缘层剥离长度与接头焊接桩的长度相等问题，建议在焊完后使用热缩套管封住每个焊接桩。
此外，通过日常维护和测试，排查老化的信号线。
（3）外部干扰
在直播节目制作过程中，信号线不可避免地会受到外界电磁场的干扰，信号线走线要注意和干扰源保持一定距离。如不得已和灯光电源并行走线，那么，应保证始终平行，以使得平衡线缆的共模抑制发挥最大功能;此外，采用数字线缆进行传输也是常见的解决方案。
（4）数字音频传输
对于数字音频传输可以通过光缆。光缆传输距离较远、干扰能力较强，备份解决方案较为成熟。但光缆较为脆弱，主备光缆分开走线可以降低故障概率。在此基础上，可以增加模拟线缆为第二重备份的传输方式，数字传输和模拟传输并行。
（5）数字线的阻抗匹配问题
AES/EBU数字线缆可以替换普通音频线缆使用，反之长距离传输应严格遵循110Ω的线材阻抗标准。同样，无线射频系统的馈线的阻抗必须严格使用50Ω，不可用其他类似外观的同轴线缆代替。
2调音台与音源的系统备份
模拟调音台本身的安全性较高，但需要外接大量的周边处理设备，进而增加安全隐患。数字调音台集成化程度较高，不需要太多的周边设备，但由于其结构复杂，对温度、湿度等环境因素要求较高，会影响可靠性。所以，在使用数字调音台时，如何对其进行合理的冗余备份成为音频制作系统安全性的关键。
目前，大型直播类节目都会采用主备两张数字调音台的方式构建基础音频系统。在使用模拟信号传输时，可以将所有声源信号通过音分同时分配到两张甚至多张调音台中。Y型線、无源音分和有源音分在这一功能的实现上各有利弊。
Y型线作为音分的优势在于，可以保证主备系统同时加载幻象供电，即便一个系统出现问题，需要供电的传声器或DI盒也能够正常工作。但问题在于改变调音台输入端作为负载的输入阻抗状态，对于1分2的情况来说，这种影响尚不明显，但对于广播电视节目制作环境而言，1进多出的Y型线信号分配可能造成严重的阻抗问题。
无源音分的优势在于，通过隔离变压器很好地解决了阻抗问题，但它仅能够通过系统中的某一张调音台来施加幻象供电，如果该调音台出现问题，主备系统的电容传声器和DI盒均无法工作;一种较新的音分设备则设有两组“直通”通道，允许两张调音台同时加载幻象供电，其他调音台输入通道则通过隔离变压器进行连接。有源音分则能够自行提供幻象供电。
通过音分对音源进行备份，最大的问题就是音分作为系统中的单点无法做到备份。因此较为稳妥的解决方式是针对重要声源使用双（或多个）传声器，经过2组音分来施加交叉双重备份。这会在主备调音台上同时获得主备输入信号。无线传声器、播放器等输入音源也可以遵循同样的架构。但这种架构的缺陷在于，切换操作较为复杂，系统成本很高，需要精密规划。
使用基于DANTE等网络音频传输协议的设备对于信号的分配和传输更为便捷，特别对于比较庞大的系统来说，可以省去大量的音分连接，只需要通过网线和交换机就可以搭建非常庞大的音频系统。使用网络音频传输协议进行备份的问题在于，无法对模拟输入信号进行双备份，仍然需要音分的介入。网络音频传输的优势十分明显，主备交换机之间可形成交叉备份，且协议自身配置了完备的主备切换机制，在主网络出现故障时，可以无缝切换至备份网络，并进行主网络故障的提示。同其他数字传输协议一样，使用网络音频传输也需要注意时钟同步问题，在同一网络中只能存在一个主时钟源。在系统设计时，也可以选择网络音频传输为主、模拟传输关键信号作为冗余备份的方式，做到既有较高的安全性，又简化系统。 目前，大部分主流数字调音台都具备镜像备份功能，如主备数字调音台共用舞台接口箱（StageBox），调音台操作界面采用镜像方式备份等。但共用舞台接口箱在安全性上弱于独立备份的方式。值得注意的是，镜像模式备份方式存在一定隐患，当主调音台某物理性状（如电机推杆）出现问题时，问题可能会镜像同步到備调音台，这就失去了备份的意义。所以，镜像功能在调试排练阶段可以为主备系统的调试一致性带来方便，在正式演出时就要断开镜像，分开同步由不同的人员分别操作。
对于传声器信号而言，打开主传声器的同时，备份传声器可以打开适当音量，防止主传声器出现故障导致声音完全中断。但主备传声器不能打开同等大小，因为主备信号之间会由于能量相近，且存在时间差导致梳状滤波。
对于播放设备来说，如果对主备同步要求较为精准，也可以MIDI方式同步。在使用计算机播放音源时，可以在主备计算机中使用QLab等软件，通过Q-Widget或其他MIDI信号控制器控制主备计算机同步播放。但需要注意的是，同步系统仍然是单点，它的引入也会增加系统复杂程度。所以，对其使用也应结合实际节目特点和情况进行。
3后级系统的备份
音频信号处理分配器、功率放大器和扬声器构成了音频制作系统的后级部分。实际使用中这几部分可能是集成在同一设备中，如带处理器功能的功放，或有源音箱等，这里统称为音频系统的后级部分。
目前，大型节目的扩声大多采用线阵列扬声器，每组都由多个扬声器箱组成，由多个功放分别驱动。如果在电源、信号正常的情况下，很少会出现功放或扬声器全部同时无法工作的情况，从安全播出的角度看不会有实际的影响。同时，由于美观、承重、消防安全、运作成本、施工周期等各种原因，后级系统通常只针对重要位置的覆盖做备份。现在很多后级系统可以利用控制网络进行监看和遥控，实时了解每组甚至每一只功放或扬声器的工作状况，并可以遥控操作某只扬声器的开关，这对现场状况的迅速判断及处理有很大帮助。
部分功放和扬声器的信号传输可以通过数字（AES/EBU）和模拟两种方式，这可以作为主备路同时接入后级系统，但是这两种输入方式在选择上大多是自动根据音频输入信号大小判断，有时候静场的情况会给判别系统带来困扰，会在两种输入方式之间不停切换，使调音师感觉后级系统一直处于不可控状态;有的功放甚至可以提供主备AEs/EBU和主备DANTE数字输入和模拟输入的同时输入，可设定优先级自动取用优先级输入，信号断可无缝切入下级输入选择，看上去增加了安全性，但是有的数字传输协议的多级数字化链接可能存在时钟同步问题，在切换备份系统时需要彻底断开主系统的连接，因此，对于这种后级系统的备份模式要谨慎使用。
目前，重大节目制作的输入后级部分大多采用模拟连接方式。在使用模拟信号时需要解决主备调音台输出到同一套后级系统的问题。可以全部通过多通道手动2进1出的模拟信号切换器（见图1）进行切换，切换器需要具有双电源，如果电源全部断开能够回到A路直通状态。多个切换器之间可以通过网线级联，可同步一键切换，在主备系统都一致完好的情况下，主备系统的切换应该是基本没有变化的。
4音频制作系统冗余备份设计思路
相对安全的音频制作系统一定不是复杂的，简单的系统在安全性上往往是最佳选择。之所以说是“相对安全”，是因为在音频制作系统设计上，很难做到在整个系统中完全没有信号单点的存在。比如上文提到的模拟信号切换器，当然也包括冗余备份中可能使用到的音分等设备;入耳式监听设备由于其为无线接收设备，也往往无法进行备份处理;同步双计算机播放音源的控制器也是单点，作为触发控制信号的设备，出现故障也可能会对节目产生一定影响。所以，在冗余备份的设计上，要充分理解设备原理，进而明确可能出现故障的原因以及出现故障的后果，对重要的、可能出现问题的部分进行针对性的备份。比如入耳式返听的重要性相对较低，即使出现故障也可以通过返送音箱弥补;又如前文提及的模拟信号切换器，即使电源断开，也可以恢复至A路直通状态。这些“单点”由于其重要性较低或稳定性较高，基本不会对音频制作的安全性产生影响。对于部分关键性“单点”无法进行冗余备份的，即使信号只能是“独一份”的，也要尽量保证电源的冗余备份。
除系统设计上的简单直观外，处理突发问题的应急预案步骤也需要简洁明了，当然最好可以做到设备正确地识别问题并无缝切换。在需要手动操作时，也要尽可能做到一键切换。
5不同层级的音频制作系统冗余备份设计方案
根据前文对音频制作系统各个方面的安全备份方法，针对不同应用需求可以构建安全性较佳的音频制作系统框架。为了便于说明，在音频制作系统框架中，除乐队外的其他有线、无线传声器统称传声器，乐队部分独立称呼，除传声器和乐队通道外的其他声源统称音源，话筒（音频）分配器根据应用需求简称话分或音分，手动2进1出信号切换器统称2inl信号切换器。
5.1一级调音的音频系统设计
一级调音的安全音频制作系统是最基础的，设计框架见图2。该系统需要满足以下的要求：
（1）主备系统采用同一品牌型号的数字调音台，需要具备镜像操作功能;
（2）多路传声器、播放音源经无源话分，分别输入至主备数字调音台的舞台接口箱;
（3）主备调音台的舞台接口箱各自输出主音箱L、R，备音箱L、R，N路辅助音箱，N路返送进多通道2inl信号切换器切换后到各自后级;
（4）主调音台的舞台接口箱单独输出播出主信号L、R两路，音乐L、R两路，所有人声编组一路到转播车;
（5）备调音台的舞台接口箱单独输出播出备信号L、R两路。
可以看出，该音频制作系统方案可做到音源、主扩调音台的冗余备份，且主扩主备调音台和转播车主备调音台的对应关系也可以满足转播车的备份需求;信号传输上存在音分、话分、切换器等单点，使用和选择设备时，需要保证这些节点极高的稳定性。 5.2多级调音的音频制作系统
多级调音的安全音频制作系统框图见图3。
5.2.1系统要求
（1）传声器和乐队信号经第一级无源话分分配进入第二级OB无源音分、第二级扩声无源音分和返送调音台的舞台接口箱。
（2）主备音源经第一级无源音分分配进入主备扩声调音台的主机接口箱，所有音源经主备扩声调音台混合输出给返送调音台和第二级OB无源音分，再输出给主备播出调音台。
（3）由第二级扩声无源音分分别输出传声器和乐队信号到主备扩声调音台。
（4）由第二级OB无源音分分别输出多路乐队到乐队调音台和播出主（立体声）调音台。播出主备调音台和乐队调音台同时提供所需传声器和适配器幻象供电，扩声和返送调音台不提供幻象供电。
（5）由第二级OB无源音分分别输出传声器和混合音源到播出主（立体声）调音台和备（多声道）调音台。乐队调音台分别输出L、R立体声信号到主备播出调音台。
（6）主备扩声调音台的舞台接口箱各自输出主扬声器L、R，备扬声器L、R，N路辅助扬声器和N路返送备信号和耳返备信号进扩声多通道2inl信号切换器切换后到各自后级。扩声多通道2inl信号切换器切换后出N路返送备信号和耳返备信号，与返送调音台输出N路返送音箱和耳返主信号，进入返送多通道2inl信号切换器切换后送到各自后级。
（7）播出主（立体声）调音台输出播出主信号L、R，音乐L、R，人声1路到传播车。播出备（多聲道）调音台输出播出备信号L、R或者多声道信号到传播车。
（8）扩声主备调音台可以独立送两路播出备信号经多通道手动2inl信号切换器输出到转播车。播出主（立体声）调音台、播出备（多声道）调音台和扩声调音台播出备信号都各自输出，互为备份，足以保证播出安全。
5.2.2多级调音的安全操作基本方法和步骤
（1）扩声调音台主要由一位扩声调音师完成，一位助理调音师辅助操作;返送由一位返送调音师完成，乐队由一位音乐混音师完成，立体声主播出由一位播出混音师完成，OB备（或多声道播出）由一位（多声道）播出混音师完成。
（2）主备数字调音台可用镜像模式连接主备系统一起镜像联动调试，可节约调试时间，能够在主备路切换后保持现场声音没有太大的变化。调试完成后，要断开主备之间联系，主备系统各自同步操作，备系统需要一位助理调音师配合同步操作，这在排练时也可以作为助理调音师的培训方法。演出过程中如果扩声主调音台出现问题，可以通过一键切换扩声2inl信号切换器方式先启用备调音台接管系统，主调音师到备台工作，助理调音师转移到原主调音台配和系统工程师检查和处理好主调音台问题后，原主调音台作为原备调音台的备台待命，助理调音师继续跟随主调音师同步操作。
（3）如果返送调音台出现问题，可以通过一键切换返送2inl信号切换器方式由扩声调音台接管返送系统。
（4）在演出时如果某一个音箱出现问题，通过监控了解出现问题的音箱位置，如果问题音箱没有声音，那就不做处理;如果问题音箱发出杂声，则立即关闭相应通道功放或者电源。同时，系统工程师要记住问题音箱位置，演出结束后找到并标记回库维修。
6从设备使用、管理角度“治未病”
“上医治未病”最早源自于《黄帝内经》，“治”，为治理、管理的意思。其在中医中的主要思想是：未病先防和既病防变。对于音频制作系统来说也是相同的道理，所有设备和线材要未坏先防和既坏防变。
（1）做好设备固定资产管理登记、设备出入库管理登记、设备维修保养记录、问题设备报备维修机制、设备性状判定与定时相结合的管理报废机制。通过这些管理机制，能够知道设备的购买时间、设备的使用频率和次数、设备是否发生过问题、发生问题的时间、发生问题的原因及严重性、发生问题后是否经过维修、维修的难度与维修结果、是否有更换零部件、维修或更换零部件所需时间和周期、维修部门常用零部件的储备情况、问题发生的原因是否相同、不同问题各自发生的频率等。通过对某一设备的性状做出有效判断，其是否能够安全使用，可能存在的风险有多大，可以有效防止风险概率高的设备出库使用，提升出库设备的安全性，为音频制作系统提供设备本身的安全保障。
（2）对于头戴传声器、胸针传声器、线材、电池等消耗品或易损品，平时要做好采购管理登记，保证足够库存，以利于及时更换、补充，保证节目制作正常使用;已损坏设备回库时做好入库维修报备;要养成线材出入库检查习惯，问题线材回库报备检查维修机制，避免已知问题线材再次出库使用;制定线材定期检查更新制度，做好新旧线材批次识别管理，尽量避免超期服役线材在直播类节目中使用。
（3）对现场可能出现的各种对音频制作系统产生影响的问题进行提前预估，做好防护基础工作，比如线材的过道走线防护，设备长途运输振动后的安全检查，演出节目形式和演员动作可能造成的身体伤害和设备损坏，设备搬运可能出现的线材缠绕和器材移位跌落，移动舞台机械可能对线材设备造成的破坏等。想在前，做在前，防患于未然。
（4）对已经检查出或显现出的问题要及时反应解决，问题线材要立即更换，更换后还要重新检查确认完好，已经损坏的设备和线材要及时做好记号避免再次误用，防止问题现象的升级和进一步恶化，或引起其他相关连锁反应。
7结语
总之，要把一切问题隐患尽可能遏制在萌芽中，尽量避免使用应急预案和备用系统。当然，一旦在演出过程中遇到问题也不要害怕，按照应急预案操作流程准确判断，找准时机，果断及时准确操作，让节目顺利进行下去。
每个音响制作团队对音频制作系统安全的理解是各有差异的，但是每个音响制作团队对各自使用的设备、线材、系统的性能、功能和状态都有各自的掌控和判断，只要能够将音频制作系统中各个环节可能存在或可能会发生的问题考虑周全，并制定出应对办法、解决预案和操作流程，对音频制作系统的每一个环节都做到能够把控，对可能发生的问题能够及时应变、准确处理，保证播出信号的畅通，保证现场节目的顺利进行。
（编辑：杜青）
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