5.1环绕声机房工艺设计

    中央人民广播电台于2004年底启动了音乐厅录音控制机房的改造工程，将立体声录音控制机房改造为环绕声录音控制机房，现该机房已投入使用。曾负责组织实施此项改造工程的本文作者对有关环绕声录音控制机房的工艺设计、设备选型等进行了归纳整理，可望为开展环绕声技术应用的同行提供参考。

　　中央人民广播电台音乐厅录音控制机房原先主要是用于录制立体声节目，为满足环绕声节目录制的需要，台里决定将之改造为以制作环绕声节目为主、同时兼容立体声节目制作的录音控制机房。

总体设计考虑

　　目前5.1环绕声录音控制机房在国内为数不多，可借鉴的设计资料很少。我们在设计时主要考虑了几个方面：
　　1. 工艺上以ITU-R BS.775-1标准为设计依据。
　　2. 声学上满足录音控制机房的声学技术要求，如混响时间在RT60= 0.3?.1s(63Hz～8kHz)、房间噪声不高于NR-20等。
　　3. 功能上做到：大型管弦乐队的环绕声拾音、多轨录制、环绕声缩混及母版的制作；录制大型管风琴环绕声音乐；在整个录音过程中进行全数字化信号存储和处理；环绕声和立体声兼容，并对同一节目的环绕声和立体声效果实时比较；实时监控音乐厅场内情况，具有方便快捷的内部通讯和交流功能；录音控制机房、扩声机房、主控机房及音频资料库之间能够相互交流数据(模拟和数字)；采用吊装话筒、细杆落地式话筒架和高质量微型电容话筒录制大型的交响乐队和舞台演出，在保证录制效果的前提下保证演出的视觉效果；将本机房的视、音频信号送到相邻的环绕声审听机房进行监听；将本机房的视、音频信号送到音乐厅场内进行监听和监看；多方远程会议；接收有线电视信号，等等。
　　根据以上考虑，我们将整个系统分为控制机房内部和控制机房以外(即音乐厅内部)两个部分。

音乐厅内部工艺设计

　　控制机房以外的工艺设计分为工艺电盒及话筒两部分。
　　工艺电盒的设计
　　在音乐厅舞台的前沿、中部和后侧的左右，各设置3个地盒，分为工艺供电盒、返送盒和话筒盒，共6组。每组有5个话筒插口、两个电源插座盒及两路返送输出。另外台口两边还各配有一个AV插座盒，以提供外来电视信号的重放和常规演播室的演播室监听，这样可以在音乐厅内进行声源重放和远程电视网络会议。
　　话筒点的设计
　　音乐厅内部话筒分为舞台和吊挂两部分，还可以根据需要添加无线话筒。
　　(1)吊挂话筒部分
　　考虑到吊挂话筒的传输距离长，信号受场内灯光、电源等因素的影响较大，故将吊挂话筒顶棚内的话筒走线以金属管封闭，并予以良好接地，以尽量减小干扰的影响。同时将话筒放大器部分移至顶棚内，将话筒拾取的微弱信号就地放大并编码成数字多通路串行码流(即MADI信号)，通过两根75Ω的同轴电缆传回控制机房。MADI信号的同轴电缆理论传输距离为50m，实际甩线长度为40m左右，保证了吊挂话筒信号传输的质量。该话筒箱的MADI电缆可以用其56个通道的最后一个通道传输调音台对话筒的控制信号，以实现对话筒电平、接口和幻象供电的遥控。吊装话筒点按照现代交响乐队演出的坐席位置悬挂。为适应实际中话筒拾音的不同需要，在乐队前方吊挂一排心型指向性话筒，作为AB拾音制式的主话筒；另外，在指挥身后吊挂著名的DECCA树话筒阵；还准备了一套ATMOS 5.1环绕声话筒，作为单点环绕声拾音的补充。
　　采用AB制式话筒形式，主要是考虑到AB制式的立体声录音在空间感和融合度方面优点比较突出。保留AB制话筒录制形式，一方面可以继续保持AB制录音方式的优点；另一方面，在组构各种录音制式时，可以将其作为主辅话筒的补充。DECCA树话筒阵是DECCA公司久经考验、获得各方高度评价的录拾音制式，一直是专家们研究的重点，在其基本的T字结构上衍生出的各种录音制式，需要根据实际情况进行选取。此次吊挂的主话筒挂架虽仍然采用T字话筒挂架，但不同的是在挂架上安装了6只话筒：最前方是一对MS制立体声话筒，面对舞台全景拾取；距离两侧0.5m安装两个向前的心型电容话筒，作为环绕声前方的混响源；在T字挂架两侧安装与中心夹角约为135?的心型电容话筒，作为环绕声后方的混响源。T字挂架采用超细的钢丝并通过摇臂升降，如果是拾取常规的立体声音源，可以很方便地更换成DECCA树录音制式或大AB、小AB、MS、ORTF制式等。ATMOS 5.1环绕声话筒拾音系统源自德国研发的环绕声前置放大器，为全模拟电路设计，可以提供现今所有的环绕声录音制式。它采用固定的“大”字型话筒架，通过电缆与配套的话筒前置放大器相连。该话筒放大器使用马达控制的电动中央控制旋钮进行增益控制，可以保证5只话筒的增益同步调整，也可以在话筒放大器上直接进行环绕声话筒的增益调节、母线分配和输出、声像的电子展宽、超低音信号的提取和调节、环绕声和立体声的转换及监听等操作，适用于现场采录，缺点是录制现场需要话筒架等设备。
　　主话筒架前方位于舞台中部的4只话筒可以使用专用的吊挂架，采用XY或ORTF制式组合成两对立体声话筒，以拾取乐队纵深的声部。该吊挂架直接利用话筒线进行悬挂，在话筒线末端缠绕细铁丝，以控制话筒指向的俯仰角。合唱台上方设置4个心型话筒，覆盖合唱队的声部。在吊装话筒设置不足的点，采用舞台话筒进行补充。
　　观众席上方5m距离舞台边沿5m处，设置一套由4个心型或8字型话筒组成的环绕声背景拾音话筒，话筒朝向为音乐厅两侧的墙面，用于拾取直达声以外的反射声和混响声。
　　(2)舞台话筒部分
　　舞台话筒信号并不是直接传送到调音台的话筒放大器，而是通过屏蔽金属管传回机房，再通过控制机房的卡农跳线架跳接到话筒放大器的输入端。这样做的好处在于：可以灵活跳接舞台话筒的接入端口，便于统一规划，利于故障排除；方便MIDI乐器在控制桌上以最短的距离接入调音台，改善传输信噪比。
　　(3)无线话筒部分
　　8路无线话筒接收器直接安装于录音师身后的控制桌内，如经过实地检验，接收信号稳定良好，就不必再安装外置接收天线阵。
　　所有的话筒设置与调音台的通道延时器和声像定位器配合，可以实现声源准确定位，避免明显的回声现象。

控制机房内部工艺和功能设计

　　区域设置和主要设备分布
　　音乐厅控制机房内部分为制作区、导演区和设备小室三部分。制作区以录音师为中心，5.1监听为圆周，构成控制机房内部的录制核心。控制桌位于录音师的身后，作为信号交汇的中心，并提供导演区的工作平台。除了调音台主机、功放、效果器主机等有风扇噪声的设备安置于设备小室外，几乎所有的录音机、效果器等都安装于控制桌和调音台耳桌内，为了便于操作及维护、检修工作，所有设备的模拟和数字音频信号来/去线都接在跳线盘上，再由跳线盘完成调音台和音频设备之间信号交换。
　　音箱的设置
　　为了实现5.1环绕声的录制和监听，室内声学和音箱设置参考了ITU-R BS.775-1标准，采用了5个DYNAUDIO M3监听音箱、一个低音音箱。考虑到今后扩展的需要，预留了另一个低音音箱的位置。5只监听音箱的设置高度为底部距地1m，这样音箱的高频单元就大约指向(坐着的)录音师的耳朵(约1.2m)。5只音箱及一只低音音箱全部指向录音师的座位，与录音师座位的距离一样，都为2.9m，全部采取嵌入式安装，这样可以避免梳状虑波效应，扩大听音范围，同时也使得空间简洁。鉴于此音乐厅主要是作为古典音乐的录制场所，我们采取了环绕音箱的标准角度(即与中心的夹角为120。）进行安装。
　　调音台的设置
　　本音乐厅采用了全数字Neve调音台，具体设置为：物理推子30路；音频接口共有36路模拟输入，供舞台话筒、无线话筒、录音机和效果器设备模拟线路输出等；32路模拟输出，供设备模拟线路输入、控制机房监听、音分、返送等；24路AES/EBU数字输入/输出，供数字设备输入/输出；两对MADI输入/输出接口，供一台56路Pyramix音频工作站和顶棚24路话筒接口箱MIOS的接口使用。除了MADI和监听接口外，所有的数字和模拟接口都与控制桌的跳线盘相连。调音台虽然只有30路物理推子，但是可以进行4个层面总共120路推子的分层控制，分别设定为：通道层面(如话筒输入通道)控制、磁带录音机层面(如多轨机的磁带返回通道)控制、辅助通道(如AUX主输出通道)控制及外接设备通道(如各个录音机和辅助设备的返回信号)控制等。
　　跳线盘的设计
　　我台音乐厅控制机房采用的是Switchcraft 96路跳线盘，共使用了4条:模拟两条、数字一条、音乐厅与外部(扩声机房、主控部、审听室、资料室等)信号交换一条；每条上部的48孔设定为信号来孔，下部48孔设为信号去孔，并将设备的模拟和数字信号的来线接到上48孔，对应的去线接到下48孔(即49～96孔)。考虑到数字信号处理的连续性，在正常工作时以设备的数字输入/输出为主要音频链路，因此，所有数字信号输入/输出都通过跳线盘以常通形式进行交换。采用常通形式，可以节省大量跳线，需要时可再使用跳线进行信号跳接。在跳线盘上还设置了并线孔，需要时可以扩展数字或模拟信号的输出端口。还将DVD播放机和机顶盒的音频接口排列在跳线盘上，以提供电视信号源和满足观摩作品之需。第4条跳线盘作为内外信号的交换盘，将主控部、审听机房、扩声机房资料库的来/去线罗列其上以备用。为了将来扩展需要，在准备音乐厅的布线时，还预布了因特网网线、与扩声机房信号交换的光缆和网线、与资料库连通的网线，以及可以用于ISDN音频信号传输的3根电话线等。
　　录音机的选型
　　在盘片记录媒体大行其道的今天，以工作站为主体的记录形式成为主流。对于主录音机，我们选用了基于PC的Pyramix工作站。之所以作出这个选择，是考虑到此工作站兼容当今几乎所有的音频格式，可以和包括基于苹果平台、PC平台的各种工作站进行数据交换；可以使用MADI接口，一根同轴线可以传输56个通道的数字信号，在布线上经济合算；功能强大，性价比高，易于升级；在录制、缩混完成后，可以输出各种格式的音频数据，存入便携式硬盘或刻录成光盘数据携带。
　　为了能和现有各种录音载体配套使用，控制机房里还配备了DSD磁带8轨机、DAT录音机、激光录/放音机、盒式录音机、MD录音机、环绕声DVD等。
　　效果器的选配
　　作为环绕声和立体声兼容的控制机房，效果器应同时满足制作环绕声和立体声的需要，具备模拟和数字专业接口。我们选用能够添加环绕声混响的TC M6000作为主效果器，它除了能够实现各种房间条件下的环绕声混响激励外，还能够进行环绕声素材的母版后期处理、单声道或立体声的环绕声转换及降噪、动态处理等操作。另外，还选取了Lexicon的PCM-91/81、爱芬泰的DSP7500等效果器作为辅助节目制作的设备。
　　监控设备的考虑
　　为了便于掌握音乐厅场上的情况，我们采用了两台高清晰度等离子彩电作为控制机房的多功能监控单元。来自场内监控摄像头的视频信号、数字机顶盒的电视信号、工作站的双头显卡信号及DVD机信号全部接到等离子彩电上，通过遥控器可以自由切换画面，也可以在图像上叠加视频源而获得画中画效果，可做到4幅画面的同时监控。
　　环绕声音箱的排列在照顾人耳高度的同时，也正好挡在人的视野上，故将两台等离子彩电安装于前置音箱的上方，其俯视角主要照顾后方导演区的视角。工作站的主屏幕使用另外一台桌面液晶显示器，这样录音师可以专注于眼前的录音机工作界面，而等离子彩电可以提供工作站的调音台界面和多轨信号数字电平表的显示，既实用、又美观。
　　音乐厅机房改造完成后，邀请了几位行业内的专家进行了实际的评估，并进行了一次德国专家演奏的管风琴环绕声录音实验，从实际使用来看，机房操作起来非常方便，声学效果比较理想，环绕声定位准确明显，录音效果很好，得到来自德国的专家和国内著名录音师的一致好评。