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 © SALZBRENNER media
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2021年7月30日

音乐会和音频录制应用中的高精度麦克风定位

基于 PC 的 1D/3D 麦克风控制盘系统助力打造非凡音质

SALZBRENNER 媒体集团是一家专业提供音视频播放设备及多媒体系统的供应商,其产品已在全球得到广泛应用。公司总部位于德国布滕海姆,在规划设计、建造、安装和维护娱乐设备领域中的复杂项目方面拥有 60 多年经验。SALZBRENNER 媒体集团选择倍福作为其控制系统供应商,开发其 1D/3D 麦克风控制盘。公司通过使用倍福的 TwinCAT 3 软件和嵌入式控制器搭建了一个集 PLC、驱动器和安全组件为一体的控制解决方案,节约了大量空间和成本。

在 2019 年德国柏林戏剧媒体及科技活动展览会上,SALZBRENNER 媒体集团展出了其最新开发的 MIC 1D/3D 飞行麦克风控制盘系统,该系统可以在演出场地和录音棚中使用高精度麦克风定位技术确保高质量的音频录制。该系统的特点是采用级联方式连接各个控制盘,让麦克风除了能够进行简单的上下直线运动之外,还可以进行三维空间运动。“历史悠久的科隆克劳斯·冯·俾斯麦大厅的新音频系统中首次布署了我们的四点吊装式 3D 麦克风控制盘系统。”SALZBRENNER 媒体集团项目经理 Stefan List 说道。系统包括一组四个同步运行的控制盘。它们移动一个飞行框架,在框架的三维工作空间上方可以安装多达八个麦克风(每个控制盘两个)。它覆盖了 WDR 音乐厅中一个横向尺寸为 7 x 9 米(23 乘 29.5 英尺)和纵向尺寸为 3 米(10 英尺)的区域。麦克风可以做三维空间运动,能够精确地定位在管弦乐队和/或单个乐器上方。WDR 音乐厅的整个系统包括 29 个用于单个麦克风的 1D 控制盘和一个带有七个麦克风的 3D 控制盘。

科隆 WDR 演出大厅里有29 个 1D 控制盘和一个 3D 麦克风控制盘系统,确保精确定位的高质量音频录制。 倍福驱动技术用于控制和移动安装有 7 个麦克风且可自由定位的飞行框架。
科隆 WDR 演出大厅里有29 个 1D 控制盘和一个 3D 麦克风控制盘系统,确保精确定位的高质量音频录制。 倍福驱动技术用于控制和移动安装有 7 个麦克风且可自由定位的飞行框架。

整合控制、驱动与安全技术为一体的解决方案

“我们与倍福合作已经有两年。“Stefan List 说道,”我们第一次接触到倍福是在一个娱乐产业博览会上,当时我们正在为我们的键盘系统寻找控制解决方案。基于 PC 的高度集成式控制解决方案给我们留下了深刻印象,它让我们能够将顺序控制、驱动和安全技术整合在同一个平台上。作为定制解决方案专家,我们正在寻找一种在性能和设计方面可扩展的控制技术,使我们拥有足够的灵活性满足客户的各种个性化需求。对于 3D 控制盘控制,我们只需要调整软件即可。”

一台倍福的 CX5130 嵌入式控制器用作中央控制器,控制最多五个 MIC fly 1D 控制盘。对于有更多控制盘的设施,SALZBRENNER 媒体集团采用搭载 Intel® Atom™ CPU(1.91 GHz,四核)处理器、性能更强大的 CX5140 嵌入式控制器进行控制。TwinCAT 3 PLC、HMI Web 和 NC PTP 软件涵盖了从顺序控制到可视化以及运动控制等所有所需的功能。结构紧凑的驱动解决方案包含一个采用单电缆技术并集成安全技术(STO)的 EtherCAT 伺服端子模块 EL7221-9014,以及一个专为与伺服 I/O 模块配套使用设计而成的 AM8100 伺服电机。

3D 控制盘通过一台 CX5120 嵌入式控制器集中控制,控制器通过强大的 EtherCAT 工业以太网现场总线与四个控制盘通信。SALZBRENNER 媒体集团基于 TwinCAT 为控制单个控制盘开发的软件工具可以通过添加 NC I 和运动学功能进行扩展,以控制 3D 控制盘。只有输入和输出端子模块安装在控制盘上。“通过集中控制方法和使用 TwinCAT NC I 进行多轴协调控制,可以实现小于 1 厘米的定位精度。此外,它还无需使用本地控制器,因此能够进一步节约成本,并且将控制盘外壳的尺寸减小到 60×60×20 厘米。”项目负责人说道。像剧场或者一些活动场地内的空间通常都非常宝贵,因此特别需要小体积的设备。

在随后的巴登-巴登节日剧院和萨尔布吕肯的萨尔州广播电台的广播大厅项目中,SALZBRENNER 媒体集团全部改用了倍福的紧凑型驱动技术。
在随后的巴登-巴登节日剧院和萨尔布吕肯的萨尔州广播电台的广播大厅项目中,SALZBRENNER 媒体集团全部改用了倍福的紧凑型驱动技术。

“在 WDR 音乐厅的第一个项目中,我们为 3D 控制盘安装了集成有安全功能的 AX5000 EtherCAT 伺服驱动器和采用单电缆技术的 AM80xx 伺服电机。在随后的巴登-巴登节日剧院和萨尔布吕肯的萨尔州广播电台的广播大厅项目中,我们全部改用了倍福的紧凑型驱动技术。这种改变是无缝完成的,因为同一个软件可以用于所有不同的驱动系统。”Stefan List 解释道。控制盘通过触控面板和网络操作,其用户界面的使用对舞台工作人员和乐师来说都很容易上手。最多可以保存和调用 200 个预设值。控制面板既可固定安装,也可非固定安装;控制面板可以连接到局域网。

TwinCAT 运动学变换功能库处理复杂的电缆拉力计算

该软件由倍福和 SALZBRENNER 媒体集团共同开发而成,它将空间坐标转换为特定的 3D 控制盘绳长度,以便根据具体的声音要求定位麦克风。“我们会根据演出要求或管弦乐队中的乐器来调整麦克风的位置。” Stefan List 解释说道。其中,控制方面的挑战还包括确保固定麦克风的框架的电线保持紧绷。由于每条电线必须保持不同的长度,因此计算起来非常复杂。“倍福开发的电缆拉力运动学软件功能成为 TwinCAT 运动学功能库的一部分,有了该软件就无需在 PLC 中进行计算,而是可以直接从 TwinCAT NC 中调用,从而显著简化了编程工作。”倍福公司运动控制应用软件工程师 Franz-Josef Klaus 解释道。

由于无需使用本地控制器,因此能够进一步节约成本,并且将控制盘外壳的尺寸减小到 60×60×20 厘米。像剧场或者一些活动场地内的空间通常都非常宝贵,因此特别需要小体积的设备。
由于无需使用本地控制器,因此能够进一步节约成本,并且将控制盘外壳的尺寸减小到 60×60×20 厘米。像剧场或者一些活动场地内的空间通常都非常宝贵,因此特别需要小体积的设备。

TwinSAFE 满足严苛的舞台安全要求

“MIC 飞行控制盘的一个独特卖点是它符合舞台技术应用必须满足的严苛的 DEKRA 安全标准。”Stefan List 说道。麦克风控制盘安装在管弦乐队上方,配备了复杂的安全系统,包括可编程的加速和减速匝道、线缆松弛保护、开卷和过载保护以及电子电缆监控。“倍福的集成式安全控制系统让我们能够实施一个非常紧凑的解决方案。”项目经理继续说道,“它包括一个带 TwinSAFE 逻辑的集成式 8 通道 TwinSAFE 输入端子模块 EL1918,以及集成有数字量标准和安全 I/O 的 EtherCAT 耦合器 EK1914。一个力传感器用于测量线缆张力,以直接监测线路上的最小力和最大力,然后使用 TwinSAFE SC 输入端子模块 EL3356-0090 对传感器进行分析。增量式编码器用于监测控制盘速度,倍福的 TwinSAFE SC 增量编码器接口端子模块 EL5151-0090 用于读取该编码器数据。然后比较安全速度传感器的结果与实际驱动器转速,确保高度安全性。由于安全信号也通过 EtherCAT 传输,因此每个控制盘上只需一根线缆既可。

“倍福是一个在各种规模的娱乐设备应用方面拥有丰富经验的控制系统合作伙伴,其系统工具箱提供了许多与我们行业相关的接口。SALZBRENNER 媒体集团实施了大量多媒体和舞台技术应用,未来我们一定会在更多的项目中使用倍福技术。”Stefan List 总结道。