维也纳国家歌剧院：高科技赋能视听系统迭代升级
维也纳国家歌剧院是世界最有名的歌剧院之一，每个演出季都会安排 60 部不同的歌剧和芭蕾舞，共计约 300 场演出。这无论是对在歌剧院内轮班工作的所有工作人员，还是台上台下机械的顺利运行都提出了巨大挑战。近日，歌剧院采用先进的音频技术对音响系统进行了升级，并全面翻新了音频控制系统，以便为观众提供最佳听觉效果。
系统对音响技术的要求很高：除了完美的音响效果，它还需要优化诊断功能以及电能计量，提升系统的可视化性能，尤其是功放。总部位于维也纳的 Salzgeber 公司是专业规划与实施高科技音视频系统的专家，他们与倍福奥地利公司密切合作，共同完成了维也纳国家歌剧院中的音响系统升级项目。“维也纳国家歌剧院中的音响系统有 20 多年历史了，已经无法满足现代系统的声音质量标准。此次系统升级涉及到歌剧声乐、声学乐器、合唱团、风琴以及配乐等典型的音频信号。”维也纳国家歌剧院音视频负责人 Athanasios Rovakis 解释道。
扬声器的选择主要取决于艺术创作的要求，例如将歌剧声乐和器乐独奏或合唱团歌声与管弦乐队特定的原声有机融合于一体。扬声器还需要为这些声音产生一定的方位感和距离感，以及让声音在总体上具有一定的特点。“现在的音响系统的声音覆盖范围可以建模，其使用和调音方式与几年前非常不同。这一点在涉及到大量室内声学的情况下尤为重要，比如这座歌剧院。”Rovakis 解释道。“维也纳国家歌剧院在建筑设计上非常独特，有着极其优异的声学效果，有时需要处理声音的长距离传输和不同类型的声源的定向传播问题。例如，包厢与大厅里的听觉效果会完全不一样。总体来说，在“Stehparterre”（大厅站立区）中，靠后排的位置声音听得更清楚，而上层座位听到的声音更加均匀。礼堂可以容纳近 2700 名观众，其中大部分观众都会坐在上两层，因此在规划音响系统时，我们肯定要考虑到这一点。”Rovakis 解释道。
经过几年的精心策划，整个音频系统的重建工作于 2020 年 11 月完成。Salzgeber 公司（在规划和实施娱乐设备解决方案方面拥有多年丰富经验）的高级项目工程师 Tino Pfeifer 从项目开始之时就参与其中。他规划并开发了电源监测、功放监测以及功放与其它信号之间的连接。
“我决定使用 L-Acoustics 扬声器系统，尤其是 ARCS W/F 系列特别适合应用于该空间内。其它所有集成步骤都需基于所选择的系统，或者与之兼容。”Athanasios Rovakis 说道。首席音响工程师希望可以基于采集和分析的音频和功放数据进行诊断。“我们很早前就发现，这个功能是以模拟方式实现，非常耗时，我们希望它能够被更新。”Rovakis 解释道，“我们需要控制系统中的各个音频通道，因此，我们必须清楚地看到，信号是否被正确地传输到目的地。我们也可以进行远程控制，例如，通过物理按键进行静音的功能也被整合到调音台的自动化系统中。”其它需求包括音频设备的电力监测和故障诊断，以及音频系统的可视化。
下一步就是需要一个能够将这些功能与所选的音频系统整合于一体的解决方案。这也正是倍福作为控制设备供应商发挥专长的地方。L-Acoustics 公司的音频设备可以通过 SNMP（简单网络管理协议 V1.0）接口与控制系统通信，因此来自倍福奥地利分公司的 Christian Henke 与 Salzgeber 公司密切合作，为 TwinCAT 3.1 开发了一个匹配的通信功能块。“我们的 TCP/IP 服务器（TF6310）能够控制无限数量的设备和功能。这在行业内是一个独特的卖点。而我们能够实现的响应时间甚至比要求的还要快。”倍福娱乐设备行业市场经理 Michel Matuschke 评论道。
音频系统的电力测量
自 20 世纪 50 年代以来，维也纳国家歌剧院的音响系统反复增加和替换了很多设备。“这意味着很多设备层叠在一起，声控室内的电缆系统和单个组件的布局都相当混乱。在 Salzgeber 公司 Tino Pfeifer 的帮助下，我们采用高度模块化的方式重新设计了声控室，希望我们在未来 25 年内无需再对其进行任何根本性的修改。” Athanasios Rovakis 解释道。
控制室内的配电系统，即所有音视频设备的控制点，现在仅由用于输入电路、输出电路和网络连接的三类电缆组成。“配备 EK1100 EtherCAT 耦合器及相匹配的总线端子模块的倍福超紧凑型 C6015 工业 PC 用于控制配电系统；它负责处理电源的开关过程，以及诊断熔断器。”Tino 解释道。
Salzgeber 公司设计了一款由 18 个 19 英寸机架元件组成的高度灵活的系统取代了硬接线设备。通过使用这些机架，所有负载和每个插座现在都可以分配到各个组中，进行切换，并读取它们的电力状态。这种配置的目的是能够独立于它们的位置、灵活地切换相互关联的功能单元。模块化的总线设计甚至允许分离整个机架并移出房间进行维修。“每个演出季都需要处理如此多的演出和排练，每次演出都有不同的技术需求，这确实有助于我们掌控一切。”Athanasios Rovakis 说道。“每个关键组件都有复制品作为备用，以防出现故障。主电源的三个相位都进行了分析，每个相位配备了各自的剩余电流保护装置或断路器。我们可以通过 6 个远程控制和监测的以接口阵列方式排列的端口动态切换设备。”
所有机架都采用相同的控制结构：1 个 BK9100 以太网总线耦合器、2 个 KL3403 三相电力测量端子模块、6 个电流互感器、2 个 16 A 容量的 KM2614 四路继电器端子模块，以及 1 个用于监测接地故障断路器的 KL1809。“总共有 100 多个开关通道以及各种监测功能选项。”Tino Pfeifer 解释说道。电力测量端子模块用于精确显示每个负载的状态。包络曲线分析用于监测每个输出电路的电流消耗，然后可以存储这些数据作为日后参考。机架可以通过两个中央键盘以及 PC 机操作。“如果有网络，我们也可以在楼下的礼堂操作所有功能。”Rovakis 补充道。
所有功放状态的可视化
可视化元件基于 TwinCAT HMI 服务器（TF2000）实现，并在一台 C6515 控制柜式工业 PC 上运行。用于显示所有音频设备状态的 HMI 由一个 HMI 页面上的大约 1000 个 PLC 变量组成，变量每 50 ms 更新一次，包括负责配电、状态监测和音频信号的各种窗口。“对我们来说，可视化或视场的开发是最重要的方面之一，也是我们选择与倍福合作的主要原因之一。”Athanasios Rovakis 表示。“现在我们可以使用显示器追踪声音位置。如果您在调音台工作，在距离扬声器较远的情况下播放音频信号时，您会收到四处扩散的噪声，并且无法准确地分辨噪声来源。这时候，HMI 中扬声器音量表的 3D 排列就派上用场了。”音频输出可以通过控制室的物理按键、音频控制台以及 HMI 单独静音或全部静音。在控制室中也会显示功放的当前工作状态。LED 灯带可以产生柔和、宜人的间接光。蓝色表示扬声器处于静音状态。全自动控制室内的环境照明变为红色或灯光被调暗是演出即将开始的信号，可以提醒操作人员提高注意力。
“选择倍福控制系统的一个主要原因是它具有良好的开放性，且控制组件可长期供货。“总线端子模块让我们能够覆盖所有功能，甚至能够实现我们以前从未考虑过的功能，为我们带来了附加值。”Athanasios Rovakis 最后说道。