維也納國家歌劇院是世界最有名的歌劇院之一，每個演出季都會安排 60 部不同的歌劇和芭蕾舞，共計約 300 場演出。這無論是對在歌劇院內輪班工作的所有工作人員，還是臺上臺下機械的順利運行都提出了巨大挑戰。近日，歌劇院采用最先進的音頻技術對音響系統進行了升級，并全面翻新了音頻控制系統，以便為觀眾提供最佳聽覺效果。
維也納國家歌劇院：高科技賦能視聽系統迭代升級
系統對音響技術的要求很高：除了完美的音響效果，它還需要優化診斷功能以及電能計量，提升系統的可視化性能，尤其是功放。總部位于維也納的 Salzgeber 公司是專業規劃與實施高科技音視頻系統的專家，他們與倍福奧地利公司密切合作，共同完成了維也納國家歌劇院中的音響系統升級項目。“維也納國家歌劇院中的音響系統有 20 多年歷史了，已經無法滿足現代系統的聲音質量標準。此次系統升級涉及到歌劇聲樂、聲學樂器、合唱團、風琴以及配樂等典型的音頻信號。”維也納國家歌劇院音視頻負責人 Athanasios Rovakis 解釋道。
揚聲器的選擇主要取決于藝術創作的要求，例如將歌劇聲樂和器樂獨奏或合唱團歌聲與管弦樂隊特定的原聲有機融合于一體。揚聲器還需要為這些聲音產生一定的方位感和距離感，以及讓聲音在總體上具有一定的特點。“現在的音響系統的聲音覆蓋范圍可以建模，其使用和調音方式與幾年前非常不同。這一點在涉及到大量室內聲學的情況下尤為重要，比如這座歌劇院。”Rovakis 解釋道。“維也納國家歌劇院在建筑設計上非常獨特，有著極其優異的聲學效果，有時需要處理聲音的長距離傳輸和不同類型的聲源的定向傳播問題。例如，包廂與大廳里的聽覺效果會完全不一樣。總體來說，在“Stehparterre”（大廳站立區）中，靠后排的位置聲音聽得更清楚，而上層座位聽到的聲音更加均勻。“禮堂可以容納近 2700 名觀眾，其中大部分觀眾都會坐在上兩層，因此在規劃音響系統時，我們肯定要考慮到這一點。”Rovakis 解釋道。
經過幾年的精心策劃，整個音頻系統的重建工作于 2020 年 11 月完成。Salzgeber 公司（在規劃和實施娛樂設備解決方案方面擁有多年豐富經驗）的高級項目工程師 Tino Pfeifer 從項目開始之時就參與其中。他規劃并開發了電源監測、功放監測以及功放與其它信號之間的連接。
“我決定使用 L-Acoustics 揚聲器系統，尤其是 ARCS W/F 系列特別適合應用于該空間內。其它所有集成步驟都需基于所選擇的系統，或者與之兼容。”Athanasios Rovakis 說道。首席音響工程師希望可以基于采集和分析的音頻和功放數據進行診斷。“我們很早前就發現，這個功能是以模擬方式實現，非常耗時，我們希望它能夠被更新。”Rovakis 解釋道。“我們需要控制系統中的各個音頻通道，因此，我們必須清楚地看到，信號是否被正確地傳輸到目的地。我們也可以進行遠程控制，例如，通過物理按鍵進行靜音的功能也被整合到調音臺的自動化系統中。”其它需求包括音頻設備的電力監測和故障診斷，以及音頻系統的可視化。
負責臺上演出視頻和畫面的投影工作以及維也納國家歌劇院的線上直播串流服務
音頻系統的電力測量
自 20 世紀 50 年代以來，維也納國家歌劇院的音響系統反復增加和替換了很多設備。“這意味著很多設備層疊在一起，聲控室內的電纜系統和單個組件的布局都相當混亂。在 Salzgeber 公司 Tino Pfeifer 的幫助下，我們采用高度模塊化的方式重新設計了聲控室，希望我們在未來 25 年內無需再對其進行任何根本性的修改。” Athanasios Rovakis 解釋道。
控制室內的配電系統，即所有音視頻設備的控制點，現在僅由用于輸入電路、輸出電路和網絡連接的三類電纜組成。“配備 EK1100 EtherCAT 耦合器及相匹配的總線端子模塊的倍福超緊湊型 C6015 工業 PC 用于控制配電系統；它負責處理電源的開關過程，以及診斷熔斷器。”Tino 解釋道。
Salzgeber 公司設計了一款由 18 個 19 英寸機架元件組成的高度靈活的系統取代了硬接線設備。通過使用這些機架，所有負載和每個插座現在都可以分配到各個組中，進行切換，并讀取它們的電力狀態。這種配置的目的是能夠獨立于它們的位置、靈活地切換相互關聯的功能單元。模塊化的總線設計甚至允許分離整個機架并移出房間進行維修。“每個演出季都需要處理如此多的演出和排練，每次演出都有不同的技術需求，這確實有助于我們掌控一切。”Athanasios Rovakis 說道。“每個關鍵組件都有復制品作為備用，以防出現故障。主電源的三個相位都進行了分析，每個相位配備了各自的剩余電流保護裝置或斷路器。我們可以通過 6 個遠程控制和監測的以接口陣列方式排列的端口動態切換設備。”
演奏禮堂一樓的中間包廂被稱為 Kaiserloge，即皇帝包廂，以前主要預留給皇帝和皇室成員。皇帝還可以退至包廂后面的茶室休息，茶室一直保持原樣未 變。聲控室位于包廂上方的窗戶后面
所有功放狀態的可視化
可視化元件基于 TwinCAT HMI 服務器（TF2000）實現，并在一臺 C6515 控制柜式工業 PC 上運行。用于顯示所有音頻設備狀態的 HMI 由一個 HMI 頁面上的大約 1000 個 PLC 變量組成，變量每 50 ms 更新一次，包括負責配電、狀態監測和音頻信號的各種窗口。“對我們來說，可視化或視場的開發是最重要的方面之一，也是我們選擇與倍福合作的主要原因之一。”Athanasios Rovakis 表示。“現在我們可以使用顯示器追蹤聲音位置。如果您在調音臺工作，在距離揚聲器較遠的情況下播放音頻信號時，您會收到四處擴散的噪聲，并且無法準確地分辨噪聲來源。這時候，HMI 中揚聲器音量表的 3D 排列就派上用場了。”音頻輸出可以通過控制室的物理按鍵、音頻控制臺以及 HMI 單獨靜音或全部靜音。在控制室中也會顯示功放的當前工作狀態。LED 燈帶可以產生柔和、宜人的間接光。藍色表示揚聲器處于靜音狀態。全自動控制室內的環境照明變為紅色或燈光被調暗是演出即將開始的信號，可以提醒操作人員提高注意力。
“選擇倍福控制系統的一個主要原因是它具有良好的開放性，且控制組件可長期供貨。“總線端子模塊讓我們能夠覆蓋所有功能，甚至能夠實現我們以前從未考慮過的功能，為我們帶來了附加值。”Athanasios Rovakis 最后說道。
可視化音頻設備狀態。HMI 由一個 HMI 頁面上的大約 1000 個 PLC 變量組成，變量每 50 ms 更新一次
關于德國倍福
倍福（Beckhoff）是一家專注于自動化新技術的德資企業，創立于 1980 年，總部位于德國威爾市。作為全球自動化技術的驅動者，倍福定義了自動化領域的許多標準，是國際標準的制定者和推動者。公司所生產的工業 PC、現場總線模塊、驅動產品和 TwinCAT 自動化軟件構成了一套完整的、相互兼容的控制系統，可為各個工控領域提供開放式自動化系統和完整的解決方案。經過 40 年的發展和努力，倍福已在世界各地設立 30 多家分支機構，加上全球的合作伙伴，業務遍及 70 多個國家和地區。
倍福于 1997 年進入中國市場，中國區總部落戶于上海市北高新產業園區，現有員工 300 人，辦事處遍及國內 30 座大中城市。創新產品和解決方案廣泛應用于風力發電、半導體、光伏太陽能、電子制造、金屬加工、包裝機械、印刷機械、塑料加工、輪胎加工、木材加工、玻璃機械、物流輸送以及樓宇自動化等眾多領域。
公司傾力推廣的 EtherCAT 實時工業以太網于 2014 年成為中國國家推薦性標準，并已入編工信部的《國家智能制造標準體系建設指南》。作為一家技術驅動型公司，倍福一直注重在技術上尋求突破創新，在業內享有“創新引擎”的美譽。倍福基于 PC 的控制技術具有良好的開放性，它支持所有主流的工業通信協議，將 IT 技術、互聯網和自動化技術完美融合在一起，為實現工業 4.0 和智能制造奠定了堅實的技術基礎。
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