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，歌剧院采用最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。

　　维也纳国家歌剧院：高科技赋能视听系统迭代升级

　　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。

　　负责台上演出视频和画面的投影工作以及维也纳国家歌剧院的线上直播串流服务

　　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。”

　　演奏礼堂一楼的中间包厢被称为 Kaiserloge，即皇帝包厢，以前主要预留给皇帝和皇室成员。皇帝还可以退至包厢后面的茶室休息，茶室一直保持原样未  变。声控室位于包厢上方的窗户后面

　　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。

　　可视化音频设备状态。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

　　关于德国倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。

　　倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。

　　公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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