音響設備系統架構設計定位的方法

　　產(chǎn)品應用場(chǎng)景圖 / APPLICATION SCENARIOS

　　音響設備 系統的架構定位，如同一棟房屋的結構選擇。磚木混合結構建的房屋最多不過(guò)十層，而要想建立三十層以上的大廈，再好的磚塊也無(wú)濟于事，必須選擇更堅固的金屬水泥混合框架結構。音響設備系統也是同樣的道理，大型系統的功能品質(zhì)不是盡量選擇高品質(zhì)的單品所能保障的，必須從基礎架構的設計定位開(kāi)端就找準目標。

　　音響設備系統自從誕生之日起，就有著(zhù)千差萬(wàn)別的需求。從最初的小型擴聲、樂(lè )隊表演，到目前越來(lái)越多的會(huì )議、多功能廳的需求，乃至發(fā)展到大型集成化的遠程管理需求。因而音響設備系統本身也逐步發(fā)展了一些不同的解決方案，它們在不同角度適應著(zhù)不同的項目的需求。要想做好音頻架構的設計定位，需要從多個(gè)角度去考慮。包括技術(shù)、建設成本、管理成本等多個(gè)方面。

　　第一代音響架構——純模擬架構

　　自從最早的電子放大技術(shù)出現起，通過(guò)不斷的迭代升級，市場(chǎng)上出現了高保真的放大器，它將人類(lèi)自身以及自然界的聲音擴大，以使得更多的人同時(shí)聽(tīng)到了高品質(zhì)的聲音。大約二十年前，從調音臺、均衡器、分頻器、壓縮器等聲音處理設備以非常豐富的調控手段對聲音進(jìn)行處理。它們有個(gè)共同的特點(diǎn)：模擬鏈接、模擬處理、模擬傳輸。它們是第一代音響架構——純模擬架構(AAA)。純模擬架構的各個(gè)功能按鍵旋鈕都直接顯示在儀器表面，優(yōu)點(diǎn)是操作非常直觀(guān)，然而其缺點(diǎn)也是直觀(guān)。非專(zhuān)業(yè)操作人員往往會(huì )出現誤操作。其結果可能是“牽一發(fā)而動(dòng)全身”，緊跟著(zhù)越調越亂，最終導致整個(gè)系統調整后的結果與最初目標南轅北轍。

　　第二代音頻架構——數模結合架構

　　哪怕是專(zhuān)業(yè)的操作人員，往往也希望能過(guò)不要一次一次的反復調試，有些場(chǎng)景數據如某些音箱對應的參數或者那位歌手或者樂(lè )器調試好了的數據能夠保留，而不必擔心臨時(shí)調整打亂了回不來(lái)。因此，市場(chǎng)上針對此類(lèi)需求，提出了改進(jìn)，出現了數字調音臺和數字周邊。分別針對前端輸入信號和后級輸出信號進(jìn)行調整和存儲。它們的特點(diǎn)是：數字處理、模擬連接、模擬傳輸。屬于第二代音頻架構——數模結合架構(AAD)。這樣的架構在保證高保真擴聲的同時(shí)，極大地縮小了設備的尺寸規模，往往一臺1U的數字周邊，可以相當于純模擬的數臺乃至十多臺設備才能完成的工作。并且可以存儲大量的場(chǎng)景。

　　這樣的數模結合架構在各類(lèi)演出活動(dòng)中非常受歡迎?？梢宰尮こ處煼浅：?jiǎn)便地調用音箱數據而不需要反復調試，調音師可以便利地將調試好的場(chǎng)景進(jìn)行存儲，不必每天上班都要沖頭來(lái)過(guò)。

　　當有了數字化的調音臺和周邊之后，同時(shí)專(zhuān)業(yè)擴聲系統 要求的規模也越來(lái)越大。擴大規模的一個(gè)必須的環(huán)節就是信號的復制。而模擬連接的設備在復制信號的過(guò)程中，會(huì )產(chǎn)生大量的AD/DA轉換，將原本高保真的信號衰減得很厲害。同時(shí)，大量復雜的跳線(xiàn)也使得工程人員苦不堪言。雖然理論上系統架構通過(guò)分配器等設備可以盡量追求高保真的大型擴聲，但實(shí)際上由于線(xiàn)路損耗、轉換損耗以及電磁干擾等等各種因素，人們更希望有一種能夠完全在系統內部完成各種分配和處理的方案。

　　第三代音頻架構——純數字化音頻架構

　　與此同時(shí)，調音臺進(jìn)入數字化的時(shí)候，其操控功能比起模擬調音臺的直觀(guān)，還是增加了很多的復雜性，使得一般非專(zhuān)業(yè)的企業(yè)用戶(hù)對此非?？謶?，希望能有更簡(jiǎn)單，更智能的操作管理方案。相對這個(gè)操作的需求，寧可犧牲一些比如操控性或品質(zhì)上的要求。

　　隨著(zhù)DSP技術(shù)的發(fā)展，讓整個(gè)音頻系統集中到一個(gè)架構里面已經(jīng)可以實(shí)現了。它可以包含混音、品質(zhì)處理、大型矩陣式分配、時(shí)間同步等一系列大型高級處理。并且只有一次AD/DA轉化，甚至有的產(chǎn)品可以將功放電路也集成到數字架構中來(lái)。整個(gè)架構為：數字處理、數字連接、數字傳輸。稱(chēng)為第三代音頻架構——純數字化音頻架構(DDD)。這個(gè)架構中，將全部的音頻系統都集中到了系統內部，充分利用DSP的運算能力，完成過(guò)去無(wú)法實(shí)現一些智能化的算法，比如AEC、AGC、ANC等，充分將操作者從復雜的界面中解放出來(lái)。同時(shí)可以與第三方數字控制技術(shù)集成，完成智能化的擴聲系統。

　　由于DSP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)以及大量使用該技術(shù)的諸如會(huì )議室、演講室等環(huán)境對現場(chǎng)操作精度要求的降低。用戶(hù)更希望能夠在一個(gè)機房集中管理大量的擴聲系統。而第三代的系統特點(diǎn)只是在一個(gè)小型的系統下完成工作，要想將聲音傳輸到遠方，還是需要借助第三方的通訊方式。這給大型擴聲工作帶來(lái)了一些局限性。

　　第四代音頻架構——數字化網(wǎng)絡(luò )架構

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，音頻擴聲系統也掀起了一次新的技術(shù)革命。網(wǎng)絡(luò )化高保真傳送技術(shù)很好地融合到了音頻系統中。各個(gè)廠(chǎng)家百花齊放，研發(fā)了很多不同的網(wǎng)絡(luò )傳送技術(shù)。有了大型網(wǎng)絡(luò )架構，音響工程師可以在一個(gè)中央機房管理網(wǎng)絡(luò )連接沒(méi)有地域限制的音頻系統。同時(shí)，因為是網(wǎng)絡(luò )化架構，遠程管理的目的往往包括了同一個(gè)系統需要服務(wù)于多個(gè)擴聲項目。

　　此類(lèi)技術(shù)特點(diǎn)為：數字處理、數字連接、網(wǎng)絡(luò )傳輸。定義為第四代音頻架構——數字化網(wǎng)絡(luò )架構(DDN)。

　　第四代技術(shù)可以遠距離傳輸和管理大型網(wǎng)絡(luò )，它的底層應用是網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。只要充分保障網(wǎng)絡(luò )和核心處理服務(wù)器的安全運行，就可以確保音頻系統的穩定工作。但問(wèn)題也出在這里。通常核心服務(wù)器在修改某一個(gè)擴聲目標的功能架構時(shí)，需要通過(guò)上傳和下載數據的方法來(lái)完成，需要停止工作。那么其他在工作的區域的正常工作會(huì )受到影響。更重要的是，萬(wàn)一服務(wù)器死機導致數據丟失，那么損失的就不是一臺機器的問(wèn)題，意味著(zhù)整個(gè)系統需要重新安裝調試。這一點(diǎn)是大型項目不能接受的。能夠對核心數據進(jìn)行備份的技術(shù)才是網(wǎng)絡(luò )化音頻架構的根本保障。因此，在第四代音頻架構的基礎上，音頻行業(yè)又出現了第五代音頻架構——云架構。其特點(diǎn)是整體架構建立核心云存儲，采用云傳輸和云計算的工作模式工作。網(wǎng)絡(luò )連接、云存儲、云傳輸、云計算。(NCCC)。

　　第五代音頻架構——云架構

　　云架構有個(gè)基礎要求就是備份穩定性和傳輸時(shí)間。第四代音頻架構中網(wǎng)絡(luò )傳輸的代表技術(shù)ConbraNet缺點(diǎn)就在于傳輸時(shí)間過(guò)長(cháng)，為ms級，不能滿(mǎn)足中央管理的需求。而新一代的傳輸技術(shù)如DANTE、AVB等均為ns級，可以滿(mǎn)足技術(shù)需求。同時(shí)，云主機的備份不僅僅是一臺服務(wù)器燒毀了另一臺接續工作，而是需要備份機能夠很準確地識別主機當前是數據出錯、控制出錯還是外部網(wǎng)絡(luò )路由出錯等任一工作狀態(tài)，并且在極短時(shí)間(目前技術(shù)為秒級)內將外部設備的網(wǎng)絡(luò )路由和工作接口關(guān)系轉換到備份機。并且能夠在工作時(shí)實(shí)時(shí)備份并恢復主機當前的調整參數如某個(gè)通道的音量等，使得備份還原之后的場(chǎng)景和原始狀態(tài)一致。

　　當然，也有人提出能否用冷備份代替熱備份。從架構工作上是可以的。但缺點(diǎn)是實(shí)時(shí)數據是無(wú)法同步的。因此，對于有一定擴聲品質(zhì)需求的項目來(lái)說(shuō)是不可行的。它僅可以適用于每次啟動(dòng)都是固定品質(zhì)的擴聲需求，如主題公園等。

　　除了數據備份的特點(diǎn)，由于采用中央云計算，一個(gè)系統中可以同時(shí)容納多個(gè)不同的功能。比如，一個(gè)會(huì )議大樓內，同時(shí)存在的音頻需求有：背景音樂(lè )，消防廣播，緊急循環(huán)，會(huì )議系統，導覽系統和信息發(fā)布(語(yǔ)音)等。常規做法需要多個(gè)系統獨立工作。而在云架構下，可將全部需求統一成一個(gè)大系統，在云備份確保安全的同時(shí)，在一個(gè)管理平臺下完成全部的工作。

　　當然，云架構除了核心云，還可以建設分散云。不要集中一個(gè)服務(wù)器，而是將云計算的功能分散到各個(gè)小區域。在后臺統一管理。這個(gè)概念的架構可以稱(chēng)之為5.5代吧。

　　不同架構技術(shù)的適應場(chǎng)景

　　綜合以上分享的內容。音頻系統經(jīng)歷了五個(gè)發(fā)展階段。分別是全模擬、數模結合、全數字、網(wǎng)絡(luò )化和云架構。這些系統沒(méi)有絕對的好壞之分，每個(gè)都有不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，根據以上特點(diǎn)，那么我們現在可以很容易推導出不同架構的技術(shù)適合應用在什么樣的場(chǎng)景了。

　　第一代：全模擬。適合功能簡(jiǎn)單，投入成本低，不要求更多擴展的系統?；蛘哒f(shuō)，不希望AD/DA轉換過(guò)程中帶來(lái)品質(zhì)影響。比如，要求不高的小型擴聲、小型表演等。

　　第二代：數模結合。適合有專(zhuān)業(yè)音響師操控的工作環(huán)境。如專(zhuān)業(yè)表演、大型擴聲等環(huán)境。

　　第三代：全數字。適合固定功能和品質(zhì)要求單一的場(chǎng)所。如討論型會(huì )議室、展覽展示、各類(lèi)廣播等。

　　第四代：全數字網(wǎng)絡(luò )化。適合對通訊安全要求不高的分散式擴聲。如大型廣播、主題公園、各類(lèi)會(huì )議大樓、酒店等等。

　　第五代：云架構。適合對安全性和保密性等要求較高的場(chǎng)所。如會(huì )議大樓、指揮中心等。

　　另外一個(gè)讓人關(guān)心的話(huà)題是投入成本。因為規模的原因，第一代的架構很小，總成本應該低很多。而云架構這個(gè)高大上的名稱(chēng)讓人感覺(jué)應該是投入巨大才能完成的。實(shí)際上以上系統投入硬件的費用并非是梯形上升的關(guān)系。在一定品質(zhì)要求的前提下，可能第二代的采購成本比第三代還高。在功能和數量達到一定規模的會(huì )議大樓擴聲系統中，第五代云架構比第四代網(wǎng)絡(luò )架構的總成本可能要低很多(有項目案例第五代架構比第四代架構總體低30%以上)。我們在設計定位的時(shí)候，可以充分考慮各種不同架構的系統特點(diǎn)，合理選擇，以達到最佳的技術(shù)配置的目的。特別是一棟大樓、一個(gè)企業(yè)的整體系統規劃的時(shí)候，更是需要高瞻遠矚，從架構上選擇準確，方能事半功倍。

　　典型場(chǎng)景下的音響設備系統架構設計方法

　　某大型企業(yè)，在各園區分布了多個(gè)各種類(lèi)型的會(huì )議室，但管理人員僅有一人。希望能夠做到統一監管的效果。

　　為了做好管理的工作，首先的工作是將會(huì )議室工作類(lèi)型整理。一般認為，可能有：

　　1.單視頻顯示會(huì )議室：僅有一臺或兩臺投影或電視機作為顯示終端;

　　2.小型討論型會(huì )議室：有不多于16只話(huà)筒，一個(gè)或兩個(gè)顯示終端;

　　3.大型討論會(huì )議室：多于17只話(huà)筒，一個(gè)或兩個(gè)以上的顯示終端;

　　4.演講型多功能廳：演講型會(huì )議兼多功能文藝匯演;

　　5.目前已經(jīng)有了很多個(gè)會(huì )議室，以后還需要再建設更多的會(huì )議室;

　　以上每個(gè)會(huì )議室均有可能需要視頻會(huì )議或電話(huà)會(huì )議功能。

　　因為會(huì )議室多，而且分布很廣，因此有必要采用大型網(wǎng)絡(luò )架構聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行管理工作。但是由于大型網(wǎng)絡(luò )的建設周期長(cháng)，前期投入大。再加上調試過(guò)程中需要大量的時(shí)間，可能會(huì )影響現有會(huì )議室的工作。因此，直接上第五代云架構是不恰當的。

　　整改規劃：

　　1、首先明確未來(lái)的系統架構，必須是在第四代以上的網(wǎng)絡(luò )型架構，方可以做好管理。

　　2、可以考慮非核心云，而采用分散云的架構。核心的數據運算放置在各自的會(huì )議分區大樓。核心交換數據集中在中央服務(wù)器，由中央服務(wù)器進(jìn)行后臺監控和遠程幫助。

　　3、需要大量使用電話(huà)會(huì )議和視頻會(huì )議的房間，設立獨立的視頻會(huì )議設備，少量偶爾需要使用視頻會(huì )議或電話(huà)會(huì )議、VOIP通話(huà)的會(huì )議室，可以由后臺服務(wù)器提供此功能，并路由到該會(huì )議室。

　　4、系統的后臺服務(wù)器長(cháng)時(shí)間待機，并保持備用服務(wù)器值班;

　　5、系統的啟動(dòng)分三種方法：

　　A.OA預約：當該會(huì )議室被預約了時(shí)，距離該會(huì )議室使用前15分鐘，OA發(fā)送觸發(fā)信號給核心控制器，核心控制器發(fā)送啟動(dòng)信號到該會(huì )議室，會(huì )議室音視頻系統啟動(dòng);

　　B.現場(chǎng)開(kāi)機：當沒(méi)有預約而需要使用該會(huì )議室時(shí)，可以現場(chǎng)人工啟動(dòng)。啟動(dòng)方式為一鍵式自動(dòng)完成音視頻系統的啟動(dòng)和初始化;

　　C.遠程啟動(dòng)：由后臺人工發(fā)送啟動(dòng)命令，遠程開(kāi)機。

　　6、對于大型系統的關(guān)機管理，也需要額外設計。除了能夠做到自動(dòng)關(guān)機，還需要能夠自動(dòng)判斷，從而做出自動(dòng)關(guān)閉的工作。例如，當話(huà)筒或其他信號輸入通道長(cháng)時(shí)間(可設定，比如30分鐘)未接受到信號輸入，可以認為該會(huì )議已經(jīng)結束。音頻系統主機發(fā)送出一個(gè)關(guān)機命令到該會(huì )議室中控系統，中控系統啟動(dòng)關(guān)機命令，從而完成自動(dòng)關(guān)機的工作。

　　7、針對僅有視頻顯示終端的小型會(huì )議室，目前的顯示設備都能夠做到無(wú)信號自動(dòng)關(guān)機。要求設定每個(gè)設備都做到自動(dòng)關(guān)機。

　　8、至于已經(jīng)建設好了的會(huì )議室，則需要逐步改進(jìn)。重點(diǎn)是核心音頻處理，需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )化管理和數據監管。最終統一成一種云架構的管理方式。

　　以上建設有個(gè)基本前提，即系統本身的擴聲或視頻處理是完整的，沒(méi)有重大缺陷的。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化架構的建設，系統原先需要的網(wǎng)絡(luò )化管理的功能是可以實(shí)現的。隨之而來(lái)的是一個(gè)新的問(wèn)題：信息保密——如何確保會(huì )議音頻信號在正常管理的過(guò)程中不被網(wǎng)絡(luò )上非法獲得?這個(gè)問(wèn)題非常重要，可以知道的是目前的技術(shù)已經(jīng)可以做到了自由管理和控制。具體辦法請見(jiàn)后續文章《大型音頻架構中信息安全的分級管理》。