網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字調(diào)音臺系統(tǒng)及其傳輸應(yīng)用

陶建新，周建國，高茂水，花衛(wèi)華

（1. 華匯音響顧問有限公司，北京 100022；2. 上海舞臺技術(shù)研究所，上海 200032）

1 概述

近年來，隨著信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，在音頻擴聲領(lǐng)域中，網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化浪潮也已經(jīng)從周邊處理器、功率放大器逐步發(fā)展到調(diào)音臺這個系統(tǒng)核心部分。目前，為了更好地扮演系統(tǒng)核心的角色，大型數(shù)字調(diào)音臺不再只是簡單的音頻處理混合和路由調(diào)配設(shè)備，而是大都作為整個音頻系統(tǒng)的大型多通道調(diào)度分配核心矩陣，并實現(xiàn)多種數(shù)字格式、協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，還可以進行遠距離多通道的信號傳輸，同時具備更強大的周邊設(shè)備處理功能。

在當前的技術(shù)條件下，大量設(shè)備可以直接通過局域網(wǎng)、光纖網(wǎng)組成網(wǎng)絡(luò)化音頻擴聲系統(tǒng)，而數(shù)字調(diào)音臺內(nèi)置各種處理模塊，并具有網(wǎng)絡(luò)接口，音頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所有信號可直接輸入調(diào)音臺，真正實現(xiàn)了調(diào)音的核心功能。

2 數(shù)字化音頻系統(tǒng)的優(yōu)勢

2.1 模擬音頻信號存在的問題

音頻系統(tǒng)中，模擬信號是與原始信號完全對應(yīng)且連續(xù)變化的不規(guī)則信號，在傳輸、處理、存儲等方面都容易出現(xiàn)一定的問題，尤其是在遠程傳輸時，信號損失和電磁干擾將無法避免。模擬信號常會產(chǎn)生下列問題：

（1）信號經(jīng)長距離有線或者無線傳輸時，易受強電、燈光控制硅箱、空調(diào)系統(tǒng)、變壓器或其他輻射等干擾源干擾，從而使信噪比變小、失真加大；

（2）音頻信號存儲載體的信號動態(tài)范圍只有50 dB～75 dB，遠低于節(jié)目源的最大信號動態(tài)范圍（120 dB）；

（3）在信號編輯和變換中（節(jié)目編輯、轉(zhuǎn)錄和延時效果處理等），隨著變換次數(shù)的增加，音質(zhì)會迅速惡化；

（4）模擬信號不支持多通道傳輸，同時為保證傳輸質(zhì)量，對線徑也有一定要求。因此，大型音頻擴聲系統(tǒng)在前期施工及后期維護管理的工作量大，且效率較低。

對于大型的擴聲系統(tǒng)，模擬信號遠距離傳輸所帶來的問題就成為嚴重的缺陷。這類系統(tǒng)線路的敷設(shè)安裝工藝復雜，費時費工，易出差錯，還要避開強電、燈光設(shè)備等干擾源。所以，解決模擬音頻系統(tǒng)傳輸中的問題，是數(shù)字音頻發(fā)展的主要動力和目標之一。

2.2 數(shù)字化音頻信號的優(yōu)點

（1）數(shù)字編碼信號的振幅變化僅為高電平/低電平（1/0）兩個狀態(tài)，因此，非常適宜于各種媒介的存儲和傳輸。其信號的動態(tài)范圍取決于采樣頻率和量化位數(shù)，易于實現(xiàn)大于90 dB的動態(tài)范圍。目前做得最好的模擬系統(tǒng)，其動態(tài)范圍不超過85 dB；

（2）數(shù)字音頻信號的信息量包含在脈沖序列的變化中，而這種序列的變化相對易于識別。雖然數(shù)字音頻信號傳輸時也會由于各種原因產(chǎn)生噪聲，但其只造成脈沖幅度和幅寬的變化，通過對編碼脈沖的補償、糾錯等處理，可相對容易地去除噪聲。因此，數(shù)字音頻信號的信噪比極高，聲音純真清晰；

（3）數(shù)字音頻信號可以進行反復錄制、編輯和變換，而不會加大音頻信號的失真；

（4）數(shù)字信號便于加工處理和控制，在音頻周邊設(shè)備中獲得了廣泛的應(yīng)用。

3 數(shù)字調(diào)音臺的特點

隨著數(shù)字調(diào)音臺技術(shù)的迅速發(fā)展，近幾年在音頻行業(yè)中顯露出較強的優(yōu)勢。除處理功能全面而強大、操作靈活和擴展方便等優(yōu)點之外，數(shù)字調(diào)音臺還有以下特點：

（1）高信噪比

系統(tǒng)全數(shù)字化處理，減少了離散處理設(shè)備之間數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換中的信號損失和本底噪聲疊加。

（2）模塊化結(jié)構(gòu)提高了物理穩(wěn)定性

系統(tǒng)各模塊（主控系統(tǒng)、中心處理系統(tǒng)、通道接口等）相對獨立，通常具備獨立的熱備份冗余電源和獨立的冗余處理電路。因此，數(shù)字調(diào)音臺的物理穩(wěn)定性高于帶熱備份冗余電源的模擬調(diào)音臺。

（3）資源共享，提高了系統(tǒng)安全性和靈活性

調(diào)音臺內(nèi)部DSP處理芯片單元模塊實現(xiàn)了資源共享，支持熱拔插，相互熱備份。一塊DSP模塊出現(xiàn)問題時，其他DSP模塊可以自動代替工作，并具備自診斷功能，隨時提醒用戶是哪個區(qū)域、哪個模塊出現(xiàn)問題，并可隨時解決。同時，數(shù)字調(diào)音臺的操控界面（控制按鍵及物理推子）與音頻物理通路沒有直接關(guān)系，每一個物理通路接口可以任意分配到任意物理推子。物理推子出現(xiàn)任何故障時，可隨時調(diào)換到其他推子進行音頻處理。

（4）強大的處理功能提高了使用操作的便利性

場景快照（SNAPSHOT）、控制編組（CONTROLGROUPS）、啞音編組（MUTEGROUPS）、通道鏈接（LINK）、自動混錄（AUTOMATION）、環(huán)繞聲像搖桿（PAN）及通道全處理（均衡EQ、壓限LIM/COMP、延時DELAY、聲像PAN）等功能給調(diào)音師的操作帶來了極大的便利。

總之，音頻擴聲系統(tǒng)以及直播、錄制系統(tǒng)選用數(shù)字調(diào)音臺，一方面可以使控制功能更加強大和集成化，同時也可以大大提高音頻擴聲系統(tǒng)與直播錄制系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性、靈活性及操作便捷性。

4 數(shù)字調(diào)音臺的網(wǎng)絡(luò)傳輸形式

通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，數(shù)字調(diào)音臺可以組成網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)，從而在完成傳統(tǒng)意義上的音頻制作任務(wù)之外，還可實現(xiàn)音頻信號的遠距離傳輸、數(shù)據(jù)共享等其他功能。傳輸形式主要包括基于以太網(wǎng)和基于分布式光纖網(wǎng)兩種傳輸形式。

4.1 基于以太網(wǎng)的傳輸形式

基于以太網(wǎng)的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)是專業(yè)音頻行業(yè)的一個技術(shù)焦點，其不依賴于控制系統(tǒng)而獨立存在。不僅解決了多線路問題，還解決了遠距離傳輸、數(shù)據(jù)備份、自動冗余等一系列在模擬傳輸時代無法解決的問題。

目前比較成熟的以太網(wǎng)音頻傳輸技術(shù)主要有CobraNet和EtherSound技術(shù)，這兩種技術(shù)出現(xiàn)較早，技術(shù)特點也各有千秋。在此基礎(chǔ)上，Audinate于2003年推出了Dante這種融合了很多新技術(shù)的數(shù)字音頻傳輸技術(shù)。

基于上述傳輸技術(shù)的成熟度，目前很多專業(yè)音頻設(shè)備生產(chǎn)廠家可以提供兼容上述技術(shù)的設(shè)備，如英國的DIGICO SD系列數(shù)字調(diào)音臺。英國DIGICO調(diào)音臺利用Dante技術(shù)專利提供的一個簡化的、自配置的即插即用標準的高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過一個千兆交換機就可以組網(wǎng)，調(diào)音臺直接在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中收取并處理數(shù)據(jù)包，并以相同的數(shù)據(jù)包返回網(wǎng)絡(luò)中供其他調(diào)音臺和設(shè)備使用。在這個過程中，調(diào)音臺全部的信號接線設(shè)置可以使用一一對應(yīng)的通道名稱完成整個路由分配過程，這大大減輕了斷點設(shè)備的配置復雜性，完成了信號傳輸、共享工作。

4.2 基于分布式光纖網(wǎng)的傳輸形式

基于FDDI（光纖分布式數(shù)據(jù)接口）的數(shù)字傳輸網(wǎng)絡(luò)，使用多路復用技術(shù)進行傳輸。由于光速非?？?，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸延時可忽略不計，信號的總體延時僅為A/D（模/數(shù)）、D/A（數(shù)/模）的轉(zhuǎn)換時間，而這個時間是固定的。

劇場、演播廳等的音頻擴聲系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)通過技術(shù)比較選用網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。目前FDDI組網(wǎng)形式主要有環(huán)型（見圖1）和星型（見圖2），究竟采用哪種組網(wǎng)形式，應(yīng)根據(jù)具體工程項目情況和主要設(shè)備選型而定。

圖1 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)

圖2 星型拓撲結(jié)構(gòu)

采用環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)比星型結(jié)構(gòu)節(jié)約線纜，系統(tǒng)布線費用相對較低，實現(xiàn)節(jié)點間的環(huán)型結(jié)構(gòu)也較為容易。為保證信號傳輸線路的可靠性，一般建議采用雙路布線，當兩個節(jié)點之間單條線路故障時，系統(tǒng)及時切換到備份線路，不影響系統(tǒng)的正常運行。上述英國DIGICO調(diào)音臺是基于MADI的大型光纖系統(tǒng)，能以雙環(huán)的形式組網(wǎng)，傳輸系統(tǒng)安全、強大。

5 網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字調(diào)音臺在劇場和演播廳的應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字調(diào)音臺所具有的眾多技術(shù)優(yōu)勢和廣闊的市場應(yīng)用前景，使各專業(yè)廠商越來越重視對其的研發(fā)，也為業(yè)內(nèi)提供了很多各具特色的品牌和產(chǎn)品系列，如德國的STAGETEC和LAWO、英國的MIDAS和DIGICO、瑞士的STUDER等。這些調(diào)音臺已經(jīng)越來越多地應(yīng)用于世界各地的劇場以及廣電中心等眾多場所。以下筆者僅以DIGICO為例，對其在類似場所的應(yīng)用進行簡單介紹。

現(xiàn)代化大型劇場音頻擴聲系統(tǒng)中通常會設(shè)置多個調(diào)音位，個別演出可能還需要進行電視錄像或轉(zhuǎn)播，拾音器信號不能只送到主控機房，而需要進行多通道、多位置的信號分配。通過數(shù)字音頻網(wǎng)絡(luò)可以輕松解決信號遠程傳輸以及信號共享問題，給調(diào)音和制作帶來了極大的便利性和可擴展性。

5.1 大型劇場音頻信號傳輸系統(tǒng)的設(shè)計

在大型劇場中，為了提高系統(tǒng)信號的傳輸質(zhì)量及可靠性，設(shè)計中主要考慮兩個方面：

（1）在聲控室、功放機房、媒體中心、調(diào)音位、舞臺基站之前全部采用光纖傳輸，全部音頻流程節(jié)點共同形成一個網(wǎng)絡(luò)；

（2）數(shù)字調(diào)音臺之間應(yīng)可以實現(xiàn)信號共享，非常方便。

5.2 大型劇場DIGICO SD系列數(shù)字調(diào)音臺設(shè)備布置

在DIGICO SD系列光纖網(wǎng)絡(luò)中，共設(shè)置了3個光纖基站（不含本地MADI基站）和3個獨立的音控機房（見圖3）。數(shù)字調(diào)音臺可直接設(shè)置信號的接口分配，使所有的調(diào)音臺共享接口箱的輸入，并可獨立控制，同時，所有接口箱的輸出也可分配到任何一個調(diào)音臺，且調(diào)音臺之間可以實現(xiàn)56個通道路由的分配。此外，整個DIGICO光纖網(wǎng)絡(luò)可以容納14個光纖基站（不包含本地MADI基站）、10個調(diào)音臺或5個主備調(diào)音臺系統(tǒng)，在采樣頻率為96 kHz時候，網(wǎng)絡(luò)同時容納448路輸入和448路輸出。

實際應(yīng)用中，可按劇場的實際情況，分別設(shè)計多個主要功能用房或點位，包括：聲控室、媒體服務(wù)中心、制作中心、錄音中心、現(xiàn)場調(diào)音位、舞臺信號交換機房及功放室等，各功能位置均有基站，各基站均配置光纖接口，滿足各功能位置使用的需要。

綜上所述，使用網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字調(diào)音臺技術(shù)可以給用戶帶來以下好處：

（1）信號資源的共享以及可以統(tǒng)一調(diào)配的資源，減少不必要的重復工作；

（2）遠距離傳輸中音頻信號的一致性和高保真特點；

（3）降低了勞動強度，提高工作效率；

（4）可以監(jiān)控系統(tǒng)中音頻信號的狀態(tài)，方便快捷。