音響系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計定位的方法

汪曉琦

音響系統(tǒng)的架構(gòu)定位，如同一棟房屋的結(jié)構(gòu)選擇。磚木混合結(jié)構(gòu)建的房屋最多不過十層，而要想建立三十層以上的大廈，再好的磚塊也無濟于事，必須選擇更堅固的金屬水泥混合框架結(jié)構(gòu)。音響系統(tǒng)也是同樣的道理，大型系統(tǒng)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(chǔ)架構(gòu)的設(shè)計定位開端就找準目標。

音響系統(tǒng)自從誕生之日起，就有著千差萬別的需求。從最初的小型擴聲、樂隊表演，到目前越來越多的會議、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。因而音響系統(tǒng)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(yīng)著不同的項目的需求。

要想做好音頻架構(gòu)的設(shè)計定位，需要從多個角度去考慮。包括技術(shù)、建設(shè)成本、管理成本等多個方面。本文僅就技術(shù)層面做一個分析，關(guān)于管理成本等綜合分析方法，請見《InfoAV China》下一期本人《從成本管理的角度去看待AV集成設(shè)計》的文章。

第一代音響架構(gòu)——純模擬架構(gòu)

自從最早的電子放大技術(shù)出現(xiàn)起，通過不斷的迭代升級，市場上出現(xiàn)了高保真的放大器，它將人類自身以及自然界的聲音擴大，以使得更多的人同時聽到了高品質(zhì)的聲音。大約二十年前，從調(diào)音臺、均衡器、分頻器、壓縮器等聲音處理設(shè)備以非常豐富的調(diào)控手段對聲音進行處理。它們有個共同的特點：模擬鏈接、模擬處理、模擬傳輸。它們是第一代音響架構(gòu)——純模擬架構(gòu)（AAA）。純模擬架構(gòu)的各個功能按鍵旋鈕都直接顯示在儀器表面，優(yōu)點是操作非常直觀，然而其缺點也是直觀。非專業(yè)操作人員往往會出現(xiàn)誤操作。其結(jié)果可能是“牽一發(fā)而動全身”，緊跟著越調(diào)越亂，最終導致整個系統(tǒng)調(diào)整后的結(jié)果與最初目標南轅北轍。

第二代音頻架構(gòu)——數(shù)模結(jié)合架構(gòu)

哪怕是專業(yè)的操作人員，往往也希望能過不要一次一次的反復調(diào)試，有些場景數(shù)據(jù)如某些音箱對應(yīng)的參數(shù)或者那位歌手或者樂器調(diào)試好了的數(shù)據(jù)能夠保留，而不必擔心臨時調(diào)整打亂了回不來。因此，市場上針對此類需求，提出了改進，出現(xiàn)了數(shù)字調(diào)音臺和數(shù)字周邊。分別針對前端輸入信號和后級輸出信號進行調(diào)整和存儲。它們的特點是：數(shù)字處理、模擬連接、模擬傳輸。屬于第二代音頻架構(gòu)——數(shù)模結(jié)合架構(gòu)（AAD）。這樣的架構(gòu)在保證高保真擴聲的同時，極大地縮小了設(shè)備的尺寸規(guī)模，往往一臺1U的數(shù)字周邊，可以相當于純模擬的數(shù)臺乃至十多臺設(shè)備才能完成的工作。并且可以存儲大量的場景。

這樣的數(shù)模結(jié)合架構(gòu)在各類演出活動中非常受歡迎?？梢宰尮こ處煼浅：啽愕卣{(diào)用音箱數(shù)據(jù)而不需要反復調(diào)試，調(diào)音師可以便利地將調(diào)試好的場景進行存儲，不必每天上班都要沖頭來過。

當有了數(shù)字化的調(diào)音臺和周邊之后，同時專業(yè)擴聲系統(tǒng)要求的規(guī)模也越來越大。擴大規(guī)模的一個必須的環(huán)節(jié)就是信號的復制。而模擬連接的設(shè)備在復制信號的過程中，會產(chǎn)生大量的AD/DA轉(zhuǎn)換，將原本高保真的信號衰減得很厲害。同時，大量復雜的跳線也使得工程人員苦不堪言。雖然理論上系統(tǒng)架構(gòu)通過分配器等設(shè)備可以盡量追求高保真的大型擴聲，但實際上由于線路損耗、轉(zhuǎn)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(tǒng)內(nèi)部完成各種分配和處理的方案。

第三代音頻架構(gòu)——純數(shù)字化音頻架構(gòu)

與此同時，調(diào)音臺進入數(shù)字化的時候，其操控功能比起模擬調(diào)音臺的直觀，還是增加了很多的復雜性，使得一般非專業(yè)的企業(yè)用戶對此非?？謶郑Ｍ苡懈唵?，更智能的操作管理方案。相對這個操作的需求，寧可犧牲一些比如操控性或品質(zhì)上的要求。

隨著DSP技術(shù)的發(fā)展，讓整個音頻系統(tǒng)集中到一個架構(gòu)里面已經(jīng)可以實現(xiàn)了。它可以包含混音、品質(zhì)處理、大型矩陣式分配、時間同步等一系列大型高級處理。并且只有一次AD/DA轉(zhuǎn)化，甚至有的產(chǎn)品可以將功放電路也集成到數(shù)字架構(gòu)中來。整個架構(gòu)為：數(shù)字處理、數(shù)字連接、數(shù)字傳輸。稱為第三代音頻架構(gòu)——純數(shù)字化音頻架構(gòu)（DDD）。這個架構(gòu)中，將全部的音頻系統(tǒng)都集中到了系統(tǒng)內(nèi)部，充分利用DSP的運算能力，完成過去無法實現(xiàn)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。同時可以與第三方數(shù)字控制技術(shù)集成，完成智能化的擴聲系統(tǒng)。

由于DSP技術(shù)的優(yōu)點以及大量使用該技術(shù)的諸如會議室、演講室等環(huán)境對現(xiàn)場操作精度要求的降低。用戶更希望能夠在一個機房集中管理大量的擴聲系統(tǒng)。而第三代的系統(tǒng)特點只是在一個小型的系統(tǒng)下完成工作，要想將聲音傳輸?shù)竭h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了一些局限性。

第四代音頻架構(gòu)——數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，音頻擴聲系統(tǒng)也掀起了一次新的技術(shù)革命。網(wǎng)絡(luò)化高保真?zhèn)魉图夹g(shù)很好地融合到了音頻系統(tǒng)中。各個廠家百花齊放，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(gòu)，音響工程師可以在一個中央機房管理網(wǎng)絡(luò)連接沒有地域限制的音頻系統(tǒng)。同時，因為是網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)，遠程管理的目的往往包括了同一個系統(tǒng)需要服務(wù)于多個擴聲項目。

此類技術(shù)特點為：數(shù)字處理、數(shù)字連接、網(wǎng)絡(luò)傳輸。定義為第四代音頻架構(gòu)——數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（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(yīng)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(tǒng)的穩(wěn)定工作。但問題也出在這里。通常核心服務(wù)器在修改某一個擴聲目標的功能架構(gòu)時，需要通過上傳和下載數(shù)據(jù)的方法來完成，需要停止工作。那么其他在工作的區(qū)域的正常工作會受到影響。更重要的是，萬一服務(wù)器死機導致數(shù)據(jù)丟失，那么損失的就不是一臺機器的問題，意味著整個系統(tǒng)需要重新安裝調(diào)試。這一點是大型項目不能接受的。能夠?qū)诵臄?shù)據(jù)進行備份的技術(shù)才是網(wǎng)絡(luò)化音頻架構(gòu)的根本保障。因此，在第四代音頻架構(gòu)的基礎(chǔ)上，音頻行業(yè)又出現(xiàn)了第五代音頻架構(gòu)——云架構(gòu)。其特點是整體架構(gòu)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(gòu)——云架構(gòu)

云架構(gòu)有個基礎(chǔ)要求就是備份穩(wěn)定性和傳輸時間。第四代音頻架構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇砑夹g(shù)ConbraNet缺點就在于傳輸時間過長，為ms級，不能滿足中央管理的需求。而新一代的傳輸技術(shù)如DANTE、AVB等均為ns級，可以滿足技術(shù)需求。同時，云主機的備份不僅僅是一臺服務(wù)器燒毀了另一臺接續(xù)工作，而是需要備份機能夠很準確地識別主機當前是數(shù)據(jù)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)，并且在極短時間（目前技術(shù)為秒級）內(nèi)將外部設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)路由和工作接口關(guān)系轉(zhuǎn)換到備份機。并且能夠在工作時實時備份并恢復主機當前的調(diào)整參數(shù)如某個通道的音量等，使得備份還原之后的場景和原始狀態(tài)一致。

當然，也有人提出能否用冷備份代替熱備份。從架構(gòu)工作上是可以的。但缺點是實時數(shù)據(jù)是無法同步的。因此，對于有一定擴聲品質(zhì)需求的項目來說是不可行的。它僅可以適用于每次啟動都是固定品質(zhì)的擴聲需求，如主題公園等。

除了數(shù)據(jù)備份的特點，由于采用中央云計算，一個系統(tǒng)中可以同時容納多個不同的功能。比如，一個會議大樓內(nèi)，同時存在的音頻需求有：背景音樂，消防廣播，緊急循環(huán)，會議系統(tǒng)，導覽系統(tǒng)和信息發(fā)布（語音）等。常規(guī)做法需要多個系統(tǒng)獨立工作。而在云架構(gòu)下，可將全部需求統(tǒng)一成一個大系統(tǒng)，在云備份確保安全的同時，在一個管理平臺下完成全部的工作。具體內(nèi)容可見本人《融合通訊管理指揮系統(tǒng)》。它帶來的另外一個優(yōu)點就是綜合管理成本降低。詳見本人《從成本管理的角度去看待AV集成設(shè)計》。

當然，云架構(gòu)除了核心云，還可以建設(shè)分散云。不要集中一個服務(wù)器，而是將云計算的功能分散到各個小區(qū)域。在后臺統(tǒng)一管理。這個概念的架構(gòu)可以稱之為5.5代吧。

不同架構(gòu)技術(shù)的適應(yīng)場景

綜合以上分享的內(nèi)容。音頻系統(tǒng)經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。分別是全模擬、數(shù)模結(jié)合、全數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)化和云架構(gòu)。這些系統(tǒng)沒有絕對的好壞之分，每個都有不同的優(yōu)點和缺點，根據(jù)以上特點，那么我們現(xiàn)在可以很容易推導出不同架構(gòu)的技術(shù)適合應(yīng)用在什么樣的場景了。

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

第二代：數(shù)模結(jié)合。適合有專業(yè)音響師操控的工作環(huán)境。如專業(yè)表演、大型擴聲等環(huán)境。

第三代：全數(shù)字。適合固定功能和品質(zhì)要求單一的場所。如討論型會議室、展覽展示、各類廣播等。

第四代：全數(shù)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、各類會議大樓、酒店等等。

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

另外一個讓人關(guān)心的話題是投入成本。因為規(guī)模的原因，第一代的架構(gòu)很小，總成本應(yīng)該低很多。而云架構(gòu)這個高大上的名稱讓人感覺應(yīng)該是投入巨大才能完成的。實際上以上系統(tǒng)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(shù)量達到一定規(guī)模的會議大樓擴聲系統(tǒng)中，第五代云架構(gòu)比第四代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的總成本可能要低很多（有項目案例第五代架構(gòu)比第四代架構(gòu)總體低30%以上）。我們在設(shè)計定位的時候，可以充分考慮各種不同架構(gòu)的系統(tǒng)特點，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、一個企業(yè)的整體系統(tǒng)規(guī)劃的時候，更是需要高瞻遠矚，從架構(gòu)上選擇準確，方能事半功倍。

典型場景下的音響系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計方法

某大型企業(yè)，在各園區(qū)分布了多個各種類型的會議室，但管理人員僅有一人。希望能夠做到統(tǒng)一監(jiān)管的效果。

為了做好管理的工作，首先的工作是將會議室工作類型整理。一般認為，可能有：

1.單視頻顯示會議室：僅有一臺或兩臺投影或電視機作為顯示終端；

2.小型討論型會議室：有不多于16只話筒，一個或兩個顯示終端；

3.大型討論會議室：多于17只話筒，一個或兩個以上的顯示終端；

4.演講型多功能廳：演講型會議兼多功能文藝匯演；

5.目前已經(jīng)有了很多個會議室，以后還需要再建設(shè)更多的會議室；

以上每個會議室均有可能需要視頻會議或電話會議功能。

因為會議室多，而且分布很廣，因此有必要采用大型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)聯(lián)網(wǎng)進行管理工作。但是由于大型網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)周期長，前期投入大。再加上調(diào)試過程中需要大量的時間，可能會影響現(xiàn)有會議室的工作。因此，直接上第五代云架構(gòu)是不恰當?shù)摹?/p>

整改規(guī)劃：

1、首先明確未來的系統(tǒng)架構(gòu)，必須是在第四代以上的網(wǎng)絡(luò)型架構(gòu)，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(gòu)。核心的數(shù)據(jù)運算放置在各自的會議分區(qū)大樓。核心交換數(shù)據(jù)集中在中央服務(wù)器，由中央服務(wù)器進行后臺監(jiān)控和遠程幫助。

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

4、系統(tǒng)的后臺服務(wù)器長時間待機，并保持備用服務(wù)器值班；

5、系統(tǒng)的啟動分三種方法：

A.OA預(yù)約：當該會議室被預(yù)約了時，距離該會議室使用前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)送啟動信號到該會議室，會議室音視頻系統(tǒng)啟動；

B.現(xiàn)場開機：當沒有預(yù)約而需要使用該會議室時，可以現(xiàn)場人工啟動。啟動方式為一鍵式自動完成音視頻系統(tǒng)的啟動和初始化；

C.遠程啟動：由后臺人工發(fā)送啟動命令，遠程開機。

6、對于大型系統(tǒng)的關(guān)機管理，也需要額外設(shè)計。除了能夠做到自動關(guān)機，還需要能夠自動判斷，從而做出自動關(guān)閉的工作。例如，當話筒或其他信號輸入通道長時間（可設(shè)定，比如30分鐘）未接受到信號輸入，可以認為該會議已經(jīng)結(jié)束。音頻系統(tǒng)主機發(fā)送出一個關(guān)機命令到該會議室中控系統(tǒng)，中控系統(tǒng)啟動關(guān)機命令，從而完成自動關(guān)機的工作。

7、針對僅有視頻顯示終端的小型會議室，目前的顯示設(shè)備都能夠做到無信號自動關(guān)機。要求設(shè)定每個設(shè)備都做到自動關(guān)機。

8、至于已經(jīng)建設(shè)好了的會議室，則需要逐步改進。重點是核心音頻處理，需要進行網(wǎng)絡(luò)化管理和數(shù)據(jù)監(jiān)管。最終統(tǒng)一成一種云架構(gòu)的管理方式。

以上建設(shè)有個基本前提，即系統(tǒng)本身的擴聲或視頻處理是完整的，沒有重大缺陷的。隨著網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)的建設(shè)，系統(tǒng)原先需要的網(wǎng)絡(luò)化管理的功能是可以實現(xiàn)的。隨之而來的是一個新的問題：信息保密——如何確保會議音頻信號在正常管理的過程中不被網(wǎng)絡(luò)上非法獲得？這個問題非常重要，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。具體辦法請見后續(xù)文章《大型音頻架構(gòu)中信息安全的分級管理》。

限于篇幅，不能盡述。有興趣討論的朋友可以與我聯(lián)系。