淺談Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲中的應(yīng)用

梁佳爍

淺談Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲中的應(yīng)用

梁佳爍

(沈陽(yáng)音樂(lè)學(xué)院 戲劇影視學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110000)

Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)是一種組合了軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的音頻傳輸解決方案，具有低延遲、高精準(zhǔn)度、操作簡(jiǎn)便、成本低等多種優(yōu)勢(shì)，非常符合現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲系統(tǒng)的需求。本文針對(duì)Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)的要點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)展開(kāi)研究，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲案例，探究基于Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)的音頻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式及應(yīng)用效果。

現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲；Dante；網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)

現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲系統(tǒng)主要由節(jié)目源、主控調(diào)音臺(tái)、聲場(chǎng)及系統(tǒng)處理設(shè)備、揚(yáng)聲器系統(tǒng)等組成，由話(huà)筒等音源設(shè)備所拾取的音頻信號(hào)在各級(jí)設(shè)備之間傳輸、處理、放大，最終呈現(xiàn)給觀(guān)眾。隨著演出規(guī)模和需求不斷提升，傳統(tǒng)模擬和數(shù)字音頻傳輸技術(shù)已不能適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，傳輸距離不足、線(xiàn)纜數(shù)量過(guò)多、系統(tǒng)可調(diào)整靈活性不足等局限越發(fā)明顯。在這種情況下，隨著通信技術(shù)的進(jìn)步，音頻信號(hào)的傳輸和分配經(jīng)過(guò)了模擬域、數(shù)字域兩個(gè)階段，逐漸進(jìn)入到了網(wǎng)絡(luò)域的階段[1]。

一、Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)是一種組合了軟件、硬件及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的音頻傳輸解決方案。用戶(hù)將搭載了Dante芯片的音頻設(shè)備連接在同一網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)Dante Controller軟件完成音頻信號(hào)的路由和分配。在千兆網(wǎng)絡(luò)中，一根網(wǎng)線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)雙向傳輸512路48kHz采樣率、24Bit量化精度的音頻信號(hào)[2]。

Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)是Audio Over IP的典型代表，由Audinate公司于2006年推出，在經(jīng)過(guò)了十多年的發(fā)展后，支持Dante協(xié)議的品牌已經(jīng)有數(shù)百家，支持Dante協(xié)議的設(shè)備已經(jīng)有數(shù)千種。Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)場(chǎng)音頻系統(tǒng)和其他音頻應(yīng)用的首選解決方案。

Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)有很多優(yōu)勢(shì)：高質(zhì)量音頻傳輸、靈活的網(wǎng)絡(luò)連接、擴(kuò)展性、簡(jiǎn)化的系統(tǒng)配置、低延遲和同步性、強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理和監(jiān)控等。

Dante這些優(yōu)勢(shì)，非常符合現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲系統(tǒng)的需求，越來(lái)越多的音響設(shè)備可以看到Dante的標(biāo)志。Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)也為現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲的從業(yè)者們提供了新的思路，使現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲系統(tǒng)變得更加靈活，成為現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全新潮流。

二、Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)要點(diǎn)分析

1. 交換機(jī)。交換機(jī)是一種用于電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)的多接口網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，它可以為接入交換機(jī)的任意兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)提供獨(dú)享的電信號(hào)通路。交換機(jī)通常工作在OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層[3]。交換機(jī)的核心是交換表，交換表是一個(gè)交換機(jī)端口與主機(jī)MAC地址的映射表。當(dāng)有數(shù)據(jù)幀到達(dá)交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)從數(shù)據(jù)幀頭部取出源地址，然后將源地址及數(shù)據(jù)幀進(jìn)入交換機(jī)的端口記錄到交換表中。如果交換表中已經(jīng)存在該地址，則更新該映射表項(xiàng)，然后再?gòu)臄?shù)據(jù)幀頭部取出目的MAC地址，在交換表中查找該地址。如果找到該地址并獲得了對(duì)應(yīng)的交換機(jī)端口，交換機(jī)就會(huì)將該數(shù)據(jù)幀從對(duì)應(yīng)的交換機(jī)端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。如果交換表中沒(méi)有該目的地址項(xiàng)，或者該目的地址是廣播地址，那么，交換機(jī)就會(huì)將數(shù)據(jù)幀向其他端口轉(zhuǎn)發(fā)。

交換機(jī)是Dante音頻網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵設(shè)備，其合理選擇和配置十分重要。目前市場(chǎng)上廣泛使用的交換機(jī)按照功能，可分為管理型交換機(jī)和非管理型交換機(jī)。管理型交換機(jī)有很多用戶(hù)自定選項(xiàng)和設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)特定功能；非管理型交換機(jī)不需要任何設(shè)置，可以即插即用，非常適合小型專(zhuān)用音頻網(wǎng)絡(luò)。而在一些較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中，例如音頻和其他數(shù)據(jù)處于同一網(wǎng)絡(luò)的情況下，則只能選擇管理型交換機(jī)，并使用IGMP Snooping等功能對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)置。

值得注意的是：雖然搭建Dante音頻網(wǎng)絡(luò)可以使用以上兩類(lèi)交換機(jī)的任何一類(lèi)，但一定要避免選擇EEE類(lèi)型的交換機(jī)。這類(lèi)交換機(jī)的節(jié)能功能會(huì)關(guān)閉端口，并阻止部分Dante功能的正常運(yùn)行。同時(shí)，最好選用千兆交換機(jī)，并對(duì)其總帶寬進(jìn)行計(jì)算，具體計(jì)算公式為：端口數(shù)×相應(yīng)端口速率×2=總帶寬。將計(jì)算得到的總帶寬與交換機(jī)的背板帶寬進(jìn)行比較，來(lái)判斷交換機(jī)是否符合全交換的條件。

2. 時(shí)鐘同步。網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)的重要特征和優(yōu)勢(shì)之一便是嚴(yán)格的時(shí)鐘同步。目前網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)主要采用精準(zhǔn)時(shí)鐘同步協(xié)議（PTP）的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步。該協(xié)議由IEEE組織于2002年推出，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為IEEE1588。其核心思想就是通過(guò)軟硬件把基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)備的從時(shí)鐘與主控設(shè)備的主時(shí)鐘同步，通過(guò)主時(shí)鐘與從時(shí)鐘之間的報(bào)文交換，獲取時(shí)間戳信息，以此計(jì)算出本地時(shí)鐘的時(shí)鐘偏差和路徑時(shí)延，從而進(jìn)行時(shí)鐘的校準(zhǔn)同步，同步精度可達(dá)亞微秒級(jí)。

Dante音頻網(wǎng)絡(luò)采用符合IEEE1588標(biāo)準(zhǔn)的PTP時(shí)鐘[4]，除了DVS以外的任何Dante設(shè)備都可以作為Dante音頻網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘，為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。Dante音頻網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘既可以是Dante設(shè)備內(nèi)部的Dante時(shí)鐘，也可以是外部接入的時(shí)鐘。選擇外部接入的時(shí)鐘作為Dante音頻網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘時(shí)，需要在Dante Controller中為這臺(tái)設(shè)備勾選Slave to external clock。在不進(jìn)行任何設(shè)置的情況下，Dante音頻網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部就會(huì)自己選出一臺(tái)設(shè)備作為主時(shí)鐘。一旦這臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，Dante音頻網(wǎng)絡(luò)又會(huì)立即選出另一臺(tái)設(shè)備作為主時(shí)鐘，切換過(guò)程不會(huì)對(duì)音頻傳輸造成影響。

3. 單播與組播。在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸中，主要包含三種數(shù)據(jù)包的發(fā)送方式，單播（Unicast）、組播（Multicast）和廣播（Broadcast）。單播是在一個(gè)發(fā)送者和一個(gè)接受者之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的通信。組播是設(shè)備之間“一對(duì)一組”的通訊模式，也就是同一個(gè)組的設(shè)備可以接收到此組內(nèi)的所有數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)和路由器只向有需求者復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)其所需數(shù)據(jù)。廣播是設(shè)備之間“一對(duì)所有”的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)對(duì)其中每一臺(tái)設(shè)備發(fā)出的信號(hào)都進(jìn)行無(wú)條件復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)，所有設(shè)備都可以接收到所有信息。

Dante設(shè)備支持單播和組播[5]，默認(rèn)采用單播的方式傳輸數(shù)據(jù)。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，Dante設(shè)備會(huì)將數(shù)據(jù)包編入組中，這個(gè)組叫作Flow。在單播模式下，每個(gè)Flow中最多編入四通道信號(hào)，即使只有一個(gè)通道的信號(hào)，也會(huì)占用一個(gè)Flow。在組播模式下，每個(gè)Flow最多可編入八通道信號(hào)。信號(hào)發(fā)送端的設(shè)備對(duì)于所支持的Flow數(shù)量有限制，通常情況下，1—4通道的設(shè)備最多支持2個(gè)Flow；大于16通道的設(shè)備最多支持32個(gè)Flow。

4. 備份冗余。如今，現(xiàn)場(chǎng)演出規(guī)模越來(lái)越大，整個(gè)音響系統(tǒng)的復(fù)雜程度越來(lái)越高。相對(duì)于在模擬域傳輸音頻的系統(tǒng)，基于網(wǎng)絡(luò)的音響系統(tǒng)顯然具有更大的不確定性和不可靠性。面對(duì)這種情況，Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)為我們提供了備份的解決方案。

Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)對(duì)于備份的解決方案是主備網(wǎng)絡(luò)。具有備份功能的設(shè)備都會(huì)配有PRIMARY和SECONDARY兩個(gè)Dante端口，將PRIMARY端口接入主網(wǎng)絡(luò)，SECONDARY端口接入備網(wǎng)絡(luò)。主備網(wǎng)絡(luò)必須處于兩個(gè)分離的局域網(wǎng)中，必須使用不同的IP地址段，必須是隔離的子網(wǎng)。具有備份功能的設(shè)備可以在主備兩個(gè)端口同時(shí)傳輸音頻信號(hào)。在主網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，Dante網(wǎng)絡(luò)音頻系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換為備網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行工作，系統(tǒng)重放的聲音不會(huì)中斷且不會(huì)產(chǎn)生任何雜音。

綜上所述，交換機(jī)是Dante網(wǎng)絡(luò)中的核心設(shè)備，負(fù)責(zé)音頻流的轉(zhuǎn)發(fā)和管理。時(shí)鐘同步確保音頻同步和減少抖動(dòng)。單播和組播是音頻傳輸?shù)膬煞N方式，選擇取決于具體的需求和網(wǎng)絡(luò)配置。備份提供了冗余和可靠性，以防止單點(diǎn)故障。這些要素共同工作，確保Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)的穩(wěn)定性、可靠性和高質(zhì)量的音頻傳輸。

三、Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

1. 設(shè)備需求及設(shè)備選用。某大型文藝演出，使用了一套部分設(shè)備支持Dante的擴(kuò)聲系統(tǒng)。語(yǔ)言類(lèi)節(jié)目基本使用頭戴話(huà)筒。舞蹈類(lèi)節(jié)目只需要播放伴奏音樂(lè)。歌唱節(jié)目中一類(lèi)是歌手按照制作完成的伴奏進(jìn)行演唱，這類(lèi)節(jié)目需要給歌手準(zhǔn)備話(huà)筒、耳返或地返；另一類(lèi)是樂(lè)隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)演奏，歌手演唱，這類(lèi)節(jié)目需要對(duì)架子鼓、電吉他等樂(lè)器進(jìn)行拾音，并為樂(lè)手提供返送，為歌手提供話(huà)筒和返送。

根據(jù)演出場(chǎng)地以及節(jié)目特點(diǎn)，綜合考慮轉(zhuǎn)播的需求以及演出整體預(yù)算，最終選用Shure UHF-R無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)、Yamaha QL5調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)、JBL VRX揚(yáng)聲器系統(tǒng)等設(shè)備，并使用MacBook Pro搭載DVS軟件進(jìn)行分軌錄音。其中調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)由一臺(tái)Yamaha QL5調(diào)音臺(tái)和兩臺(tái)Yamaha Rio1608-D接口箱組成。

2. 系統(tǒng)總體架構(gòu)。本系統(tǒng)中只有調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)支持Dante，Yamaha QL5調(diào)音臺(tái)和兩臺(tái)Yamaha Rio1608-D接口箱以及DVS之間使用網(wǎng)線(xiàn)連接，使用菊花鏈連接方式。無(wú)線(xiàn)話(huà)筒、有線(xiàn)話(huà)筒均使用卡農(nóng)線(xiàn)接入接口箱。功放也使用卡農(nóng)線(xiàn)接到接口箱，功放和音箱之間使用傳統(tǒng)音箱線(xiàn)連接。調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)的連接如圖1所示。

圖1 Yamaha QL5調(diào)音臺(tái)系統(tǒng)連接

3. 系統(tǒng)中Dante相關(guān)設(shè)置。接口箱部分：將兩臺(tái)接口箱的Unit ID分別設(shè)置為1和2，Yamaha Rio接口箱的Unit ID在網(wǎng)絡(luò)中必須具備單獨(dú)的編號(hào)，這樣接口箱才可以通過(guò)Dante網(wǎng)絡(luò)發(fā)送和接收音頻信號(hào)或通過(guò)已連接的數(shù)字調(diào)音臺(tái)進(jìn)行控制。

Yamaha Rio1608-D接口箱的DIP開(kāi)關(guān)由8個(gè)開(kāi)關(guān)組成，用來(lái)指定接口箱啟動(dòng)的相關(guān)設(shè)置。值得注意的是，在設(shè)置DIP開(kāi)關(guān)的狀態(tài)時(shí)，需要在接口箱電源關(guān)閉狀態(tài)下進(jìn)行，否則設(shè)置無(wú)效。其中，與Dante網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的有DIP開(kāi)關(guān)2、3、4。

調(diào)音臺(tái)部分：Yamaha QL5調(diào)音臺(tái)與接口箱以菊花鏈的形式進(jìn)行音頻傳輸，因此應(yīng)將調(diào)音臺(tái)的Dante SECONDARY接口設(shè)置為Daisy Chain模式，并根據(jù)官方建議將Latency設(shè)置為0.25ms。Dante Setup窗口中的Device Mount選項(xiàng)卡將兩臺(tái)Dante Rio1608-D接口箱并入系統(tǒng)。之后，在Dante Input Patch窗口，進(jìn)行輸入輸出路由的相關(guān)設(shè)置。

4. 借助DVS進(jìn)行分軌錄音和系統(tǒng)調(diào)試。Dante Virtual Soundcard，簡(jiǎn)稱(chēng)DVS，是Audinate公司推出的一款虛擬聲卡軟件。它可以把計(jì)算機(jī)中的普通網(wǎng)卡虛擬為支持ASIO或Core Audio的音頻接口。這樣任何一臺(tái)裝有該軟件的PC或是Mac只需通過(guò)網(wǎng)線(xiàn)接入Dante網(wǎng)絡(luò)，即可使用數(shù)字音頻工作站軟件對(duì)接入Dante網(wǎng)絡(luò)中的音頻信號(hào)進(jìn)行分軌錄制。對(duì)于已經(jīng)錄制好的分軌音頻信號(hào)，也可以使用DVS將其接入到Dante網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行虛擬試音或是播放多軌音頻文件。

另外，通過(guò)DVS結(jié)合Smaart等聲學(xué)測(cè)量軟件的方式，也可以對(duì)Dante網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行測(cè)量分析。在進(jìn)行揚(yáng)聲器系統(tǒng)測(cè)量時(shí)，相對(duì)于傳統(tǒng)外接聲卡的測(cè)量系統(tǒng)，使用DVS可以保證整個(gè)測(cè)量鏈路中只經(jīng)過(guò)一次AD、DA變換，避免了聲卡的AD、DA變換對(duì)于測(cè)量結(jié)果的影響，從而提高了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5. Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)應(yīng)用效果。憑借Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，本次演出使用的傳統(tǒng)音頻線(xiàn)纜數(shù)量大大降低，系統(tǒng)搭建效率有很大提升，分軌錄音的實(shí)現(xiàn)方式非常簡(jiǎn)便，確保了音頻信號(hào)的清晰度和準(zhǔn)確性。演出過(guò)程中，整套系統(tǒng)也一直保持著穩(wěn)定的工作狀態(tài)，保證了演出的順利進(jìn)行。

總之，Dante網(wǎng)絡(luò)音頻技術(shù)在現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)明顯、效果顯著，解決了演出現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲系統(tǒng)的諸多實(shí)際問(wèn)題，能夠很好地滿(mǎn)足如今大型現(xiàn)場(chǎng)演出擴(kuò)聲系統(tǒng)的需求，并且有著良好的發(fā)展前景。

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10.15916/j.issn1674-327x.2023.05.020

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1674-327X (2023)05-0083-03

2023-06-04

梁佳爍(1992-)，男(滿(mǎn)族)，遼寧沈陽(yáng)人，助教，碩士。

(責(zé)任編輯：葉景林）