音响设备

浅谈数字化、网络化技术在扩声系统中的应用


  随着信息化技术的不断发展,大数据被广泛应用于多个领域,而扩声系统也逐渐进入到数字时代,主要体现在音频的应用模式上,其正从模拟信号逐渐向数字信号过渡。接下来,专注音视频领域十九载的一禾科技将与大家分享数字化、网络化技术在扩声系统中的应用。

一、什么是扩声系统及优秀扩声系统的三要素

  什么是扩声系统
?扩声系统通常是把讲话者的声音对听者进行实时放大的系统,讲话者和听者通常在同一个声学环境中。成功的扩声系统必须要具有足够响度(足够的声增益)和足够的清晰度,并且能使声音均匀地覆盖听众,扩声系统包括扩声设备和声场环境组成,具体来讲就是把声音转变为电信号的话筒、信号混合分配设备、信号处理调节设备、信号放大设备、传输线,把电信号转变为声信号的音箱和听众区的声学环境。

  优秀扩声系统的三要素:声场环境、扩声设备、专业的设计安装调试。

二、模拟扩声设备的组成和不足之处

• 传统的模拟信号扩声系统由哪些部分组成?

  一般在使用模拟音频扩声设备时主要由以下5大部分组成。

  1、音源部分(DVD、话筒、电脑、CD等)

  2、混音处理部分(模拟调音台、前置放大器、混音器等)

  3、传输处理部分(分频器、均衡器、压限器等)

  4、功率放大部分(各型号功率放大器)

  5、电声能转换部分(各型号扬声器)

• 传统的模拟信号扩声系统拓扑图

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传统的模拟信号扩声系统拓扑图

• 传统的模拟信号扩声系统有哪些不足?

  1、信号衰减大、传输距离短。

  2、容易受到易受环境其他电磁干扰。

  3、信噪比不高。

  4、传输线路多,布线成本高。

  5、连接调试繁琐。

  6、系统状态难监控,不具备远程控制。

• 总结:

  简单地说扩声系统的功能就是将声压级不够的声源在一定空间中准确的还原和传递声音信息。首先想要把声音扩出去就要对声音进行拾取,通过话筒拾音完后再将信号送至调音台进行混音、分配、初步放大,再通过各种音频处理设备到功率放大器、到音箱。这样的工艺流程形成了模拟时代的扩声技术。在前面我们讲到模拟时代的扩声技术有六个方面的不足,特别是在大型扩声场合更加明显,所以模拟向数字化过度是必然趋势。

三、基于以太网的数字音频传输技术

• 什么是基于以太网的数字音频传输技术?

  基于以太网的数字音频传输技术是专业音频行业的一个技术焦点,以其不依赖于控制系统而独立存在的特性,广泛的应用到很多项目中。不仅解决了多线路问题,还解决了远距离传输、数据备份、自动冗余等一系列在模拟传输时代无法面对的问题。

• 比较常见的基于以太网的数字音频传输技术有哪些?

  目前比较成熟的以太网音频传输技术主要有CobraNet 和 EtherSound 、 Dante 这三种数字音频传输技术。 市场上有超过60%的产品运用Dante数字音频传输技术,有15%的产品运用CobraNet数字音频传输技术,运用EtherSound数字音频传输技术不到8%。我们将着重介绍Dante数字音频传输技术。

  至于下一代网络音视频实时传输技术,新 IEEE 标准——音视频桥,简称AVB,以即插即用和自主开发的姿态面世,则是全世界现场演出行业所梦寐以求的系统解决方案。

四、Dante数字音频传输技术介绍及特点

• Dante数字音频传输技术介绍

  Dante数字音频传输技术是澳大利亚Audinate公司于2003年提出,2006年研发成功并发布。首先与Audinate合作的是杜比实验室,其杜比Lake处理器成为第一个使用该技术的音频设备,并在2008年华盛顿芭芭拉史翠珊秀上首次使用,这也推动了Dante技术的迅速商业化。经过十多年的发展,凭借其直观、简单配置和易用、超低网络延迟等特点,现已被雅马哈(Yamaha)、博世通讯系统(Bosch)、哈曼(Harman)、舒尔(Shure)、百威(Peavey)、思美(Symetrix)、爱思创(Extron)、瑞典立高(Lab.Gruppen)、Allen& Heath、森海塞尔(Sennheiser)和Powersoft等许多知名音响设备生产厂商作为音频设备支持的标准音频传输协议。

• Dante数字音频传输技术特点

  1、更小的延时。在 100M 网络带宽,总传输音频通道延时仅为 34µs。

  2、采用了IEEE1588 精密时钟协议进行时钟同步。

  3、采用了zeroconf(Zero Configuration Networking)协议,利用自动配置服务器自动检查接口设备、标识标签以及区分IP 地址等工作,无需启动高层级别的 DNS 或者DHCP 服务,同时节省了复杂的手工网络配置。

  4、网络的高兼容特性。Dante技术可以允许音频信号和控制数据以及其他不相干的数据流共享在同一个网络中而不受干扰,用户可以最大限度的利用现有网络而无需为音频系统建立专网。

  5、自愈系统。为了避免意外导致的音频传输中断,Dante系统可以设定多重自我修复机制,例如时钟丢失、网络故障等。

  6、音频通道的传输模式可以是单播或是多播。

• Dante数字音频传输技术特点

  Dante数字音频传输技术依靠其自身强有力的优势广泛应用于专业音响行业、广播系统、电话会议系统、楼宇智能音频系统、大型运动会等行业。Dante网络音频技术代表了当下音频传输技术的发展方向。

五、大型广场扩声汉山广场室外扩声系统

• 项目简介与分析

  汉山广场是观赏汉山夜景灯光秀的主要场所,其音乐和山顶灯光秀结合。整个广场面积约64万平方米,其中扩声区域南北长约400米,东西宽142米至240米。用户要求整个广场声压足够大,站在每个地方声音大小都差不多。

大型广场扩声汉山广场室外扩声系统
大型广场扩声汉山广场室外扩声系统

• 项目的平面效果图

汉山广场室外扩声系统平面效果图
汉山广场室外扩声系统平面效果图

• 设计思路—音箱选择:

  根据国家室外扩声一级设计标准,最大声压级≥105DB,声场不均匀度≤8DB。一禾科技项目设计团队经过实地考察及计算机模拟设计测试确定该室外扩声系统设计方案,扩声系统采用了8组双12寸外置三分频室外防水线阵列作为扩声音箱,主舞台两组线阵及4只流动返听,观众区部分六组线阵列音箱,每组线阵音箱均采用4只全频加2只超低频音箱。每只音箱的灵敏度106DB/W/M,额定功率2000W,每只音箱的最大声压级可达到139DB,在传输80米后仍能达到118DB的声压级,声场不均匀度可以控制在8DB以内。保证项目安装调试完成后能达到国家音乐扩声一级标准。

• 控制方式设计:

  现场设置一个中心机房控制室,中心机房到最近的线阵音箱接近50米,最远的线阵音箱接近250米,所以功率放大器不可能放置在中心机房。因此一禾科技建议在舞台两侧和整个广场设置8个设备放置区域,8个设备放置区域作为信号处理室和功放室,靠近8组线阵音箱,以保证从功放到音箱的距离尽可能的短,避免线路上的损耗。8组线阵音箱,每组由4只全频和2只超低音箱组成,因此每组线阵有14路信号需要单独处理,总共有112路音频处理信号和112路功率放大信号需要传输、处理。

• 系统架构设计:

  如果还采用模拟扩声系统架构,将有112条音频信号需要被传输、处理、调节,平均每条线路长度超过100米,最长的将近200多米。信号衰减、干扰、高施工成本、备份复杂、无法监控每条线路的信号传输状况。所以整个系统采用1台32路带DANTE的数字调音台作为信号混合、分配、初步放大。9台数字音频处理器作为信号处理的主架构,中心控制机房1台,8个设备放置区域各一台,对每组线阵进行分别、单独处理。全部采用DANTE数字信号光纤传输,避免在信号传输上信号丢失和信号衰减。从中心机房到8个设备放置区域,每个区域只需要放置两条光纤线即可实现信号的传输与备份,从而保证的信号传输质量、简化施工难度、节约施工成本。

室外扩声系统架构设计
室外扩声系统架构设计

大型广场扩声汉山广场室外扩声系统
大型广场扩声汉山广场室外扩声系统

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