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認識數字音頻處理器
發布日期:2019-9-2   點擊次數:

音頻處理器在音響工程中已經應用非常廣泛了,在音響系統進入第二代技術的象征,就是出現了數字化的音頻處理器。從廣義上來講,只要是數字化架構,具有音頻處理能力的產品都可以叫做數字音頻處理器。然而市場上類似產品種類很多,所引用的名稱也有些差異,比如:音頻處理器、音箱處理器、系統處理器、音頻矩陣、媒體矩陣等等。它們之間有很多共同點,同時也有著非常大的差異。從價格上判斷就是一個巨大的區別,可以從價值人民幣一兩千元一臺到十幾二十萬一臺(套),相差數十上百倍。從音頻系統第一代到第五代的發展歷程中,我們可以知道,第一代的音頻技術就是中的周邊設備太復雜,并且調整數據難以保存,容易存在“牽一發而動全身”的現象。因此,市場需求和技術進步催生出了第一代的音頻處理器。然后隨著時代的發展,第三代、第四代、第五代音頻技術逐漸推出,音頻處理器的功能越來越強大,今天,我們就專門來聊一下數字音頻處理器。

在展開討論應用之前,(已知我們要討論的是數字化產品),我們先要知道什么是什么是矩陣、處理器、音箱處理器又是什么?然后才好比較完整的知道大型媒體矩陣與普通音頻處理器的差異。


什么是矩陣

矩陣本身是一個數學上的名詞。在數學中,矩陣(Matrix)是一個按照長方陣列排列的或集合。在音頻技術中,就是輸入和輸出信號節點管理功能的意思。在數字模型上,就是m×n的格式。通常,m代表輸入端,n代表輸出端。

▲8進8出普通矩陣,節點關系是on與off

常見的矩陣有三種,普通型矩陣的節點僅有“on”和“off”的功能;表示輸入和輸出端的信號分配關系。

參量型矩陣的節點,除了“on”與“off”的功能外,還可以進行對該節點的輸出音量值調整。調整單位通常為“dB”(分貝)。即可以調整每個輸入信號分配到指定輸出端口的數值。

8進8出參量型矩陣節點除了開關,還可以調整音頻輸出的參量

帶延時的參量型矩陣,除了完成參量型矩陣的功能外,還可以對每個節點進行延時量的調整。調整單位通常為秒“ms”(毫秒)。延時模組的關閉即無延時輸出,不影響信號電平的輸出。

8進8出帶延時參量型矩陣在節點音量調整同時還具有延時參數調整

在專業音頻應用領域,單純的數字矩陣設備是沒有的。只有在視頻矩陣廠家產品中,在與視頻配套的設備中,有僅帶有矩陣功能的產品。


什么音頻處理器

簡而言之,所謂音頻處理器,就是具有音頻處理器能力的產品。一般擁有多個輸入輸出端口。不同廠家的不同應用的產品端口上存在不同。對應功能模組的不同,還可以細分為音箱處理器和系統處理器。

系統處理器

dbx PA :2進6出數字音頻處理器

上圖所示為美國dbx PA 音頻處理器。輸入端口額定值為0dB。廠家推薦的應用包括2*3到2*6等不同的方案。其接口形式和額定值決定了它是一臺用于調音臺和功分器之間的音頻處理器。不具備取代調音臺的接入和處理能力。同時由于他的接口m和n≥2,并且可以指定輸入到輸出的關系,因此,也可以認為它有矩陣分配的能力。

信號流程及模組說明

在這個產品的功能中,我們還可以看到,矩陣之后針對每一路輸出有獨立的品質調整,包括三段參量均衡器、壓限器和延時器,同時,在矩陣之前,它還有針對全局的圖示均衡器和壓限器噪聲門等電路,具有對整體系統進行調整的能力。同時,它的模擬卡隆接口的屬性決定了它無法進行數字分配,即無法擴展成更大規模的用途。

因此,我們可以認為它屬于系統處理器。


音箱處理器

音箱處理器就是在系統處理器基礎上去除了針對系統全局進行處理的產品,其核心功能僅針對輸出端完成。

音箱處理器和大型系統處理器之間的核心區別不僅僅是是否少了一組輸入端的圖示均衡或壓縮器。這在電子產品架構制造中是非常簡單的。真正的區別核心是:是否具有對全局系統進行處理的能力。

全局系統的處理關鍵,是輸出的音箱之間的分布關系。如果音箱分布的距離比較近,比如小型演出中,全頻音箱安放在超低音箱上,兩個單元相差的距離不過1~2米,它們之間需要調整的延時量不過10ms以下就夠了。但是如果是一個大型擴聲系統,主音箱可能存在分布式布置,音箱之間的差距可能在數十米以上,那么音箱之間的延時量就需要非常大,有時甚至在100ms以上。(相對于均衡器壓縮器等,延時模塊制造成本高很多)。并且,每一個輸出端除了用于系統總體布局的大的延時模組,還需要一些高精度的用于揚聲器單元之間相位校正的ns級延時器。比如很多名牌音箱的處理器,除了參量均衡對揚聲器的品質校正,還有精確延時對揚聲器單元之間進行協調一致。有的還需要用到FIR濾波器進行調整。

因此,很明顯判斷,當一臺處理設備,它具有非常多的輸入輸出端口,比如8×16、16×16等。同時,它的輸入端接入電平限幅為0dB,系統內部延時功能又不足以滿足系統的長延時指標,那么它就只能用于音箱處理。只能稱之為音箱處理器。此類產品價格較低。


什么是音頻矩陣

在專業音頻領域稱呼的音頻矩陣,不僅僅具有音頻系統處理器的能力,還需要更多的功能,至少,它的輸入電平可以從0dB至-60dB,有的甚至到-66dB。可以連接專業音頻信號(0dB)、民用級音頻信號(-10dB)、動圈話筒信號(-25dB~-55dB)、電容話筒信號(-30dB~-66dB)并且提供幻像電源供電。此類產品最初引入市場的是美國PEAVEY的產品。行業中為了區別音箱處理器或一般系統處理器,稱呼為音頻媒體矩陣。目前由于多媒體技術的長足發展,為了區別與視頻多媒體相關的矩陣產品,我們統稱為音頻矩陣或數字音頻矩陣。


AVH數字音頻處理器

數字音頻處理器

除了接入接口的不一樣,音頻矩陣往往還有可通過數字的方式進行音頻信號通道擴展的功能。同時還有外部控制接入和輸出,比如RS232\RS485\GPIO等等,高級一些的還具有網絡信號的接入。包括網絡音頻傳輸和網絡控制信號。

它們的功能已經不僅僅是滿足于通過傳統的擴聲流程來對音頻信號進行管理。更多的交互功能出現在音頻的系統中。使得它們可以做更大型的工作。最主要體現在:架構、功能和應用目標上的不同。


架構區別

系統能否做大做強,關鍵在架構。此前,深圳奇正設計顧問(手機微信:13510740337)曾多次撰文提出系統架構的概念。目前的音頻矩陣主要分兩種架構。各有優點。

一種是固定流程的架構,一種是可以自由編譯的架構。

固定流程架構的產品代表如下圖所示,每一個模塊的功能和信號流程都已經很明確的體現在了軟件界面上,用戶不可以改動流程架構,但可以對參數進行調整。缺點是靈活性不夠,優點是每一個模塊的功能都是明確的,可以充分使用的,不存在任何資源冗余的問題。穩定可靠。可用于有明確應用目標的系統建設中。

固定架構軟件控制界面。參數可調架構不變。

另外一類架構是可以對每一個模塊進行自由編輯的產品。通常稱之為動態編譯架構。優點是給予工程師的自由度極其高,沒有任何限制。甚至有的工程師將音頻矩陣中的邏輯功能發揮到極致后,完全取代了中控主機的功能。

固定架構的音頻系統的功能,最多能夠做到第四代系統架構。在第五代云架構音頻系統中,自定義模組的設計功能可以完成數據加密的功能,同時,自動系統檢測和云備份的功能是音頻處理器的最高境界的發揮。


功能區別

可動態編譯音頻處理器軟件界面

功能上音頻矩陣在完全擁有一般音頻處理的功能外,還擁有比如Ducker、Gating Auto Mixer、Gain Sharing Auto Mixer、Room Combiner、AGC、ANC、AEC、Invert、Source Selector、Router、Feedback Suppressor等音頻類功能模塊,單個矩陣模組的規模最大已經到了256×256路之多。有的專用設備上還有電話接口和VOIP接口,多數還有各類Logic的應用模塊。同時,音頻信號的互聯互通也做得非常好了,常用的傳輸協議有ConbraNet、Dante、AVB。并且AVB協議是同時支持音頻和視頻的,在一條網線上可以傳輸雙向420路音頻和256路視頻。這些,都是普通音頻矩陣所不具備的功能,也是大型音頻系統建設所需要用到的功能。也是目前市場上價格最高的產品,從數萬到十多萬一臺(套)都有。


應用目標區別

產品設計的核心目標是在應用。固定架構的設備,其應用技術主要在參數的改變,我們稱之為“調試”,而大型動態編譯的音頻矩陣類產品,其強大的功能主要體現在應用工程師針對應用環境的功能設計,是將產品變更成出廠不具備的功能,我們稱之為“二次開發”。

二次開發功能舉例:多通道可擴展音箱檢測模組


根據上述了解,我們可以得知以下應用目標的區別:

音箱處理器:用于專業擴聲中對音箱的品質校正。還可以用于要求不高的小型擴聲,比如小型廳堂等。或者為了節約前端資源,專門用于后端的音箱參數校正。

系統處理器:用于大型專業擴聲中音箱和整體系統的控制。比如大型演出、大面積多區域廣播。

固定架構的音頻矩陣:用于對已知功能目標的音頻系統。常用于會議室、演講室、報告廳等。

動態編譯架構的音頻矩陣:可用于任何音頻系統。并且由于其便利的數字擴展,在應用在傳統的大型擴聲系統中,比傳統的系統處理器要有更多的技術優勢。第四代網絡化架構和第五代云架構音頻系統必須采用的技術。

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