现代音响与调音技术(第四版) 课件 第6章 数字网络音频扩声系统

第6章数字网络音频扩声系统6.1概述6.2AudioNet网络音频平台工作原理6.3网络音频平台的连接6.4户外扩声系统实例本章小结

6.1概述

C－MARK音响数字系列产品中的AudioNet数字网络音频平台是一种将硬件和软件以及通信协议集成为一体的专业音响设备,是集矩阵切换、音频传输、综合音频处理、远程控制等多功能于一体的应用平台,它由多种不同的传输功能模块、音频处理模块及操作软件组成,用户可以根据系统的要求灵活选择。

6.1.1数字音频技术

所谓数字音频技术是把模拟声音信号通过采样、量化和编码过程转换成数字信号后传输,设备接收后再将这些数字音频信号加工和处理,还原为模拟信号,获得连续的声音。这实际上也就是A/D(模拟/数字),D/A(数字/模拟)的转换过程。

数字音频既可以通过软件在计算机上实现,也可以通过硬件来实现,CMARK音响数字系列产品RS1200软件和网络音频传输器/处理器就是软、硬件实现的例子。

6.1.2网络音频平台

AudioNet数字网络音频扩声系统由网络音频传输器、网络音频处理器、网络音频接口、网络音频数字功放、矩阵数字功放、网络有源音箱等组成。系统设备通过CobraNet网

络接口与网络音频接口(EtherNetSwitches)进行连接,具有相当高的灵活性。在已经搭建好的CobraNet音频网络中,无需手动拔插改变硬件设备的连接方式,在电脑中打开RS1200软件,通过鼠标点击一下各模块间所需要的连线,然后点击编译就代替了设备间的音频连接线。

同样,如果需要一台均衡器,只需用鼠标将均衡模块拖放到RS1200软件桌面即可,其他功能模块的添加也是这样。这样就可对CobraNet音频网络中的所有音频信号的音频处理方案和参数进行设置或实时控制,实现音频信号传输、处理的全数字化。网络音频平台将数字处理器和计算机平台进行了最合理与优化的组合,将音响设计和应用集于一身,使得音响工程设计师在进行音响工程系统设计的时候,充分享受了计算机网络带来的便利。

6.1.3CobraNet技术

CobraNet是通过以太网传输高质量数字音视频流的技术。CobraNet以其良好的互通性、低成本、可靠性、稳定性、可预见等特性,并通过良好的商业运作机制迅速的占领了以

太网音视频传输市场。自从PeakAudio公司发布第一块CobraNet模块以来,到目前为止,得到了包括Peavey、Crestaudio、QSC、Crown、Bose、BOSCH、YAMAHA、EAW等四十多家国际一流音视频设备公司的支持。

6.1.4网络音频平台的技术结构

AudioNet网络音频平台是集矩阵切换、音频传输、综合音频处理、远程控制等多功能于一体的应用平台,能满足大型音频系统的各种要求;网络音频平台由多种网络音频传输

器和网络音频处理器及操作软件组成,用户可以根据系统的要求灵活选择。网络音频平台的技术结构如图6-1所示。

图6-1网络音频平台的技术结构

网络音频平台采用网络传输多路高质量数字音频信号的技术,由软件、硬件和协议等组成。利用CobraNet技术,许多高质量的音频信号和控制信号可以一起通过一根CAT－5

电缆或光纤传输,并且可以将模拟域的音频处理转移到数字域中实现。与传统的Ethernet网相比,CobraNet网络真正解决了音频数据传输的实时性问题。音频信号和控制信号传输

连接如图6-2所示。图6-2音频信号和控制信号传输连接图

在CobraNet中,单一音频信号音频通道的采样率为48kHz,分辨率为20bit,8个音频通道组合成一个数据包。音频通道示意图如图6-3所示。

图6-3音频通道示意图

网络音频数据包协议/应用格式如图6-4所示。图6-4网络音频数据包协议/应用格式

6.2AudioNet网络音频平台工作原理

音频网络平台的硬件包括处理器(DRB设备)和传输器(DRC设备)。处理器为音频网络平台提供一个对信号进行操作和处理的环境;传输器就是音频的输入/输出接口,也就是能够进行A/D、D/A的数模转换设备。模拟和数字音频信号的处理就是通过这两种设备来完成的,DRB设备连接示意图如图6-5所示。

图6-5DRB设备连接示意图

6.2.1处理器

在处理器设备的数据库中存有各种不同种类的信号路由器、信号显示器、数字式可调整参数均衡器和图示均衡器、2分频至多分频的分频器、延时器、压缩限幅器、扩展器、噪声门、信号发生器、测试仪等100余种音频信号处理设备,这些处理设备可通过软件集成在一个处理器之中。也就是说,一个处理器可以代替上百种音频处理设备。

1.DRB－206A

对于小型的系统来说,采用DRB－206A就可以构成,DRB－206A是集数模转换传输和处理器为一体的最小型的音频网络平台设备。

这个仅有1U的DRB－206A可以完成对信号的所有处理和转换功能。一个DRB206A可提供2路模拟线路输入和6路模拟线路输出、6路数字信号输入和2路数字信号输出。可以说DRB－206A是音频网络平台整体的一个缩影。DRB－206A外形图如图6-6所示。图6-6-DRB206A外形图

2.DRB－8A

对于一般的系统,可用DRC传输器加DRB－8A处理器来完成。DRB－8A是自带8个模拟输出的处理器,它的声音处理能力和通道比DRB－206A要强大。

DRB－8A具有对转换成数字信号的音频信号进行处理的功能。这个仅有1U的DRB8A可以完成对信号的所有处理和转换功能。一个DRB－8A可提供8路数字信号输入和8路模拟线路输出,其背板图如图6-7所示

图6-7DRB8A背板图

3.DRB－1

DRB－1是音频网络平台上的数字处理器。对于大型的系统,要用DRB－1来完成,它的处理器和数模转换传输设备是分离的,只能处理网络上的数字信号,有很强大的网络处理能力。

DRB－1是音频网络平台里处理功能最强大的处理器,它与DRB－8A和DRB－1的结构组成几乎是完全一样的,它们的主要区别在于DRB－1可以同时处理8个数字输出和8个数字输入信号,没有模拟输出和输入接口。DRB－1的外形图如图6-8所示。

图6-8DRB1外形图

6.2.2传输器

传输器属于数/模(A/D)、模/数(D/A)转换设备,它的功能是将音频信号转换成可供DRB设备处理的数字信号。系统通过传输器把音频信号转化成数字信号,然后通过处理器实现对音频信号的处理,处理后的信号还要再转化成模拟信号,以便输出到音频放大器进行放大。音频网络平台的硬件系统完成了从音源输入到音源输出再到功放输入之间的所有声音处理。

DRC0808A具有8个通道模拟平衡式输入和8个通道模拟平衡式输出用来连接模拟音频信号,它为模拟音频信号的数字处理搭建了桥梁。DRC0808A外形图如图6-9所

图6-9DRC0808A外形图

1.DRC－0808A面板介绍

(1)电源灯:电源状态指示LED(红色)。

(2)网络灯:网络状态指示LED(绿色),若DRC与网络正常连接,则该灯常亮,反之,该灯为灭。

(3)状态灯:DRC工作状态指示灯(黄色),若DRC工作正常,则该灯常亮,反之,该灯为灭。

(4)液晶显示:LCD界面显示如图6-10所示。图6-10DRC0808ALCD界面图

2.DRC－0808A背板

DRC－0808A背板包含有电源、数据、时钟等各种接口,其背板图如图6-11所示。图6-10DRC0808ALCD界面图

6.2.3软件工作原理

RS1200软件由两种不同的图形化模块组成:硬件路由关系设置模块和DSP(数字音频处理)处理模块,可分别保存为.rs文档与.dsp文档。路由关系设置模块用于实现数字音频

信号的分配与控制功能,DSP模块用于实现数字音频信号处理功能的图形化操作与实时控制,如图6-12所示。

图6-12音频信号处理图形化操作与实时控制图

在路由关系设置模块中可以进行设备管理和设备的路由设置等操作,包括增加删除设备、建立设备间连线等,可实现软件界面连接关系与硬件需求连接关系之间的映射;在完

成文档的编辑之后,点击下载,硬件设备即可完成软件指定的路由方案。此模块还可以对话音放大设备的输入增益进行动态控制,如图6-13所示。图6-13输入增益动态控制图

在DSP模块界面中可根据用户的需求对DRB设备内部DSP功能进行设置,并将命令下载到DRB设备。在执行下载后,还可对DSP算法模块的参数进行实时的调节,如图6-14所示。图6-14DSP算法模块的参数进行实时调节图

网络音频平台系统软件工作在Windows系统中,所有的工作只要通过鼠标和键盘在计算机屏幕上就可以完成。在软件中含有数百种虚拟的设备,可供使用者任意的组合和调

用,从而设计和创造出一整套声音系统。在软件的菜单中可以调出诸多设备,就像已经购买了许多的音响设备一样。在设备准备好后,将这些设备用线连接起来,图6-15和图6-16分别给出了设备连接与DSP模块连接作业图。

图6-15设备连接图图6-15设备连接图

当整个音响系统都设计好后,并不是马上就可以应用,还要经过最为重要的一个步骤——编译(compile)。编译的作用就是使所调用的设备和设计的系统不再是虚拟的,而成为一个真实存在的音频系统。编译成功之后,还需要再进一步的调整,也就是调整每一个调用的设置,就像调整普通的硬件设备一样。音频网络平台另一个优点就是很直观的再现了设备。通过双击设备的图标可打开设备对其进行调整,例如,双击31段均衡器,弹出图6-17所示31段均衡器处理图。

图6-1731段均衡器处理图

6.3.1以太网连接

网络音频平台DRB处理器和DRC传输器都必须和以太网交换机连接,通过以太网换机来互相传送数字音频信号。这使得声音的远程传输成为了可能。图6-18给出了2台DRC－0202A传输器和一台DRB－1处理器远距离传输和控制的连接示意图。

6.3网络音频平台的连接

图6-18以太网多点连接示意图

6.3.2无线网络连接控制

音频网络平台具有的强大的功能之一,就是可实现无线网络控制功能。网络连接如图6-19所示。

图6-19无线控制网络连接示意图

6.3.3网络数字功放

NET6000D系列数字功放基于脉宽调制(PWM)技术,具有高可靠性、小尺寸、低重量和高效率等特点。脉宽调制转换器工作时如同高频信号取样器,将可变的振幅(声音)信号转换成等值的脉冲声音信号输出。与其他普通功放相比,该数字功放输出功率更大、具有更高的效率和更好的散热性能,在很大程度降低了尺寸、重量和功率消耗。功率输出有效率达95%,只有5%的热损耗。普通功放在相同条件下比该数字功放多产生10倍的热量。此网络数字功放可广泛用于各种场合:如体育场、广播电台、剧院、演播厅、教堂、影院等。NET6000D网络数字功放外形如图6-20所示。

图6-20NET6000D网络数字功放外形图

6.3.4数字调音台

CDM24面向大众的设计理念,延续了CDM12的网络化、多功能、易操作、高性价比以及时尚的外形设计等诸多优点,同时在数字接口、音效处理、安全稳定性等方面做了进一步的优化和升级,每个MIC输入具备独立的+48V幻象电源开关及相位倒转开关。并具有高通滤波、3段全参量EQ、噪声门、压限与扩展、自动增益AVC、延时、去风声等完善的通道处理能力。更适合于各类演艺、会议、录制等场合使用。CDM24数字调音台外形如图6-21所示。

图6-21CDM24数字调音台外形图

6.3.5K系列网络有源音箱

K系列网络有源音箱是一款集网络传输、全D类数字功放和带有远程控制及监测为一体的全频音箱,具有高效率高声能输出、出色的音质、完善的保护功能和良好的电磁兼容特性。K系列网络有源音箱低音和中高音分别用两个独立D类功放推动,其监控软件可在PC端远程对有源音箱的工作温度、负载两端电压、电流进行监控,并可实现增益调节和远程开关机功能。这一系列的音箱采用CobraNet技术,具有备份模拟输入接口及CobraNet网络输入接口。音频传输、控制、监测,仅通过一根CAT5网线连接完成,可直接接入AudioNet网络音频平台。K系列网络有源音箱外形如图6-22所示。图6-22K系列网络有源音箱

K系列网络有源音箱常用型号有:

(1)K12为两分音12英寸低音+44T高音。

(2)K15为三分音15英寸低音+75T中音+44T高音。

(3)K15M为两分音15英寸低音+44T高音。

(4)K30为三分音双15英寸低音+75T中音+44T高音。

(5)K18为18英寸超重低音。

6.4户外扩声系统实例

6.4.1扩声系统设计思路户外扩声系统要满足音频信号远距离传输的信噪比、电源电压波动范围、灯光系统对音响系统干扰、系统的集中控制与管理、备份传输系统以及系统防雨等方面的要求。根据实际情况,户外扩声系统有多种构成方式。

此套系统设备有多项专利技术为后盾,更有世界著名声学软件设计公司德国SDA为C-MARKLND32支持的EASEFocus声学设计软件作现场效果模拟,可指导安装现场

音箱的吊装、音箱之间的角度调整、音箱之间的增益调整等,最大限度地保证了系统方案的合理性与优化性。设计不仅实现了整个系统运行稳定、技术先进、网络化的控制与管理

的目标,更印证了数字音频网络系统必将取代传统模拟音频系统的趋势。

6.4.2设备的选用

户外扩声系统中使用了C－MARK网络音频设备DRC－0808A8进8出网络音频传输器1台,DRC－1600A16进网络音频传输器1台,DRC－0016A16出网络音频传输器3台,DRB－1网络音频处理器2台,DRE－24网络音频接口1台,CDM24数字调音台2台,LND32A大型有源线阵音箱24只,FT10有源低音音箱12只,FT04A有源音箱作为返听及台唇补声音箱各8只。

该系统中,设备的具体连接方式如图6-23所示。

图6-23户外扩声系统设备连接图

该户外扩声系统中扬声器全部使用有源音箱,并使用AudioNet网络音频矩阵系统进行音频的传输处理。使用传统的连接方法需要使用大量的音频电缆,由于大型户外演出现

场人员多、情况复杂,这将会给扩声系统带来不稳定的因素,而且大量周边设备会增加安装与调试时间,并使系统的抗干扰能力明显下降,带来传输特性的劣化。特别是与展会的

灯光系统混合布置时,更易出现明显可闻的干扰噪声。AudioNet网络音频矩阵系统的使用完美解决了此类问题,长距离的设备之间采用网线传输数字信号,高质高效。

网络音频处理器的使用完全替代了大量的模拟周边设备,在RS1200软件中就可完成系统的搭建及调试,系统信号路由方式的软件设备连接图如图6-24所示。

图6-24RS1200软件设备连接图

6