音响系统架构设计定位的方法

汪晓琦

音响系统的架构定位，如同一栋房屋的结构选择。砖木混合结构建的房屋最多不过十层，而要想建立三十层以上的大厦，再好的砖块也无济于事，必须选择更坚固的金属水泥混合框架结构。音响系统也是同样的道理，大型系统的功能品质不是尽量选择高品质的单品所能保障的，必须从基础架构的设计定位开端就找准目标。

音响系统自从诞生之日起，就有着千差万别的需求。从最初的小型扩声、乐队表演，到目前越来越多的会议、多功能厅的需求，乃至发展到大型集成化的远程管理需求。因而音响系统本身也逐步发展了一些不同的解决方案，它们在不同角度适应着不同的项目的需求。

要想做好音频架构的设计定位，需要从多个角度去考虑。包括技术、建设成本、管理成本等多个方面。本文仅就技术层面做一个分析，关于管理成本等综合分析方法，请见《InfoAV China》下一期本人《从成本管理的角度去看待AV集成设计》的文章。

第一代音响架构——纯模拟架构

自从最早的电子放大技术出现起，通过不断的迭代升级，市场上出现了高保真的放大器，它将人类自身以及自然界的声音扩大，以使得更多的人同时听到了高品质的声音。大约二十年前，从调音台、均衡器、分频器、压缩器等声音处理设备以非常丰富的调控手段对声音进行处理。它们有个共同的特点：模拟链接、模拟处理、模拟传输。它们是第一代音响架构——纯模拟架构（AAA）。纯模拟架构的各个功能按键旋钮都直接显示在仪器表面，优点是操作非常直观，然而其缺点也是直观。非专业操作人员往往会出现误操作。其结果可能是“牵一发而动全身”，紧跟着越调越乱，最终导致整个系统调整后的结果与最初目标南辕北辙。

第二代音频架构——数模结合架构

哪怕是专业的操作人员，往往也希望能过不要一次一次的反复调试，有些场景数据如某些音箱对应的参数或者那位歌手或者乐器调试好了的数据能够保留，而不必担心临时调整打乱了回不来。因此，市场上针对此类需求，提出了改进，出现了数字调音台和数字周边。分别针对前端输入信号和后级输出信号进行调整和存储。它们的特点是：数字处理、模拟连接、模拟传输。属于第二代音频架构——数模结合架构（AAD）。这样的架构在保证高保真扩声的同时，极大地缩小了设备的尺寸规模，往往一台1U的数字周边，可以相当于纯模拟的数台乃至十多台设备才能完成的工作。并且可以存储大量的场景。

这样的数模结合架构在各类演出活动中非常受欢迎。可以让工程师非常简便地调用音箱数据而不需要反复调试，调音师可以便利地将调试好的场景进行存储，不必每天上班都要冲头来过。

当有了数字化的调音台和周边之后，同时专业扩声系统要求的规模也越来越大。扩大规模的一个必须的环节就是信号的复制。而模拟连接的设备在复制信号的过程中，会产生大量的AD/DA转换，将原本高保真的信号衰减得很厉害。同时，大量复杂的跳线也使得工程人员苦不堪言。虽然理论上系统架构通过分配器等设备可以尽量追求高保真的大型扩声，但实际上由于线路损耗、转换损耗以及电磁干扰等等各种因素，人们更希望有一种能够完全在系统内部完成各种分配和处理的方案。

第三代音频架构——纯数字化音频架构

与此同时，调音台进入数字化的时候，其操控功能比起模拟调音台的直观，还是增加了很多的复杂性，使得一般非专业的企业用户对此非常恐惧，希望能有更简单，更智能的操作管理方案。相对这个操作的需求，宁可牺牲一些比如操控性或品质上的要求。

随着DSP技术的发展，让整个音频系统集中到一个架构里面已经可以实现了。它可以包含混音、品质处理、大型矩阵式分配、时间同步等一系列大型高级处理。并且只有一次AD/DA转化，甚至有的产品可以将功放电路也集成到数字架构中来。整个架构为：数字处理、数字连接、数字传输。称为第三代音频架构——纯数字化音频架构（DDD）。这个架构中，将全部的音频系统都集中到了系统内部，充分利用DSP的运算能力，完成过去无法实现一些智能化的算法，比如AEC、AGC、ANC等，充分将操作者从复杂的界面中解放出来。同时可以与第三方数字控制技术集成，完成智能化的扩声系统。

由于DSP技术的优点以及大量使用该技术的诸如会议室、演讲室等环境对现场操作精度要求的降低。用户更希望能够在一个机房集中管理大量的扩声系统。而第三代的系统特点只是在一个小型的系统下完成工作，要想将声音传输到远方，还是需要借助第三方的通讯方式。这给大型扩声工作带来了一些局限性。

第四代音频架构——数字化网络架构

随着网络技术的发展，音频扩声系统也掀起了一次新的技术革命。网络化高保真传送技术很好地融合到了音频系统中。各个厂家百花齐放，研发了很多不同的网络传送技术。有了大型网络架构，音响工程师可以在一个中央机房管理网络连接没有地域限制的音频系统。同时，因为是网络化架构，远程管理的目的往往包括了同一个系统需要服务于多个扩声项目。

此类技术特点为：数字处理、数字连接、网络传输。定义为第四代音频架构——数字化网络架构（DDN）。

第四代技术可以远距离传输和管理大型网络，它的底层应用是网络技术。只要充分保障网络和核心处理服务器的安全运行，就可以确保音频系统的稳定工作。但问题也出在这里。通常核心服务器在修改某一个扩声目标的功能架构时，需要通过上传和下载数据的方法来完成，需要停止工作。那么其他在工作的区域的正常工作会受到影响。更重要的是，万一服务器死机导致数据丢失，那么损失的就不是一台机器的问题，意味着整个系统需要重新安装调试。这一点是大型项目不能接受的。能够对核心数据进行备份的技术才是网络化音频架构的根本保障。因此，在第四代音频架构的基础上，音频行业又出现了第五代音频架构——云架构。其特点是整体架构建立核心云存储，采用云传输和云计算的工作模式工作。网络连接、云存储、云传输、云计算。（NCCC）。

第五代音频架构——云架构

云架构有个基础要求就是备份稳定性和传输时间。第四代音频架构中网络传输的代表技术ConbraNet缺点就在于传输时间过长，为ms级，不能满足中央管理的需求。而新一代的传输技术如DANTE、AVB等均为ns级，可以满足技术需求。同时，云主机的备份不仅仅是一台服务器烧毁了另一台接续工作，而是需要备份机能够很准确地识别主机当前是数据出错、控制出错还是外部网络路由出错等任一工作状态，并且在极短时间（目前技术为秒级）内将外部设备的网络路由和工作接口关系转换到备份机。并且能够在工作时实时备份并恢复主机当前的调整参数如某个通道的音量等，使得备份还原之后的场景和原始状态一致。

当然，也有人提出能否用冷备份代替热备份。从架构工作上是可以的。但缺点是实时数据是无法同步的。因此，对于有一定扩声品质需求的项目来说是不可行的。它仅可以适用于每次启动都是固定品质的扩声需求，如主题公园等。

除了数据备份的特点，由于采用中央云计算，一个系统中可以同时容纳多个不同的功能。比如，一个会议大楼内，同时存在的音频需求有：背景音乐，消防广播，紧急循环，会议系统，导览系统和信息发布（语音）等。常规做法需要多个系统独立工作。而在云架构下，可将全部需求统一成一个大系统，在云备份确保安全的同时，在一个管理平台下完成全部的工作。具体内容可见本人《融合通讯管理指挥系统》。它带来的另外一个优点就是综合管理成本降低。详见本人《从成本管理的角度去看待AV集成设计》。

当然，云架构除了核心云，还可以建设分散云。不要集中一个服务器，而是将云计算的功能分散到各个小区域。在后台统一管理。这个概念的架构可以称之为5.5代吧。

不同架构技术的适应场景

综合以上分享的内容。音频系统经历了五个发展阶段。分别是全模拟、数模结合、全数字、网络化和云架构。这些系统没有绝对的好坏之分，每个都有不同的优点和缺点，根据以上特点，那么我们现在可以很容易推导出不同架构的技术适合应用在什么样的场景了。

第一代：全模拟。适合功能简单，投入成本低，不要求更多扩展的系统。或者说，不希望AD/DA转换过程中带来品质影响。比如，要求不高的小型扩声、小型表演等。

第二代：数模结合。适合有专业音响师操控的工作环境。如专业表演、大型扩声等环境。

第三代：全数字。适合固定功能和品质要求单一的场所。如讨论型会议室、展览展示、各类广播等。

第四代：全数字网络化。适合对通讯安全要求不高的分散式扩声。如大型广播、主题公园、各类会议大楼、酒店等等。

第五代：云架构。适合对安全性和保密性等要求较高的场所。如会议大楼、指挥中心等。

另外一个让人关心的话题是投入成本。因为规模的原因，第一代的架构很小，总成本应该低很多。而云架构这个高大上的名称让人感觉应该是投入巨大才能完成的。实际上以上系统投入硬件的费用并非是梯形上升的关系。在一定品质要求的前提下，可能第二代的采购成本比第三代还高。在功能和数量达到一定规模的会议大楼扩声系统中，第五代云架构比第四代网络架构的总成本可能要低很多（有项目案例第五代架构比第四代架构总体低30%以上）。我们在设计定位的时候，可以充分考虑各种不同架构的系统特点，合理选择，以达到最佳的技术配置的目的。特别是一栋大楼、一个企业的整体系统规划的时候，更是需要高瞻远瞩，从架构上选择准确，方能事半功倍。

典型场景下的音响系统架构设计方法

某大型企业，在各园区分布了多个各种类型的会议室，但管理人员仅有一人。希望能够做到统一监管的效果。

为了做好管理的工作，首先的工作是将会议室工作类型整理。一般认为，可能有：

1.单视频显示会议室：仅有一台或两台投影或电视机作为显示终端；

2.小型讨论型会议室：有不多于16只话筒，一个或两个显示终端；

3.大型讨论会议室：多于17只话筒，一个或两个以上的显示终端；

4.演讲型多功能厅：演讲型会议兼多功能文艺汇演；

5.目前已经有了很多个会议室，以后还需要再建设更多的会议室；

以上每个会议室均有可能需要视频会议或电话会议功能。

因为会议室多，而且分布很广，因此有必要采用大型网络架构联网进行管理工作。但是由于大型网络的建设周期长，前期投入大。再加上调试过程中需要大量的时间，可能会影响现有会议室的工作。因此，直接上第五代云架构是不恰当的。

整改规划：

1、首先明确未来的系统架构，必须是在第四代以上的网络型架构，方可以做好管理。

2、可以考虑非核心云，而采用分散云的架构。核心的数据运算放置在各自的会议分区大楼。核心交换数据集中在中央服务器，由中央服务器进行后台监控和远程帮助。

3、需要大量使用电话会议和视频会议的房间，设立独立的视频会议设备，少量偶尔需要使用视频会议或电话会议、VOIP通话的会议室，可以由后台服务器提供此功能，并路由到该会议室。

4、系统的后台服务器长时间待机，并保持备用服务器值班；

5、系统的启动分三种方法：

A.OA预约：当该会议室被预约了时，距离该会议室使用前15分钟，OA发送触发信号给核心控制器，核心控制器发送启动信号到该会议室，会议室音视频系统启动；

B.现场开机：当没有预约而需要使用该会议室时，可以现场人工启动。启动方式为一键式自动完成音视频系统的启动和初始化；

C.远程启动：由后台人工发送启动命令，远程开机。

6、对于大型系统的关机管理，也需要额外设计。除了能够做到自动关机，还需要能够自动判断，从而做出自动关闭的工作。例如，当话筒或其他信号输入通道长时间（可设定，比如30分钟）未接受到信号输入，可以认为该会议已经结束。音频系统主机发送出一个关机命令到该会议室中控系统，中控系统启动关机命令，从而完成自动关机的工作。

7、针对仅有视频显示终端的小型会议室，目前的显示设备都能够做到无信号自动关机。要求设定每个设备都做到自动关机。

8、至于已经建设好了的会议室，则需要逐步改进。重点是核心音频处理，需要进行网络化管理和数据监管。最终统一成一种云架构的管理方式。

以上建设有个基本前提，即系统本身的扩声或视频处理是完整的，没有重大缺陷的。随着网络化架构的建设，系统原先需要的网络化管理的功能是可以实现的。随之而来的是一个新的问题：信息保密——如何确保会议音频信号在正常管理的过程中不被网络上非法获得？这个问题非常重要，可以知道的是目前的技术已经可以做到了自由管理和控制。具体办法请见后续文章《大型音频架构中信息安全的分级管理》。

限于篇幅，不能尽述。有兴趣讨论的朋友可以与我联系。