音频系统改造

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音频系统改造(精选十篇)

音频系统改造 篇1

随着数字科技的迅猛发展, 无论您是否喜欢, 调音台是彻底“被数字”了。转型年代, 我们焦虑于调音台功能显示从大同小异的模拟界面变成了各式各样的数字操作界面, 巨大的变化打破了我们固有的习惯, 使得我们的主要关注点集中在调音台面上了, 我们难于关注声音质量, 无暇关注艺术创作, 加之数字调音台较模拟调音台仍是相对不稳定, 对我们而言仍是不够“得心应手”, 我们的专注点就在播出安全了。

眨眼间我们不再“被数字”, 因为除了数字我们别无选择, 我们已经到了后数字时代。在实践应用中我们发现数字系统没那么可怕, 操作也没那么复杂, 广播级的数字调音台也不是那么不稳定。于是先于我们推广数字系统的欧美用户们调整专注点了, 在技术进步的前提下他们再度关注声音质量, 再度思考艺术创作, 而且他们也发现数字平台上的艺术创作比模拟平台的艺术创作有着更广的空间和更大的自由度, 可以充分发挥录音师的想象力和创造力。

2010年始, 欧美用户开始不满足某些调音台厂家的廉价模数/数模转换器, 纷纷要求调音台厂家开放控制协议, 使得他们可以选择第三方路由系统的高品质模数/数模转换器。

在如此时代背景下, 中央电视台紧紧跟踪数字时代潮流和发展方向, 完成了第9演播厅群音频系统的改造, 完美地达到了“播出安全、声音质量、艺术创作”的设计需求。

2010年9月中央电视台决定对第9演播室群音频系统进行改造, 并用于2011年春节联欢晚会。项目于2010年10月完成竞争性谈判, 最终选用了德国斯泰克 (Stagetec) 系统。项目在11月底完成交货, 12月下旬完成安装调试工作, 并通过元旦晚会直播完成首次实战演练。演播室群音频系统以优异的表现完成了2011年春节联欢晚会、元宵晚会等大型节目的播出及现场扩声任务。

第9演播室群音频系统由第9演播室播控系统、1号演播大厅扩声系统、第9演播室扩声系统组成, 是一个网络化的音频系统。整个系统的核心基于斯泰克获得2010年艾美技术大奖的Nexus数字音频路由系统, 核心路由设备包括2台Nexus STAR中央路由器 (安装在第9演播室播控室机房) , 6台Nexus路由接口机箱 (2台安装在第9演播室播控室机房, 2台安装在第9演播室扩声机房, 2台安装在1号演播大厅扩声机房) , 每台Nexus路由接口机箱同时与2台Nexus STAR中央路由器冗余光纤连接, 构成一个物理独立的双星型数字音频网络。

第9演播室播控室、1号演播大厅扩声控制室、第9演播室扩声控制室各配置1张56物理推子的斯泰克AURUS数字调音台面, 如图1。

Nexus路由接口箱和Nexus STAR中央路由器构成一个路由能力为4096×4096的大型数字音频路由矩阵, 而3张数字调音台在逻辑上是对此路由矩阵的音频信号插入处理。因此每张调音台可以取路由矩阵的任意物理输入端口音频信号作为调音台的输入通道, 调音台的母线输出可以分配给路由矩阵的任一物理输出端口, 如图2。

如此网络音频架构, 使得我们可以极其方便地实现不同节目对于音频系统的不同需求:

●第9演播室播出调音台完成第9演播室或1号演播大厅的播、扩一体;

●第9演播厅扩声调音台完成第9演播室播、扩一体;

● 1号演播大厅扩声调音台完成1号演播大厅播、扩一体;

●第9演播室播出调音台挂第9演播厅或1号演播大厅扩声调音台。

一播出安全

我们从宏安全、微安全、源安全、输出安全、核心安全、同步安全及操作安全方面来分析第9演播室群音频系统的安全性设计。

1. 宏安全性

宏安全性是指从宏观层面上系统的安全性, 包括了系统架构的安全、系统连接的安全。由Nexus路由接口箱和双Nexus STAR中央路由器组成的双星型网络拓扑结构确保了整个系统架构的安全, 尤其重要的是这是智能网络拓扑结构, 也就是说音频工程师完成某话筒输入至调音台输入通道及调音台母线输出至物理端口的路由指派后就不用操心信号是通过怎样的物理途径传输的。譬如:话筒A信号默认通过中央路由器1 (最短逻辑路径原则) 传输到调音台, 当此路径故障时, 话筒A信号自动切换至中央路由器2传输到调音台。

每台Nexus路由接口箱至任一Nexus STAR中央路由器均为冗余光纤连接, 也就是说每台Nexus路由接口箱有4对 (Tx&Rx) 光纤连接至系统, 除非这4对光纤同时连接故障系统才可能丢失这台Nexus路由接口箱的输入/输出信号。

系统宏安全性确保了系统连接故障情况下的系统自动修复功能, 任何故障是不需要人工干预的。

2. 微安全性

微安全性是指从微观层面上系统的安全性, 主要是系统中每台设备的单体安全性, 包括双电源、模块化架构、热插拔等等。

AURUS调音台面、Nexus路由接口箱均配置双电源, Nexus STAR中央路由器配置了四电源;AURUS调音台面、Nexus STAR中央路由器、Nexus路由接口箱均是模块化架构, 所有模块支持热插拔。

调音台面模块化设计对于第9演播室群系统来说特别有帮助, 因为群内有3张同型号的调音台面, 在应急情况下可以用任一张空闲调音台面的模块热插拔替换故障模块。

3. 源安全性

顾名思义, 源安全性是指输入信号的安全性。第9演播室群的输入信号主要是话筒信号和音源信号 (含视频播放机) 。

对于话筒源安全性的考虑, 采用两种方案, 首先是分散故障风险。第9演播室播控室、第9演播室扩声控制室、1号演播大厅扩声控制室各配置2台Nexus路由接口箱。如1号演播大厅2台Nexus路由接口箱各配置36路话筒/线路输入, 这样共72路话筒输入可以平均分配到2台Nexus路由接口箱。

其次对于重要话筒信号, 可以经无源话分 (支持2路幻像供电) 同时馈给2台Nexus路由接口箱。1号演播大厅、第9演播室扩声控制室各配置了36路无源话分, 必要时可以作到最多36路话筒信号同时馈给2台Nexus路由接口箱。配合AURUS调音台A/B输入, 可以作到A接口箱信号接入到调音台输入A, B接口箱信号接入到调音台输入B。

至于音源信号, 第9演播室群对于重要的音源信号都配备了主备播放机, 因此可以很方便地作到主播放机输出信号连接至A接口箱, 备播放机输出信号连接至B接口箱, 同样可以输入至调音台的A/B输入通道。

当某一源信号故障时, 调音工程师需要做的就是切换调音台输入通道上的A/B输入功能按钮。

4. 输出安全性

输出安全性设计包括播出PGM输出安全和扩声信号输出安全。采用的解决方案是分主、备接口箱输出。

第9演播室A路由接口箱输出主PGM信号给主播出音分, B路由接口箱输出备PGM信号给备播出音分, 再由主、备播出音分馈给主、备播出加嵌器, 主、备收录。

第9演播室 (1号演播大厅同) A路由接口箱输出主扩声信号 (AES) 给扩声系统, B路由接口箱输出备扩声信号 (模拟) 给扩声系统。

5. 核心安全性

宏安全、微安全、源安全、输出安全可以确保系统架构、系统连接、设备故障不会造成音频信号中断的严重播出事故, 而数字调音台的核心故障则有可能造成音频信号中断。

数字调音台核心是指处理音频信号均衡、压缩限幅、延时以及缩混的核心DSP处理器, 确保核心安全性就是针对核心DSP故障的对应解决方案。第9演播室群音频系统的解决方案有微处理和宏处理两种方式。

AURUS系统的核心DSP卡 (RMD) 是分布式处理方式, 也就是说某张核心DSP卡故障并不会影响其他核心DSP卡, 但故障DSP卡对应的音频通道信号将会中断。微处理方案就是将DSP卡设置成为N+1配置, 即设置某张核心DSP卡为冗余DSP卡, 当某张DSP卡故障时自动替换故障卡。

宏处理方案就是直接启用备用调音台, 并用备用调音台的输出信号接管主调音台的所有物理输出端口。

得益于第9演播室群音频系统是在同一个大音频路由矩阵的系统架构, 主、备调音台可以方便地作到”一键切换”, 而不用物理跳线。

系统中一共3张数字调音台, 任意一张空闲数字调音台可以作为另2张数字调音台的备用调音台。如在2011年春晚的实际应用中, 第9演播室播控调音台为主播出调音台, 1号演播大厅扩声调音台为主扩声调音台, 而第9演播室扩声调音台作为主播出调音台和主扩声调音台的备用调音台, 同时第9演播室播控调音台和1号演播大厅扩声调音台也互为主备。

备用调音台的源信号取自路由矩阵和播控调音台的同源信号 (非常重要:可以继承主播出调音台已作的前置增益、低切、幻像电源等设置) , 而输出信号则通过备调音台面“调用Snapshot”按键一键切换至主调音台的物理输出端口。

实现的方式非常简单, 且在正式播出前已经完成。若在播出中碰到核心故障, 录音师需要的就是“按键+确认”。

●在主调音台路由设置界面将输出母线通过Crosspoint指派给物理输出端口, 完成后存储为路由Snapshot 1;

●在主调音台路由设置界面将备调音台输出母线通过Crosspoint指派给物理输出端口, 完成后存储为路由Snapshot 2;

●调用Snapshot 1表示主调音台启用, 而调用Snapshot 2表示备调音台启用。

6. 同步信号安全性

Nexus路由系统内置9级同步信号自动倒换系统, 包括8个外部同步信号输出及内部同步信号。

第9演播室播控室路由接口箱A接入外部BB主同步信号, 作为第1优先级同步信号;路由接口箱B接入外部BB备同步信号, 作为第2优先级同步信号;内部同步信号作为第3优先级同步信号。

同步信号自动倒换不会造成音频信号中断和可察噪声, 而系统自动同步在有信号输入的最高优先级别同步信号上。

7. 操作安全性

在播出时人机交互界面有且只有调音台面, 调音台面故障有可能造成录音师紧张而造成人为出错。操作安全性考虑就是尽可能地去避免这种可能性。

AURUS调音台面除母线分配及监听功能外, 几乎所有的操作都在通道条上完成, 只要确保通道条始终能够正常工作, 就不会造成调音师的紧张。AURUS调音台面可翻8页, 因此我们将正常使用的音频通道放在第1页和第2页, 而在第7、8页放置其他音频通道的镜像通道。如话筒1~8输入音频通道放在调音台面第1列模块第1页 (8推子) , 则把话筒1~8输入音频通道同时放在调音台面第2列模块第8页。它们相互之间是镜像的。当第1列模块故障时, 翻到第2列模块的第8页就可以继续工作, 推子、旋钮都在第1列模块的同等位置。9

第9演播室群音频系统的安全性达到了如此高的级别, 使得录音师不再需要过多的注意力放在播出安全上了, 可以更多地关注声音质量和艺术创作了。

二声音质量

通常我们知道, 在模拟时代追求好声音需要好的话筒、好的话筒前置放大器、好的调音台均衡及动态处理以及好的录音师合理的平衡。到了数字时代, 除了上述条件还需要好的模数转换器和好的数模转换器, 好的调音台均衡及动态处理变成好的调音台均衡和动态处理算法。

斯泰克模拟输入采用斯泰克专利的TrueMatch技术。TrueMatch技术通过对同一信号源采用4个不同增益的放大器同时进行前置放大, 并使用各自的AD进行模数转换, 再将所得的四个数字输出送入DSP中进行实时比较, 最终“拼接”出一个最优的数字信号输出给下一级, 如图3。TrueMatch专利话筒/线路输入高达158dB (A) 的动态范围, 也就是说如果话筒不失真, 那么前置放大器就不可能失真。

大动态范围带来的直接提高就是系统峰值余量的提高, 见图4:EBU标准的AURUS的增益架构。

同时斯泰克话筒/线路前置增益放大器内置话筒分配器, 如图5。每一路话筒信号可以最大被4张调音台独立控制前置增益。在演播厅音频系统尤为重要, 使得播出调音台、扩声调音台、多轨录机对同一路话筒输入的控制是完全独立的。

斯泰克话筒输入卡还具备一些特殊功能, 如-0.01dBFS的限幅器, 话筒插拔时自动哑音功能都确保了话筒输入信号无失真、无杂音。斯泰克所有输入板卡都内置测试信号发生器, 用以基准电平的校准以及测试音频通路。

斯泰克线路输入卡、线路输出卡的动态范围也分别高达133dB (A) , 131dB (A) 。

而对于调音台均衡和动态处理的算法评价相对更加主观一些, 在此不予测评。

三艺术创作的自由平台

当录音师不用担心播出安全问题, 也不用多考虑话筒输入失真问题, 不用考虑扩声调音台是否变更了话筒前置增益, 甚至不用操心更换话筒时有没有拉下推子时, 他可以干些什么?当然他可以更加专注于自己的本职工作, 创作出好的声音来。我们来看一下可以使用的非常规新工具、新功能。

1. 多通道同时操作

对多个输入通道进行同时均衡或动态处理操作在模拟时代是理所当然的功能, 曾几何时在数字调音台面上成了奢望。AURUS数字调音台面是直接控制式模拟操作界面, 每一通道条具备11个同轴旋钮 (即22个功能旋钮) , 可以在通道条上直接控制前置增益, 线路增益, 多通道LFE增益, 左右PAN, 前后PAN, 4段参量均衡, 2段陷波器, 高通滤波器, 低通滤波器, 16路AUX Send (立体声对控制, 立体声PAN, 推前/推后控制) , 压缩/限幅器/扩张器。

通道条的直接操作意味着多通道可以同时操作, 这是播出调音台必须的功能, 虽然往往被大家所忽略。

2. 设置库

录音师可以把自己得意的均衡设置、压缩器设置、限幅器设置、扩张/噪声门设置存储在设置库当中, 可以被其他通道或其他节目调用, 甚至可以用于不同录音师之间的交流和PK。

3. 快速均衡比较

录音师可以对同一路话筒信号作两种不同的均衡设置, 一种存储在通道条的EQ Memory中, 另一种作为当前均衡设置。当按下EQ MEN键时, 就可以在两种不同的均衡设置中切换, 也就是可以让录音师快速比较两种均衡设置的优劣。

4. 通道用户自定义键

AURUS每一通道条有2个用户自定义键, 在第9演播室群系统1个用户自定义键定义为幻像电源开关键, 另1个用户自定义键定义为千周信号开关。

5. 旁路触发动态处理

对于乐器拾音话筒常常需要用到的旁路触发动态处理功能, 如图6。

6. 增强DSP处理

对于某些节目, 调音台内置的4段参量均衡器不一定够用, 而AURUS调音台可以通过插入在Nexus路由接口箱的XDSP处理卡对调音台信号进行插入处理。在2011年春晚这增强的14路31段参量均衡器对于小品话筒的均衡处理起了重要的作用。

增强的DSP处理可以是均衡, 也可以是动态处理, 延时处理, 甚至是32入2出的虚拟混音台。

随着ITU、EBU响度标准的陆续公布以及数字技术的不断进步, HDTV的兴起, 欧美广电用户正在“返璞归真”, 重新开始追求声音的质量、动态等音频技术基本要素。作为视听并重的电视节目, 声音的发展弱于图像, 视听犹如人的两条腿, 长短不一是走不好的。画面满足着人们视觉的需要——眼见为实;声音提供人们听觉需要——耳听为“虚”。这个“虚”让看不见的声音产生了任意的想象且具备了创造的无限可能, 在联想、遐想、幻想和冥想的艺术空间中声音的艺术表现力优于画面, 可谓“虚则实之, 实则虚之”。深入理解声音的功能和充分调动声音的表现力, 使技术更好地服务于艺术, 让视听这两条腿不再长短不一。飞速发展的数字音频技术在完善解决安全播出这一首要前提的基础上, 充分考虑应用中可能出现的种种问题并很好地加以解决, 为录音师的艺术创作提供了更广的空间和更大的自由度, 也是对录音师想象力和创造力的一种挑战。

播出安全?声音质量?还是艺术创作?

播出安全是前提, 声音质量是根本, 艺术创作是高标。

前提已具备, 根本已确立, 高标即是我们的努力方向。

上述有关央视第9演播室群音频系统的介绍和粗浅的思考尚有诸多不足, 希望能起到抛砖引玉的作用, 也希望能够听到更多富有创造力的优秀音频制作节目。

摘要:本文介绍了中央电视台第9演播室群音频系统改造方案, 从宏安全、微安全、源安全、输出安全、核心安全、同步安全及操作安全方面来分析第9演播室群音频系统的安全性设计, 介绍了改造后提供的非常规新工具以及新功能。

四大无线音频系统比较 篇2

在过去,每个房间都必须有一个音响才能听音乐。现在有了无线音频技术,只要有一个音箱,所有的房间都能听到音乐。在浴室,人们边刷牙边听音乐,打发时间。在厨房,人们边煎蛋边高歌。在办公室,人们边办公边快乐地哼着小曲。没有CD播放器,没有收音机,现代无线音频技术使这美妙的一切成为可能。

最近,《测试》杂志公布了德国商品基金会对Sonos,Teufel,Airplay和DLNA 4大无线音频系统技术的对比测评结果。

4大系统各有优劣

以上提及的这四个无线音频系统,均由一个无线扬声器或立体声音箱与常规立体声的连接装置组成。无线音箱由智能手机或平板电脑来控制,音乐可以来自电脑的外置硬盘、互联网音乐服务或互联网电台。

但不是每个无线音频系统都可以在几个房间同步播放相同的曲目。能同时在几个房间收听相同或不同的音乐,只有Sonos和Teufel无线音频系统可以做到,价格在649-800欧元之间。其中,Teufel呈现出最好的音质,而Sonos很容易操作。

苹果Airplay系统运行很流畅,且容易操作,设备价格为709欧元左右。但是,它和DLNA系统一样,只能在一个房间播放,而DLNA设备仅需340欧元。

不同系统怎么选

《测试》杂志就如何挑选合适的无线音频系统给出了意见。

Airplay

Airplay是苹果公司制定的无线播放技术,使用Airplay需要iOS系统的设备或多媒体应用程序iTunes,实现无线播放音乐。

优点:AirPlay设备播放操作简单且可靠。在同一网络中,Airplay不需要应用程序就可以被识别,并自动显示在iPhone,iPad或者在iTunes上。

缺点:Airplay通过智能手机和平板电脑不能实现同时在多个房间听音乐。此外,有些设备被限制使用Airplay功能,互联网音乐、网络电台只能靠应用程序来播放。

目标群体:放弃了通用系统和多个房间同步播放音乐的舒适与方便的苹果用户。

DLNA

DLNA,是由索尼、英特尔、微软等发起成立的联盟,旨在解决个人电脑、电器、移动设备在内的无线网络和有线网络的互联互通,数百家公司设备支持DLNA传输规范。

优点:在这个开放系统中,组合设备和不同操作系统的应用程序选择很大。这样一来,用户可以选择一些较便宜的设备。

缺点:来自多个供应商的音频设备可以相互配合,但如果连应用程序也是来自第三方,系统会经常卡住。

该系统可以实现在多个房间同步听音乐,但取决于所用的设备。例如《测试》杂志检测出,Medion的设备不能同时在几个房间播放音乐,其应用程序也不支持使用互联网音乐服务和互联网广播。

目标群体:喜欢灵活的无线音频系统,对价格敏感,且不指定供应商的用户。

Sonos

Sonos因“多个房间,相同的音乐;多个房间,不同的音乐”而受欢迎。美国Sonos供应商专注于无线音频设备,非常注重设计。

优点:Sonos确实使其音响系统有更多可能,相同或不同的音乐可以在几个房间同时响起,而且可以播放不同来源播的音乐。

Sonos产品“Controller”的功能就是通过Sonos专有的WiFi网络,来控制整个系统中的所有设备,以及控制所有音箱的播放。它很人性化,运行速度更快,功能也最为丰富,不仅可用于移动设备,也可作为电脑软件。Sonos组件容易操作,且运行稳定。

缺点:Sonos系统只允许适配自有组件,每个组件都很贵,而用户需要投资很多才能享受多房间无线音频系统。

目标群体:想要享受新技术的所有优点,并高度重视操作简易的音响爱好者。

Teufel

Teufel是传统的扬声器制造商,设备的音质与现代音频技术相融合。《测试》杂志检测出Teufel的扬声器的音质是最好的。

优点:出色的声音带来了许多方便,CD和唱片在很多房间可以同步播放。

缺点:理论上,Teufel系统允许其他供应商的设备。可惜,在实际使用中总是不能很好地运作。此外,扬声器的功率消耗高。两个立体声音箱仍然需要用电线连接。

目标群体:对音质要求高,却想要不受限制享受音乐,并希望操作简易的用户。

数字音频监控系统改造设计与实现 篇3

关键词:数字音频、远程监控,改造方案,16路数模转换器,设计原理,使用效果

1 系统概述

随着数字广播技术的不断完善,我国广播电视信号源已基本实现数字化。广播电视基层台站的数字信号接收工作大多由节目传输机房(简称节传机房)来完成,节传机房负责对数字音频信号的传送质量以及是否受到非法干扰等情况进行时时监测。在原有的节传系统数字化整体改造方案中,只提供了对数字音频输出实现本地监听监测的功能,也就是说,对数字信号源和数字音频输出的监听只局限在设备间内进行。然而,大多数基层台站的设备间与控制室之间都存在一定的距离,对数字音频信号进行远程监听则成为实现新运维模式的瓶颈。为了解决这一问题,我们对原有数字音频通路进行了系统改造,使之具有对数字音频信号进行远程监控的功能。

2 数字音频系统远程监控改造方案

图1是我台原有数字音频传输系统方框图。我台节传机房接收的光缆、卫星Ku波段、卫星C波段三路数字信号以及应急播出音频信号,共四路节目源经过“四选一”设备及相应扩展接口箱后,有A和B两条通路同步输出数字音频信号。其中,A路数字音频信号通过高频电缆送到发射机房,经数字音频处理器处理后直接加载到发射机上。而B路数字音频信号通过TB-II型音频选择器选择切换,再经过TB-I型数模转换器进行D/A转换后,将模拟信号连接到功放,通过监听音箱实现对数字节目源的本地监听。

对于设备间与控制室规划在一起的基层台站而言,通过上述系统,基本可以实现对数字音频信号的监控功能;但对于设备间与控制室相距较远的基层台站,目前这种方案就难以实现对数字音频信号的远程时时监控功能。为解决上述问题,我们特制定了符合基层台站实际工作情况的数字音频系统远程监控改造方案。

图2是改造后的数字音频传输系统方框图。该方案主要做了如下技术改造:在数字音频扩展接口箱的后级,我们增加了一个广播级的AES/EBU数字音频分配设备,简称“数字一分二”。音频分配设备将B通路输出的数字音频信号再次分成两路,一路用于设备间的本地监听,另一路数字音频我们通过自行设计研发的两个16路D/A转换器进行数模转换后,连接到32路音频光发射机,通过单模光缆将D/A转换后的模拟信号传送到至100m外控制室内的32路音频光接收机上,模拟音频信号经过光接收机的光电转换后输出两路非平衡的模拟信号。其中,一路非平衡模拟信号经过“非平衡-平衡”转换后连接到功率放大器,通过监听音箱实现了对数字节目源和数字音频输出的远程监听功能,我们还在此通路上增加了32路矩阵切换器,来实现对信号源的切换选择功能;另一路非平衡模拟信号通过32路音频信号监测器的取样转换之后,以动态彩条的形式直接将音频信号的频率、幅度等属性显示于电脑屏幕上,实现了对数字音频输出和数字节目源的远程监视功能。

3 自行设计研发的16路数模转换器

从音频扩展接口箱B口输出的音频信号是符合AES/EBU标准的数字信号,无法满足模拟监听的要求,因此需要将数字信号转换成模拟信号,即“D/A”转换。我台共有20部发射机,要实现对输出到每部发射机的音频信号进行时时监听就需要将输出的20路数字音频信号全部进行数模转换。从市场上购买20部数模转换器价格不菲,而且设备间的空间有限,也不允许再装下20部D/A转换设备,为此,我们自行设计、研发了16路数模转换器,该转换器是远程监听的核心器件。

图3、图4是我台自主研发的数模转换器实物图。16路数模转换器采用IU标准机柜,每个占用3U空间,在满足了系统需求的同时,既节省了空间,又便于工程安装。其音频输出接口符合600Ω卡侬头(XLR)接口平衡输出,经卡侬头 (XLR) 与莲花头(RCA)的转换连接后,满足了音频光端发射机600Ω非平衡信号的输入要求。

3.1 16路数模转换器整体硬件结构

图5为16路数模转换器系统框架图。如图5所示,16路数模转换器主要由数字信号隔离耦合、数字信号采样、数模转换、模拟信号放大等四部分组成。其使用的主要器件的功能与特性如下:

(1)音频数字隔离变压器(ST-DV709)

16路数模转换器采用SunLink公司生产的ST-DV709型音频数字隔离变压器,如图6所示。ST-DV709型音频数字隔离变压器磁芯采用的特殊材料,使得其性能与普通的脉冲变压器大相径庭,它能将输入的音频数字信号按1:1变比进行隔离和耦合,从而保证了电气信号的安全隔离,避免了由于阻抗和电平不匹配等原因造成的后级解码设备无法锁定数字信号的问题。

(2)数字音频取样频率变换器 (CS8420)

CS8420是由Crystal公司推出的一款数字音频采样频率转换器,如图7所示。它具备极高性能的信号调制能力和信号传输能力,且抖动和失真率极低,可进行AES3型和串行数字音频输入、输出,以及通过一个4线微控制器端口进行的综合控制。可以输入/输出24、20或16位的数字音频信号。输入数据可以完全与输出数据异步,同时输出数据又可与外部系统时钟同步。

CS8420具有以下主要特性:可对音频数字信号进行全兼容输入输出;取样频率可工作在8kHz到96kHz的大范围;具有最小1:3到最大3:1的输入与输出取样频率比。

CS8420优异的特性保证了16路数模转换器8kHz到96kHz的宽取样范围以及可靠的数字信号采样度。

(3)立体双通道数模转换器 (CS4334)

CS4334由D/A转换器和输出模拟滤波器两大部分组成,支持大多数的音频数据格式。通过简单调整主时钟频率就可匹配2kHz到100kHz的不同采样频率。广泛应用于各类数字音频转换产品。其工作温度范围为-10°C至+70°C;电源供电电压范围在5V到5.5V之间。

CS4334为16路数模转换器实现更宽的数模转换频率范围以及更高的数模转换速度提供了坚实的前提保障。

(4)高速J-FET输入四通道运算放大器(TL084)

TL084具有宽共模及差模电压范围、低输入偏置、输出短路保护、高输入阻抗J-FET (结型场效应管) 输入级、内部频率补偿、锁定自由操作、高循环率等特性,是广播电视设备中,必不可少的接口分配设备。

3.2 16路数模转换器系统电路设计

图8为16路数模转换器系统电路图。其系统工作原理如下:符合AES3标准的数字音频信号经D-INPUT端口输入数字音频隔离变压耦合器ST-DV709,该信号被按1:1变比进行隔离、耦合后,传送给数字音频取样频率变换器CS8420的微分线接收输入端RXP、RXN管脚,经CS8420进行采样处理后,由其串行音频输出通道数据端口STOUT,输出给双通道数模转换器CS4334的数字信号接收端SDATA。CS4334将输入的数字取样信号转换为模拟信号后,经其模拟信号输出端AOUTR、AOUTL管脚传递到高速J-FET四通道运算放大器TL084,该音频模拟信号由TL084放大后,经A-OUTPUT端口传输给后级设备。

4 实际应用效果

音频系统改造 篇4

【关键词】演播室;音频系统;信号分配;无源分配;音频矩阵;音频网络

文章编号:10.3969/j.issn.1674-8239.2015.08.004

【Abstract】Based on the signal distribution of audio system in the TV studio, the author analysed the signal processing, transmission capacity and system architecture of the audio matrix at present, and formulated the IP-based digital audio network system in the future.

【Key Words】studio; audio system; signal distribution; passive distribution; audio matrix; audio network

在电视节目制作播出的庞大技术体系中,尽管音频系统略显微不足道,但对于电视节目的安全播出却同样发挥着不可或缺的作用。因此,作为电视节目的信号域,演播室音频系统的安全性、灵活性、合理性及先进性就显得尤为重要。以笔者所服务的央视新址E01演播室为例,为使其音频系统达到高水平的技术标准,满足台内各类节目的制作需求,在系统建设过程中,对设计方案做了全方位的论证,对目前国际上主流演播室音频设备进行了广泛的考察、对比,以及深入的研究,并在建设完成后进行了一系列测试及实际应用。E01演播室目前已平稳运行超过三年的时间,其系统经历了各类节目的严苛考验,达到了系统稳定、操作灵活、规模合理、高品质声音的总体性要求。以下集合了目前演播室音频系统信号分配的主要解决方案及国际上演播室中所采用的相应的主流核心设备,并以中国当今演播室音频需求特征为视角进行分析。

1 前端信号的无源分配方式

在E01演播室音频系统设计之初,就明确了一个原则,播出和扩声调音台(主/备调音台)通过共享接口箱的方式获取前端信号。在最后的实施过程中,根据所购调音台的产品特点,前端信号采用了无源分配的方式,将信号分别送至两张调音台,以保证信号源头的安全。E01演播室的无源分配有以下两种情况。

1.1 经无源传声器分配器的分配

演播室内的主要有线传声器通路经由无源传声器分配器分配后再送至播出调音台和扩声调音台的话放板卡,如图1所示。节目制作时,两张调音台对该类信号实现完全独立控制,并送入各自的系统后级。

1.2 经无源光纤分配器的分配

演播室内的绝大多数音频信号(包括无线传声器信号、线路信号、视频AES信号等)全部接入共享接口箱,并通过接口箱内的核心卡将全部信号转换成MADI信号后,通过光纤输出,并由无源光纤分配器分配后送至播出调音台和扩声调音台的本地接口箱,如图2所示,两张调音台共享此类信号。

2 音频矩阵信号分配系统分析

随着央视节目的深入创新,节目的制作规模越来越大,制作形式也愈发多样,这一切对系统的技术要求提升到了新的高度。E01音频系统的承载能力和节目制作规模之间的矛盾日益显现,系统扩容势在必行,但是,由于前端信号分配方式全部为无源分配,这给扩容增加了一定的难度和成本。一般意义上讲,就目前的技术水平,演播室内无源设备的稳定性要高于有源设备。但随着技术的革新,各大调音台厂商陆续将“无源”或“双星拓扑①”的设计理念融入自家产品,以提高音频系统的安全性。同时,大量使用经验也表明,除采用无源分配的方式之外,各大知名厂商的音频矩阵在安全性上同样值得信任。

层出不穷的大型节目需要规模更大的音频系统去适配,因此,各大调音台厂商纷纷推出更灵活、更高效的信号分配共享解决方案,以及计算能力更强的核心处理单元。作为电视音频工作者,一方面关注新技术、新设备在音频信号处理能力上的提升,另一方面也关注它们在安全性、稳定性方面的改进。以下笔者结合几款典型产品,分析讨论音频矩阵信号分配系统在处理能力和系统架构方面的提升。

2.1 提升信号传输处理能力

在各大电视台的音控室时常能看到Studer调音台,Studer为了满足市场不断变化的需求,2013年特意研发了Infinity系列处理引擎。Infinity处理引擎拥有强适应性和灵活性的DSP技术,并凭借全新的A-Link传输协议,提供了更大的信号传输处理能力及一流音质。与上一代产品使用的HD Link协议(最大可同时传输192个通道的24 bit音频信号)不同,采用A-Link传输协议,数据通过光纤在IO机箱和核心处理单元之间进行交换,最大可同时传输1 536个通道的24 bit音频信号;还可以直接与Riedel MediorNet分布式路由器连接,使更多的Infinity系统相互连接。如图3所示,D23m接口箱通过A-Link主备输出与两个Infinity Core处理核心相连,而两个Infinity Core以热备份的关系存在,分别连接两张调音台。

依据生产厂家提供的数据,每台Infinity Core可以同时处理多达8 448个输入通道和8 448个输出通道;在信号和接口资源的共享方面,Infinity也提供了更为简便灵活的方式。但是,由于Infinity系统的台面、接口箱、板卡与上一代产品完全无法通用,只是在D23m接口箱中保留了通过MADI Link协议将D21机箱作为卫星接口箱接入系统能力,所以对于老用户来说,升级成Infinity系统,就意味要淘汰原系统中的台面、机箱及部分板卡,升级成本相对偏高。同时,D23m接口箱中的IO板卡与A-Link板卡虽在机箱内部是有源的双星形连接,但一个接口箱中只能存在一张A-Link卡,严格意义来讲,并没有物理的冗余备份,因此,Infinity系统的安全系数略低。

音频系统改造 篇5

关键词:央视一号厅,演播室群改造,音频系统,环绕声,立体声,扩声工位

中央电视台于2015 年10 月对一号厅及第六演播室进行了工程项目改造, 将原本两个独立的演播室改造成了相关联的演播室群, 其中音频系统有很多新的亮点, 下面为大家一一介绍。

一 一号厅与第六演播室的历史

提起人们耳熟能详的中央电视台一号演播大厅 (简称一号厅) , 大家首先想到的一定是春节联欢晚会。一号厅从1998 年建成第一次使用以来, 就一直承担着中央电视台春节联欢晚会的直播任务, 截至2015 年改造之前, 共直播了18 届春节联欢晚会。大家熟知的歌曲《相约98》、小品《卖拐》等优秀节目都诞生于此, 除去春节联欢晚会, 一号厅还见证了央视无数的大型晚会, 像《庆祝北京申奥成功晚会》、每年的《六一晚会》以及各种大型音乐会等等。

一号厅的位置原来是中央电视台圆楼中间的一个露天大广场, 于1997 年建设成一个大型演播室。由于当时圆楼内没有足够的空间再建导播间和立柜机房, 一号厅建成后一直是与1000 平米演播室共用一个导播间的, 同时也共用同一套音视频系统。于是每当一号厅有节目录制的时候, 技术人员就把摄像机等设备从1000 平米演播室搬到一号厅使用, 当1000 平米演播室有节目的时候, 再把设备搬回来, 这18 年都是这样往复搬运的。

2010 年音频系统改造后, 音频系统变得相对轻松一些, 1000 平米导播间配置一张STAGETEC Aurus播出调音台, 1000 平米演播室内与一号厅演播室内各配置一张STAGETEC Aurus扩声调音台, 两个演播室拥有各自独立的扩声系统, 音箱、话筒、周边设备一应俱全, 这三张调音台形成了一个制作网络, 便于资源共享与相互备份, 也可以相对独立, 播出调音台可以扩声, 扩声调音台也可以进行播出制作, 因此不用来回搬运设备就可以完成两个演播室的节目制作。但由于导播间只有一个, 所以当两个演播室同时都有节目的话, 那其中一个演播室就只能再请一辆转播车来进行节目录制了。随着大型演播室的利用率越来越高, 这种情况已不利于节目生产并且造成了资源浪费。

终于, 改变这一状况的条件出现了, 中央电视台新址建成后, 圆楼的英语频道33 演播室将迁往新址, 腾出的空间使一号厅在圆楼内建立自己独立导播间与立柜机房成为可能。于是一号厅与第六演播室群改造项目于2013 年立项, 将迁往新址的原第33 演播室改造为一号厅独立的导播间, 与1000 平米演播室彻底分离, 与相邻的第六演播室成立演播室群, 共用立柜机房。

第六演播室是一个400 平米的小演播室, 曾是中央电视台乃至全国的首个高清演播室。原有系统集成于2002 年, 距今已使用13 年, 设备已基本老化, 无法满足节目制作需求, 这次与一号厅进行集群改造, 这两个历史悠久的演播室都将焕发出新的光彩。

二改造后的系统构架

一号厅及第六演播室改造后的音频系统主构架是由4张STAGETEC Aurus调音台构成的, 它们的控制台面分别处在一号厅环绕声控制室;一号厅立体声控制室;一号厅演播室内扩声工位 (以上三张控制台面均为STAGETECAurus 56 推子调音控制台面) ;以及第六演播室音控室 (一张STAGETEC Aurus 40 推子调音控制台面) 。这四张控制台面的核心机箱统一安装在一号厅立柜机房, 第六演播室不再有独立的立柜机房, 其中一号厅环绕声调音台与一号厅立体声调音台共用一个NEXUS Star核心机箱 (BD1) , 一号厅扩声调音台与第六演播室调音台共用一个NEXUS Star核心机箱 (BD2) , 各核心机箱之间以冗余光纤连接, 使整个系统形成了一个互联网络, 四张控制台面可以随时做到资源共享与应急接管, 使这四个分系统有机地成为一个整体。整个系统一共有6 个BD接口箱, 功能是输入与输出信号, BD11、BD12、BD30 安装在立柜机房, 主要接入视频设备的信号与环绕声控制室和立体声控制室周边设备的信号, 同时这三个接口箱输出信号给加嵌器等设备。BD13、BD14 安装在一号厅扩声工位, 输入话筒与本地周边设备信号, 输出信号给周边设备及扩声功放。BD31 安装在第六演播室, 输入输出信号给本地周边设备及扩声功放。

笔者认为:互联与共享, 是这个系统最大的亮点与最强大的地方, 其中任何一张控制台面都可以接管并完成其他台面的控制工作, 可以选用任何一个接口箱上的输入信号, 也可以把输出信号送到任何一个接口箱上的出口。只要愿意, 甚至可以在第六演播室控制一号厅的扩声与播出, 也可以在一号厅任意控制室或扩声工位进行第六演播室的节目制作。这一点相当重要, 使我们未来的直播备份工作变得简便安全, 任何一张台面或接口箱出现故障都可以被其他台面和接口箱迅速接管, 极大地提高了系统的安全性。

1. 环绕声控制室

从2013 年开始, 中央电视台春节联欢晚会开始了环绕声直播, 从电视音频的发展来看, 环绕声制作将是未来的趋势, 越来越多的节目都将进行环绕声制作与直播。众所周知, 环绕声与立体声的制作有很大不同, 使用一张调音台既制作环绕声又制作立体声, 需要录音师不停切换监听模式来对两种模式的不同比例进行调整, 会出现顾此失彼的状况。如果完全使用环绕声Down mix出来的立体声效果在声音比例上又不能使人完全满意。因而在过去几年中, 我们都是在圆楼360 平米录音棚临时搭建一套环绕声播出系统, 并与整个一号厅音频系统相联进行春节联欢晚会的环绕声直播。

如今, 新的一号厅导控室里设计了专门的环绕声控制室, 这样在今后的节目制作与直播中, 我们可以很方便地进行独立的环绕声制作, 而不用另外搭建环绕声系统。环绕声控制室使用一张56 路推子的STAGETEC Aurus调音台, 由于空间足够大, 我们按照国际电信联盟ITU-R BS.775-3 设计了相当标准的5.1 环绕声监听环境, 5 个卫星音箱使用的是拥有Genelec最先进DSP技术的8260A, 低音音箱使用Genelec的7271A, 监听半径达到3.2 米。音箱高度离地1.2 米, 乍一看有些低, 但这个高度是全球人类坐姿的平均高度, 使音箱声音轴直接指向听者耳朵, 音箱倾角为0 度, 最大可能地避免了相位偏差, 而且Aurus调音台的表桥高度对音箱到人耳之间不构成任何遮挡。

近场监听采用一对Genelec8240A音箱, 并在调音台面表桥上安装了RTW Touch Monitor音频计量器进行音频检测和响度测量, 通过RTW背面的D-sub接口输入4 路AES信号。RTW的触摸屏操作十分简便, 可使用环绕声分析器显示5.1 数字环绕声信号以及PPM/ 响度组合条形图, 响度雷达表和数字响度计等等, 功能十分强大。

值得一提的是Aurus台面可以直接输出2 路模拟音频信号与4 路数字音频信号, 1 路24V直流电, 4 个220V交流电电源接口。2 路模拟输出给近场监听, 4 路数字信号输出给RTW, 连同近场监听音箱与计量器的电源也解决了, 这个设计使安装十分便捷, 减少了各种线缆的走线, 让整体调音控制台面看起来十分整洁利落。

环绕声控制室安装了两台Pro Tools音频工作站, 主机采用最新的苹果Mac Pro, 也就是俗称的“垃圾桶”, 配置为Inter6 核CPU, 16GB内存, 1TB内置固态硬盘, 外置6TB固态硬盘。搭配外置雷电PCI-E接口盒, 安装了Pro Tools最新DSP卡HDX, 以及Black magic的视频采集卡, 可直接输入HD-SDI视频信号。两台工作站通过HDX各连接一台时钟 (AVID sync HD) 、一台AVID HD MADI (可接入2 路MADI信号共128 轨) 和一台AVID Omni接口 (有1 个AES输入口、4 个AES输出口、4 个模拟输入口) 。环绕声控制室有了这两台音频工作站, 可以进行环绕声还音与128 轨多轨录音, 春节联欢晚会的环绕声音乐将从这两台音频工作站中播放。

STAGETEC Aurus调音台通过HUI协议可以直接控制Pro Tools工作站, 使Aurus台面成为Pro Tools工作站的控制台面, 这样在没有演播室录制任务的时候, 环绕声控制室实际上具备一个音频环绕声后期混音棚的所有功能。

效果器采用TCElectronic 6000环绕声效果器, 其控制器具有6.5”触摸屏, 6路数控电动推子, 便于制作环绕声效果。跳线盘采用瑞士GHIELMETTI的跳线盘, 它使用18K镀金触针、双层铍铜合金涂片, 具有触点不易氧化, 通道间有更好的隔离度等特点。跳线盘上方安装了Sonifex的监听桥, 可同时输入4路模拟信号和4路数字信号, 能方便地监听跳线盘上的每一路信号。Junger仿真监听是环绕声制作时必不可少的设备, 它能确保我们制作的环绕声下混成立体声时的比例正确。环绕声控制室里还有一台ISOSTEM expert上混器, 它可以将立体声信号上混为环绕声信号, 对一些不是环绕声的节目素材进行上混, 如果当环绕声调音台出现故障, 它也可将立体声控制室送来的立体声节目信号直接上混为环绕声信号播出, 保证节目安全。

环绕声与立体声调音台共有80 路AES数字信号输出和80 路AES数字信号输入, 环绕声信号主信号通过音分后送入主加嵌器和主EVS以及主E盘机, 备信号直接由调音台BD箱送入备加嵌器和备EVS以及备E盘机。

2. 立体声控制室

立体声控制室也使用了一张56 路推子的STAGETEC Aurus调音台, 监听环境为立体声环境, 使用两只Genelec8260A, 监听半径2.8 米, 与听音者位置呈等边三角分布, 近场监听为一对Genelec8240A, 使用RTW的Touch Monitor音频计量器进行信号检测。播放设备采用主备两台360system DR600 硬盘播放机, 通过AES数字I/O接口接入音频系统, 进行立体声播放。

立体声控制室的数字信号除了送给主备加嵌器、EVS工作站与E盘机外, 还经过数模转换输出4 路模拟信号分别提供给:导演监听音箱, 视频光圈室监听音箱, 领导审看监听音箱和通话矩阵。

与环绕声控制室比起来, 立体声控制室就显得没有那么“高大上”了, 但它的重要性一点不低于环绕声控制室, 现阶段环绕声电视用户毕竟是少数, 占绝对大多数的电视观众所听到的声音还是由这里制作的。并且不是说立体声控制室只能制作立体声信号而不具有环绕声制作能力, 由于STAGETEC Aurus调音台强大的网络共享能力, 立体声调音控制台面可以选到整个一号厅及第六演播室音频系统中的任何信号, 并进行处理, 因此只要增加架设环绕声监听, 它与环绕声控制室的制作能力并无二致。

3. 一号厅扩声工位

一号厅扩声工位位于一号厅演播室内观众席上方2 层, 使用的是改造前原有的STAGETEC Aurus 56 推子调音台。改造前一号厅一共只有72 路话筒放大器, 制作大型乐队节目时经常会不够用, 改造后一号厅共有13 张话放板卡共104 个话筒放大器。在系统设计上, 为应对有可能出现的话筒放大器仍不够用的情况, 保证一号厅大型乐队混音的制作能力, 系统还预留了可增加3 张话放板卡共24 路话筒放大器的冗余空间, 使一号厅话筒放大器数量最大可达128路, 一号厅环绕声控制室与立体声控制室的调音台 (甚至第六演播室调音台) 都可以同时共享这128 路话筒放大器并按自己的需求进行混音制作。

一号厅扩声音箱继续延用改造前原有的L-acoustics KUDO线阵列音箱, 功率放大器使用L-acoustics的顶级功率放大器LA-8。扩声调音台的BD接口箱就近安放在调音台旁边, 输出模拟信号32 路, AES数字输出16 路, 以数字信号作为主信号输入到扩声功率放大器, 模拟信号作为备信号输入到扩声功率放大器。当LA-8 功率放大器侦测到主信号丢失时, 会自动切换到备份信号, 保证安全播出。

无线话筒方面, 一号厅配备了2 套Sennheiser9000 无线话筒接收机, 8 手持发射和8 纽扣发射机共16 通道, Sennheiser3732 接收机5 条共10 个通道, 加起来一共26 路无线话筒, 这是平时的固定安装数量, 到春节联欢晚会时无线话筒数量肯定会增加。

原来一号厅扩声工位是个开放空间, 演播室内搭景布光时经常会产生大量飞扬的灰尘, 施工时的坠物也会对调音台等音频设备产生不利的影响。这次改造将扩声工位建设成一个独立空间, 调音台正前方安装了4 米宽2 米高的升降玻璃窗, 在节目制作时将玻璃窗降下, 使扩声调音师可以不受遮挡地听到扩声音箱的直达声, 从而进行准确的调音。节目制作完成后将玻璃窗升起, 防止拆景搭景所产生的灰尘进入调音台及其他设备。

4. 第六演播室

第六演播室是一个400 平米的小演播室, 在这里制作的节目多为一些小型节目, 所以对系统配置的要求比一号厅要低些, 主调音台使用一张40 路推子的STAGETEC Aurus调音台, 只有3 张话放板卡共24 个话筒放大器。无线话筒配置了8 通道Sennheiser3732 无线接收机, 有4 支无线手持话筒与4 支无线纽扣话筒。

由于小演播室今后也会承担环绕声制作任务, 因此第六演播室音频系统设计是具有环绕声制作能力的。采用5 个Genelec8250A音箱与1 个Genelec7260A低音音箱构成了环绕声监听环境, 近场监听是一对Genelec8330A, 同样这里也安装了一台RTW的Touch Monitor音频计量器进行信号检测。不论是过环绕声信号的包装节目, 还是小型演播室内的5.1环绕声节目, 第六演播室这种音频系统配置都可以完成。

第六演播室没有单独的扩声调音台, 一张STAGETEC Aurus调音台足以完成这种小演播室的播出与扩声任务, 扩声音箱采用2 个凯亚兄弟的KIT12 全频扩声音箱, 舞台返听为4 个凯亚兄弟FF2-HP返听音箱。考虑到第六演播室会与一号厅同时有各自的直播任务 (今年一号厅直播2016 春晚时, 第六演播室就会同时进行5 小时的新媒体直播) , 因此第六演播室还有一套自己的备份音频系统, 一张16 路推子的YAMAHA DM1000 作为STAGETEC Aurus调音台的备份调音台, 以音分同时接入16 路主要信号, YAMAHA DM1000 的数字输出接入备路加嵌器, 在主调音台出现故障时能继续工作, 保证直播安全。

三结语

音频系统改造 篇6

关键词:音频控制板,AES/EBU,数字化,改造

前言

20世纪90年代, 广播电视数字化的风潮开始席卷全球, 数字音频设备已经逐步取代广播系统和产品体系中的模拟设备。近年来, 我国无线广播电视面临全面数字化变革。为适应广播发展的潮流, 我台对DX型发射机的音频控制板进行了数字化改造, 向整个音频通道全数字化的实现走出了坚实的第一步。

1 音频控制板简介

音频控制板应用在DX型发射机的并机设备中, 它的主要作用是把从音频处理器出来的音频信号分配给每个功放单元。其原理框图如图1所示。

进入本板的节目和测试音频经过缓冲、检波处理和监测后, 通过选择开关将一路音频信号送入ACC电路进行载波控制, 然后进入音频矩阵。

音频矩阵可以对节目音频和测试音频进行选择并切换到每个功放单元去。矩阵的输出经过一个单端转平衡的电路后进入输出允许开关。平衡式输出端的一个电压分压器将信号通过一个低通滤波器后传输到一些窗口比较器, 用来检测载波电平的有无来判断音频信号是否有故障。

所有板上的控制信号都由本板上的一块EPLD芯片发出, 而芯片则是通过总线由PLC控制的。

所以音频控制板主要是由音频存在检测电路、ACC选择开关、ACC电路、音频矩阵、输出开关和输出监测电路组成。

2 音频控制板的数字化改造

2.1 数字化改造的可行性分析

DX机是美国哈里斯公司的全固态数字调幅中波发射机, 其整个音频通路由模拟输入板、A/D转换板、调制编码板组成。数字音频还原成模拟信号后进入模拟输入板进行处理, 被加入一直流分量后进入A/D转换板, 通过模数转换把模拟的音频+直流信号转换成12bit的数字音频信号, 最后在调制编码板中把这12bit的数字音频转换成224路射频放大器的开通和关断信号来达到调幅的目的。

从整个音频信号的流程来看, 信号由数字转换成模拟, 又由模拟转换成数字, 这看起来有点多此一举, 多次的数模转换势必会带来一定的量化误差而造成信号失真, 况且模拟信号抗干扰能力弱。所以我们完全可以对数字音频直接处理, 把它转换成12bit的数字音频送入调制编码板。

2.2 数字音频信号的解码

AES/EBU, 又称AES3, 是数字音频标准是音频工程协会 (AES) 和欧洲广播联盟 (EBU) 一起制订的数字音频标准, 是一种允许数字设备传输和接收数字音频信号的接口协议, 现已成为专业数字音频较为流行的标准, 大量民用产品和专业音频数字设备如CD机、DAT、MD机、数字调音台、数字音频工作站等都支持AES/EBU。目前我局现在使用就是这种AES3标准的数字音频信号。

在这次改造中, 我们采用的是用CS8416进行解码和CS4344进行数模转换的方案。

CS8416是单片8通道音频解码芯片, 芯片符合IEC60958、S/PDIF、EIAJ CP1201和AES3接口标准, 它可以为我们提供一种简便的AES/EBU信号处理方式。CS8416可工作在硬件配置和软件编程两种模式下。软件模式下, CS8416各种功能的设置、工作状态的读取均通过芯片的串行控制接口接收外部MCU的控制指令完成对信号的解码工作;硬件模式下, 该芯片则无需外部编程, 只需对芯片复位状态中特殊功能引脚的逻辑电平进行设置即可方便的使用。

CS8416特殊功能引脚配置说明如下:

(1) SDOUT:CS8416软件和硬件模式选择。当外接上拉电阻 (47kΩ) 时, 芯片工作在软件模式;当外接下拉电阻 (47kΩ) 时, 芯片工作在硬件模式。

(2) R C B L:串行接口主/辅模式选择。在AES/EBU信号解码后, 数据通过CS8416芯片串行数据接口输出。CS8416的串行数据输出接口采用三线串行接口, 即接口由帧同步、时钟和数据三线组成。串行接口主模式即:帧同步和时钟信号由CS8416芯片提供。

(3) NV/RERR:错误报告功能选择。AES/EBU信号解码出错或无效信号可通过NV/RERR引脚输出的逻辑电平来指示。当NV/RERR引脚外接上拉电阻 (47kΩ) 时, 芯片提示错误信息;当NV/RERR引脚外接下拉电阻 (47kΩ) 时, 芯片不提示错误信息。

(4) AUDIO:串行数据模式选择。芯片输出解码后的音频数据有4种不同的数据格式, 分别是Left justified、I2C 24bit、Right justified和Direct AES3.数据格式选择由AUDIO和C引脚的外接电阻配置共同决定。

(5) C:串行数据模式选择。

(6) U:RMCK频率选择。

(7) 96kHz:预加重选择。当96kHz引脚外接上拉电阻 (47kΩ) 时, 芯片解码AES/EBU信号后对音频数据进行预加重处理;当96kHz引脚外接下拉电阻 (47kΩ) 时, 芯片解码AES/EBU信号后不对音频数据进行预加重处理。

本次改造中, 我们采用的是CS8416的硬件 (主) 模式来进行工作, 具体电路图见图2。

CS4344是10引脚24位192千赫立体声D/A转换器, 小型10引脚TSSOP封装。该芯片不仅可以保持出众的声音品质, 还具备192kHz的立体声效果。CS4344允许以48、44.1和32kHz (SSM) , 96、88.2和64kHz (DSM) , 192、176.4和128kHz (QSM) 等标准音频采样率接收数据。

音频数据通过串行数据输入引脚 (SDIN) 输入。左/右时钟 (LRCK) 决定目前哪个通道通过SDIN输入数据, 而可选串行时钟 (SCLK) 则对进入数据缓冲器的音频数据提供时钟。MCLK/LRCK必须为整数, LRCK频率等于Fs, 即每个通道向设备输入数据的速率。通过计算单一周期内MCLK转换次数及检测MCLK的绝对速度, 可以在初始化系列期间自动检测到MCLK与LRCK的比值和速度模式。内部分频器自动生成合适的时钟。

参考CS4344芯片的产品手册。最后确定CS4344外围电路如图3所示。

通过对数字音频的解码和DA转换可以还原成模拟音频, 可以对音频进行监听检测。

2.3 电路设计

为了使改造后的音频控制板能够上机使用, 就必须满足原音频控制板的所有功能, 能正常的跟PLC进行通讯, 因此我们只对音频控制板原模拟音频通道进行数字化改造, 原模拟检测部分稍做改动, 检测电路仍保留。针对工作中的满功率要求, 舍去了ACC电路。

主要设计思路为:平衡的数字节目信号和测试信号送到音频控制板, 节目音频首先经过DS75176芯片缓冲, 将平衡信号转为单端信号;然后节目信号经过SN74LVC1G19芯片1分2, 一路送往音频通道, 一路送往音频检测。测试信号经过SN74LS244芯片1分8, 加强信号的驱动能力, 一路送往音频通道, 一路送往音频检测, 六路送到音频切换矩阵。音频通道上分出来的节目信号和测试信号分别送入SN74LS157芯片, 通过由EPLD发出的一个TESTACC选择信号来进行二选一, 当TESTACC为高电平时, 选择节目信号, 当TESTACC为低电平时, 选择测试信号。如图四所示。

节目或者测试音频经过SN74LS244芯片1分6, 然后这六路信号与图四中U1出来的六路测试信号组成六组2选1的音频切换矩阵, 通过来自EPLD的音频矩阵控制信号来对六组2选1来进行音频选择, 我们这里用SN7417、SN7404、SN74125芯片完成此功能, 如图5所示。SN7417和SN704起到电平转换的作用, 且具有一定的驱动能力, SN74125是包含四个三态门的芯片。

将选通的信号送到发送缓冲芯片DS75176, 并将单端信号转为平衡信号;最后将6组平衡信号用SN74LS244芯片进行1分2, 一路送至PB端子, 一路送到输出检测部分, 如图六所示 (图中只画出PB1和PB2部分电路) 。

至此, 整个数字化改造的核心部分, 即音频通道的改造就差不多完成了。

接下来的检测电路, 我们通过把数字音频信号进行解码和DA转换成模拟信号后, 如图二和图三所示, 采用原音频控制板的检测电路, 进行音频的存在检测, 音频的监听, 多用表的指示等, 在此就不多述了。需要改进就是原音频控制板中对音频信号中载波电平的检测电路, 因为我们用的是数字音频通道, 我们要对数字音频的进行查错只能是检查其误码率, 因此针对六路数字音频信号, 我们采用的是用单片机进行循环检测的方式, 通过使用三位选择信号来选通某路PB音频送入CS8416进行解码, 当解码出现问题的时候就会产生一个error信号送至单片机, 单片机再把错误信号送至EPLD进行处理, 这样可以降低成本, 简化电路。这里采用AT89LP2052单片机做控制管理, 主要是可以做到更好的延迟检测、正确输出, 具体如图7所示。

最后是控制电路, 音频控制板的所有控制信号都是由EPLD发出, 故障信号都返回EPLD, 然后与PLC进行通讯, 为了满足数字音频控制板与发射机的兼容性, 我们尽量不去改动EPLD, 采用原音频控制板的电路, 需要什么信号就给什么信号, 争取保证新板的兼容性。

整个音频控制板的改造流程如图8所示。

确定好整个改造的方案和电路设计后, 接着就是用DXP制图、画PCB板, 检查无误后把版图送至线路板厂进行加工、焊接。

2.4 测试分析

因为只需合上低压电音频控制板就可以正常工作, 因此我们对已经做好的数字音频控制板在合低压的状态下进行长达三个月的拷机测试。在测试过程中, 数字音频控制板工作稳定, 跟PLC通讯正常, 能对节目源进行监听检测。通过使用数字音频控制板, 对送出的数字音频解码和DA转换后送至各PB, 对发射机的三大指标进行测试, 均能达到甲级标准, 并好过原音频控制板。

3 结语

本次音频控制板的数字化改造还只完成了实现音频通道数字化的第一步, 为使数字音频控制板能正常上机使用, 就必须要对模拟输入板和A/D转换板进行数字化改造, 使之可以对输入的数字音频进行加直流分量, 处理成调制编码板所需的12bit数字信号。如果整个通道的数字化改造成功, 相信整个发射机的指标将会更上一层楼。

参考文献

音频媒体资料管理系统 篇7

在计算机技术和网络技术高度发达的今天, 已经有了解决这个问题的方法, 就是通过对音频资料进行数字化存储, 使不同介质的资源能够随心所欲地取用, 让这些无序的资源分门别类, 方便我们在使用的时候快速检索;还能够让不同人员甚至不同部门得以联网, 共享同一资料库;甚至在我们需要添加任何音频资料的时候, 能够轻松惬意地完成操作步骤。由上海金韵文化传播有限公司提供的MIB系统能够有效地解决这个问题。目前这套系统已经在许多制作单位中得到使用, 应用这套系统能使工作环境简洁有序, 提高资料搜索的精确性, 提高工作效率, 让创意随性发挥。

MIB系统全称Media In Bank, 也称为音频媒体资料管理系统。

MIB拥有成熟完善的功能, 以及科学合理的管理架构。技术人员通过操作便捷的导入工具, 将素材及数据资料导入到MIB系统中, 系统里的用户如音频视频人员, 导演及制片等, 都可以通过内部网络访问MIB系统服务器检索使用, 管理人员的账户掌握着资源审核, 账户增删和系统使用的情况。MIB系统使音频资料的搜索更加快捷与精准, 把制作人员从资料库查找的繁琐过程中解放出来, 为后期制作带来极大的方便。

系统采用了全中文的操作界面, 还提供了全中文的帮助信息, 简单易用。音乐信息直观详细, 便于选取。与传统的CD相比, 节省了大量音乐播放与抓取的时间, 音频存储介质与播放设备的损耗问题也得到解决。

在将音频资料数字化存储后, 音乐的点选、试听、下载就变得省时容易。音频文件可直接下载并拖放到目前最常用的数字后期制作系统中, 轻松实现了作业工具的相互配合, MIB系统提供多用户并行查询, 不同的制作人员共享同一资料库, 提高了音频资源的利用率。提供给管理人员针对不同使用者的灵活授权并且由系统自动保留登录及其他操作记录以备查询, 用户可以以项目的形式对挑选的音频文件进行管理并且可自行修正, 增删各项类别内容来满足不同的需要, 系统还提供详尽的使用记录管理功能, 能够以使用者, 节目名称, 日期等条件产生使用记录报表。

MIB系统登录的名称、密码由系统管理员设定, 系统管理员同时设定使用者的各项使用权限, 用户一旦登录后可以自行更改密码。系统有首页、查询、项目、资源、和系统五大管理类别, 授权层级不同五大管理类别也会有不同的选项, 提供了“我想选曲”、“我要看选曲情况”、“我要开始工作”三种主要工作模式快捷进入工作状态。

MIB提供了查询结果的多种排列方式, 可以按照编号, 名称, 长度, 类型, 情绪, 速度, 和乐器等不同标准进行重新排序, 点击相应的标签即可实现, 方便用户多角度, 全方位地挑选音频素材。在查询结果界面中, 可显示查询结果范围内相关音频资料的封面图片信息。在查找, 试听音频资料的时候可以随时将满意的声音文件添加到预先设置的项目中, 并且加入对该段声音的特别感受和说明信息, 也可以随时收藏选中的音频资料, MIB会将这些资料保存至个人收藏夹, 如有需要特别说明的内容可以通过设置醒目的提示星来进行标记, MIB还特别设置了配音员搜寻功能, 进一步满足音频后期制作阶段需求, 利用MIB提供的项目功能来管理不同的节目资源带来极大便利, 可以根据需要方便地添加项目和设定详细信息, 包括项目名称, 开始日期, 结束日期, 播出途径, 播出区域, 客户信息, 描述等内容, 还可批量增添该项目的不同集次, 已建立的项目可在管理项目功能栏中按照项目名称, 创建人, 时间段, 资源数及状态进行排序查看。

MIB提供了多种搜索查询方式, 在音频资料查询结果的界面中, 能够看到每个声音文件的完整说明信息, 也可以通过MIB提供的声音文件波形图像调整播放进度来进行试听, 还可以下载试听MP3或WAV音频文件, 点击下载WAV音频文件, MIB页面会弹出下载提示窗, 将鼠标移至音符标志后, 可直接拖放该下载文件到音视频制作软件界面中。在线试听是以MP3格式压缩文件提供试听, 下载时可以下载MP3格式, 也可以下载WAV格式文件 (44.1k Hz, 16bit) 得到原始CD音质。未经压缩的音频文件均经系统本身执行128位加密处理, 必须通过MIB系统下载、还原过程才能正常播放出来, 能有效地防止不当的下载和非法使用。系统还具有良好的开放性和可扩充性, 如果需要导入自己的音频资料, 使用导入软件允许用户灵活添加新音频资源。

安装MIB系统的主机需要满足一定的配置要求。

电脑配置硬件需求:中央处理器P-4, 2.8GHz以上;内存:1GB以上;硬盘容量:约200GB (不另做任何备份) , (计算依据:300片CD×60分钟=18000分钟, 18000分钟×约10.4MB=约187200MB=约187GB, MP3试听格式文件约10GB) 。

光盘驱动器。

声卡:具声音输出、一般用即可, 监听或制作用扬声器 (或另需功率放大器) 。

内部网络之其他电脑则可采用一般配备电脑即可, 内存容量至少达512MB, 以方便与其他工具软件系统相互配合。

电脑配置软件需求如下。

微软Windows系统, 建议用XP版本;

浏览器:IE 7以上版本;

工具软件:Adobe Flash Player。

苹果操作系统。

浏览器:Firefox for MAC

音频广播质量监测系统的应用 篇8

为了让广大用户通过收音机收听到良好的声音播出效果, 电台机房工作人员需要及时发现发射机异态、减少发射机停/劣播时间, 迅速处理才能提高广播发射机输出质量, 根据这些特点开发了音频广播质量监测系统, 确保播出节目的完整性和音频质量的可听性。

1 系统的组成与主要功能

音频广播质量监测系统是通过发射机房采集终端设备进行高频信号采集, 通过调幅监测接收机的解调及频率跟踪技术, 给出所测频率的功率电平值、调幅度值和频率偏差值, 利用多路音频压缩卡的流媒体技术通过网络传输, 实现实时监听和远程监听, 并有效的存储历史音频数据和功率, 调幅, 频偏等信息。

1.1 系统的组成

质量保证系统由采集终端设备、监测终端设备、通讯服务器、数据库服务器及相应的软件组成, 整体布局如图1所示。

1.1.1 硬件组成

1) 采集终端设备:

屏蔽机柜、UPS电源、交直流电源机箱、高频信号处理器机箱、高频信号均衡器机箱、标频信号分配器机箱、接收机机箱、采集工控机 (显示器、八串口卡、语音压缩卡、声卡、网卡) 。

2) 监测终端:监测工控机 (声卡、网卡、音箱) ;

3) 服务器:数据库服务器、通讯服务器、GPS校时仪;

4) 网络设备:以太网交换机、光纤收发器;

5) 电源部分:系统设备电源采用220V交流市电, 连接到UPS设备上;UPS输出稳压的设备连接到电源机箱。然后由电源机箱输出220V电源, 供给系统其它设备使用。

1.1.2 软件组成

音频质量监测系统软件包括:监测终端软件、采集终端软件、通讯服务软件、校时软件、数据库维护软件。

1.1.3 操作系统及插件

监测终端:Windows2000, 插件:MediaPlay9.0、TS_media;

通讯服务器:Windows2003Server;

数据库服务器:Windows2003Server, SqlServer2005。

1.2 系统的功能

高频采样头从天线馈筒处采样高频信号, 高频信号首先进入高频信号测频器经功分器送到高频信号处理机箱经功分器分成两路高频信号, 一路给高频信号处理板, 为多播监测提供信号;另一路接入高频信号均衡器机箱, 将此高频信号衰减成接收机线性范围内所需的高频信号大小, 然后接入TS-j06型接收机的天线输入端。接收机从串口中给出信息, 用于测量载波电平、调幅度、频率偏差、音频电平。从标频信号分配器机箱引出10MHz标频送入TS-j06型接收机的外时钟输入。作为TS-j06型接收机的外时钟, 供测频使用。从TS-j06型接收机音频输出端子引出的音频信号送入工控机音频压缩卡, 供录音和在线监听使用。

发射机房的数据采集终端设备和监测机房控制桌上的实时监控工作站均通过局域网网

络连接到核心交换机上, 核心交换机又与通讯服务器和数据库服务器连接, 这样就形成了一个对音频播出质量实时监测的工作站。监测机房通过监测控制通讯服务器对各个发射区的质量指标数据采集系统进行控制、下发节目运行图、实时监测、监听。

2 结论

音频系统改造 篇9

【关键词】G20峰会;交响音乐会;音频系统;扬声器布置;调音

文章编号:10.3969/j.issn.1674-8239.2016.10.002

【Abstract】This paper introduced the G20 summit evening party's audio system design and the difficulty in the tuning process, and gave the implementation of the measures.

【Key Words】G20 symphony; concert; audio system; speaker arrangement; tone tuning

2016年9月4日夜晚,在美丽的西子湖畔,来自世界30余个国家及国际组织的领导人共聚一堂,观看了2016年G20(二十国集团)峰会中最重要的一场文艺演出——《最忆是杭州》。这场精美绝伦的演出不同以往,天空为顶,湖水为台,将西湖作为舞台融入演出中。

虽然只有9个节目,但是每个节目都经过精心挑选和编排,内容丰富,从独奏到交响乐队,从独唱到合唱,从戏曲、民乐到小提琴、钢琴,再加上童声合唱……所有节目都是真正地演奏、演唱,晚会总导演张艺谋评价:“在声音上不能失真,还要优美,灯光等所有的东西还要跟表演全部同步。我觉得难度相当高,而且全世界这样技术难度的演出都是非常少见的。”

这场难度极高的演出,对音响、灯光、舞美等各个专业都是一个挑战。尤其对于音频系统,除了要求具有极高的音质以外,安全可靠是更需要考虑的重点。音响总设计由金少刚和马昕这两位国内优秀的音响设计师担纲,曹荣臻先生担任特约顾问(见图1),设备提供方、施工方和制作方是永晟国际文化传媒有限公司和安恒利(国际)有限公司。在从开始施工到最后演出近半年的设计和施工期间,他们对系统方案进行不断改进和优化,最终为全世界呈现了这场一流的演出。

下面重点介绍演出音频系统方案设计和调音过程中的难点,并给出实施措施。

1 现场环境

演出现场选取了西湖的岳湖景区,南至赵公堤,北至岳湖楼,西至曲院风荷,东至苏堤,将西湖浓厚的历史人文和秀丽的自然风光融为一体,是《印象·西湖》的演出地。

观众席(见图2黄色部分)宽62 m,深17 m,可以容纳约1 200名观众。

用于乐器和演唱的舞台有3个(见图2蓝色部分),在距离岸边5 m的位置,有2个可以移动的舞台:一个是32 m×14 m的交响乐及合唱平台,另一个是独奏、独唱演出平台;观众席右侧的九曲桥上,是童声合唱的舞台。

用于舞蹈表演的舞台有2个舞台和场地(见图2棕色部分),一个超大型水上舞蹈平台,位于2个移动平台后面,宽100 m、深28 m,可以在水面上升降;另一个菱形舞台在岳湖的中央,边长30 m,也是可以在水面上升降;在菱形舞台两侧和相邻的岸边,也有一圈舞蹈演出场地。

面对恶劣户外环境为听众带来一场音乐厅级别的音响效果,是两位总设计师讨论最多的话题。首先,9月初的杭州,潮湿、高温,在水边的演出尤其会加剧这种不利因素。其次,所有节目都要求声音真实还原,而乐器在这种气候下的表现十分不稳定,尤其是弦乐,湿度会对音色有很大影响,更别提还要现场拾音并扩声了。事实证明了两位老师的预言,在每天的排练过程中,乐器的音色都有所不同,需要根据当天的天气状况随时调节。

更为严峻的是,现场根本没有放置扬声器的位置。观众席宽度超过60 m,前方是景色秀美的岳湖,根本不可能采用常规的方式放置扬声器,肯定要遮挡前方视线。

因此,确定最佳的扬声器布置方案,成了首要的目标。

2 扬声器布置

2.1 主扩声扬声器组

经过多次现场考察和实地测量,并根据考察和测量的结果在电脑上进行了反复的软件模拟实验,最终决定采取主扩、补声、环绕多种方式并行的方法。因为观众席太宽,前方又不可能摆放大型的扬声器阵列组,因此,只能采用2组JBL VTX V20+S25线阵列扬声器作为主扩声扬声器(见图3、图4),放置在观众席左右两侧,拉宽整个声场,提高声像宽度。

2.2 前区补声扬声器组

由于主扩声扬声器组间距太宽,因此在岸边还布置了一排ENNE点声源扬声器作为前区补声(见图5),提高直达声和清晰度。并且通过调整均衡、延时、增益和相位,使前区补声扬声器具有和主扩扬声器类似的声音特性,整体声场融合度非常好。

看似随意放置的前区补声扬声器,其实设计时前前后后一共设计了7版方案,经过反复测试和声场模拟,才确定了最终的设计方案。

最初的设计采用2只扬声器一组的方式,控制整组扬声器的水平覆盖角度为80°,一共6组均匀覆盖整个观众席(见图6)。这个覆盖角度是经过精确计算和测试的基础上得来的,可以在形成最大覆盖区域的同时,尽最大可能减少干涉。

但随着观众席位置和布置方式改变,中间主席台位置发生移动。因此,原来设计的6组扬声器不能满足良好的声场覆盖要求和声像位置感,为了给主席台带来更好的立体声还音感受,于是改为5组扬声器组覆盖(见图7)。

但这个布置方式在中间区域的主席台位置上,实际听感干涉较大,为了打破这种干涉,又将方案改回6组,但根据主席台位置做了相应的改动(见图8),该方案与5组方案在中间位置的声场模拟对比见图9。与此同时,左右2侧的主扬声器组为了不遮挡视线和通道,也移到了外侧区域,距离观众席最近距离有14 m间隔。

这样的布置方式虽然在主席台位置可以获得良好的听觉感受,但是在下层通道区域,会觉得声场均匀度不够高。因此,两位老师再次调整方案,将点声源扬声器一字排开,用统一的间距,均匀覆盖全场,见图10。

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由于这种等间距布置扬声器的方式,难免会存在干涉现象,因此在声场调试过程中,利用相位将不同的干涉错开;同时,在送入信号的选择上,也尽最大可能避免容易干涉的信号同时送入。最后,终于取得了令人非常满意的听音效果。整个声场均匀一致,而且干涉极低。

2.3 环绕扬声器组

为了带来更好的整体声场融合氛围,模拟音乐厅的听音感受,在观众席侧区和后区布置了一圈环绕声扬声器(见图11),模拟声场包围感。

这几组扬声器互相配合,除了调整比例外,在送入信号的选择方面也非常讲究,成分各不相同,主扩声扬声器主要负责大声场的氛围和声像感,因此送入的整体比例比较多;前区补声主要负责提高直达声和清晰度,因此独奏乐器和独唱比例较多;而环绕扬声器主要为了营造声场包围感,因此送入的信号基本都是混响。在经过一系列的平衡调整后,整个声场的融合度极佳,在现场聆听,完全不像户外演出的感觉,就像在一个古典的交响音乐厅里,声音细腻、清透,而且十分自然,这也与当初设计时预想的效果完全一致。

2.4 超低音扬声器

与传统的超低音扬声器布置方式不同,由于舞台前区不能放置超低音,会遮挡视线,因此超低音只能依靠左右两组线阵列扬声器的超低音完成。但是,这两组超低音对于如此大型的一个户外演出来说远远不够。

在认真研究了演出节目内容后认为,重点是在“忆”,节目内容文雅、优美。因此,超低频在这里并不需要特别强劲,而是起到一个烘托的作用。也就是说,超低音在这个系统中是一个“地基”,这个“地基”需要扎实、丰满,而不用过于强烈。

根据这个思路,除了两侧的双15英寸超低音,在观众席正下方还布置了9只双18英寸超低音扬声器(见图12、图13)。由于在观众席下方,因此整场晚会的超低频感觉非常饱满,起到了很好的烘托气氛的作用。

2.5 返听扬声器

对于任何一场演出来说,返听都是至关重要的,返听的好坏直接影响到演员的现场发挥。

对于这场晚会,搞好返听系统真可谓难上加难,返听扬声器的位置就是一大难题。交响乐和独唱独奏平台离岸边5 m,而且是移动的,根本没有位置放置返听扬声器;大型的舞蹈平台距离岸边16 m以上,菱形的舞台距离岸边80 m以上;演员表演区域最远处距离岸边更是有130 m以上。最致命的是,舞台都在水面上,不允许有任何形式的设备出现在水面上,哪怕高出水面10 cm也不行。

在施工排练期间,针对返听所做的修改不下10次,包括反复更改扬声器位置,在水中放置扬声器,更改扬声器的型号,反复调整返听与PA的关系、各组返听之间的关系等,最终确定了采用岸边返听为主(见图14),耳机为辅,FM耳机覆盖整个岳湖演区的方式,才使演出完美进行。值得一提的是,童声合唱位于观众席右侧的九曲桥上,地方非常狭小,若采用普通的返送扬声器,一来体积较大,没有位置放置,二来声场覆盖均匀度很难控制。这次的系统采用了ENNE的音柱扬声器(见图15),体积小巧,而且水平覆盖角度很宽,刚好满足这种长条形狭小区域的声场覆盖要求。

在第一次联排过程中发生了不少意想不到的问题。首先是当交响乐平台在移动的过程中,移动到不同位置,直达声的比例都不一样,造成系统音色有所不同。另外,由于在移动过程中距返听扬声器的位置远近不一,声音有不同的叠加或抵消,造成中低频音色变化很大。在平台位置稳定下来后,系统的音色又有所不同。这就给调音带来了更大的难度和工作量。为了解决这个问题,在调音台上做了大量的CUE,根据交响乐平台移动的位置跟随切换,使声音流畅连贯。

3 系统结构

系统结构如何搭建,是整个扩声系统的核心。由于这场演出的重要性和特殊性,安全可靠成为搭建系统的重中之重。

保证系统万无一失的核心就是备份。从音源开始,到传声器、调音台、数字音频处理器……系统的关键核心设备都做了双备份甚至三备份方案,真正实现系统安全可靠。

系统中共采用了5张Soundcraft Vi系列调音台(见图16、图17),分别为主扩主/备调音台,交响乐主/备调音台,监听调音台。这5张调音台除了主/备是完全备份外,还可以互为备份,也就是任意一台或一组调音台发生故障,系统都能够正常运行。

系统共包括13台BSS BLU-800系列数字音频处理器。调音台所有的输出信号都是先经过一分二分别进入主/备数字音频处理器,再同时进入功率放大器中。在BSS处理器里面做了大量的逻辑控制电路,主/备系统的切换就全部通过这些编辑好的逻辑电路完成,主/备系统之间完全没有间隙(见图18),声音也不会有任何中断,因此,无论系统任何一个环节出现问题,系统都能够快速切换,实现真正万无一失。

5 无线系统

在这种安全性要求极高的演出中,无线环境尤为复杂,各种大功率对讲机、摄像机和无线器材的使用,都会对无线传声器系统带来极为严重的干扰。

在考虑了多个备份方案后,采用了SHURE的Axient无线系统(见图19、图20),除了有极高的音质表现,也可以在同一支传声器内实现主备频率切换,若使用过程中主信号受到干扰,不必将传声器拿回来,可以无线遥控将备份频率切换上去。因此,大大增强了无线传声器的稳定性。

系统中一共使用了32通道SHURE Axient智能无线管理系统、18通道SHURE ULX-D数字无线系统以及10通道PSM 1000个人无线返听系统,运用分布式天线阵列技术对宽100 m、纵深30 m演出区域进行了无线信号的覆盖。

6 演出指挥系统

演出指挥系统(见图21、图22)是整场演出的中心和指挥部,包括内部通信、无线对讲、FM监听(见图23)和所有工种的配合,都需要演出指挥系统完成。若这套系统出了问题,那么将影响整个演出的节奏、演员上下场、工种配合等进程。

这套系统由有线和无线共同构成,一套系统有问题或受到干扰时,另一套系统就可以完全无缝备份切换上去。

7 结语

对于成功完成奥运会、世博会、APEC等一系列重大活动的金少刚、马昕(见图24)及安恒利团队来说,前前后后经历了近半年的努力,将晚会完美呈献给全世界。晚会的音乐总监关峡评论:“现场扩声系统做得非常好,所有的量和度拿捏得极其准确。”这也是对这套系统效果的最高评价!这里面的辛勤与汗水,可能只有亲身参与的人才能体会,观众根本不知道幕后工作者其实做了这么大量的工作。但是,在如此艰难的条件下,完成如此高难度的系统,为全世界带来这场一流的盛会,这里面的骄傲与自豪不言而喻。

音频测量系统的稳态分析研究 篇10

关键词:频域特性,窗函数,相位分析,正弦稳态

0引言

音频系统中的常用设备, 如扬声器、分频器、传声器等电声装置, 在设计与使用过程中, 频率响应是正确使用它们的重要依据, 而精确获得频率响应的方法通常是使用正弦稳态分析方法, 稳态分析方法一般选用正弦信号激励待测系统, 运用正交检波技术来分析其响应信号。这一方法具有测量精度高, 对噪声抑制能力强等优点。

信号中含谐波时, 窗函数的选择非常重要, 采用对噪声具有较强抑制能力的窗函数, 通过加适当的窗, 可以消除各谐波分量之间的相互干扰[1]。通常频谱分析要求窗函数的主瓣宽, 旁瓣低且跌落速度快;不过对同一窗函数, 这几个要求很难同时满足。在信号处理时, 应根据信号特征和研究目的来选择窗。目前, 常用的窗函数有20余种, 音频测量分析可用余弦窗[2,3]及文献[4,5]最新提出的卷积窗。研究表明, 加4项余弦窗, 即Blackman-Harris窗 (简称B-H窗) 时, 可以得到较满意的精度。虽然一个音频系统有很多的技术参数, 但是频率响应却是最重要的参数之一, 通过它还可以得到灵敏度、指向性等指标。此外, 电声器件的阻抗曲线也是建立在频率响应方法测量基础之上的, 通过阻抗曲线还可以得到扬声器、音箱等系统的低频参数等重要参数, 所以对频率响应测量方法的研究是很重要的。

在查阅文献时, 尚未发现前人研究音频电声测量的精度时应用余弦窗和矩形自卷积窗, 因此, 在参阅前人的研究后, 这里用新的方法加窗, 采用余弦窗和矩形自卷积窗, 提高了测量的精度。

1音频稳态测量分析

1.1 音频稳态测量中相位分析

由于人耳能听到声音的频率为20 Hz~20 kHz, 分析时从10 Hz测量到20 480 Hz。让相角精度达到0.1°即可达到要求。 由此可得当初始相角取60° (90°, 120°, -120°, -90°, -60°从略) 时, 当精度达到0.1°, 各个窗所需的最小整数周期如图1所示。

从图1可以看出, 随着信号频率的增加, 为了保证算法分析相位的精度, 必须显著地增加信号分析的周期数, 这是因为在高频受到窗函数引起的截断误差影响更加明显, 因此只有通过增加窗函数的长度才可以使相位误差降低, 满足特定的要求。

当频率从10 240~20 480 Hz变化时, 由于采样频率与信号频率接近, 但由于单位周期的采样点数变小, 误差变大, 于是产生了很大的跳变, 由分析结果可得出如下结论: 正弦信号的初始相位几乎不影响精度, 在音频测量中认为正弦信号的初始相位不影响相位分析的精度。做基波分析时, 由于达到稳定状态, 加余弦窗所需的时间比加矩形窗短。因此, 从快速性考虑, 做基波分析加余弦窗。

1.2 音频稳态测量中幅度分析

当精度达到0.1°时, 所需的最小整数周期是临界周期。为了在幅度分析时得到更精确的结果, 则所加的窗长取值应该大于最小窗长, 测量时取最小窗长的3倍。用Matlab编程, 分别取不同的初始相角进行仿真, 发现初始相角不影响幅度。

1.3 音频稳态测量中谐波失真分析

谐波失真:输入正弦信号时, 输出信号的谐波与总输出信号之比, 表示幅度非线性[6]。

总谐波失真:

dt=u2 (2f1) +u2 (3f1) +u2 (4f1) +u2 (5f1) u (1)

式中:u (2f1) , u (3f1) , u (4f1) , u (5f1) 分别为2次谐波、3次谐波、4次谐波和5次谐波的幅度;u为总输出信号的幅度总和。

信号构成为:

f (t) =sin (2πf1t+φ) +0.5sin (2πf2t+φ) +

0.25sin (2πf3t+φ) +0.125sin (2πf4t+φ) +

0.062 5sin (2πf5t+φ) (2)

式 (2) 中基波的幅度为1, 频率f1从10 Hz变化到20 480 Hz, 2次谐波的幅度为0.5, 频率f2=2f1;3次谐波的幅度为0.25, 频率f3=3f1;4次谐波的幅度为0.125, 频率f4=4f1;5次谐波的幅度为0.062 5, 频率f5=5f1。由总谐波失真公式可算得已知信号的总谐波失真为29.74%。

当基波从10 Hz以2倍频程变化, 初始相位取60° (120°从略) 时, 分析其2次、3次、4次、5次谐波在加窗后的幅度变化及总谐波失真, 用Matlab编程可得到结论:构成信号的初始相位不影响谐波失真, 在做分析谐波失真时, 加余弦窗得到的精度要高于卷积窗。

1.4 音频稳态测量中互调失真分析

互调失真 (Intermodulation Distortion) :当输入基频为f1, f2, …的正弦信号 (至少两个) 时, 用频率为pf1+qf2+… (其中p, q为正、负整数) 的输出信号与总输出信号之比表示的幅度非线性, 即为互调失真, 见式 (3) :

式 (3) 中:f1和f2为基波信号的频率。由f1和f2可调制出f3, f4, f5, f6, f7, f8, f9, f10这8个频率信号;u (f2) , u (f3) , u (f4) , u (f5) , u (f6) , u (f7) , u (f8) , u (f9) , u (f10) 分别为信号幅度;u为总输出信号幅度之和。信号构成为:

当构成信号的初始相位取值不同时, 得出的互调失真结果变化非常微小, 可以忽略不记。由上面的分析可得到如下结论:初始相位不影响互调失真, 在构成信号的幅度和频率确定的前提下, 加余弦窗可获得更高的测量精度。

2结语

针对数字音频测量系统中的正交检波分析方法, 重点研究了对于待分析正弦信号如何加窗, 得出了在数字音频测量系统中研究频率响应和失真时加余弦窗得到的精度比加矩形自卷积窗要高, 这对保证测量结果的精确性很重要。

经过分析得到如下结论:

(1) 在音频测量的稳态分析中, 加余弦窗所得到的精度明显高于卷积窗, 但相关文献表明, 若进行插值运算, 卷积窗的计算精度会明显提高[7], 因此还需要进一步深入研究。

(2) 对加窗后信号的相位、幅度、谐波失真和互调失真进行数值分析发现, 初始相位不影响测量精度。

(3) 在做频率响应分析中, 加余弦窗选用较短的窗长即可达到要求的精度。

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