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如何设计安全可靠的AV视听系统

专业音视频系统集成的关键在于售前系统规划设计,好的规划设计并不一定是要靠单一好的、贵的设备来简单堆积,没有灵魂的方案设计不能算一个优秀的方案设计。

专业音频扩声系统
一套专业的音频扩声系统是一个从前到后都需要用心设计的系统,前端话筒拾音、中间处理、后级扩声是一个串联处理的过程。为什么叫“专业扩声”?关键就在于是“现场拾音+现场扩音”,本地话筒拾音要在本地扩声,必然要注意的问题是如何做到混响控制(建声)、本地话筒的啸叫抑制(电声)、提高传声增益(电声)等,环境因素决定的建声问题我们先不讨论,如何处理好电声问题是音频系统设计的关键。拾音话筒的选择、DSP数字音频处理器核心和功放喇叭输出环节是三个关键节点。
在话筒、处理器、功放喇叭类型和数量选择定稿之后,如何才能将这种串联的结构进行优化设计避免中间任何一个环节出现问题造成的系统故障,特别是核心处理器环节出现的问题比如宕机、烧接口甚至人为紧张误操作等这样的Security安全问题。有句话说得比较好:”电子设备就没有不坏的”,客观事例也比比皆是,平时使用好好的一到关键时候”掉链子”,这种时候就需要看我们有没有应急处理保障措施了,音频系统旁路系统设计在关键时刻能起大作用,这就是本节我们还是主要讨论的音频系统的旁路备份设计这个安全性话题。

音频处理器该如何配置

刚刚提到了一个音频系统的串行处理问题,三点一线如果中间的处理器出现问题那就是大问题,前端话筒和音源部分往往是多点分布式布局,单一设备故障往往不会影响到全局,扩声功放和喇叭问题也是同样道理,多台功放和多只喇叭很少会有全部通道坏掉的情况,所以分布式的布局设计有比较好的”冗余“特性,树状连接结构相当于并行优于链式连接结构的串行,那么关键问题就是:中心的核心音频处理器该如何配置使用呢?
别无它法,首先应该考虑热备份一台相同配置的数字音频处理器(或自动调音台),当然也可以1台处理器+1台自动调音台的配置,但是要注意一点输入输出接口数量问题,调音台一般是4~8编组,很难达到数字音频媒体矩阵的几乎无限制数量(64编组及以上),在中、大型项目设计中这个问题首先要注意。然后要考虑的是音源数量(话筒信号和线路信号数量)如何无源分配的问题,如果按照全链路备份设计就需要数一数话筒接入多少路、线路接入多少路,这两种信号在接入处理器或调音台的接口对应电平参数是不一样的,这两种信号都需要无源的且最好1:1无损的信号分配,因为要同时给到两台主机嘛。专业系统必须支持平衡线路连接,话筒接口必须提供幻象电源供电,为什么这里说是”必须”呢?因为专业的音频信号接口为了达成传输抗干扰和高动态范围,采用的是差分电路的三线处理方式,各种指标性能优于两线的非平衡传输方式,和专业音频处理器或调音台的输入接口阻抗匹配更好,能最大效率传递音频弱电信号能量,普遍使用的电容式会议话筒需要48V幻象电源供电,不建议采用后端主/备处理器或调音台供电,因为这样很难做到话筒和处理器的物理隔离,容易带入噪音,也保护不了核心处理器设备,还必须考虑主用谁的供电问题,所以建议无源分配器自己独立解决话筒幻象供电问题,当然要求供电模块要工作稳定可靠、干净无杂波、冗余双电源等。当然我们前面提到的”无源”并不包含”有源”的电源供电问题,但电路设计其实可以将音频无源隔离分配和有源幻象供电两者完美结合起来互不干扰影响,因为音配隔离变压器是电>磁>电感应交换无源器件,电容器有很好的隔直流通交流特性(音频信号其实是一种交流特性)。还好幻象电源虽然电压较高,+、- 端相对与G接地端是48V直流电压,但是驱动电容麦克工作电流比较小,8只话筒集中供电总耗电也不过10W左右,这个问题还比较容易解决,这是第一个环节:信号无源分配;原始信号经过无源分配1分2进入核心处理器或调音台做一系列复杂的音频信号处理然后多通道输出,马上就需要解决第二个问题:信号无源混音(加法器)。音频信号的2混1不同于视频信号的切换或图像合成功能,不能简单的并线连接或者继电器机械倒换,同样最好的方式也是音频隔离变压器的电>磁>电转换过程,优于加法器的有源芯片放大电路二合一声音dB值变化问题,同样可以做到1:1的输入输出特性,不管是单路还是双路同时接入都完美的20Hz~20KHz全频混音输出。
专业音频系统旁路备份的简化原理图如下:

 

 

推荐无源音频适配器的结构原理图如下:
   


由以上图可以看出,其实无源分配器和无源混音器都是同一个产品,只不过是一个正向用一个反向用,这样可以大大方便设备的选配,原则上只需要清点好输入输出的接口数量。
系统应用需要特别注意的事项

无源混音应用要求主路信号和备份旁路信号高度同步一致性,这一点往往容易备设计师忽略,为什么呢?因为两台音频处理器输出信号需要高度保持一致性,那么硬件处理和软件处理都需要保持同步,部分高端设备也许具备这一能力,但是理论是理论实际归实际,两路输出的信号在音量大小、混音内容、相位延迟等往往有些许差别,所以建议高级的使用方案是两台设备之间通过网络或串口通讯,全自动保持一个”主”和”备”的关系,比如”心跳”、”握手”等方式。当然可以加入人为干预的方案,平时启用主系统,通过中控或手动快速启动旁路备用系统,在核心处理器或调音台的输出端考虑加上”软”或”硬”开关,在调音台使用上将备用调音台输出全部拉低,两台设备虽同时开机热备,但只一台设备或单一某路通道旁路输出应急处理,毕竟人的判断还是最”智能”的!
音频适配器产品除了基本的无源分配、无源混音、幻象供电以外还有共模噪声隔离、可视化音频监听监看、话筒前级放大功能,产品采用模块插卡式设计,支持热插拔操作,机箱具有较好的电磁屏蔽特性。需要特别指出的是无源分配、无源混音、共模噪声隔离功能是工作在无源状态,保证系统的稳定可靠性,不需要外部电源照常运作,这是该类型产品的核心竞争力。

 

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2021-02-05

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