多媒体会议音频系统设计

现代多媒体会议中音频系统的设计及其发展趋势中国电子科技集团公司第三研究所研究员、高级工程师魏增来2013年4月1.多媒体会议之音频系统的需求现代型会议室的需求可以定义为用途需求和操作需求两个方面，前者是会议系统的目标，后者为实现目标的手段。以最简单的手段实现最大化的目标将是一个系统设计实施者的最重要的追求。现代型会议室最基本的用途需求主要如下：•满足会议、讨论等方面的需要；•满足演讲、讲座、培训、学术交流等方面的需要。•根据具体使用要求的不同，满足其他一些诸如同声传译、远程电视会议、环绕声电影播放、卡啦OK演唱及文艺演出等等方面的需要。多媒体会议之音频系统至少要提供如下操作功能：•现场相关信号的获取，包括：现场发言、CD/DVD/计算机等节目源信号•现场相关区域的扩（放）音及控制室监听•录音：现场信号的存留简而言之是说得明白、听得清楚、记得牢固并易于存储复制。•除此之外，根据其他一些具体用途的不同，多媒体会议之音频系统还需要提供诸如同声传译（或配备同声传译扩展接口）操作、远程电视会议（或配备远程电视会议接口）操作、环绕声解码及扩声操作以及文艺演出的混响效果及混音操作等。对音频系统的扩声特性指标应正确理解：•“扩声系统声学特性指标”是必要但非充分的。是技术层面对扩声系统不完全的要求。•对达到相关的扩声特性指标要有足够的重视度，严格的实际测量会出现很多问题。2.音频系统的基本概念话筒节目源主控设备声场处理设备扬声器处理设备功率放大器周边处理设备工程技术层面（参数基本固定）艺术美学层面（参数根据需要调整）扬声器3.多媒体会议之音频系统的结构自动增益调音台拾音器啸叫抑制器（移频器）音频媒体矩阵音频节目源其它系统音频信号还音系统其他系统录音设备基本原理框图关于音频媒体矩阵式处理器：•具有很强的综合处理能力，无需通过实际连线即可实现多种功能，大大降低故障率以及安装难度；•计算机调试、多级密码管理管理，误操作的可能性非常小；•开放的控制通讯协议，可接受AMX、CRESTRON等集中控制系统的控制，对于非专业的操作人员，大大降低操作难度；•对于具有多种功能的会议厅，能预存多种使用模式，通过模式调用即可完成原来只能在大型的调音台上才能完成的复杂的功能转换工作；•在某些建声环境不是太好的会议厅堂中，通过音频处理矩阵可以可以更容易设定传声器输入区域与扬声器放音区域的对应关系，降低啸叫的可能性。•多数音频处理矩阵带有网络控制及传输接口，可实现远程的系统控制及数字化的信号传输。•相比较于同等处理能力的数字调音台，具有更好的性能价格比。原理框图变化之一手拉手会议系统主机手拉手会议系统子机啸叫抑制器（移频器）音频媒体矩阵音频节目源其它系统音频信号还音系统其他系统录音设备逻辑输入输出切换器DVD环绕声原理框图变化之二啸叫抑制器（移频器）音频媒体矩阵音频节目源其它系统音频信号还音系统其他系统录音设备逻辑输入输出切换分配器DVD环绕声调音台自动增益调音台会议拾音器效果器演唱拾音器4.啸叫控制会议扩声系统的特点：•相比于剧场等演出场所，通常没有相对独立的空间（如剧场的舞台等）用于摆放传声器。而且即便设有专用讲台，也通常与整个扩声环境完全处于同一声场中。•传声器数量众多，且通常使用范围遍布整个扩声空间内。•传声器使用无规律，尤其在讨论型会议中。4.啸叫控制啸叫产生的基本原因：扬声器发出的现场扩声信号在声场空间进行自由传播的过程中，如过多地被传声器拾取并进入同一套系统进行再次放大，则会形成正反馈，从而引发啸叫现象。目前的常规手段：硬件设备，如啸叫抑制器（多点自动/手动陷波器）、移频器等等，4.啸叫控制综合处理及控制措施：•合理的扬声器及传声器布局关系：传声器的指向角范围应尽量避免设置在扬声器直接或大规模反射覆盖的范围内，如能采用“背靠背”方式为最佳。•合理的扬声器及传声器选型：通过设备选型，首先可以提高对扬声器指向范围的把握，降低声扩散的复杂度，提高对扩声声场的控制；同时也可通过把握传声器的指向，减少现场扩声信号的拾取量。4.啸叫控制综合处理及控制措施：•合理的中心处理设备：如自动增益调音台、会议主机、媒体矩阵处理器等，自动控制同时开启的话筒数量和总体输出电平，使系统在完成使用功能的前提下，尽量减少同时工作的话筒数，并可将输出声能控制在一个相对恒定的范围内，从而有效控制某一时段内话筒所拾取的扩声信号的能量。•MIXMANAGEMENT：如啸叫现象非常严重，则可将不同区域的话筒及覆盖扬声器分组，利用中心处理设备，设置扬声器在不同话筒分组之间的放音电平比例，从而避免正反馈，降低啸叫。4.啸叫控制•配备啸叫抑制器、均衡器、移频器等设备，在必要时可以借助这些设备自动或手动寻找并拉低啸叫点或对反馈信号进行移频。牢记：由于语言信号自身的特点，因此在会议扩声系统中，传声增益、语言清晰度以及声场不均匀度是系统的根本，是首先要考虑的层面，而声像统一、宽泛的频率传输特性则属于锦上添花的东西，对会议语言扩声而言，切不可舍本逐末。4.啸叫控制•传声器开启阈值电平的设定：适当。若阈值过低，则起不到控制传声器开启数量的目的；而如若阈值设定过高，则会产生“吃字”现象，大大降低扩声的可懂度，严重影响使用效果。•陷波器或移频器的所在位置：设置在语音信号处理通道中而不是系统的混合输出通道。控制处理的注意事项：5.回声控制•远程会议中，远端声音信号在本地系统中的扬声器重放时，被本地拾音器拾取，并经会议终端再送回至远端会场，从而根据编解码及传输延时的不同，形成了回声，反之亦然。产生回声的原因：5.回声控制AcousticEchoCancellation（AEC）自动回声消除6.系统调整控制•控制计算机：实时性差、操作复杂、使用不便，可控范围大。•集中控制系统：AMX/CRESTRON/CUE等，操作简便，前期编程复杂，可控范围有一定局限性，需慎重考虑操作界面，造价较高。•音频矩阵自身配套的控制组件：结构简单、使用方便，造价较低，控制能力有限。会议系统中核心音频矩阵的调整控制方式：7.网络型会议中心•大型的、多厅堂的会议中心内实现资源共享。•实现核心主控机房的监控和必要的干预，节省人力投入。•体现系统的先进性。目的：困难：•视频信号的多通道实时传输。•中心干预的程度和及时性。7.网络型会议中心方式1：星型结构核心总控机房会场1会场2会场3会场4会场N7.网络型会议中心方式2：环型结构核心总控机房会场1会场2会场3会场4会场N7.网络型会议中心建议：•在会议室本地完成信号处理，不采用集中处理方式，以降低系统风险。•本地控制应完全可以独立于总控室之外良好运行。8.手拉手式会议系统优缺点：•调试简单方便•一体化解决方案：会议发言、同声传译、表决、会议管理等•不易引起啸叫•最大发言数量受限制•造价相对较高•绝大多数产品音质不佳9.多媒体会议系统的发展趋势定向投射扩声技术的应用：定向投射扩声技术的基本原理，是通过声反射或多扬声器阵列的声波束引导等技术，增强被覆盖区域的直达声，减弱非覆盖区域的直达声，设法使扬声器的声音聚焦或瞄准于听音者，从而减少由天花、墙壁、地面引起的混响声，使得远、近观众区的声压级尽量接近，以提高清晰度和传声增益。并可由此衍生，实现啸叫控制、降低声泄漏等。8.多媒体会议系统的发展趋势通过特定反射曲面，对反射声进行柱状控制，将声音清晰而柔和地聚集，使得高频至中频段声音基本扩散于圆顶反射罩之下的柱状空间内，不受外界噪音干扰。频率越高，声音反射成束的效果就越显著，而在低频段则声聚焦的效果就有所逊色，且会导致频率响应不平坦。此外，一旦投射距离过远，其聚焦效果以及声压就会显著降低。可应用于通过MIXMANAGEMENT形式的会议扩声系统。8.多媒体会议系统的发展趋势基于DSP技术的多扬声器阵列是在“声柱”的技术基础上结合DSP技术发展而成的，其基本设计思路是：多只（组）扬声器单元直线排列，每一个（组）扬声器单元均配备有一套内置的DSP处理模块和一路内置功放模块。各单元信号均根据需要，经DSP运算处理（加权、延时、求和等），从而实现声波束引导，形成可变且可控的空间指向。8.多媒体会议系统的发展趋势Renkus-HeinzICONYXTannoyQ-FLEXCVSEvolutoneTANNOYQFlex：极好的声线控制能力.（＋/－70度）有效消除声场干涉前场的声压级与后座的声压级基本保持一致CVSEvolutone的三束波束/1束波束中心覆盖区域CVSEvolutone的三束波束/2束波束中心覆盖区域CVSEvolutone的二束波束/1束波束中心覆盖区域（越过障碍物进行覆盖）CVSEvolutone的三束波束/3束波束中心覆盖区域CVSEvolutone：9.多媒体会议系统的发展趋势全备份功能的音频数字网络9.多媒体会议系统的发展趋势全备份功能的音频数字网络可以完成从音源输入直至功率放大器输出的整个音频链路的所有功能。可以对所有音频信号的路由分配、信号处理、控制和监测等功能进行集中控制与管理。可以实现全通道（输入接口、处理核心、输出接口以及功率放大器部分）的自动故障检测和实时热备份。9.多媒体会议系统的发展趋势几种大屏幕显示方式的比较：•DLP投影拼接屏•LCD液晶拼接•边缘融合投影技术•LED模块拼接9.多媒体会议系统的发展趋势DLP投影拼接屏主要优点：可根据场地灵活组合，拼接面积较大。拼接缝隙较小、基本不影响观感。技术稳定成熟等。主要缺点：亮度较低且随使用时限衰减严重。色彩还原度相对较差，且多台机器组合会造成色彩还原一致性不好。前期建设及后期维护成本昂贵。技术再发展潜力小等。9.多媒体会议系统的发展趋势LCD液晶拼接屏主要优点：高分辨率，色彩一致性好。亮度高。厚度薄且重量轻。低能耗，长寿命，造价及维护成本较低。主要缺点：拼接缝隙大、明显影响观感。长时间连续使用容易使液晶板老化、出现画面色彩失真、暗块以及死机等现象。9.多媒体会议系统的发展趋势边缘融合投影技术主要优点：彻底消除图像边缘的物理拼缝，实现图像完整一体化、无失真、多通道无缝拼接。支持超大尺寸的平面投幕、柱面（环形）投影幕和球面投影幕及各种异型投影幕显示环境。正、背投可选。主要缺点：多台投影机拼接融合，使得调试较为困难，且虽时间推移，色彩一致性会变差。初期亮度较好，但随时间推移，各投影机之间亮度会出现差异化，因此要经常统一更换灯泡，维护成本较高。前期安装难度较大，对机房的防尘、防震要求较高。9.多媒体会议系统的发展趋势LED模块拼接主要优点：亮度高、基本上可以不考虑随使用年限的亮度的衰减，且亮度可调范围大。视觉上无缝隙，图像完整一体化。色彩艳丽、真实。省电、使用寿命长，降低使用维护成本。模块化结构设计,可采用表贴方式，实现前维护，节约空间，且方便安装与维护。9.多媒体会议系统的发展趋势LED模块拼接主要缺点：适合一定距离之后的观看，如距离太近，则会感觉图像有颗粒感且刺眼。使用案例较少，虽然技术已经很成熟，但实际效果需进一步检验。造价相对较高。散热较大，需有良好的通风处理。9.多媒体会议系统的发展趋势无纸化多媒体手拉手会议讨论系统9.多媒体会议系统的发展趋势无纸化多媒体会议讨论系统将会议中可能涉及的各类系统（会议讨论系统、同声传译系统、表决系统、签到系统、视频显示系统、文件和数据服务系统等）集成到一个桌面设备中，对会议中涉及的各类信息显示、互动操作、音视频及网络接入等需求，利用高分辨率LCD触摸屏进行集中式控制，可实现交互式会议控制管理（发言、表决、同传）、无纸化会议、视频对话、多种视频服务、网络查询以及会议服务功能。产品成熟度和可靠性有待时间检验。9.多媒体会议系统的发展趋势话筒有源可控指向扬声器系统网络编解码设备主控设备编解码设备节目源及记录设备远程监控设备预留接口控制机房会议区域数字化、网络化、无线化及双通道同步冗余编解码设备摄像机网络型显示系统随着无线网络的发展，也许10年后的某一天，系统设备之间的仅有的1根连线也将取消。感谢各位的聆听欢迎大家批评指正