音頻矩陣、音頻處理器、音箱處理器、系統(tǒng)處理器……傻傻分不清？

音頻處理器在音響工程中已經(jīng)應(yīng)用非常廣泛了。在音響系統(tǒng)進(jìn)入第二代技術(shù)的象征，就是出現(xiàn)了數(shù)字化的音頻處理器。目前音頻處理器的功能越來(lái)越強(qiáng)大。今天，我們就專(zhuān)門(mén)來(lái)聊一下數(shù)字音頻處理器。

1.什么是“數(shù)字音頻處理器”？

從廣義上來(lái)講，只要是數(shù)字化架構(gòu)，具有音頻處理能力的產(chǎn)品都可以叫做數(shù)字音頻處理器。然而市場(chǎng)上類(lèi)似產(chǎn)品種類(lèi)很多，所引用的名稱(chēng)也有些差異，比如：音頻處理器、音箱處理器、系統(tǒng)處理器、音頻矩陣、媒體矩陣等。它們之間有很多共同點(diǎn)，同時(shí)也有著非常大的差異。

在展開(kāi)討論應(yīng)用之前，我們先要知道什么是矩陣、處理器、音箱處理器，然后才好比較完整的知道大型媒體矩陣與普通音頻處理器的差異。

2.什么是“矩陣”？

矩陣本身是一個(gè)數(shù)學(xué)上的名詞。在數(shù)學(xué)中，矩陣（Matrix）是一個(gè)按照長(zhǎng)方陣列排列的或集合。在音頻技術(shù)中，就是輸入和輸出信號(hào)節(jié)點(diǎn)管理功能的意思。在數(shù)字模型上，就是m×n的格式。通常，m代表輸入端，n代表輸出端。

▲8進(jìn)8出普通矩陣，節(jié)點(diǎn)關(guān)系是on與off

常見(jiàn)的矩陣有三種，普通型矩陣的節(jié)點(diǎn)僅有“on”和“off”的功能；表示輸入和輸出端的信號(hào)分配關(guān)系。

參量型矩陣的節(jié)點(diǎn)，除了“on”與“off”的功能外，還可以進(jìn)行對(duì)該節(jié)點(diǎn)的輸出音量值調(diào)整。調(diào)整單位通常為“dB”（分貝）。即可以調(diào)整每個(gè)輸入信號(hào)分配到指定輸出端口的數(shù)值。

▲8進(jìn)8出參量型矩陣節(jié)點(diǎn)除了開(kāi)關(guān)，還可以調(diào)整音頻輸出的參量

帶延時(shí)的參量型矩陣，除了完成參量型矩陣的功能外，還可以對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行延時(shí)量的調(diào)整。調(diào)整單位通常為秒“ms”（毫秒）。延時(shí)模組的關(guān)閉即無(wú)延時(shí)輸出，不影響信號(hào)電平的輸出。

▲8進(jìn)8出帶延時(shí)參量型矩陣在節(jié)點(diǎn)音量調(diào)整同時(shí)還具有延時(shí)參數(shù)調(diào)整

在專(zhuān)業(yè)音頻應(yīng)用領(lǐng)域，單純的數(shù)字矩陣設(shè)備是沒(méi)有的。只有在視頻矩陣廠家產(chǎn)品中，在與視頻配套的設(shè)備中，有僅帶有矩陣功能的產(chǎn)品。

3.什么是“音頻處理器”？

簡(jiǎn)而言之，所謂音頻處理器，就是具有音頻處理器能力的產(chǎn)品。一般擁有多個(gè)輸入輸出端口。不同廠家的不同應(yīng)用的產(chǎn)品端口上存在不同。對(duì)應(yīng)功能模組的不同，還可以細(xì)分為音箱處理器和系統(tǒng)處理器。

▲dbx PA ：2進(jìn)6出數(shù)字音頻處理器

上圖所示為美國(guó)dbx PA 音頻處理器。輸入端口額定值為0dB。廠家推薦的應(yīng)用包括2*3到2*6等不同的方案。其接口形式和額定值決定了它是一臺(tái)用于調(diào)音臺(tái)和功分器之間的音頻處理器。不具備取代調(diào)音臺(tái)的接入和處理能力。同時(shí)由于他的接口m和n≥2，并且可以指定輸入到輸出的關(guān)系，因此，也可以認(rèn)為它有矩陣分配的能力。

▲信號(hào)流程及模組說(shuō)明

在這個(gè)產(chǎn)品的功能中，我們還可以看到，矩陣之后針對(duì)每一路輸出有獨(dú)立的品質(zhì)調(diào)整，包括三段參量均衡器、壓限器和延時(shí)器，同時(shí)，在矩陣之前，它還有針對(duì)全局的圖示均衡器和壓限器噪聲門(mén)等電路，具有對(duì)整體系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整的能力。同時(shí)，它的模擬卡隆接口的屬性決定了它無(wú)法進(jìn)行數(shù)字分配，即無(wú)法擴(kuò)展成更大規(guī)模的用途。

因此，我們可以認(rèn)為它屬于系統(tǒng)處理器。

4.什么是“音箱處理器”？

音箱處理器就是在系統(tǒng)處理器基礎(chǔ)上去除了針對(duì)系統(tǒng)全局進(jìn)行處理的產(chǎn)品，其核心功能僅針對(duì)輸出端完成。

音箱處理器和大型系統(tǒng)處理器之間的核心區(qū)別不僅僅是是否少了一組輸入端的圖示均衡或壓縮器。這在電子產(chǎn)品架構(gòu)制造中是非常簡(jiǎn)單的。真正的區(qū)別核心是：是否具有對(duì)全局系統(tǒng)進(jìn)行處理的能力。

全局系統(tǒng)的處理關(guān)鍵，是輸出的音箱之間的分布關(guān)系。如果音箱分布的距離比較近，比如小型演出中，全頻音箱安放在超低音箱上，兩個(gè)單元相差的距離不過(guò)1～2米，它們之間需要調(diào)整的延時(shí)量不過(guò)10ms以下就夠了。

但是，如果是一個(gè)大型擴(kuò)聲系統(tǒng)，主音箱可能存在分布式布置，音箱之間的差距可能在數(shù)十米以上，那么音箱之間的延時(shí)量就需要非常大，有時(shí)甚至在100ms以上。（相對(duì)于均衡器壓縮器等，延時(shí)模塊制造成本高很多）。并且，每一個(gè)輸出端除了用于系統(tǒng)總體布局的大的延時(shí)模組，還需要一些高精度的用于揚(yáng)聲器單元之間相位校正的ns級(jí)延時(shí)器。比如很多名牌音箱的處理器，除了參量均衡對(duì)揚(yáng)聲器的品質(zhì)校正，還有精確延時(shí)對(duì)揚(yáng)聲器單元之間進(jìn)行協(xié)調(diào)一致。有的還需要用到FIR濾波器進(jìn)行調(diào)整。

因此，很明顯判斷，當(dāng)一臺(tái)處理設(shè)備，它具有非常多的輸入輸出端口，比如8×16、16×16等。同時(shí)，它的輸入端接入電平限幅為0dB，系統(tǒng)內(nèi)部延時(shí)功能又不足以滿足系統(tǒng)的長(zhǎng)延時(shí)指標(biāo)，那么它就只能用于音箱處理。只能稱(chēng)之為音箱處理器。此類(lèi)產(chǎn)品價(jià)格較低。

5.什么是“音頻矩陣”？

在專(zhuān)業(yè)音頻領(lǐng)域稱(chēng)呼的音頻矩陣，不僅僅具有音頻系統(tǒng)處理器的能力，還需要更多的功能，至少，它的輸入電平可以從0dB至－60dB，有的甚至到－66dB?？梢赃B接專(zhuān)業(yè)音頻信號(hào)（0dB）、民用級(jí)音頻信號(hào)（－10dB）、動(dòng)圈話筒信號(hào)（－25dB～－55dB）、電容話筒信號(hào)（－30dB～－66dB）并且提供幻像電源供電。

此類(lèi)產(chǎn)品最初引入市場(chǎng)的是美國(guó)PEAVEY的產(chǎn)品。行業(yè)中為了區(qū)別音箱處理器或一般系統(tǒng)處理器，稱(chēng)呼為音頻媒體矩陣。目前由于多媒體技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，為了區(qū)別與視頻多媒體相關(guān)的矩陣產(chǎn)品，我們統(tǒng)稱(chēng)為音頻矩陣或數(shù)字音頻矩陣。

▲東微TYCHO-T1616TC：16進(jìn)16出數(shù)字音頻處理器

除了接入接口的不一樣，音頻矩陣往往還有可通過(guò)數(shù)字的方式進(jìn)行音頻信號(hào)通道擴(kuò)展的功能。同時(shí)還有外部控制接入和輸出，比如RS232\RS485\GPIO等等，高級(jí)一些的還具有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的接入。包括網(wǎng)絡(luò)音頻傳輸和網(wǎng)絡(luò)控制信號(hào)。

它們的功能已經(jīng)不僅僅是滿足于通過(guò)傳統(tǒng)的擴(kuò)聲流程來(lái)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行管理。更多的交互功能出現(xiàn)在音頻的系統(tǒng)中。使得它們可以做更大型的工作。最主要體現(xiàn)在：架構(gòu)、功能和應(yīng)用目標(biāo)上的不同。

6.架構(gòu)區(qū)別

系統(tǒng)能否做大做強(qiáng)，關(guān)鍵在架構(gòu)。目前的音頻矩陣主要分兩種架構(gòu)：一種是固定流程的架構(gòu)，一種是可以自由編譯的架構(gòu)。兩種架構(gòu)各有優(yōu)點(diǎn)。

固定流程架構(gòu)的產(chǎn)品代表如下圖所示，每一個(gè)模塊的功能和信號(hào)流程都已經(jīng)很明確的體現(xiàn)在了軟件界面上，用戶不可以改動(dòng)流程架構(gòu)，但可以對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。缺點(diǎn)是靈活性不夠，優(yōu)點(diǎn)是每一個(gè)模塊的功能都是明確的，可以充分使用的，不存在任何資源冗余的問(wèn)題。穩(wěn)定可靠。可用于有明確應(yīng)用目標(biāo)的系統(tǒng)建設(shè)中。

▲固定架構(gòu)軟件控制界面。參數(shù)可調(diào)架構(gòu)不變。

另外一類(lèi)架構(gòu)是可以對(duì)每一個(gè)模塊進(jìn)行自由編輯的產(chǎn)品。通常稱(chēng)之為動(dòng)態(tài)編譯架構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)是給予工程師的自由度極其高，沒(méi)有任何限制。甚至有的工程師將音頻矩陣中的邏輯功能發(fā)揮到極致后，完全取代了中控主機(jī)的功能。

固定架構(gòu)的音頻系統(tǒng)的功能，最多能夠做到第四代系統(tǒng)架構(gòu)。在第五代云架構(gòu)音頻系統(tǒng)中，自定義模組的設(shè)計(jì)功能可以完成數(shù)據(jù)加密的功能，同時(shí)，自動(dòng)系統(tǒng)檢測(cè)和云備份的功能是音頻處理器的最高境界的發(fā)揮。

7.功能區(qū)別

▲可動(dòng)態(tài)編譯音頻處理器軟件界面

功能上，音頻矩陣在完全擁有一般音頻處理的功能外，還擁有比如Ducker、Gating Auto Mixer、Gain Sharing Auto Mixer、Room Combiner、AGC、ANC、AEC、Invert、Source Selector、Router、Feedback Suppressor等音頻類(lèi)功能模塊，單個(gè)矩陣模組的規(guī)模最大已經(jīng)到了256×256路之多。有的專(zhuān)用設(shè)備上還有電話接口和VOIP接口，多數(shù)還有各類(lèi)Logic的應(yīng)用模塊。

同時(shí)，音頻信號(hào)的互聯(lián)互通也做得非常好了，常用的傳輸協(xié)議有ConbraNet、Dante、AVB。并且AVB協(xié)議是同時(shí)支持音頻和視頻的，在一條網(wǎng)線上可以傳輸雙向420路音頻和256路視頻。這些，都是普通音頻矩陣所不具備的功能，也是大型音頻系統(tǒng)建設(shè)所需要用到的功能。也是目前市場(chǎng)上價(jià)格最高的產(chǎn)品，從數(shù)萬(wàn)到十多萬(wàn)一臺(tái)（套）都有。

8.應(yīng)用目標(biāo)區(qū)別

產(chǎn)品設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)是在應(yīng)用。固定架構(gòu)的設(shè)備，其應(yīng)用技術(shù)主要在參數(shù)的改變，我們稱(chēng)之為“調(diào)試”，而大型動(dòng)態(tài)編譯的音頻矩陣類(lèi)產(chǎn)品，其強(qiáng)大的功能主要體現(xiàn)在應(yīng)用工程師針對(duì)應(yīng)用環(huán)境的功能設(shè)計(jì)，是將產(chǎn)品變更成出廠不具備的功能，我們稱(chēng)之為“二次開(kāi)發(fā)”。

▲二次開(kāi)發(fā)功能舉例：多通道可擴(kuò)展音箱檢測(cè)模組

根據(jù)上述了解，我們可以得知以下應(yīng)用目標(biāo)的區(qū)別：

音箱處理器：用于專(zhuān)業(yè)擴(kuò)聲中對(duì)音箱的品質(zhì)校正。還可以用于要求不高的小型擴(kuò)聲，比如小型廳堂等?；蛘邽榱斯?jié)約前端資源，專(zhuān)門(mén)用于后端的音箱參數(shù)校正。

系統(tǒng)處理器：用于大型專(zhuān)業(yè)擴(kuò)聲中音箱和整體系統(tǒng)的控制。比如大型演出、大面積多區(qū)域廣播。

固定架構(gòu)的音頻矩陣：用于對(duì)已知功能目標(biāo)的音頻系統(tǒng)。常用于會(huì)議室、演講室、報(bào)告廳等。

動(dòng)態(tài)編譯架構(gòu)的音頻矩陣：可用于任何音頻系統(tǒng)。并且由于其便利的數(shù)字?jǐn)U展，在應(yīng)用在傳統(tǒng)的大型擴(kuò)聲系統(tǒng)中，比傳統(tǒng)的系統(tǒng)處理器要有更多的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。第四代網(wǎng)絡(luò)化架構(gòu)和第五代云架構(gòu)音頻系統(tǒng)必須采用的技術(shù)。

節(jié)選自：《數(shù)字音頻處理器你了解多少？》

作者：汪曉琦 深圳市奇正設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司設(shè)計(jì)總監(jiān)、高級(jí)音響技師

——延伸閱讀——

你懂什么是系統(tǒng)的“增益架構(gòu)”嗎？

增益架構(gòu)在一個(gè)音響系統(tǒng)里的設(shè)置是否合理關(guān)系到各個(gè)設(shè)備之間的信號(hào)電平是否合適，一個(gè)好的增益架構(gòu)可以讓系統(tǒng)獲得一個(gè)很好的信噪比和動(dòng)態(tài)余量。

系統(tǒng)的信噪比差通常會(huì)導(dǎo)致很高的背景噪聲，這會(huì)讓聽(tīng)者感到厭煩，并且會(huì)影響聲音的清晰度。在一個(gè)有效的音頻信號(hào)接近本底噪音的系統(tǒng)里通常會(huì)有過(guò)多的頭頂余量。反過(guò)來(lái)說(shuō)，一個(gè)系統(tǒng)在低余量也就是系統(tǒng)噪音很低而且信號(hào)已接近失真的情況下，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)過(guò)載引起聲音畸變甚至燒壞喇叭。如果有多件音響器材在同一電平內(nèi)發(fā)生削波（聲音開(kāi)始畸變）或者有類(lèi)似的動(dòng)態(tài)范圍，那么這樣的音頻系統(tǒng)就可以被稱(chēng)為“即插即用”的系統(tǒng)，不過(guò)這種情況是及其少見(jiàn)的。

以下介紹了設(shè)置系統(tǒng)增益架構(gòu)的兩種方法（統(tǒng)一法和優(yōu)化法）。這兩種方法都是讓盡量強(qiáng)的信號(hào)電平貫穿整個(gè)聲音的系統(tǒng)。

統(tǒng)一法

統(tǒng)一法是傳統(tǒng)的設(shè)置增益架構(gòu)的方法，這種方法依賴于信號(hào)統(tǒng)一放大，也就是說(shuō)音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)音臺(tái)之后的每一個(gè)設(shè)備的輸出電壓等于輸入電壓。如果我們假設(shè)一個(gè)典型的線路電平為＋4dBu，那么就應(yīng)校準(zhǔn)這個(gè)系統(tǒng)中的每一個(gè)設(shè)備使輸出等于這個(gè)電平，最終功放的輸入為＋4dBu。功放的靈敏度旋鈕用來(lái)設(shè)置現(xiàn)場(chǎng)所需要的聲壓級(jí)。

統(tǒng)一法的優(yōu)點(diǎn)：

1.易于校準(zhǔn)。

2.易于替換組件。

3.實(shí)現(xiàn)速度快。

統(tǒng)一法的缺點(diǎn)：

但是這種方法也有幾個(gè)顯而易見(jiàn)的缺點(diǎn)：雖然整個(gè)系統(tǒng)的工作電平是一致的，但是每個(gè)設(shè)備之間的頭頂余量卻不一樣，所以混音后設(shè)備可能失真是一個(gè)最大的缺點(diǎn)。

例如把一個(gè)調(diào)音臺(tái)的輸出看作＋24dBu，如果他的表頭零刻度表示＋4dBu的輸出電平，那么這個(gè)調(diào)音臺(tái)就有20dBu的輸出頭頂空間。如果把這個(gè)調(diào)音臺(tái)的輸出接到一個(gè)削波電平為＋20dBu的均衡器，那么這個(gè)均衡器就只剩下16dBu的頭頂余量了，因此或許一個(gè)波形在經(jīng)過(guò)調(diào)音臺(tái)時(shí)還處在頭頂余量之內(nèi)時(shí)但是到了均衡器的時(shí)候就可能失真了。但是這種事情通常是對(duì)系統(tǒng)不太熟悉的人做的。通常情況下最佳的做法應(yīng)該是系統(tǒng)的所有設(shè)備都應(yīng)該在同一點(diǎn)發(fā)生削波。

優(yōu)化法

用優(yōu)化法建立的增益架構(gòu)能讓工作在不一樣的工作電平下的各個(gè)組件具有同樣的頭頂余量。這種方法可以使任何一個(gè)設(shè)備輸出最大電壓的同時(shí)下一個(gè)設(shè)備不會(huì)過(guò)載。

就按照上邊的例子來(lái)說(shuō)，均衡器的削波電平比調(diào)音臺(tái)低了4dB，因此在均衡器輸入之前調(diào)音臺(tái)的輸出就要衰減4dB。如果不行的話就要在調(diào)音臺(tái)和均衡器之間加上一個(gè)4dB的衰減器。調(diào)音臺(tái)的輸出電平降到零時(shí)再輸入到均衡器之中，這樣均衡器就保持了20dB的頭頂余量。

優(yōu)化法的優(yōu)點(diǎn)如下：

1.優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的信噪比。

2.所有設(shè)備同時(shí)發(fā)生削波時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)工作在零刻度混音會(huì)具有相同的頭頂余量。

優(yōu)化法的缺點(diǎn)如下：

１、當(dāng)然，這種方法也需要設(shè)計(jì)者花費(fèi)更多的時(shí)間以及具有相當(dāng)專(zhuān)業(yè)的水平。

２、另外更換設(shè)備也比較困難。因?yàn)楦鼡Q的設(shè)備可能削波電平不一樣，如果功放在一個(gè)很低的增益下就開(kāi)始削波，那么我們就需要在功放輸入前衰減信號(hào)。或者提高功放的輸入電平直到達(dá)到我們所需的聲壓級(jí)。我們必須要知道，未達(dá)到我們所需的聲壓級(jí)時(shí)功放就已經(jīng)開(kāi)始削波了，那么這時(shí)候我們就需要一個(gè)更大功率的功放（喇叭能承受的功率）。