會議室音響系統(tǒng)的數(shù)字音頻技術(shù)分析

摘要：對音響系統(tǒng)進行優(yōu)化，做好音響設(shè)備升級十分重要，是提升會議室音頻效果的有效途徑。文章首先對音頻技術(shù)開發(fā)方案進行說明，明確音響系統(tǒng)的具體設(shè)計理念，在確保經(jīng)濟性與可靠性前提下，研究數(shù)字音頻技術(shù)實現(xiàn)方式。通過做好數(shù)字音頻處理，采取模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D、D/A模式，使得會議室音響系統(tǒng)應(yīng)用達到預(yù)期標準，由此提高了會議室音頻資源輸出質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：會議室；音響系統(tǒng)；數(shù)字音頻技術(shù)；分析

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.03.032

中圖分類號：TN 934.81" " " " " " " "文獻標示碼：B" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）03-00-03

Analysis of Digital Audio Technology of Conference Room Audio System

WANG Shuo

（Juxian Rong Media Center， Rizhao 276500， China）

Abstract： It is very important to optimize the audio system and upgrade the audio equipment， which is an effective way to improve the audio effect of the conference room. First of all， this paper describes the audio technology development plan， clarifies the specific design concept of the audio system， and studies the implementation of digital audio technology on the premise of ensuring economy and reliability. By doing a good job in digital audio processing and adopting analog-to-digital conversion A/D and D/A modes， the application of conference room audio system has reached the expected standard， thus improving the output quality of conference room audio resources.

Key words： conference room; sound system; digital audio technology; analysis

1" 會議室數(shù)字音頻技術(shù)說明與設(shè)計理念

1.1 系統(tǒng)方案說明

在會議室音響系統(tǒng)設(shè)計方案中，采用了1臺前級設(shè)備，可滿足2路話筒、音頻、視頻輸入，并提供20個用戶效果模式。系統(tǒng)方案包括5級變調(diào)、話筒激勵、超低音箱分頻點，可通過遠程開關(guān)控制聲音。本音響系統(tǒng)也配置了1臺純功放，該功放具有二通道輸出功能，其額定功率為400 W，利用單臺設(shè)備便可實現(xiàn)對多只音箱的擴聲要求。在音響系統(tǒng)中配備10臺同軸揚聲器，使得音頻輸出效果達到最佳，能夠提供更高質(zhì)量的音頻信號資源[1]。此外，揚聲器布局較為緊密，將功放均勻分配給不同揚聲器，可解決傳統(tǒng)揚聲器低音不足、聲音失真等問題。方案也提供1臺抗阻匹配器，具有較為出色的功率分區(qū)功能。

1.2 設(shè)計理念

該會議室音響系統(tǒng)設(shè)計遵循質(zhì)量第一原則，采用專業(yè)數(shù)字音頻技術(shù)對音響系統(tǒng)進行優(yōu)化。在具體設(shè)計中，堅持可靠性設(shè)計理念，根據(jù)會議室總?cè)莘e（568 m2），選取10臺揚聲器，對全部音響設(shè)備進行技術(shù)調(diào)試，使得聲音輸出效果更加穩(wěn)定。為實現(xiàn)上述設(shè)計理念，對會議室音響系統(tǒng)進行科學(xué)選型，選型方案如表1所示。

2" 會議室音響系統(tǒng)數(shù)字音頻技術(shù)研究

2.1 數(shù)字音頻處理

參考上述設(shè)計方案與理念，對會議室音響數(shù)字音頻技術(shù)進行研究，音頻技術(shù)的應(yīng)用路徑如下：一是模擬拾音－音頻處理－采樣保持－壓縮調(diào)制－發(fā)送記錄；二是數(shù)字接收－解調(diào)解壓－信息處理－檢錯糾錯－數(shù)模轉(zhuǎn)換－低通濾波－還原模擬信號。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，需要重點關(guān)注話筒、音頻輸入裝置在數(shù)字音頻處理中的應(yīng)用價值，充分利用接口機對模擬數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換，同時做好數(shù)字音頻處理，以最大程度地提升會議室音頻效果[2]。

為提升會議室音頻效果，需要利用計算機技術(shù)對數(shù)字音頻設(shè)備進行控制，重點控制設(shè)備包括均衡器、壓限器、噪聲門、效果器和音頻矩陣。在處理數(shù)字音頻進程時，設(shè)計人員可利用多套系統(tǒng)，通過數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換模式，實現(xiàn)對功放揚聲器的可靠連接。現(xiàn)階段，使用較為廣泛的音頻傳輸方式為媒體矩陣，通過該種方式，能夠?qū)⒁纛l信號組成音頻網(wǎng)絡(luò)，滿足高效處理數(shù)字音頻信號要求。實際上，數(shù)字音頻技術(shù)實現(xiàn)效果與專業(yè)功放存在密切關(guān)系，以下對會議室音響系統(tǒng)設(shè)計方案中專業(yè)功放的技術(shù)參數(shù)進行說明，見表2。

2.2 模數(shù)轉(zhuǎn)換A/D模式

在數(shù)字音頻技術(shù)的實現(xiàn)中，相關(guān)人員利用模擬轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。技術(shù)實現(xiàn)過程為采樣-保持-量化-編碼，其中采樣環(huán)節(jié)與保持步驟采用同一電路，而量化與編碼則在連續(xù)轉(zhuǎn)換過程中實現(xiàn)，并且對時間的占有較少。A/D轉(zhuǎn)換器包括兩個部分：一是采樣保持器；二是量化器，其中模擬信號會通過采樣保持器，經(jīng)過解析后得到采樣信號，信號最終經(jīng)過量化器實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換[3]。

在對音頻信號進行均勻采樣時，采樣保持器開關(guān)每間隔時間（T）閉合一次，在理想技術(shù)條件下，采樣間隔時間保持在無限短，以確保數(shù)據(jù)獲取及時性。在相關(guān)技術(shù)的實現(xiàn)過程中，需要將時間變化量進行離散化，并將相關(guān)模擬量體現(xiàn)在坐標軸上。同時需要按照預(yù)先標記的時間點，對某一瞬時信號進行獲取。在對信號進行處理時，需要嚴格遵守采樣定理，即采樣頻率必須高于被采樣頻率2倍以上，以避免出現(xiàn)采樣信號在處理過程中出現(xiàn)失真。

此外，技術(shù)人員也需要對音頻信息進行量化與編碼，使得數(shù)字信號不僅在時間維度上體現(xiàn)離散性，而且在數(shù)值變化上存在不連續(xù)性。值得注意的是，當(dāng)利用數(shù)字量表示采樣電壓時，需要取電壓值的最小整數(shù)倍，并以二進制代碼形式表示量化后的數(shù)值，以實現(xiàn)對音頻信號順利編碼。經(jīng)過編碼技術(shù)處理后的信號即為A/D轉(zhuǎn)換器輸出的音頻信號。

在模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換模式下，參考音頻技術(shù)應(yīng)用原理，將A/D轉(zhuǎn)換器分為直接轉(zhuǎn)換器與間接轉(zhuǎn)換器。在對音頻信號進行模擬轉(zhuǎn)換時，音頻設(shè)備可將模擬信號直接轉(zhuǎn)化為二進制代碼，相關(guān)技術(shù)實現(xiàn)中無須再引入中間變量，由此具有便捷性與高效性特點。然而在間接A/D轉(zhuǎn)換器中，需要將輸入的模擬信號電壓轉(zhuǎn)化為中間變量，如時間、脈沖寬度、頻率等[4]。

2.3 數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換模式

在數(shù)字音頻技術(shù)的實現(xiàn)中，另一種轉(zhuǎn)換方式為將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號，利用的關(guān)鍵設(shè)備為D/A轉(zhuǎn)換器。在技術(shù)的應(yīng)用過程中，可將其細分為直接轉(zhuǎn)換器與間接轉(zhuǎn)換器。其中，直接轉(zhuǎn)換器可將輸入的信號直接轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出；而間接轉(zhuǎn)換器則首先將輸入的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成中間量，隨后借助中間量將信號最終轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。

現(xiàn)階段，隨著技術(shù)理念的更新，數(shù)字音頻技術(shù)的轉(zhuǎn)換模式使用逐次逼近理論、雙積分法與電壓頻率轉(zhuǎn)換法。逐次逼近D/A是最為常見的電路轉(zhuǎn)換方式，轉(zhuǎn)換時間可達到微秒級。例如，誠控電子的DAM-7011系列模塊采取的工作原理便為逐次逼近理論。在該模式下，A/D轉(zhuǎn)換器作為比較器使用，實現(xiàn)對D/A轉(zhuǎn)換器、緩沖器與控制邏輯電路的高效調(diào)用目標。轉(zhuǎn)換器的基本原理是自高位到低位試探比較，在音頻信號轉(zhuǎn)換開始時，首先將逼近最高寄存器位置1送入到D/A轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后，會生成所需模擬量，隨后將模擬量送入到比較器，稱為Vo。最后將Vo與送入比較器的待轉(zhuǎn)換模擬量Vi進行對比。當(dāng)Vo＜Vi時，則模擬量1被保留下來；若Vo≥Vi，則模擬量1被清除。同時完成對逼近寄存器最高位模擬量重置任務(wù)，重復(fù)上述操作過程，直到數(shù)值逼近寄存器最低位[2]。當(dāng)轉(zhuǎn)換工作全部完成后，將逐次進入到寄存器中的數(shù)字量送入到緩沖寄存器中，由此可得到數(shù)字量輸出值。上述操作均在計算機控制電路中完成，因此音頻轉(zhuǎn)換技術(shù)具有可靠性、準確性的特點。

在數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換模式下，技術(shù)人員也使用了電壓頻率轉(zhuǎn)換法，具體做法如下：將模擬電壓Vi添加到輸入端中，并生成與頻率、電壓具有正比關(guān)系的脈沖信號。通過對電壓頻率轉(zhuǎn)換法的使用，可在規(guī)定時間內(nèi)完成對全部脈沖信號的計數(shù)，隨后使用計數(shù)器進行統(tǒng)計，直到計數(shù)值與輸入電壓出現(xiàn)正比關(guān)系，完成D/A轉(zhuǎn)換任務(wù)。在具體應(yīng)用中，電壓頻率轉(zhuǎn)換法的使用與計數(shù)器、控制門、控制信號存在密切關(guān)系，其轉(zhuǎn)換原理是利用電路，將模擬電壓轉(zhuǎn)換成與電壓值具有正比關(guān)系的脈沖信號。

2.4 數(shù)碼總線與計算機控制

在會議室音響系統(tǒng)中，為滿足智能控制需求，有關(guān)人員對數(shù)碼總線進行重新配置，并采取計算機調(diào)控方案，對音響的精密單元進行控制。通過對上述技術(shù)方法的應(yīng)用，能夠確保音響系統(tǒng)控制便捷性，使得會議室音響系統(tǒng)服務(wù)能力得以顯著提升。對計算機控制方案的應(yīng)用也能夠最大程度提升設(shè)備控制效率，使得音頻信號的還原效果達到理想標準[3]。目前，針對數(shù)碼總線配置而言，主要使用DSP連接方案，對A/D與D/A轉(zhuǎn)換進行控制，由此解決模擬設(shè)備之間的煩瑣連接問題，并且降低了音源噪聲。DSP連接方案也可提高信噪比，能夠滿足會議室音響系統(tǒng)高水平使用要求。

由于會議室音響設(shè)備均采用計算機操作，并通過DSP處理軟件實現(xiàn)跳線互連，使得外部連線減少。相關(guān)控制模式使得音響系統(tǒng)維護成本降低，同時提升了音頻技術(shù)的使用穩(wěn)定性。隨著數(shù)字會議音響技術(shù)發(fā)展，對音頻技術(shù)進行升級改造，實現(xiàn)音頻控制與輸出的自動化、智能化成為目前音響行業(yè)發(fā)展趨勢。與傳統(tǒng)模擬音頻設(shè)備比較，數(shù)字化音頻操作平臺更加智能高效，能夠滿足系統(tǒng)備份與升級要求，并節(jié)省了大量模擬設(shè)備與連接線，使得會議室音響系統(tǒng)應(yīng)用成本得到控制。隨著計算機控制技術(shù)發(fā)展，能夠真正實現(xiàn)對音頻技術(shù)的集中控制、遠程控制，滿足用戶聯(lián)機操作要求，使得會議室音響系統(tǒng)數(shù)字音頻技術(shù)實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展。

2.5 數(shù)字音頻處理器與音響系統(tǒng)

在會議室音響系統(tǒng)的具體設(shè)計中，有關(guān)人員也使用了一體化數(shù)字音頻處理器方案。該方案能夠?qū)V波器、分頻器與均衡器等處理單元集成到一臺機器中，并且產(chǎn)生較高的信噪比，操作者可通過處理器自帶的控制單元或計算機軟件設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，滿足個性化控制要求。值得注意的是，在系統(tǒng)參數(shù)配置中，也需要重點考慮操作界面是否便捷、擴聲系統(tǒng)聲音還原度是否達到設(shè)計標準等因素。

本會議室音響系統(tǒng)處理器單元的優(yōu)化方案如下：使用1臺RVS BS88數(shù)字音頻處理器，滿足自行設(shè)計信號流程要求。該音頻處理器帶有8個數(shù)字輸入模塊、8個矩陣控制模式，在每個通道上均設(shè)置均衡、延時、限幅、增益功能[4]。音響系統(tǒng)提供固定DSP模塊設(shè)計方案，在數(shù)字音頻處理器協(xié)助下，對音頻信號進行修飾，使得音響系統(tǒng)的音質(zhì)更加接近原聲，產(chǎn)生顯著的增益效果。

為確保會議室音響系統(tǒng)達到理想標準，需要將最新音頻處理技術(shù)應(yīng)用在系統(tǒng)改造中，通過對最大聲壓級、傳輸頻率、傳聲增益、穩(wěn)態(tài)聲場等關(guān)鍵技術(shù)指標的優(yōu)化，提升會議室音響系統(tǒng)使用性能。有關(guān)音響系統(tǒng)聲學(xué)特性的具體指標如表3所示。

在上述方案中，音響系統(tǒng)無源分頻頻率為1.9 kHz，換能器額定功率（AES）為500 W，峰值為2000 W，內(nèi)置分頻為350 W，峰值為1400 W；長期系統(tǒng)電源功率（IEC）350 W；LF：125 dB SPL（峰值131 dB）；HF：131 dB SPL（峰值137 dB）。

此外，設(shè)計人員也對會議室音響系統(tǒng)的實用性進行研究，關(guān)注周邊設(shè)備應(yīng)用是否合理。在相關(guān)條件滿足的情況下，設(shè)計了1臺RVS P230電源時序器，通過該裝置能夠?qū)σ繇懴到y(tǒng)電源進行統(tǒng)一管理，使得一鍵模式在音響控制中成為可能。在傳聲設(shè)備的設(shè)計上，則應(yīng)用無線話筒，共計4套，均為SHURE SLX系列。在具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，將無線話筒應(yīng)用在人員流動發(fā)言中，可使得會議室音響系統(tǒng)設(shè)計更加具有人性化的特點。

3" 結(jié)束語

本文介紹了會議室數(shù)字音頻技術(shù)，并對音響系統(tǒng)設(shè)計方案進行說明。通過融入數(shù)字音頻處理技術(shù)、做好A/D、D/A模式開發(fā)，采取數(shù)碼總線與計算機控制技術(shù)，使得會議室音響使用效果達到滿意標準。對相關(guān)數(shù)字音頻處理技術(shù)的合理應(yīng)用，也能夠為音響系統(tǒng)高質(zhì)量應(yīng)用做出有益貢獻?！?/p>

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