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)應用非常廣泛了。在音響系統(tǒng)進入第二代技術(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越強大。今天，我們就專門來聊一下數(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。然而市場上類似產(chǎn)品種類很多，所引用的名稱也有些差異，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，同時也有著非常大的差異。

在展開討論應用之前，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”？

矩陣本身是一個數(shù)學上的名詞。在數(shù)學中，矩陣（Matrix）是一個按照長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節(jié)點管理功能的意思。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8出普通矩陣，節(jié)點關(guān)系是on與off

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

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

▲8進8出參量型矩陣節(jié)點除了開關(guān)，還可以調(diào)整音頻輸出的參量

帶延時的參量型矩陣，除了完成參量型矩陣的功能外，還可以對每個節(jié)點進行延時量的調(diào)整。調(diào)整單位通常為秒“ms”（毫秒）。延時模組的關(guān)閉即無延時輸出，不影響信號電平的輸出。

▲8進8出帶延時參量型矩陣在節(jié)點音量調(diào)整同時還具有延時參數(shù)調(diào)整

在專業(yè)音頻應用領域，單純的數(shù)字矩陣設備是沒有的。只有在視頻矩陣廠家產(chǎn)品中，在與視頻配套的設備中，有僅帶有矩陣功能的產(chǎn)品。

3.什么是“音頻處理器”？

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

▲dbx PA ：2進6出數(shù)字音頻處理器

上圖所示為美國dbx PA 音頻處理器。輸入端口額定值為0dB。廠家推薦的應用包括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用于調(diào)音臺和功分器之間的音頻處理器。不具備取代調(diào)音臺的接入和處理能力。同時由于他的接口m和n≥2，并且可以指定輸入到輸出的關(guān)系，因此，也可以認為它有矩陣分配的能力。

▲信號流程及模組說明

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

因此，我們可以認為它屬于系統(tǒng)處理器。

4.什么是“音箱處理器”？

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

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)制造中是非常簡單的。真正的區(qū)別核心是：是否具有對全局系統(tǒng)進行處理的能力。

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，兩個單元相差的距離不過1～2米，它們之間需要調(diào)整的延時量不過10ms以下就夠了。

但是，如果是一個大型擴聲系統(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量就需要非常大，有時甚至在100ms以上。（相對于均衡器壓縮器等，延時模塊制造成本高很多）。并且，每一個輸出端除了用于系統(tǒng)總體布局的大的延時模組，還需要一些高精度的用于揚聲器單元之間相位校正的ns級延時器。比如很多名牌音箱的處理器，除了參量均衡對揚聲器的品質(zhì)校正，還有精確延時對揚聲器單元之間進行協(xié)調(diào)一致。有的還需要用到FIR濾波器進行調(diào)整。

因此，很明顯判斷，當一臺處理設備，它具有非常多的輸入輸出端口，比如8×16、16×16等。同時，它的輸入端接入電平限幅為0dB，系統(tǒng)內(nèi)部延時功能又不足以滿足系統(tǒng)的長延時指標，那么它就只能用于音箱處理。只能稱之為音箱處理器。此類產(chǎn)品價格較低。

5.什么是“音頻矩陣”？

在專業(yè)音頻領域稱呼的音頻矩陣，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。可以連接專業(yè)音頻信號（0dB）、民用級音頻信號（－10dB）、動圈話筒信號（－25dB～－55dB）、電容話筒信號（－30dB～－66dB）并且提供幻像電源供電。

此類產(chǎn)品最初引入市場的是美國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，稱呼為音頻媒體矩陣。目前由于多媒體技術(shù)的長足發(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)稱為音頻矩陣或數(shù)字音頻矩陣。

▲東微TYCHO-T1616TC：16進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數(shù)字的方式進行音頻信號通道擴展的功能。同時還有外部控制接入和輸出，比如RS232\RS485\GPIO等等，高級一些的還具有網(wǎng)絡信號的接入。包括網(wǎng)絡音頻傳輸和網(wǎng)絡控制信號。

它們的功能已經(jīng)不僅僅是滿足于通過傳統(tǒng)的擴聲流程來對音頻信號進行管理。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)、功能和應用目標上的不同。

6.架構(gòu)區(qū)別

系統(tǒng)能否做大做強，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。

固定流程架構(gòu)的產(chǎn)品代表如下圖所示，每一個模塊的功能和信號流程都已經(jīng)很明確的體現(xiàn)在了軟件界面上，用戶不可以改動流程架構(gòu)，但可以對參數(shù)進行調(diào)整。缺點是靈活性不夠，優(yōu)點是每一個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題。穩(wěn)定可靠?？捎糜谟忻鞔_應用目標的系統(tǒng)建設中。

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

另外一類架構(gòu)是可以對每一個模塊進行自由編輯的產(chǎn)品。通常稱之為動態(tài)編譯架構(gòu)。優(yōu)點是給予工程師的自由度極其高，沒有任何限制。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，自定義模組的設計功能可以完成數(shù)據(jù)加密的功能，同時，自動系統(tǒng)檢測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等音頻類功能模塊，單個矩陣模組的規(guī)模最大已經(jīng)到了256×256路之多。有的專用設備上還有電話接口和VOIP接口，多數(shù)還有各類Logic的應用模塊。

同時，音頻信號的互聯(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)建設所需要用到的功能。也是目前市場上價格最高的產(chǎn)品，從數(shù)萬到十多萬一臺（套）都有。

8.應用目標區(qū)別

產(chǎn)品設計的核心目標是在應用。固定架構(gòu)的設備，其應用技術(shù)主要在參數(shù)的改變，我們稱之為“調(diào)試”，而大型動態(tài)編譯的音頻矩陣類產(chǎn)品，其強大的功能主要體現(xiàn)在應用工程師針對應用環(huán)境的功能設計，是將產(chǎn)品變更成出廠不具備的功能，我們稱之為“二次開發(fā)”。

▲二次開發(fā)功能舉例：多通道可擴展音箱檢測模組

根據(jù)上述了解，我們可以得知以下應用目標的區(qū)別：

音箱處理器：用于專業(yè)擴聲中對音箱的品質(zhì)校正。還可以用于要求不高的小型擴聲，比如小型廳堂等?；蛘邽榱斯?jié)約前端資源，專門用于后端的音箱參數(shù)校正。

系統(tǒng)處理器：用于大型專業(yè)擴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：用于對已知功能目標的音頻系統(tǒng)。常用于會議室、演講室、報告廳等。

動態(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)字擴展，在應用在傳統(tǒng)的大型擴聲系統(tǒng)中，比傳統(tǒng)的系統(tǒng)處理器要有更多的技術(shù)優(yōu)勢。第四代網(wǎng)絡化架構(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 深圳市奇正設計顧問有限公司設計總監(jiān)、高級音響技師

——延伸閱讀——

你懂什么是系統(tǒng)的“增益架構(gòu)”嗎？

增益架構(gòu)在一個音響系統(tǒng)里的設置是否合理關(guān)系到各個設備之間的信號電平是否合適，一個好的增益架構(gòu)可以讓系統(tǒng)獲得一個很好的信噪比和動態(tài)余量。

系統(tǒng)的信噪比差通常會導致很高的背景噪聲，這會讓聽者感到厭煩，并且會影響聲音的清晰度。在一個有效的音頻信號接近本底噪音的系統(tǒng)里通常會有過多的頭頂余量。反過來說，一個系統(tǒng)在低余量也就是系統(tǒng)噪音很低而且信號已接近失真的情況下，可能會導致系統(tǒng)過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（聲音開始畸變）或者有類似的動態(tài)范圍，那么這樣的音頻系統(tǒng)就可以被稱為“即插即用”的系統(tǒng)，不過這種情況是及其少見的。

以下介紹了設置系統(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的信號電平貫穿整個聲音的系統(tǒng)。

統(tǒng)一法

統(tǒng)一法是傳統(tǒng)的設置增益架構(gòu)的方法，這種方法依賴于信號統(tǒng)一放大，也就是說音頻信號經(jīng)過調(diào)音臺之后的每一個設備的輸出電壓等于輸入電壓。如果我們假設一個典型的線路電平為＋4dBu，那么就應校準這個系統(tǒng)中的每一個設備使輸出等于這個電平，最終功放的輸入為＋4dBu。功放的靈敏度旋鈕用來設置現(xiàn)場所需要的聲壓級。

統(tǒng)一法的優(yōu)點：

1.易于校準。

2.易于替換組件。

3.實現(xiàn)速度快。

統(tǒng)一法的缺點：

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

例如把一個調(diào)音臺的輸出看作＋24dBu，如果他的表頭零刻度表示＋4dBu的輸出電平，那么這個調(diào)音臺就有20dBu的輸出頭頂空間。如果把這個調(diào)音臺的輸出接到一個削波電平為＋20dBu的均衡器，那么這個均衡器就只剩下16dBu的頭頂余量了，因此或許一個波形在經(jīng)過調(diào)音臺時還處在頭頂余量之內(nèi)時但是到了均衡器的時候就可能失真了。但是這種事情通常是對系統(tǒng)不太熟悉的人做的。通常情況下最佳的做法應該是系統(tǒng)的所有設備都應該在同一點發(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組件具有同樣的頭頂余量。這種方法可以使任何一個設備輸出最大電壓的同時下一個設備不會過載。

就按照上邊的例子來說，均衡器的削波電平比調(diào)音臺低了4dB，因此在均衡器輸入之前調(diào)音臺的輸出就要衰減4dB。如果不行的話就要在調(diào)音臺和均衡器之間加上一個4dB的衰減器。調(diào)音臺的輸出電平降到零時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)點如下：

1.優(yōu)化整個系統(tǒng)的信噪比。

2.所有設備同時發(fā)生削波時，整個系統(tǒng)工作在零刻度混音會具有相同的頭頂余量。

優(yōu)化法的缺點如下：

１、當然，這種方法也需要設計者花費更多的時間以及具有相當專業(yè)的水平。

２、另外更換設備也比較困難。因為更換的設備可能削波電平不一樣，如果功放在一個很低的增益下就開始削波，那么我們就需要在功放輸入前衰減信號?；蛘咛岣吖Ψ诺妮斎腚娖街钡竭_到我們所需的聲壓級。我們必須要知道，未達到我們所需的聲壓級時功放就已經(jīng)開始削波了，那么這時候我們就需要一個更大功率的功放（喇叭能承受的功率）。