智拓系统应用美国佳利律师事务所案例分析

　　项目简介

　　美国佳利律师事务所新办公区入住北京财富中心(FFC)三期45层，北京财富中心三期建筑高度达265米，是目前北京最高的纯写字楼。作为北京财富中心巅峰之作，北京财富中心三期凭借其标志性的地理位置、完善的商务配置、以人为本的技术标准与人性化服务，即将成为世界领袖企业的聚集地，以无可比拟的影响力，跻身为全球财经新地标。

　　美国佳利律师事务所作为一家美国的律师事务所，经常需要与美国进行远程视频会议、电话会议等。本项目涉及一个远程视频会议室，建筑面积约100平米。层高3米左右，是一个圆桌讨论型会议室，主要用于召开远程视频会议、电话会议等。

　　系统特点

　　系统采用8只桌面全指向纽扣话筒，嵌入安装在桌面上，从视觉角度上看起来干净、整洁。话筒下方安装了LED触控式指示灯环，轻触灯环可以开启、关闭话筒。系统支持远程视频会议和电话会议的功能，在声音拾取方面，话筒与人之间的距离长达60cm(这并不是一个理想的拾音距离);整个房间全部采用天花喇叭吸顶安装的方式，尤其是有2只话筒与吸顶喇叭的距离很近，这样在拾音的过程中很容易拾取到音箱的声音，形成系统回路，产生严重的啸叫问题。在建筑声环境方面，房间有将近三面是强反射的玻璃构造，这对系统的调试带来了新的难题。

　　音频系统连接

　　系统采用“智拓”的应用方式进行硬件、软件的连接，将8只桌面全指向纽扣话筒的音频信号分别接入BIAMP NEXIA TC的8个输入端，将吸顶音箱分为左右两个区进行扩声。(由于现场只有一台双通道功放，负载了6只吸顶音箱，客户没有增加功放的打算，因此无法做到每只音箱独立通道，只能勉强分为2个区域)。

　　智拓系统简介

　　传统会议扩声特点

　　传统的会议拾音系统，采用鹅颈话筒配合调音台的方式。鹅颈话筒具有平坦的频响曲线，如下图所示，在对人声频率范围(男：64-698Hz;女：82-1200Hz)的拾取几乎没有频率上的修饰补偿。

　　采用这种话筒进行语音讲话的拾取，可以得到浑厚、饱满的声音效果，使会议扩声从听感上舒适、可靠。配合调音台一起使用，可以针对每一只话筒进行增益结构的调节，使每一位发言人员都可以获得良好的增益结构。还可以利用调音台上的参量均衡，调整人声的音色，使之更加亲切、自然。当然，这需要调音师的经验非常丰富，可以根据不同人的声音特点进行具体细致的调整。

　　在会议进行时，调音师要根据现场参会人员的数量，将对应话筒在调音台上的推子推至合适的位置。但是，当会议规模较大，发言数量众多的情况下，尤其是在自由讨论的过程中，调音师的响应速度往往跟不上讨论的速度;如果所有话筒同时打开，系统又会面临着无法避免的啸叫问题。

　　而这种形式的会议系统，只能完成拾音、扩声的功能，无法实现表决统计、摄像联动、同声传译等功能。因此，这种传统的会议拾音只能做到声音效果好，管理功能比较薄弱。

　　手拉手会议系统特点

　　手拉手会议系统具有完善的会议管理软件，多种不同的会议模式可选、多种会议设置，话筒工作状况监视，会议布局一目了然，布线简单等特点。

　　模拟会讨系统为了方便连接，都采用专用会讨线缆，也就是多芯线缆，一个线缆传输多路模拟音频信号和控制信号，会议专用线缆中用于音频传输的线阻是很难和专用话筒线缆相提并论的，因此音质也会不理想。

　　而如果是全数字会议系统，就算不做任何压缩，受整个系统带宽的限制，一般会议系统的A/D转换是16bit，32kHz采样率，也就是系统的频响上限最多是16kHz。再加上，为了降低各种撞击声对于话筒信号的影响，为了在系统母线里得到好一点的信号饱和度，特别是为了得到更精准的声控功能，会议系统一般对话筒前端进行了DSP处理和低切。为了得到更好的功能特性，重重的处理，也影响了原有的话筒声音品质，大部分手拉手会议系统就只有80Hz -15kHz的频响。

　　例如：RCF的M900系列，话筒单元标称的频率范围是70Hz-8kHz;Panasonic、TOA根本查不到关于话筒频率范围的相关资料;Beyerdynamic的20系列也没有关于频率范围的数据，而它的MSC-D200系列数字会议系统标注的频率范围是130Hz-17kHz。

　　根据GB 50799-2012《电子会议系统工程设计规范》中关于会议讨论系统电性能要求：

　　不难看出，众多厂家对手拉手话筒的频率响应设计是基本符合相应国家标准的。即便部分手拉手会议话筒提供了频率范围，但大都不会像提供鹅颈话筒频响曲线那样提供手拉手会议话筒的频率响应图。众多厂家之所以对此避而不谈，想必也是和音质效果不佳有一定的联系。如下图中所示的是GM115Q的频响曲线，从图中可以看出，距离话筒2cm处讲话时，50-500Hz的声音会被明显提升;距离话筒1m处讲话时，50-500Hz的声音响应明显不足。

　　60-100Hz这段频率影响声音的浑厚感，是低音的基音区。如果这段频率很丰满，音色会显得厚实、浑厚感强;而如果这段频率过强，音色会出现低频共振声，有轰鸣声的感觉。如果这段频率不足，音色会变得无力。从图中我们不难看出，声源在距离话筒2cm的位置时，60-100Hz的频率提升的过高;声源在距离话筒1m的位置时，60-100Hz的频率衰减的过多。对于这段频率而言，没有达到理想的拾音效果。

　　100-150Hz这段频率影响音色的丰满度。如果这段频率成分增强，就会产生一种房间共鸣的空间感、浑厚感;如果这段频率成分过强，音色会显得浑浊，语音的清晰度变差;如果这段频率成分缺少，音色会变得单薄、苍白。从图中我们不难看出，声源在距离话筒2cm的位置时，100-150Hz的频率提升的过高;声源在距离话筒1m的位置时，100-150Hz的频率衰减的过多。对于这段频率而言，也没有达到理想的拾音效果。

　　150-300Hz这段频率影响声音的力度，尤其是男声声音的力度。这段频率是男声声音的低频基音频率，同时也是乐音中和弦的根音频率。如果这段频率成分缺乏，音色会显得发软、发飘，语音则会变得软绵绵;如果这段频率成分过强，声音会变得生硬而不自然，显得没有特色。从图中我们不难看出，声源在距离话筒2cm的位置时，150-300Hz的频率提升的偏高;声源在距离话筒1m的位置时，150-300Hz的频率衰减的略多。对于这段频率而言，也没有达到理想的拾音效果。

　　综上所述，相比传统的会议拾音，手拉手会议系统虽然有众多的管理功能，但声音质量却非常不理想。

　　智拓系统简介

　　智拓系统的设计理念，就是将上述两种会议系统取其精华、去其糟粕，既保证优良的声音质量，又可以实现众多的管理功能，实现鱼和熊掌可以兼得的双赢解决方案。

　　采用音质效果好的鹅颈话筒进行声音的拾取，再将话筒分别接入到数字音频处理器中，针对每只话筒可以做单独的增益结构调整以及更精确的参量均衡处理。通过数字音频处理器的逻辑输入、输出功能，可以实现话筒的摄像联动功能;同时，也可以做到控制发言数量、先话者优先、主席优先、点亮话筒指示灯等会议系统具备的基本功能。

　　此外，通过使用Auto mixer(自动混音器)和Matrix(矩阵)的功能，可以组合构建Mix Minus的方式，尽可能的将系统的传声增益做大。将话筒信号可以分区处理，发送至不同区域的音箱进行分区扩声。

　　Mix Minus配置用于创造独立的音频输入，传输至位于任何相同声学空间的音箱，援引《音响工程师手册》(Handbook of Sound Engineer)。一个Mix Minus输出信号包含了去掉其中1个或多个输入通道之后的所有输入通道，也就是完整的混合等于所有输入Minus(减掉)其中一个或多个不需要的输入。

　　简单来说，就是在扩声系统中，要求每支话筒都具有各自独立的输入通道，每只音箱都具有独立的声音输出通道。通过数字音频处理器中的Matrix(矩阵)功能，将任意一支话筒的声音信号传送到任意一只音箱中去。换言之，也可以将该支话筒的声音信号不送到某个音箱中去，如下图所示。

　　当红色的话筒进行讲话时，将它的声音信号不送到与它距离最近的音箱中，而是送到其它的音箱中;当蓝色的话筒进行讲话时，做同样的信号分配，声音信号不送到距离蓝色话筒最近的音箱中。由于声音的衰减与距离的远近有关系，即距离增加一倍声压级衰减6dB(根据平方反比定律),那么话筒距离扩声的音箱越远，越能够降低声反馈所带来的啸叫的可能性。

　　设计Mix Minus的主要原因是为了避免会议或扩声应用程序中的反馈现象。扩声环境中，离发言者最近的音箱中播放出来的混合音频不应包括发言者自己的讲话声。

　　配合多通道自动混音器中的NOM衰减(Number of Open Microphone Attenuated)功能，可以将系统中的声反馈出现的可能性再度降低。NOM衰减功能，是确保室内总电平(而非增益)尽量始终如一的方法。其工作原理是，按已启动的话筒数量自动调节衰减输出电平，即根据输入信号的通道数量自动调节总的输出电平。当我们成倍打开话筒进行讲话时，系统输出电平会增加3dB，即打开两支话筒时的输出电平比打开一支话筒的输出电平多3dB。NOM衰减功能就是将这两支话筒的输出电平与一支话筒开启时的输出电平保持一致，从而避免由于音量增大而产生的声反馈现象。

　　综上所述，智拓系统可以保留鹅颈话筒优秀的声音品质，以及手拉手会议系统中的诸多管理功能，同时通过Mix Minus和NOM衰减功能这把“双刃剑”来大大的降低产生啸叫的可能性。为新一代会议应用解决方案开创了先河。

　　音频系统主要调试过程概述

　　一、关于房间均衡的调整

　　在建筑声环境方面，该房间有将近三面是强反射的玻璃构造，家具采用的是光滑的木质家具，这对于音频扩声系统来说，并不是一个好的使用环境，让我们先来看一下这个房间的声学问题。如下图所示：

　　根据建筑资料集中查到的数据，玻璃窗和木板的吸声系数非常小，尤其是在中高频部分，具体数据如下：

　　玻璃窗(12.5×35cm)厚3的吸声系数为：

　　薄木板5-10，后空100，吸声系数为：

　　在调试过程中，考虑到房间内还需要播放电视的声音、视频会议的声音、DVD的声音等，为了保证这些音源信号的还原效果，通过Smarrt7和测试话筒的调节，将房间的粉红噪声频率曲线尽量调整至平直状态(±3dB以内)。

　　该房间共6只吸顶音箱，通过一台双通道功放，将音箱分为2组，针对这两组音箱分别作出的均衡调整如下：

　　通过播放电视信号进行主观评价，听感舒适，音量满足该会议室的使用需求。

　　二、关于话筒均衡的调整

　　首先，需要将话筒设置恰当的增益结构。

　　信噪比是一个设备或一个系统的额定信号电平(+4dBu或0dB VU)与所测的本底噪声电平的值之差。动态余量是额定信号电平与最大不削波电平的值之差。将信噪比与动态余量相加，就得到该系统的动态范围。合理的增益结构调整就是实现系统动态范围最大化的过程。

　　设置增益结构的步骤包括：

　　①从信号链路的第一部分(话筒)确定足够的信号强度，保证所有话筒的信号强度的一致性。

　　②调整输入增益，查看峰值电平。增加适量增益，从而提高清晰度并确保交谈舒适顺畅。

　　③通过电平表监控信号链，保证整个链路足够的信号强度。

　　④在链路末端衰减信号强度(通常是在功放处)。

　　初始步骤是将话筒的电平设置到与一个典型的发言者的电平相同。在安静的房间内，离发言者60cm的距离下测得的声压应是65dB。在一个典型的距离(纽扣话筒与发言者的距离)，以一个典型的音量来设置每一只话筒的输入增益，尽可能的让每只话筒的电平都一样。

　　调整好每只话筒的增益就够之后，开始调整话筒的均衡。在这里值得注意的是，虽然系统要使用Mix Minus的方式，但是在调整话筒均衡时，需要跳过Auto Mixer模块。由于Auto Mixer模块里具有Gate功能，默认的阈值是-40dB,如果啸叫信号的音量小于这个阈值，系统是不会听到啸叫声音的，一旦出现啸叫，声音会比较大，这不利于精确的调整参量均衡。

　　现场关于每只话筒的均衡对以下频点进行了衰减：

　　由于在音箱的房间均衡上，针对190Hz、400Hz、650Hz、800Hz做了相应的衰减，从上表中可以看出，远离玻璃墙的话筒在这些频点上没有再次作出调整。但纵观全表，在整个语言频带的部分，都进行了衰减，这说明房间的频率响应非常不好。为了避免话筒产生啸叫，不得不将各个频率的声音降低，这也就导致了整体话筒的音量听起来和电视信号相比小了很多。

　　据资料显示，聋儿配戴助听器后，如果只有在500Hz、1000Hz、2000Hz这3个频率获得听力补偿，聋儿可听懂约70%的言语声。若250Hz、3000Hz、4000Hz范围的听力损失也得到补偿，则能听懂约90%左右的言语声。可见，这这些频率对人们的言语交往是至关重要的。而系统中的话筒均衡，不得不将这些频率纷纷衰减，从听感上察觉不到话筒的声音从音箱中扩出，只有在将话筒静音、开启的对比中，才能感受到音箱中传出了话筒的声音。也就是说，扩声的音量比讲话人的音量只大了1.5-3dB左右(人能明显感觉出音量变化的最小值大约在1.5dB左右)。

　　三、关于Mix Minus的调整

　　将8只桌面全指向纽扣话筒的音频信号分别接入BIAMP NEXIA TC的8个输入端。在程序中，音频扩声系统的调试部分进行以下的处理模块连接：

　　在这里要注意将Auto Mixer模块的Enable direct outputs打开。

　　(1)Auto Mixer设置

　　在Mic Options中将设置为Last Mic Hold;Open Mic Limits设置为1。

　　在Channel Settings里保持NOM Gain打开的状态，并将Direct Output设置为Post Gate/Post Nom，阈值和持续时间使用默认值。

　　NOM衰减(Number of Open Microphone Attenuated)功能，是确保室内总电平(而非增益)尽量始终如一的方法。其工作原理是，按已启动的话筒数量自动调节衰减输出电平，即根据输入信号的通道数量自动调节总的输出电平。在有多只话筒同时发言的情况下，系统的总体输出电平仍然保持恒定值，不会因为输入电平的叠加而是整体系统的输出增益上升，因而能有效地降低“声反馈”产生的几率。这一功能，在系统调试完毕后，可以无需担心同时使用的话筒数量的改变而引发不必要的麻烦。尤其在这样的小空间多话筒的使用环境中，这一优点更为突出。

　　在配合NOM衰减设置话筒开启数量时，一般设置话筒开启数量不超过可用话筒的20%。本系统中有8只话筒，因此在模块中将同时开启话筒的数量设定为1只。

　　以上设置可以将8只话筒保持常开的状态，减去了9 dB的净空，并且只有输入信号最大的1只话筒可以扩声。这样的处理，大大减小了啸叫的可能性，即使用户不会随手关闭话筒，也不用担心系统出现啸叫问题。

　　(2)Mix Minus配置

　　在矩阵中，将话筒信号分配到两组的音箱中去，同时将临近区域的话筒输出音量进行适当的衰减。

　　这样做在听感上不会明显感觉到声音是从对面的音箱中扩出来的，同时也降低了音箱的声音送到话筒中而产生啸叫的几率。

　　逻辑控制分析

　　系统选用的话筒是Clock Audio的CH32全指向纽扣话筒，该话筒可以支持触控式LED灯环操作，进行话筒的打开、关闭管理。系统使用要求轻触椭圆形LED灯环时，话筒处于打开状态，同时亮绿灯;再轻触一下即可使话筒静音，亮红灯已显示话筒静音的状态。

　　如果要实现上述功能需要使用Logic Box配合编程来完成，8只话筒每只具有2中不同颜色的显示，以及2中不同的触发状态，需要32个逻辑端口进行配置，因此系统配置了2台Logic Box与设备进行对接。话筒上的LED灯环需要12V/24V的直流电，虽然Logic Box可以提供电压输出，但只有5V，不符合话筒的供电需求，因此需要在线路上额外配置一个12V或24V的变压器为LED灯供电。所有话筒的逻辑接地线可以并联在同一端口上。连接示意图如下：

　　话筒的具体逻辑控制关系如下：

　　(1)轻触LED灯环，请求打开话筒。在逻辑输入端有控制信号进入，触发一个可以保持的按钮，当此按钮处于打开状态，在程序内调用一个场景模式：

　　①取消该话筒通道的静音按钮;

　　②触发一个逻辑按钮打开，并将该高电平信号通过逻辑输出向外发送到接有绿色LED灯电源正端，触发LED亮起绿灯。

　　(2)再轻触LED灯环，请求关闭话筒。在同样的逻辑输入端再进入一个控制信号，将可保持状态的按钮关闭，此时调用另外一个场景模式：

　　①打开该话筒通道的静音按钮;

　　②触发一个逻辑按钮打开，并将该高电平信号通过逻辑输出向外发送到接有红色LED灯电源正端，触发LED亮起红灯。

　　其余7只话筒采用同样的方式即可实现相同的功能。之所以采用单独按钮来调用静音的方式，而不是直接在Mute Control上直接控制，有一个最大的好处就是当触发某只话筒打开或关闭时，不会改变其它话筒的状态。所以，在外部控制上，是可以同时打开多只话筒的。

　　系统中可改进的问题分析

　　好的室内声学设计是Mix Minus系统成功的关键基础。特别对两个方面有极大的影响。第一个是话筒与音箱放置，第二个是室内声学处理。而话筒应用的首要规则是尽可能靠近音源。头戴式话筒是最理想的，但不切实际。

　　话筒设计基本原则：

　　①避免话筒和音箱距离了过近

　　②采用缩小和与会者距离的话筒，如鹅颈话筒

　　室内声学的基本原则包括：

　　①室内声学处理是修正声学问题的最佳解决方式

　　②地毯、吸音板和书架等表面是非常好的表面，可以吸收、抑制或者衰减声学反射。

　　Mic1-4是靠近玻璃墙的话筒，距离较2.5米左右，从以上数据我们能明显看出基本上话筒的拾音频率范围内都会有啸叫的产生，在这样的建声环境下是无法获得良好的扩声效果的。

　　话筒的最终调试结果是，从听感上不是非常明显的能觉得房间内有扩声，当关闭功放后，再讲话进行对比是可以明确感受到扩声消失了。

　　由于本身在建筑声环境中存在严重的问题，这些是无法通过电声系统去解决的。因此，可以考虑在建筑声环境方面做一些改善，例如：

　　①在靠窗的部位挂设窗帘，可以选用美观的绸缎窗帘;

　　悬挂窗帘，将大面积的玻璃窗进行遮挡，可大大改善房间的声学缺陷。

　　②拆掉房间内侧的“玻璃墙”。

　　如果现场的装修环境无法更改，在电声系统里建议做如下改善：

　　①将纽扣话筒更换为鹅颈话筒

　　纽扣话筒虽然可以使桌面整洁，在视频会议时没有话筒的遮挡，但是毕竟拾音头距离发言人的距离太远，如果只是将信号送到视频终端中去是完全足够的，但作为本地扩声来讲，是不可能有足够响的声音扩声的。并且纽扣话筒还会拾取一部分桌面反射的声音，这些信号不是我们所需要的。

　　鹅颈话筒的拾音距离在10cm左右，可以将发言人与拾音头的距离缩短50cm左右，声音到话筒之间的音量衰减可以免去12dB的损失。鹅颈话筒一般具有心形指向性，可以避免拾取桌面反射的声音。

　　②采用多通道功放替换双通道功放

　　系统中有6只吸顶音箱，分为2组接入功放，现场只可以分2个区扩声。如果换为6通道功放，每一只音箱有一个独立的功放通道，现场可以分为6个区域分别扩声。这样可以非常完整的实现Mix Minus的扩声方式，针对每一只话筒的信号，将临近音箱的输出信号进行适当的衰减。