音频矩阵、音频处理器、音箱处理器、系统处理器……傻傻分不清？

　　音频处理器在音响工程中已经应用非常广泛了。在音响系统进入第二代技术的象征，就是出现了数字化的音频处理器。目前音频处理器的功能越来越强大。今天，我们就专门来聊一下数字音频处理器。

　　1.什么是“数字音频处理器”？

　　从广义上来讲，只要是数字化架构，具有音频处理能力的产品都可以叫做数字音频处理器。然而市场上类似产品种类很多，所引用的名称也有些差异，比如：音频处理器、音箱处理器、系统处理器、音频矩阵、媒体矩阵等。它们之间有很多共同点，同时也有着非常大的差异。

　　在展开讨论应用之前，我们先要知道什么是矩阵、处理器、音箱处理器，然后才好比较完整的知道大型媒体矩阵与普通音频处理器的差异。

　　2.什么是“矩阵”？

　　矩阵本身是一个数学上的名词。在数学中，矩阵(Matrix)是一个按照长方阵列排列的或集合。在音频技术中，就是输入和输出信号节点管理功能的意思。在数字模型上，就是m×n的格式。通常，m代表输入端，n代表输出端。

▲8进8出普通矩阵，节点关系是on与off

　　常见的矩阵有三种，普通型矩阵的节点仅有“on”和“off”的功能;表示输入和输出端的信号分配关系。

　　参量型矩阵的节点，除了“on”与“off”的功能外，还可以进行对该节点的输出音量值调整。调整单位通常为“dB”(分贝)。即可以调整每个输入信号分配到指定输出端口的数值。

▲8进8出参量型矩阵节点除了开关，还可以调整音频输出的参量

　　带延时的参量型矩阵，除了完成参量型矩阵的功能外，还可以对每个节点进行延时量的调整。调整单位通常为秒“ms”(毫秒)。延时模组的关闭即无延时输出，不影响信号电平的输出。

▲8进8出带延时参量型矩阵在节点音量调整同时还具有延时参数调整

　　在专业音频应用领域，单纯的数字矩阵设备是没有的。只有在视频矩阵厂家产品中，在与视频配套的设备中，有仅带有矩阵功能的产品。

　　3.什么是“音频处理器”？

　　简而言之，所谓音频处理器，就是具有音频处理器能力的产品。一般拥有多个输入输出端口。不同厂家的不同应用的产品端口上存在不同。对应功能模组的不同，还可以细分为音箱处理器和系统处理器。

▲dbx PA ：2进6出数字音频处理器

　　上图所示为美国dbx PA 音频处理器。输入端口额定值为0dB。厂家推荐的应用包括2*3到2*6等不同的方案。其接口形式和额定值决定了它是一台用于调音台和功分器之间的音频处理器。不具备取代调音台的接入和处理能力。同时由于他的接口m和n≥2，并且可以指定输入到输出的关系，因此，也可以认为它有矩阵分配的能力。

▲信号流程及模组说明

　　在这个产品的功能中，我们还可以看到，矩阵之后针对每一路输出有独立的品质调整，包括三段参量均衡器、压限器和延时器，同时，在矩阵之前，它还有针对全局的图示均衡器和压限器噪声门等电路，具有对整体系统进行调整的能力。同时，它的模拟卡隆接口的属性决定了它无法进行数字分配，即无法扩展成更大规模的用途。

　　因此，我们可以认为它属于系统处理器。

　　4.什么是“音箱处理器”？

　　音箱处理器就是在系统处理器基础上去除了针对系统全局进行处理的产品，其核心功能仅针对输出端完成。

　　音箱处理器和大型系统处理器之间的核心区别不仅仅是是否少了一组输入端的图示均衡或压缩器。这在电子产品架构制造中是非常简单的。真正的区别核心是：是否具有对全局系统进行处理的能力。

　　全局系统的处理关键，是输出的音箱之间的分布关系。如果音箱分布的距离比较近，比如小型演出中，全频音箱安放在超低音箱上，两个单元相差的距离不过1～2米，它们之间需要调整的延时量不过10ms以下就够了。

　　但是，如果是一个大型扩声系统，主音箱可能存在分布式布置，音箱之间的差距可能在数十米以上，那么音箱之间的延时量就需要非常大，有时甚至在100ms以上。(相对于均衡器压缩器等，延时模块制造成本高很多)。并且，每一个输出端除了用于系统总体布局的大的延时模组，还需要一些高精度的用于扬声器单元之间相位校正的ns级延时器。比如很多名牌音箱的处理器，除了参量均衡对扬声器的品质校正，还有精确延时对扬声器单元之间进行协调一致。有的还需要用到FIR滤波器进行调整。

　　因此，很明显判断，当一台处理设备，它具有非常多的输入输出端口，比如8×16、16×16等。同时，它的输入端接入电平限幅为0dB，系统内部延时功能又不足以满足系统的长延时指标，那么它就只能用于音箱处理。只能称之为音箱处理器。此类产品价格较低。

　　5.什么是“音频矩阵”？

　　在专业音频领域称呼的音频矩阵，不仅仅具有音频系统处理器的能力，还需要更多的功能，至少，它的输入电平可以从0dB至-60dB，有的甚至到-66dB。可以连接专业音频信号(0dB)、民用级音频信号(-10dB)、动圈话筒信号(-25dB～-55dB)、电容话筒信号(-30dB～-66dB)并且提供幻像电源供电。

　　此类产品最初引入市场的是美国PEAVEY的产品。行业中为了区别音箱处理器或一般系统处理器，称呼为音频媒体矩阵。目前由于多媒体技术的长足发展，为了区别与视频多媒体相关的矩阵产品，我们统称为音频矩阵或数字音频矩阵。

▲东微TYCHO-T1616TC：16进16出数字音频处理器

　　除了接入接口的不一样，音频矩阵往往还有可通过数字的方式进行音频信号通道扩展的功能。同时还有外部控制接入和输出，比如RS232\RS485\GPIO等等，高级一些的还具有网络信号的接入。包括网络音频传输和网络控制信号。

　　它们的功能已经不仅仅是满足于通过传统的扩声流程来对音频信号进行管理。更多的交互功能出现在音频的系统中。使得它们可以做更大型的工作。最主要体现在：架构、功能和应用目标上的不同。

　　6.架构区别

　　系统能否做大做强，关键在架构。目前的音频矩阵主要分两种架构：一种是固定流程的架构，一种是可以自由编译的架构。两种架构各有优点。

　　固定流程架构的产品代表如下图所示，每一个模块的功能和信号流程都已经很明确的体现在了软件界面上，用户不可以改动流程架构，但可以对参数进行调整。缺点是灵活性不够，优点是每一个模块的功能都是明确的，可以充分使用的，不存在任何资源冗余的问题。稳定可靠。可用于有明确应用目标的系统建设中。

▲固定架构软件控制界面。参数可调架构不变。

　　另外一类架构是可以对每一个模块进行自由编辑的产品。通常称之为动态编译架构。优点是给予工程师的自由度极其高，没有任何限制。甚至有的工程师将音频矩阵中的逻辑功能发挥到极致后，完全取代了中控主机的功能。

　　固定架构的音频系统的功能，最多能够做到第四代系统架构。在第五代云架构音频系统中，自定义模组的设计功能可以完成数据加密的功能，同时，自动系统检测和云备份的功能是音频处理器的最高境界的发挥。

　　7.功能区别

▲可动态编译音频处理器软件界面

　　功能上，音频矩阵在完全拥有一般音频处理的功能外，还拥有比如Ducker、Gating Auto Mixer、Gain Sharing Auto Mixer、Room Combiner、AGC、ANC、AEC、Invert、Source Selector、Router、Feedback Suppressor等音频类功能模块，单个矩阵模组的规模最大已经到了256×256路之多。有的专用设备上还有电话接口和VOIP接口，多数还有各类Logic的应用模块。

　　同时，音频信号的互联互通也做得非常好了，常用的传输协议有ConbraNet、Dante、AVB。并且AVB协议是同时支持音频和视频的，在一条网线上可以传输双向420路音频和256路视频。这些，都是普通音频矩阵所不具备的功能，也是大型音频系统建设所需要用到的功能。也是目前市场上价格最高的产品，从数万到十多万一台(套)都有。

　　8.应用目标区别

　　产品设计的核心目标是在应用。固定架构的设备，其应用技术主要在参数的改变，我们称之为“调试”，而大型动态编译的音频矩阵类产品，其强大的功能主要体现在应用工程师针对应用环境的功能设计，是将产品变更成出厂不具备的功能，我们称之为“二次开发”。

▲二次开发功能举例：多通道可扩展音箱检测模组

　　根据上述了解，我们可以得知以下应用目标的区别：

　　音箱处理器：用于专业扩声中对音箱的品质校正。还可以用于要求不高的小型扩声，比如小型厅堂等。或者为了节约前端资源，专门用于后端的音箱参数校正。

　　系统处理器：用于大型专业扩声中音箱和整体系统的控制。比如大型演出、大面积多区域广播。

　　固定架构的音频矩阵：用于对已知功能目标的音频系统。常用于会议室、演讲室、报告厅等。

　　动态编译架构的音频矩阵：可用于任何音频系统。并且由于其便利的数字扩展，在应用在传统的大型扩声系统中，比传统的系统处理器要有更多的技术优势。第四代网络化架构和第五代云架构音频系统必须采用的技术。

　　节选自：《数字音频处理器你了解多少?》

　　作者：汪晓琦 深圳市奇正设计顾问有限公司设计总监、高级音响技师

　　——延伸阅读——

　　你懂什么是系统的“增益架构”吗?

　　增益架构在一个音响系统里的设置是否合理关系到各个设备之间的信号电平是否合适，一个好的增益架构可以让系统获得一个很好的信噪比和动态余量。

　　系统的信噪比差通常会导致很高的背景噪声，这会让听者感到厌烦，并且会影响声音的清晰度。在一个有效的音频信号接近本底噪音的系统里通常会有过多的头顶余量。反过来说，一个系统在低余量也就是系统噪音很低而且信号已接近失真的情况下，可能会导致系统过载引起声音畸变甚至烧坏喇叭。如果有多件音响器材在同一电平内发生削波(声音开始畸变)或者有类似的动态范围，那么这样的音频系统就可以被称为“即插即用”的系统，不过这种情况是及其少见的。

　　以下介绍了设置系统增益架构的两种方法(统一法和优化法)。这两种方法都是让尽量强的信号电平贯穿整个声音的系统。

　　统一法

　　统一法是传统的设置增益架构的方法，这种方法依赖于信号统一放大，也就是说音频信号经过调音台之后的每一个设备的输出电压等于输入电压。如果我们假设一个典型的线路电平为+4dBu，那么就应校准这个系统中的每一个设备使输出等于这个电平，最终功放的输入为+4dBu。功放的灵敏度旋钮用来设置现场所需要的声压级。

　　统一法的优点：

　　1.易于校准。

　　2.易于替换组件。

　　3.实现速度快。

　　统一法的缺点：

　　但是这种方法也有几个显而易见的缺点：虽然整个系统的工作电平是一致的，但是每个设备之间的头顶余量却不一样，所以混音后设备可能失真是一个最大的缺点。

　　例如把一个调音台的输出看作+24dBu，如果他的表头零刻度表示+4dBu的输出电平，那么这个调音台就有20dBu的输出头顶空间。如果把这个调音台的输出接到一个削波电平为+20dBu的均衡器，那么这个均衡器就只剩下16dBu的头顶余量了，因此或许一个波形在经过调音台时还处在头顶余量之内时但是到了均衡器的时候就可能失真了。但是这种事情通常是对系统不太熟悉的人做的。通常情况下最佳的做法应该是系统的所有设备都应该在同一点发生削波。

　　优化法

　　用优化法建立的增益架构能让工作在不一样的工作电平下的各个组件具有同样的头顶余量。这种方法可以使任何一个设备输出最大电压的同时下一个设备不会过载。

　　就按照上边的例子来说，均衡器的削波电平比调音台低了4dB，因此在均衡器输入之前调音台的输出就要衰减4dB。如果不行的话就要在调音台和均衡器之间加上一个4dB的衰减器。调音台的输出电平降到零时再输入到均衡器之中，这样均衡器就保持了20dB的头顶余量。

　　优化法的优点如下：

　　1.优化整个系统的信噪比。

　　2.所有设备同时发生削波时，整个系统工作在零刻度混音会具有相同的头顶余量。

　　优化法的缺点如下：

　　1、当然，这种方法也需要设计者花费更多的时间以及具有相当专业的水平。

　　2、另外更换设备也比较困难。因为更换的设备可能削波电平不一样，如果功放在一个很低的增益下就开始削波，那么我们就需要在功放输入前衰减信号。或者提高功放的输入电平直到达到我们所需的声压级。我们必须要知道，未达到我们所需的声压级时功放就已经开始削波了，那么这时候我们就需要一个更大功率的功放(喇叭能承受的功率)。