Сетевое аудио

Сетевое аудио

В отличии от традиционных протоколов передачи цифрового аудио, являющихся по своей сути P2P (Point-To-Point) соединением, обеспечивающим передачу сигнала от точки А до точки Б, сетевое аудио и нижерассмотренные протоколы, базирующиеся на IT-технологиях, таких как Ethernet и IP, в зависимости от конфигурации, позволяют реализовать передачу цифровых аудио сигналов между несколькими приборами, объединенными в сеть , что имеет множество преимущeств - от уменьшения количества необходимых для этого соединений, что существенно  сокращает стоимость и сложность реализации массшатбных проектов, до повышения надежности и облегчения процесса поиска и устранения ошибок. Кроме того, процесс маршрутизации сигналов также становится более гибким и простым делом, и все это при минимальных значениях латентности. Дополнительным преимуществом является возможность использовать стандартное IT-оборудование, такое как Switch, Router, Repeater, а также обычные сетевые кабели, например CAT5e и CAT6, для передачи многоканального не сжатого цифрового аудио высокого качества. В некоторых случаях даже может быть использована уже существующая сеть, например офисная, так как большинство протоколов поддерживают механизм приоретизации передачи аудио данных и тактовой информации над другим трафиком, являющиеся жизненно необходимыми для устойчивой работы системы.

Благодаря вышеописанным преимуществам сетевое аудио получает все более широкое распространение, особенно в комплексных и массштабных проектах, требующих простоту, гибкость и надежность, в то же время оставаясь в жестких финансовых рамках. Одним из таких примеров может быть олимпиада в Бразилии или проект обновления систем оповещения и коммуникации на вокзалах и станциях железнодорожных соединений в Бельгии.

Сетевое аудио и его основные преимущества:

- использование одного единственного кабеля для передачи десятков и даже сотен каналов цифрового аудио позволяет полностью отказаться от использования дорогостоящих кабелей, которые приходилось использовать в прошлом для многоканальной передачи аналоговых сигналов.

- абсолютная гибкость в маршрутизации сигналов внутри сети и между различными устройствами, благодаря функциональному разделению между физическими разъемами и фактическими входами и выходами.

- возможность использовать стандартное IT-оборудование и даже уже существующие сети для реализации аудио сетей

Понятие сеть подразумевает использование более двух приборов в системе, при том, что каждый из них имеет доступ ко всем или только заранее определенным пользователем ресурсам. Такими ресурсами могут быть как данные, так, к примеру, и вычислительная мощность, отведенная под тот или другой процесс или операцию.

Для ввода данных в систему сетевого аудио применяют модули ввода/вывода, обеспечивающие преобразование аналогового или цифрового аудио сигнала в соответствующий формат, для последующей транспортировки и маршрутизации между компонентами системы. Так, например, такой модуль на сцене, преобразовывает аналоговые сигналы в цифровую форму и подготавливает их, посредством разбития на пакеты данных, к дельнейшему распространению между компонентами сети, которыми могут быть цифровой микшер, оснащенный соответствующей картой, записывающее устройство, цифровые процессоры или даже телевизионный центр, находящийся на расстоянии десятков киллометров. Достигнув своей цели, сетевой сигнал, преобразуется обратно в свою изначальную цифровую форму и в последствии, рано или поздно, в аналоговую, для воспроизведения.

Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что для реализации простейшей системы сетевого аудио в любом случае понадобится модуль ввода и вывода аудио в систему.

простейшая система сетевого аудио

Такие модули могут принимать различные формы и иметь различные функциональные способности и характеристики. Это могут быть как карты рассширения для того или иного оборудования, так и совершенно самостоятельные устройства, предоставляющие широкие возможности контроля.

Открытые и закрытые системы

Принципиально все протоколы передачи сетевого цифрового аудио можно разделить на несколько категорий. В первую очередь на открытого и закрытого типа.

Как можно заключить из названия, протоколы закрытого типа работают исключительно в закрытой среде, т.е. могут коммуницировать только с устройствами из модельного ряда одного и того же призводителя, т.е. разработчика протокола.

закрытая система stagetec nexus

Такие системы называют также собственными, так как они “разговаривают” на собственном языке. Примером таких систем является NEXUS от компании Stagetec, изображенный на иллюстрации выше, Rocknet, Mediornet от Riedel, Optocore. Недостатком таких систем является ограничение в использовании оборудования только данного конкретного производителя. Преимуществом же может быть более отлаженная функциональность и стабильность работы, вследствие заранее известных компонентов и возможных сценариев объединения их в сеть.

В отличии от этого, протоколы открытого типа способны работать в смешанной среде, сосуществуя с другими устройствами в сети от различных производителей и оснащенных соответствующими сетевыми модулями, отвечающих одному и тому же стандарту. Примером таких систем является Dante, EtherSound, CobraNet и Ravenna. Множество производителей профессионального аудио оборудования имеют в своем ассортименте модули расширения, с помощью которых, например, цифровой микшерный пульт может передавать и принимать сигналы по одному из этих протоколов. Наиболее популярным на сегодняшний день является протокол Dante от австралийской компании Audionate, который использует обычную сеть Ethernet, со скоростью передачи 1 гигабит. Ее разработчикам действительно удалось создать довольно простую в настройке, отлаживании и последующем использовании систему, которая отлично зарекомедовала себя даже в суровых буднях концертной деятельности. Большие надежды, осебенно в сфере телетрансляций, подает также протокол Ravenna.

Технологическая база

С точки зрения используемой для транспротировки аудио данных технологии, большинство современных систем сетевего аудио можно разделить на две категории:

Audio over Ethernet

Технология разработаная ещев 70-х годах прошлого столетия, т.е. имеющая более 40 лет накопленного опыта. Подразумевает использование второго уровня (Layer 2 - MAC-адрессирование), так называемой OSI модели.

Audio over IP

Более новая технология, базирующаяся на более высоком уровне (Layer 3) OSI модели и подразумевающая передачу данных на основе IP-адрессирования.

AES67

Вопреки широко распространенному заблуждению, AES67 не является протоколом передачи аудио данных, а представляет собой набор рекомендаций, соблюдая которые производители той или иной системы могут обеспечить базовую совместимость с оборудованием другой системы, также принявшей к сведению рекомендации AES67. Так, например, Dante и Ravenna заявили о готовности поддержать набор правил и инструкций, заключенных в рекомендациях, что делает использование их технологий в одной смешанной сети практически безболезненным предприятием. Возможно не все функции, доступные в той или другой системе будут работать, но базовая стабильная передача аудио данных и тактовой информации гарантируется стандартом AES67. Можете представить себе это как рецепт, скажем, яблочного пирога. Если в основе рецепта лежат яблоки, то какие бы специции вы не добавляли, черничный пирог из яблочного у вас не получится. Он все равно останется яблочным. И это хорошо. Потому что если на кухне эксперимнты и приветствуются, то в професииональной среде никто не хочет никаких сюрпризов.

Кабели и разьемы

Для объединения нескольких приборов в одну сеть могут применяться различного рода кабели, основными характеристиками которых являются принцип передачи и зависящий от этого материал проводника, а также его пропускная способность.

В общем все кабели по принципу передачи и материалу можно разделить на оптические и электрические.

Оптические

В оптическом исполнении проводник состоит из оптического волокна, транспортирующего световые импульсы, являющиеся репрезентацией нулей и единиц. На данный момент на рынке представлено множество вариантов, отвечающих той или иной задаче или требованиям - от ультрагибких до сверхпрочных, используемых преимущественно в условиях сценической деятельности. Однако все оптические кабели можно разделить на две категории - одно и многомодовой конструкции. Многомодовые являются более бюджетным варриантом и способны транспортировать сигнал на расстояния до 500 метров. Одномодовые стоят несколько дороже и обеспечивают стабильную передачу на расстояния до 2 км и даже больше. При этом внутреннее сечение стержня из стекловолокна также имеет немалое значение.. В профессиональной аудио индустрии чаще всего используются кабели с сечением 9/125 µm (singlemode) и 50/125 µm (multimode). В качестве разъемов чаще всего используются стандартные SC разъемы.

Image result for OpticalConКомпания Neutrik разработала разьемы OpticalCon, обеспечивающие дополнительную защиту, что особенно важно если вы работаете в концертном бизнесе, где жесткие реалии будней могут стать причиной случайного разрыва соединения.

Электрические

Сетевые кабели, используемые для коммутации IT оборудования обычно состоят из восьми медных проводников, переплетенных в пары. При этом экранированный вариант обеспечивает защиту от электро-магнитных наводок. Для реализации сети со скоростью передачи до 100 Mbps, будет достаточно кабеля CAT5. Для более высоких скоростей, например 1 Gbps  и выше потребуются CAT5e, CAT6 или CAT7. Однако и внутри одной категории кабели могут иметь несколько различные характеристики, в основном касательно их гибкости и прочности. В качестве разъемов используются стандартные в IT индустрии RJ45.

Image result for neutrik networked audioКомпания Neutrik предлагает более высококачественные разъемы EtherCon, специально разработанные для профессиональной аудио индрустрии.

Для преобразования электрического сигнала в оптический или наоборот применяются специальные конвертеры, выполняющие эту задачу.

Переферия

Для транспортирования и маршрутизации сигналов в сети в IT-индустрии применяются различные приборы, такие как Hub, Repeater и Switch. Ключевое преимущество сетевого аудио заключается в возможности использовать десятилетиями испробованную и практически доведенную до перфекционизма технологию и оборудование. Единственным условием является соответствие стандарту и возможность отключения спящего режима, переводящего устройство в экономичный режим.

Чтобы не сильно углубляться в мир IT, скажем только, что Hub это своего рода тройник, дублирующий входящий сигнал на все выходы. При этом сигнал может быть усилен и готов путешествовать по сети дальше, без опасности ослабления сигнала до критического уровня. Switch обладает дополнительными способностями, позволяющими направлять определенные сигналы только на определенные выходы, к которым подключены те или другие приборы. Эта функция позволяет осуществлять гибкую маршрутизацию сигналов в сети, что в корне отличается от классической концепции P2P соединений, накладывающей жесткие ограничения на маршрутизацию сигналов, в зависимости от их физических соединений.

Топология соединения

С точки зрения методики объединения приборов в одну единую сеть, можно выделить несколько наиболее часто применяемых способов.

- P2P - на самом деле P2P не представляет собой сеть, хотя концепция сетевого аудио может быть использована, чтобы реализовать такое соединение между какими-либо двумы элементами.

- Последовательное соединение (серийное) – является простейшим соединением и не обеспечивает необходимой резервности. При выходе из строя одного из звеньев цепи, поток информации прерывается и сеть превращается в два отдельных сегмента, никак между собой не связанных. Наиболее простым методом хоть как-то себя уберечь в этом случае является дублирование главных соединений, то есть проложить основной кабель дважды, при этом обязательно обратить внимание, чтобы они не были проложены в одном и том же месте. Думаю не стоит объяснять почему. Таким образом, при выходе из строя одного канала передачи, второй продолжит обеспечивать поток информации.

- Кольцо – этот метод подразумевает соедиенение между собой первого и последнего элемента в последовательном соединении, таким образом, что при выходе из строя одного из звеньев в цепи, поток информации между другими ее звеньями не прерывается.

- Звезда – является наиболее эффективным методом использования всей ширины пропускной способности и чаще всего находит применение в стандартных сетях передачи данных. Одним из основных преимуществ этого метода является высокая гибкость, касательно возможностей расширения сети, посредством интеграции новых устройств. Недостатком же этой топологии является черезвычайная важность центрального элемента, который учавствует в передаче данных между всеми устройствами в сети.

На выбор наиболее целесообразной топологии (или их комбинаций) для реализации того или иного проекта могут влиять множество факторов - от количества каналов и максимально допустимого значения латентности в системе, до степени надежности и бюджетных аспектов. Когда речь заходит о крупных проектах, стоит задуматься о совете специалиста в области IT.

Надежность и концепции резервности

Так как для передачи большого количества каналов аудио используется всего один сетевой кабель, то вопрос надежности этого соединения становится более чем острым. Чтобы не зависить от этого целиком и полностъю, применяют различные методы коммутации, обеспечивающие передачу информации даже при выходе из сторя одного из элементов системы, так называемые системы резервности. Эти концепции уже давно испробованы и успешно применяются в информационных технологиях, где непрервный поток информации имеет куда большее значение, чем даже в профессиональном аудио. Для примера можно назвать аэропорты, вокзалы, АЭС и другие объекты повышенной чувствительности.

Чтобы не сильно углубляться, скажем только, что для обеспечения резервности используются дублирование соединений, которые собственно обеспечивает только дополнительную надежность самого соединения. В случае, если выходит из строя то или иное устройство, то поток данных прерывается. Чтобы этого не произошло, сетевое оборудование также может дублироваться. Вплоть до реализации двух или  даже нескольких паралельных сетей.

Заключение

Поначалу концепции сетевого аудио, так же, как это когда-то было при внедрении цифрового звука, скорее пугали потенциальных пользователей, но в последнее время это становится все менее экзотической технологией и находит применение в самых разных областях телекомуникационной индустрии, обеспечивая гибкие решения для широкого спектра задач - от международных конференций и коммутации студийных комплексов телевизионных центров, до использования на концертах и в театрах. Поэтому уже сейчас, и тем более в будущем, от звукоинженера будут ожидать солидные знания в IT-области. Даже не смотря на простоту и элегантность, с которой некоторые технологии сетевого аудио позволяют пользователям с помощью графической оболочки настраивать систему и выполнять все необходимые операции с помощью пары щелчков мыши, при планировании крупных проектов все-таки стоит подумать о консультации специалистов из IT индустрии, имеющих большой опыт в реализации массштабных сетей.

Подпишись на E-mail рассылку

и получи эксклюзивную возможность прочесть краткое руководство на тему "Основы акустики, психоакустики и акустической оптимизации помещений" 

Я никогда и никому не передам и не продам адрес вашей электронной почты. Вы можете отписаться в любое время.

Похожие статьи

  • Аудио кодеки
    Кодеки сыграли в свое время если не ключевую, то очень существенную роль в дальнейщим развитии технологий в области цифрового звука....
  • Цифровое представление сигналов – общие сведения
    Я думаю не для кого не секрет, что цифровой звук уже давно вошел в нашу повседневную жизнь. Будь то MP3...
  • Бинарная система
    Аналоговый сигнал представляет собой непрерывный сигнал, который теоретически может принимать бесконечное количество значений, поскольку, как известно, на непрерывной линии можно...
  • Aлиасинг и теорема Найквиста (Котельникова)
    Теорема Найквиста (известная также как теорема Котельникова) утверждает, что для корректной передачи и последующего воспроизведения всего спектра частот, содержащегося в...


No Comments Yet.

Leave a comment