淺談Dante網絡音頻技術在現場演出擴聲中的應用

梁佳爍

淺談Dante網絡音頻技術在現場演出擴聲中的應用

梁佳爍

(沈陽音樂學院 戲劇影視學院，遼寧 沈陽 110000)

Dante網絡音頻技術是一種組合了軟件、硬件及網絡協議的音頻傳輸解決方案，具有低延遲、高精準度、操作簡便、成本低等多種優勢，非常符合現場演出擴聲系統的需求。本文針對Dante網絡音頻技術的要點及優勢展開研究，結合現場演出擴聲案例，探究基于Dante網絡音頻技術的音頻系統實現方式及應用效果。

現場演出擴聲；Dante；網絡音頻技術

現場演出擴聲系統主要由節目源、主控調音臺、聲場及系統處理設備、揚聲器系統等組成，由話筒等音源設備所拾取的音頻信號在各級設備之間傳輸、處理、放大，最終呈現給觀眾。隨著演出規模和需求不斷提升，傳統模擬和數字音頻傳輸技術已不能適應時代的發展，傳輸距離不足、線纜數量過多、系統可調整靈活性不足等局限越發明顯。在這種情況下，隨著通信技術的進步，音頻信號的傳輸和分配經過了模擬域、數字域兩個階段，逐漸進入到了網絡域的階段[1]。

一、Dante網絡音頻技術及優勢

Dante網絡音頻技術是一種組合了軟件、硬件及網絡協議的音頻傳輸解決方案。用戶將搭載了Dante芯片的音頻設備連接在同一網絡中，通過Dante Controller軟件完成音頻信號的路由和分配。在千兆網絡中，一根網線即可實現雙向傳輸512路48kHz采樣率、24Bit量化精度的音頻信號[2]。

Dante網絡音頻技術是Audio Over IP的典型代表，由Audinate公司于2006年推出，在經過了十多年的發展后，支持Dante協議的品牌已經有數百家，支持Dante協議的設備已經有數千種。Dante網絡音頻技術已經成為現場音頻系統和其他音頻應用的首選解決方案。

Dante網絡音頻技術有很多優勢：高質量音頻傳輸、靈活的網絡連接、擴展性、簡化的系統配置、低延遲和同步性、強大的網絡管理和監控等。

Dante這些優勢，非常符合現場演出擴聲系統的需求，越來越多的音響設備可以看到Dante的標志。Dante網絡音頻技術也為現場演出擴聲的從業者們提供了新的思路，使現場演出擴聲系統變得更加靈活，成為現場演出擴聲系統設計的全新潮流。

二、Dante網絡音頻技術要點分析

1. 交換機。交換機是一種用于電信號轉發的多接口網絡連接設備，它可以為接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電信號通路。交換機通常工作在OSI參考模型的第二層，即數據鏈路層[3]。交換機的核心是交換表，交換表是一個交換機端口與主機MAC地址的映射表。當有數據幀到達交換機時，交換機從數據幀頭部取出源地址，然后將源地址及數據幀進入交換機的端口記錄到交換表中。如果交換表中已經存在該地址，則更新該映射表項，然后再從數據幀頭部取出目的MAC地址，在交換表中查找該地址。如果找到該地址并獲得了對應的交換機端口，交換機就會將該數據幀從對應的交換機端口轉發出去。如果交換表中沒有該目的地址項，或者該目的地址是廣播地址，那么，交換機就會將數據幀向其他端口轉發。

交換機是Dante音頻網絡中的關鍵設備，其合理選擇和配置十分重要。目前市場上廣泛使用的交換機按照功能，可分為管理型交換機和非管理型交換機。管理型交換機有很多用戶自定選項和設置，以實現特定功能；非管理型交換機不需要任何設置，可以即插即用，非常適合小型專用音頻網絡。而在一些較為復雜的網絡中，例如音頻和其他數據處于同一網絡的情況下，則只能選擇管理型交換機，并使用IGMP Snooping等功能對網絡進行設置。

值得注意的是：雖然搭建Dante音頻網絡可以使用以上兩類交換機的任何一類，但一定要避免選擇EEE類型的交換機。這類交換機的節能功能會關閉端口，并阻止部分Dante功能的正常運行。同時，最好選用千兆交換機，并對其總帶寬進行計算，具體計算公式為：端口數×相應端口速率×2=總帶寬。將計算得到的總帶寬與交換機的背板帶寬進行比較，來判斷交換機是否符合全交換的條件。

2. 時鐘同步。網絡音頻系統的重要特征和優勢之一便是嚴格的時鐘同步。目前網絡音頻系統主要采用精準時鐘同步協議（PTP）的方式來實現時鐘同步。該協議由IEEE組織于2002年推出，標準號為IEEE1588。其核心思想就是通過軟硬件把基于網絡協議設備的從時鐘與主控設備的主時鐘同步，通過主時鐘與從時鐘之間的報文交換，獲取時間戳信息，以此計算出本地時鐘的時鐘偏差和路徑時延，從而進行時鐘的校準同步，同步精度可達亞微秒級。

Dante音頻網絡采用符合IEEE1588標準的PTP時鐘[4]，除了DVS以外的任何Dante設備都可以作為Dante音頻網絡的主時鐘，為系統提供時鐘信號。Dante音頻網絡的主時鐘既可以是Dante設備內部的Dante時鐘，也可以是外部接入的時鐘。選擇外部接入的時鐘作為Dante音頻網絡的主時鐘時，需要在Dante Controller中為這臺設備勾選Slave to external clock。在不進行任何設置的情況下，Dante音頻網絡內部就會自己選出一臺設備作為主時鐘。一旦這臺設備出現故障，Dante音頻網絡又會立即選出另一臺設備作為主時鐘，切換過程不會對音頻傳輸造成影響。

3. 單播與組播。在網絡數據傳輸中，主要包含三種數據包的發送方式，單播（Unicast）、組播（Multicast）和廣播（Broadcast）。單播是在一個發送者和一個接受者之間通過網絡進行的通信。組播是設備之間“一對一組”的通訊模式，也就是同一個組的設備可以接收到此組內的所有數據，網絡中的交換機和路由器只向有需求者復制并轉發其所需數據。廣播是設備之間“一對所有”的通訊模式，網絡對其中每一臺設備發出的信號都進行無條件復制并轉發，所有設備都可以接收到所有信息。

Dante設備支持單播和組播[5]，默認采用單播的方式傳輸數據。在傳輸數據時，Dante設備會將數據包編入組中，這個組叫作Flow。在單播模式下，每個Flow中最多編入四通道信號，即使只有一個通道的信號，也會占用一個Flow。在組播模式下，每個Flow最多可編入八通道信號。信號發送端的設備對于所支持的Flow數量有限制，通常情況下，1—4通道的設備最多支持2個Flow；大于16通道的設備最多支持32個Flow。

4. 備份冗余。如今，現場演出規模越來越大，整個音響系統的復雜程度越來越高。相對于在模擬域傳輸音頻的系統，基于網絡的音響系統顯然具有更大的不確定性和不可靠性。面對這種情況，Dante網絡音頻技術為我們提供了備份的解決方案。

Dante網絡音頻技術對于備份的解決方案是主備網絡。具有備份功能的設備都會配有PRIMARY和SECONDARY兩個Dante端口，將PRIMARY端口接入主網絡，SECONDARY端口接入備網絡。主備網絡必須處于兩個分離的局域網中，必須使用不同的IP地址段，必須是隔離的子網。具有備份功能的設備可以在主備兩個端口同時傳輸音頻信號。在主網絡出現故障時，Dante網絡音頻系統會自動切換為備網絡進行工作，系統重放的聲音不會中斷且不會產生任何雜音。

綜上所述，交換機是Dante網絡中的核心設備，負責音頻流的轉發和管理。時鐘同步確保音頻同步和減少抖動。單播和組播是音頻傳輸的兩種方式，選擇取決于具體的需求和網絡配置。備份提供了冗余和可靠性，以防止單點故障。這些要素共同工作，確保Dante網絡音頻技術的穩定性、可靠性和高質量的音頻傳輸。

三、Dante網絡音頻技術的現場應用

1. 設備需求及設備選用。某大型文藝演出，使用了一套部分設備支持Dante的擴聲系統。語言類節目基本使用頭戴話筒。舞蹈類節目只需要播放伴奏音樂。歌唱節目中一類是歌手按照制作完成的伴奏進行演唱，這類節目需要給歌手準備話筒、耳返或地返；另一類是樂隊現場演奏，歌手演唱，這類節目需要對架子鼓、電吉他等樂器進行拾音，并為樂手提供返送，為歌手提供話筒和返送。

根據演出場地以及節目特點，綜合考慮轉播的需求以及演出整體預算，最終選用Shure UHF-R無線系統、Yamaha QL5調音臺系統、JBL VRX揚聲器系統等設備，并使用MacBook Pro搭載DVS軟件進行分軌錄音。其中調音臺系統由一臺Yamaha QL5調音臺和兩臺Yamaha Rio1608-D接口箱組成。

2. 系統總體架構。本系統中只有調音臺系統支持Dante，Yamaha QL5調音臺和兩臺Yamaha Rio1608-D接口箱以及DVS之間使用網線連接，使用菊花鏈連接方式。無線話筒、有線話筒均使用卡農線接入接口箱。功放也使用卡農線接到接口箱，功放和音箱之間使用傳統音箱線連接。調音臺系統的連接如圖1所示。

圖1 Yamaha QL5調音臺系統連接

3. 系統中Dante相關設置。接口箱部分：將兩臺接口箱的Unit ID分別設置為1和2，Yamaha Rio接口箱的Unit ID在網絡中必須具備單獨的編號，這樣接口箱才可以通過Dante網絡發送和接收音頻信號或通過已連接的數字調音臺進行控制。

Yamaha Rio1608-D接口箱的DIP開關由8個開關組成，用來指定接口箱啟動的相關設置。值得注意的是，在設置DIP開關的狀態時，需要在接口箱電源關閉狀態下進行，否則設置無效。其中，與Dante網絡相關的有DIP開關2、3、4。

調音臺部分：Yamaha QL5調音臺與接口箱以菊花鏈的形式進行音頻傳輸，因此應將調音臺的Dante SECONDARY接口設置為Daisy Chain模式，并根據官方建議將Latency設置為0.25ms。Dante Setup窗口中的Device Mount選項卡將兩臺Dante Rio1608-D接口箱并入系統。之后，在Dante Input Patch窗口，進行輸入輸出路由的相關設置。

4. 借助DVS進行分軌錄音和系統調試。Dante Virtual Soundcard，簡稱DVS，是Audinate公司推出的一款虛擬聲卡軟件。它可以把計算機中的普通網卡虛擬為支持ASIO或Core Audio的音頻接口。這樣任何一臺裝有該軟件的PC或是Mac只需通過網線接入Dante網絡，即可使用數字音頻工作站軟件對接入Dante網絡中的音頻信號進行分軌錄制。對于已經錄制好的分軌音頻信號，也可以使用DVS將其接入到Dante網絡中，進行虛擬試音或是播放多軌音頻文件。

另外，通過DVS結合Smaart等聲學測量軟件的方式，也可以對Dante網絡中任意一個節點的信號進行測量分析。在進行揚聲器系統測量時，相對于傳統外接聲卡的測量系統，使用DVS可以保證整個測量鏈路中只經過一次AD、DA變換，避免了聲卡的AD、DA變換對于測量結果的影響，從而提高了測量結果的準確性。

5. Dante網絡音頻技術應用效果。憑借Dante網絡音頻技術的優勢，本次演出使用的傳統音頻線纜數量大大降低，系統搭建效率有很大提升，分軌錄音的實現方式非常簡便，確保了音頻信號的清晰度和準確性。演出過程中，整套系統也一直保持著穩定的工作狀態，保證了演出的順利進行。

總之，Dante網絡音頻技術在現場演出擴聲系統中的優勢明顯、效果顯著，解決了演出現場擴聲系統的諸多實際問題，能夠很好地滿足如今大型現場演出擴聲系統的需求，并且有著良好的發展前景。

[1] 李秋霆, 魏增來. AOIP和AES67及其對未來音頻系統的影響[J]. 電聲技術, 2016(6): 66-71.

[2] 王冠男, 常樂. Dante音頻網絡在大型影劇院中的集成研究[J]. 現代電影術, 2022(6): 22-27.

[3] 兆翦. 基于三層網絡的音頻傳輸技術[J]. 電聲技術, 2008, 32(10): 73-78.

[4] 吳澤昕. 基于IP層網絡的音頻傳輸在現場演出中的應用[J]. 電聲技術, 2014(9): 74-80.

[5] 尤家斌. 淺析Dante技術要點及其應用[J]. 演藝科技, 2017(3): 20-26.

10.15916/j.issn1674-327x.2023.05.020

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A

1674-327X (2023)05-0083-03

2023-06-04

梁佳爍(1992-)，男(滿族)，遼寧沈陽人，助教，碩士。

(責任編輯：葉景林）