Cyfrowe platformy DSP marki Biamp – szkolenie firmy Konsbud-Audio

Technologie cyfrowe weszły do świata audio na skalę komercyjną już w latach 70. Mimo że przetwarzanie czy rejestracja już od dawna odbywały się w dziedzinie cyfrowej, transmisja sygnałów audio jeszcze przez długi czas pozostawała analogowa, przede wszystkim dlatego, że była dużo prostsza w realizacji – nie wymagała na przykład rozwiązywania problemów synchronizacji, kontroli czy przesyłania sygnałów o różnych częstotliwościach próbkowania. Z drugiej strony transmisja cyfrowa ma wiele zalet, np. eliminuje niepotrzebne konwersje A/C i C/A i zwiększa odległości, na jakie możemy przesyłać sygnał. Nic więc dziwnego, że odkąd weszła do świata audio, zdobywa coraz większą popularność, szczególnie w instalacjach stałych, gdzie możliwe stało się budowanie wysoko funkcjonalnych cyfrowych systemów dystrybucji i zarządzania dźwiękiem.   W dniach 7–9 marca w malowniczym hotelu Cyprus w Książenicach pod Warszawą odbyło się zorganizowane przez firmę Konsbud-Audio szkolenie na temat cyfrowych platform audio marki Biamp. Firma Biamp to istniejący od prawie 50 lat producent urządzeń audio przeznaczonych na rynek instalacji stałych. W ofercie firmy znajdują się m.in. wzmacniacze mocy, miksery (również automatyczne), korektory oraz – będące tematem seminarium – cyfrowe systemy dystrybucji i zarządzania dźwiękiem. Wśród tych ostatnich znajdują się wielokrotnie nagradzane systemy Audia i Nexia oraz prezentowany po raz pierwszy w Polsce system Tesira. Sieci audio budowane w oparciu o systemy firmy Biamp do przesyłu sygnału wykorzystują Ethernet – rozwiązanie, które w ostatnich latach zdobywa coraz większą popularność, gdyż jest efektywne, pozwala na transmisję dużej liczby kanałów, a jednocześnie jest łatwe i tanie w realizacji. Oczywiście dla przesyłu audio przez sieć ethernetową nie można wykorzystać standardów opracowanych dla transmisji danych, gdyż nie spełniają one restrykcyjnych wymogów, takich jak niskie opóźnienia, synchronizacja, wysokie bezpieczeństwo transmisji. Poszczególne standardy umożliwiające przesył audio przez Ethernet, takie jak EtherSound, CobraNet, SANE czy Dante, opracowane zostały przez różnych producentów sprzętu audio. Są to więc rozwiązania firmowe i choć w pewnym stopniu się upowszechniły, żadne z nich nie stało się ogólnie przyjętym standardem. Biamp nie jest jedną z firm, która zdecydowała się na opracowanie własnego standardu transmisji sygnałów przez Ethernet. Zamiast tego w systemach Audia i Nexia wykorzystano jeden z najpowszechniej przyjętych standardów, czyli CobraNet. Dzięki temu systemy Biamp są kompatybilne z urządzeniami wielu producentów, którzy również implementują ten standard w swoich rozwiązaniach. Natomiast w premierowym systemie Tesira zaimplementowano nowy standard – AVB (Audio Video Bridging). Jest on zbiorem protokołów umożliwiających budowanie sieci Ethernet dla transmisji sygnałów audio i wideo, zapewniających przy tym odpowiednią jakość, bezpieczeństwo i niskie opóźnienia.   Podczas zorganizowanego przez firmę Konsbud-Audio seminarium zaprezentowano ten nowy standard oraz wykorzystujący go system Tesira. O wszystkich atrakcjach tego spotkania opowiedział nam Michał Zelman z firmy Konsbud-Audio.   Magda Kaniewska, MiT: Jaki jest główny cel zorganizowanego przez Państwa firmę seminarium? Michał Zelman, Konsbud-Audio: Ze względu na to, że naszym zadaniem jest, poza sprzedażą, także pełnienie supportu dotyczącego projektowania i budowy znajdujących się w naszej ofercie systemów marki Biamp, co roku organizujemy spotkania, podczas których pokazujemy możliwości tych platform i doszkalamy ich obecnych, a także potencjalnych użytkowników. Są tu przedstawiciele współpracujących z nami firm, które projektują, instalują i użytkują tego rodzaju systemy. Firma Biamp posiada w swojej ofercie cztery platformy cyfrowe przeznaczone do różnych zastosowań, które różnią się od siebie hardware'em i software'em. W Polsce najczęściej wykorzystywane są systemy Audia oraz Nexia i to one znalazły się w programie naszego seminarium. Obie platformy oferują pełne możliwości przetwarzania, rutowania i zarządzania sygnałem audio w instalacjach stałych o różnej wielkości i zastosowaniu. Audia jest systemem bardziej elastycznym, gdyż dzięki modułowej budowie urządzeń – możliwości wyboru kart DSP – możemy lepiej dostosować hardware do naszych potrzeb. W systemie Nexia procesory mają na sztywno zdefiniowaną architekturę, przy czym do dyspozycji mamy różne ich rodzaje. Oba systemy mają m.in. zaimplementowany VoIP oraz opatentowane przez Biamp algorytmy eliminacji echa (AEC) i kompensacji szumów (ACN). Dla każdej platformy przygotowane zostało oprogramowanie umożliwiające konfigurację systemów w prosty, intuicyjny sposób z wykorzystaniem interfejsu graficznego. Wszystkie te możliwości i funkcje zostały zaprezentowane podczas seminarium, a oprócz standardowej prezentacji trzeciego dnia szkolenia przeprowadziliśmy również ćwiczenia praktyczne. Przygotowaliśmy sześć stanowisk. Uczestnicy seminarium, zgłaszając się, określali swoje doświadczenie w obsłudze platform cyfrowych, więc ćwiczenia podzieliliśmy pod względem stopnia trudności.   Jednak najciekawszym chyba punktem programu jest prezentacja nowego systemu Tesira. Tak, w tym roku nasze szkolenie zbiegło się z premierą nowej platformy firmy Biamp, czyli Tesiry. Jej prezentacji poświeciliśmy drugi dzień seminarium. Przedstawiony został również nowy standard AVB, zaimplementowany w urządzeniach Tesira.   Firma Biamp jest jedną z pierwszych, która zdecydowała się na zaimplementowanie AVB w swoich urządzeniach, wierząc, że ten standard przyjmie się powszechnie. Jedną z pierwszych, ale nie jedyną. Są już inne urządzenia, które wykorzystują AVB. Zaimplementowano go choćby w systemach Venue firmy Avid. Podczas targów ISE mieliśmy okazję zobaczyć, że ten protokół już u nich działa. Poza tym jest szerokie grono firm, które są tym standardem zainteresowane. Myślę, że AVB rzeczywiście zaskoczy i szybko się rozpowszechni. Zwłaszcza że jest to standard otwarty, ogólnie dostępny.   A kiedy Tesira pokaże się na polskim rynku? Przewidujemy, że będzie to w maju. Konsbud-Audio od razu sprowadzi zestaw urządzeń, taki set demonstracyjny. Dzięki niemu każdy zainteresowany będzie miał możliwość zapoznania się z tym systemem. Poza tym, z pewnością będziemy robili kolejne szkolenia.   Przewidują Państwo, że ten produkt znajdzie w Polsce nabywców? Rynek na takie systemy jest w rzeczywistości bardzo obszerny, bo lokacją końcową dla tego produktu może być w zasadzie każdy budynek użyteczności publicznej, w którym wymagany jest jakikolwiek dźwięk. W Polsce jest coraz większe zapotrzebowanie na platformy cyfrowe do obsługi audio. Biorąc pod uwagę fakt, że koszt zakupu jednego serwera Tesiry jest zbliżony do trzech Audii, wybierając Tesirę, możemy uprościć całą infrastrukturę w dużych instalacjach. Myślę więc, że Tesira znajdzie zastosowanie tam, gdzie do tej pory instalowaliśmy bardziej złożone systemy Audia. A jeśli zgodnie z przewidywaniami twórców i firm zaangażowanych w powstawanie AVB ten nowy standard upowszechni się na dużą skalę, pozwoli to znacznie obniżyć koszty sieci cyfrowych, dzięki czemu można je będzie stosować również w mniejszych instalacjach. Warto też pamiętać, że standard AVB pozwala na przesył w tej samej sieci sygnałów audio i wideo. Urządzenia Tesiry, co prawda, nie obsługują w tej chwili wideo, ale w przyszłości, kto wie. Ponieważ panuje tendencja, że wszystko idzie w stronę integracji, podejrzewam, że za 5–10 lat nie będą wydzielane oddzielne systemy audio i wideo, tylko wszystko będzie się odbywało na zasadzie jednej sieci. A firma Biamp z systemem Tesira będzie już na to przygotowana.     Przyjrzyjmy się więc systemowi Tesira, z którym mieliśmy okazję zapoznać się podczas seminarium firmy Konsbud-Audio. Zacznijmy od zaimplementowanego w nim nowego standardu AVB.   AVB W ramach standardu AVB opracowano cztery protokoły, które umożliwiają przesył sygnałów audio i wideo przez Ethernet. Oznaczono je jako IEEE 802.1 AS, IEEE 802.1 Qat, IEEE 802.1 Qav oraz IEEE 802.1 BA. Pomiędzy tym nowym standardem, a istniejącym 802 są cztery główne różnice: nowy standard zapewnia precyzyjną synchronizację, kształtowanie ruchu w sieci, rezerwację zasobów oraz identyfikację urządzeń niekompatybilnych z AVB. Zmiany te nie wykluczają możliwości komunikacji pomiędzy urządzeniami kompatybilnymi i niekompatybilnymi z AVB (mogą one przesyłać między sobą standardowe ramki 802). Możliwe jest więc współdzielenie zasobów między siecią AVB i np. siecią LAN, przy czym dzięki rezerwacji zasobów dla transmisji AVB inny ruch w sieci nie będzie jej zakłócał. W przesyle sygnałów multimedialnych bardzo istotna jest synchronizacja czasowa, zwłaszcza kiedy przesyłamy kilka strumieni danych jednocześnie, a sygnały cyfrowe mogą być spróbkowane z różną szybkością. W standardzie AVB (protokół 802.1 AS) problem ten został rozwiązany w ten sposób, że jedno urządzenie w systemie, nazywane grandmaster, zapewnia sygnał zegara master dla transmisji sygnałów pomiędzy wszystkimi urządzeniami. Grandmaster może być wybrany automatycznie lub narzucony przez użytkownika. Kolejny protokół, 802.1 Qav, określa sposób kształtowania ruchu w sieci, tak by kolejne pakiety strumienia danych były równo rozproszone w czasie, co zapobiega powstawaniu zatorów. To jednak nie wystarczy, by zapewnić odpowiednie bezpieczeństwo i jakość transmisji, dlatego częścią standardu AVB jest również protokół 802.1 Qat, w którym zdefiniowano sposób rezerwacji zasobów dla przesyłu sygnałów pomiędzy dwoma urządzeniami (poprzez stworzenie tzw. mostu pomiędzy mówcą, który inicjuje transmisje, i słuchaczem, który odbiera sygnał). Jeśli potrzebne zasoby nie są w danej chwili dostępne, do urządzenia inicjującego komunikację wysyłany jest raport o błędzie, mamy więc informację o tym, dlaczego transmisja nie doszła do skutku (zresztą standard AVB przewiduje również raportowanie innego rodzaju błędów, dzięki czemu łatwiejsze jest ich zdiagnozowanie i naprawa). Most pomiędzy mówcą i słuchaczem jest zrywany, gdy nie jest dłużej potrzebny, by udostępnić zasoby do innej transmisji. Ponadto w standardzie AVB przewiduje się niższe opóźnienia i możliwość transmitowania większej liczby kanałów niż choćby w popularnym CobraNecie, a wysoki stopień automatyzacji procesu konfiguracji sieci skraca jej czas i czyni obsługę znacznie łatwiejszą.   System Tesira Tesira jest kolejnym cyfrowym systemem dystrybucji i zarządzania dźwiękiem zaproponowanym przez firmę Biamp i pierwszym na świecie, w którym zaimplementowano nowy standard transmisji audio. Wykorzystanie gigabitowego Ethernetu pozwala za pomocą jednej karty AVB przesłać maksymalnie 420 × 420 kanałów audio (a w przyszłości może również wideo) przy częstotliwości próbkowania 48 kHz (system nie wspiera w tej chwili wyższych częstotliwości próbkowania, ale nie jest to granica narzucona przez twórców standardu AVB) i 24-bitowej rozdzielczości, zapewniając również połączenia redundantne. Do przesyłu danych sterujących wykorzystuje się te same rozwiązania co w poprzednich systemach firmy Biamp. Dodatkowo urządzenia Tesira wspierają również standard CobraNet, który umożliwia przesył 32 × 32 kanałów. Oczywiście oprócz transmisji system zapewnia również wszystkie funkcje cyfrowego przetwarzania. Ważną zaletą Tesiry jest jej duża elastyczność. Wykorzystując oferowane przez Biamp urządzenia, możemy tworzyć systemy różnej wielkości, jak również o różnej architekturze: scentralizowane, rozproszone i hybrydowe. Każde z wykorzystywanych urządzeń możemy wyposażyć w wybrane karty I/O i DSP, dostosowując ich funkcjonalność do naszych potrzeb. Ponadto, tylko w systemie Tesira, mamy możliwość wydzielenia z całego systemu pojedynczych partycji. Każdą z partycji zarządzamy niezależnie, możemy więc de facto stworzyć kilka wirtualnie odrębnych systemów, wykorzystując te same fizyczne urządzenia. Przykładowo jeden serwer może być podzielony na maksymalnie 32 partycje albo kilka serwerów może stanowić jedną partycję. Również wejścia i wyjścia nawet tych samych kart mogą być przypisane do różnych partycji. Partycje mogą współdzielić zasoby, sygnały audio i logiczne, ale zmiany wprowadzane w jednej z nich nie wpłyną na pracę pozostałych. To innowacyjne rozwiązanie dla sieci cyfrowych może być bardzo pomocne przy tworzeniu dużych, złożonych, wielostrefowych instalacji.   Hardware Podstawową jednostką w systemie Tesira jest Server. Jest to rack, w którym możemy umieścić do ośmiu kart DSP oraz dwie karty sieciowe AVB lub CobraNet (w dowolnej kombinacji). Sygnały przychodzące do Servera są już w formacie cyfrowym, przesyłane po Ethernecie. Aby wprowadzić lub wyprowadzić z sieci sygnały analogowe, należy wykorzystać jedną z dostępnych kart I/O: SIC-4 (cztery wejścia mikrofonowo-liniowe), SEC-4 (cztery wejścia mikrofonowo-liniowe z automatyczną eliminacją echa), SOC-4 (cztery wyjścia liniowe), STC-2 (interfejs do sieci telefonicznych umożliwiający bezpośrednie podłączenie do standardowej telefonii analogowej), SVC-2 (karta VoIP umożliwiająca podłączenie do systemów telefonii opartych na IP). Urządzeniem, które łączy w sobie funkcjonalność racka DSP i I/O, jest Server-IO. Możemy w nim umieścić do trzech kart DSP i 12 I/O plus karty sieciowe. Jeśli musimy umieścić racki I/O dalej od procesorów, możemy wykorzystać EX-MOD, czyli rack, w którym instalujemy do trzech kart I/O, uzyskując dwanaście analogowych wejść lub wyjść (w wybranych kombinacjach). Dodatkowo mamy do dyspozycji cztery mniejsze urządzenia, które mogą być zasilane przez Ethernet, a zapewniają cztery wejścia analogowe (EX-IN), cztery wyjścia (EX-OUT), dwa wejścia plus dwa wyjścia (EX-IO) lub szesnaście wejść/wyjść logicznych (EX-LOGIC), których możemy użyć do zwiększenia automatyki pracy systemu poprzez zdefiniowanie jego reakcji na konkretne zdarzenia. Proste funkcje sterowania oferują dwa kontrolery TEC-1s (montowany na różnego rodzaju powierzchniach) i TEC1i (naścienny). Łączą się one z siecią przez Ethernet i w ten sam sposób są zasilane. Pełne możliwości konfiguracji, zarządzania i monitorowania pracy systemu zapewnia opracowane przez producenta oprogramowanie.   Software Oprogramowanie stworzone dla systemu Tesira ma być intuicyjnym narzędziem dla konfiguracji sieci, a w dalszej kolejności do zarządzania nią. Pierwszym krokiem jest stworzenie pliku konfiguracyjnego, w którym definiujemy ruting sygnałów w sieci, wszystkie wejścia i wyjścia, przetwarzanie. Nasza sieć budowana jest graficznie na ekranie monitora z wykorzystaniem gotowych bloków o określonej funkcjonalności, których parametry możemy zmieniać. Dostępne są zupełnie podstawowe bloki, takie jak filtry FIR, lub bardzo złożone, wielofunkcyjne, jak np. automatyczne miksery. Jednocześnie przeliczane jest, ile i jakie zasoby potrzebujemy do tak zaprojektowanego systemu. Gotowy plik przesyłany jest do wszystkich urządzeń w sieci i następuje ich konfiguracja. W każdej chwili możliwe jest wprowadzenie zmian do pliku konfiguracyjnego i jego ponowne przesłanie. Plik konfiguracyjny stanowi również podstawę do stworzenia graficznego pulpitu sterowania. Wybranym blokom i ich funkcjom przypisuje się odpowiednie kontrolki, które umożliwiają wprowadzanie zmian. Taki pulpit jest całkowicie spersonalizowany – każdy użytkownik może wybrać layout, który najbardziej mu odpowiada ze względu na wygodę pracy. Jednocześnie możemy też w ten sposób zróżnicować uprawnienia użytkowników, dając im dostęp do zmiany wyłącznie wybranych parametrów.   Podsumowanie Otwarty standard AVB powstał w wyniku współpracy inżynierów pracujących dla wiodących producentów rynku elektronicznego, komputerowego, samochodowego, muzycznego i wizyjnego. Spośród firm branży audio, zaangażowanych w tę inicjatywę, wymienić można choćby Grupę Harman, Analog Devices, Shure, Bosch, Meyer Sound i wiele innych. Skupienie wokół niej tylu liderów różnych branż pozwala wierzyć, że AVB może przyjąć się powszechnie, zapewniając kompatybilność pomiędzy urządzeniami różnych producentów. Firma Biamp, wychodząc przyszłości naprzeciw, ma już gotowy produkt obsługujący AVB, który oferuje dystrybucję dużej liczby kanałów, niskie opóźnienia, wysokie bezpieczeństwo transmisji, a dodatkowo duże możliwości przetwarzania sygnałów audio, prostotę i intuicyjność konfiguracji i obsługi oraz najwyższą jakość, którą charakteryzują się wszystkie produkty firmy Biamp.   Magdalena Kaniewska Muzyka i Technologia