統一覆蓋范圍圖——適用于當今混合式環(huán)境的變革性技術(shù)

　　隨著(zhù)混合式工作和學(xué)習的興起，用戶(hù)對會(huì )議室、董事會(huì )議室、開(kāi)放空間、協(xié)作空間和教室的使用需求不斷變化，這些空間在設備配置與維護上面臨著(zhù)巨大挑戰。

　　在許多應用中，空間系統由于多種技術(shù)的嵌入變得愈發(fā)復雜，相關(guān)人員也需要掌握更多技術(shù)知識才能運行和維護。這種需要手動(dòng)配置和更換設備的技術(shù)已經(jīng)過(guò)時(shí)，降低系統設計、安裝、調試成本并簡(jiǎn)化技術(shù)管理和系統復雜性是大勢所趨。

　　如何將創(chuàng )新思維應用于技術(shù)，以及如何將其體現在產(chǎn)品中從而為不斷變化的需求空間提供一種全新的強適應性解決方案是目前行業(yè)聚焦的問(wèn)題。音頻會(huì )議系統應易于安裝，并能根據房間情況進(jìn)行自動(dòng)配置和優(yōu)化。

　　Nureva的統一覆蓋范圍圖是其專(zhuān)利的Microphone Mist™技術(shù)的特性之一，它采用了一種截然不同的方法，通過(guò)自動(dòng)配置功能持續優(yōu)化音頻性能，并降低總成本。隨著(zhù)技術(shù)的不斷發(fā)展，工作和學(xué)習場(chǎng)景中出現越來(lái)越多的遠程參與者，他們需要可靠且性能一致的音頻系統。統一覆蓋范圍圖就是為了滿(mǎn)足這一需求而設計的(見(jiàn)照片1)。

照片1：這是一張Nureva應用于階梯教室的照片。請注意兩側墻壁上的Nureva HDL410壁掛式麥克風(fēng)和揚聲器系統。

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大型空間面對的會(huì )議挑戰

　　在只需要一臺音頻設備的小型空間中，傳統音頻會(huì )議技術(shù)面臨的挑戰并不是很明顯。

　　單個(gè)會(huì )議設備的安裝、配置和優(yōu)化通常比較簡(jiǎn)單(見(jiàn)圖1a)。在小型空間中，一臺設備足夠滿(mǎn)足需求，系統在房間內的覆蓋和設置大多不是問(wèn)題。圖1b顯示了Microphone Mist™技術(shù)在較小的空間內如何利用數以千計的虛擬麥克風(fēng)實(shí)現全室覆蓋。

圖1：此處顯示了傳統音頻系統的覆蓋范圍(a)和Nureva系統的統一覆蓋范圍圖(b)。

　　對于傳統的麥克風(fēng)陣列系統來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)房間面積的增加，其固有的復雜性會(huì )愈加明顯。工作人員需要根據房間的具體情況確定系統中陣列設備的數量、擺放位置和間距等問(wèn)題。

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傳統音頻系統的劣勢與局限

　　在傳統音頻系統中，每臺陣列設備獨立運行，只覆蓋某一特定區域并具有獨特指向性，這樣就會(huì )導致覆蓋范圍的重疊(見(jiàn)圖2a)。在這種情況下，技術(shù)人員需要深諳聲學(xué)知識并了解每臺設備的具體性能屬性。覆蓋區域數量、波束寬度和指向等參數都需要進(jìn)行單獨配置。

圖2：傳統系統的覆蓋范圍不可避免會(huì )有重疊(a);而Nureva系統擁有統一的覆蓋范圍圖(b)。

　　為了管理音頻拾取并處理音頻數據，傳統音頻系統需要用到第三方設備——數字信號處理器(DSP)。DSP通過(guò)混合和匹配陣列設備的音頻輸出實(shí)現房間覆蓋和音頻處理功能，如回聲消除(AEC)、增益結構(GS)、降噪(NR)、均衡(EQ)和覆蓋區域配置等。這些功能可以在單個(gè)設備上或在DSP單元中進(jìn)行配置。

　　隨著(zhù)越來(lái)越多的設備被添加到系統中，這些設備之間通常不能進(jìn)行自動(dòng)配置。每臺設備都被視為獨立個(gè)體，其功能需要手動(dòng)集成到DSP中。

　　在傳統音頻系統中，即使是最簡(jiǎn)單的安裝也需要手動(dòng)配置單獨的DSP、麥克風(fēng)和揚聲器設備。這種費時(shí)費力的系統已無(wú)法滿(mǎn)足現代混合式工作和學(xué)習空間的使用需求，是時(shí)候做出改變了。

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Nureva音頻系統的優(yōu)勢與創(chuàng )新

　　Nureva認為，大型空間內的音頻系統應該具有與小型空間一樣的簡(jiǎn)單化設置和配置過(guò)程及出色的系統性能。Nureva采用Microphone Mist™技術(shù)并通過(guò)全新的統一覆蓋范圍圖為用戶(hù)帶來(lái)可以自動(dòng)配置的會(huì )議系統，該系統既適用于小型空間，也適用于大型空間。這種方法打破了傳統的系統模式，為用戶(hù)帶來(lái)性能出眾并具有成本效益的解決方案。

　　統一覆蓋范圍圖保留了統一虛擬麥克風(fēng)覆蓋范圍圖解決方案的優(yōu)勢(Nureva單陣列設備已提供該功能)，并將其從小型空間無(wú)縫擴展到大型空間(見(jiàn)圖2b)。統一覆蓋范圍圖使來(lái)自?xún)膳_設備的物理麥克風(fēng)協(xié)同工作，形成一個(gè)覆蓋整個(gè)房間的組合麥克風(fēng)陣列，同時(shí)保證整體的安裝和系統調試過(guò)程不變。

　　借助Nureva的統一覆蓋范圍圖，正在申請專(zhuān)利的校準信號(calibration signals)可用于推導實(shí)時(shí)系統配置和優(yōu)化的房間覆蓋范圍圖，不再需要專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員。當系統啟動(dòng)時(shí)，這項功能會(huì )自動(dòng)運行，從而根據設備位置創(chuàng )建動(dòng)態(tài)的統一覆蓋范圍圖。與傳統系統(見(jiàn)圖2a)不同，覆蓋范圍圖在小型和大型空間中的指向和分布是一樣的，無(wú)需處理/管理設備，也不會(huì )產(chǎn)生重疊的覆蓋區域。

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為什么需要統一覆蓋范圍圖？

　　實(shí)現最優(yōu)的房間覆蓋和音頻性能的方法是安裝一個(gè)大型的3D麥克風(fēng)陣列——在整個(gè)房間內配置數以千計的物理麥克風(fēng)。當然，考慮到成本和復雜性，這種方法是不現實(shí)的。Nureva的統一覆蓋范圍圖是次佳選擇，這種方法克服了傳統系統的局限性并擁有多種優(yōu)勢。

　　1，統一覆蓋范圍圖消除了不同陣列設備和區域之間的位置沖突，每個(gè)虛擬麥克風(fēng)都擁有單獨的位置，不會(huì )產(chǎn)生覆蓋范圍重疊，因此拾音目標和音頻信號路徑是清晰干凈的，并針對房間中的所有位置進(jìn)行了優(yōu)化。

　　2，所有物理麥克風(fēng)都可用于為房間中的任意虛擬麥克風(fēng)提供增益，這意味著(zhù)系統可以保持一致的講話(huà)和背景噪聲電平，同時(shí)顯著(zhù)減少噪聲偽影和系統失真。傳統音頻系統則會(huì )將增益限制在單個(gè)陣列設備或區域，從而產(chǎn)生不均勻的增益和背景噪聲電平以及設備間的失真偽影。

　　3，遠程與會(huì )者聽(tīng)到的室內每個(gè)講話(huà)者的聲音都是自然一致的，因為系統不會(huì )在配置可能不同的設備或區域之間進(jìn)行切換。例如，不同的區域波束寬度(寬、中或窄)可能會(huì )對遠端通話(huà)的音質(zhì)產(chǎn)生不利影響。

　　4，由于每個(gè)虛擬麥克風(fēng)位置都采用相同的音頻處理鏈，因此該處理鏈得到簡(jiǎn)化、優(yōu)化并保持穩定。這可以消除分層或級聯(lián)音頻處理鏈中由于每臺設備單獨進(jìn)行音頻處理所可能發(fā)生的意外配置或操作。

　　5，因為各個(gè)虛擬麥克風(fēng)不會(huì )重疊，因此可以配置獨立的目標參數，從而忽略或增強房間內基于固定位置的聲源，如HVAC通風(fēng)口和風(fēng)扇。這樣可以更簡(jiǎn)單有效地管理不需要的聲源。如果一個(gè)HVAC通風(fēng)口位于傳統音頻系統的兩個(gè)覆蓋區之間，那么系統中的每個(gè)設備都需要處理該噪聲源。如果不需要的聲源位于重疊覆蓋區域的中間，則會(huì )對該區域內所有需要的聲源產(chǎn)生負面影響。

　　6，通過(guò)統一覆蓋范圍圖可以輕松管理邊移動(dòng)邊講話(huà)的人的聲音。一個(gè)具有固定位置的虛擬麥克風(fēng)永遠不會(huì )與另一個(gè)具有獨立位置的虛擬麥克風(fēng)發(fā)生覆蓋沖突或重疊。講話(huà)者可以輕松地在虛擬麥克風(fēng)之間移動(dòng)，系統只需調整聚焦參數就能獲得一致的音頻性能。在傳統音頻系統中，區域和設備范圍的重疊通常是難以處理問(wèn)題，需要復雜的切換和處理邏輯并結合不同的音頻處理鏈才能解決。

　　7，物理陣列設備的擺放位置不再關(guān)鍵。在傳統音頻系統中，每個(gè)陣列設備都需要負責房間內一個(gè)特定區域，具有獨立的覆蓋范圍圖和配置。而有了統一覆蓋范圍圖功能后，新增設備可以被合并到物理陣列中，提供增益和增加的覆蓋范圍圖支持。這就像通過(guò)加大馬力而不是增加第二個(gè)發(fā)動(dòng)機來(lái)驅動(dòng)第二個(gè)輪子。

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調試時(shí)間決定一切

　　統一覆蓋范圍圖的優(yōu)勢在調試時(shí)間和成本方面影響顯著(zhù)。在傳統音頻系統中，由于房間的尺寸和復雜性等問(wèn)題，通常需要漫長(cháng)的調試過(guò)程。但有了自動(dòng)的統一覆蓋范圍圖，整個(gè)過(guò)程只需幾分鐘。隨著(zhù)房間數量的增加，技術(shù)人員的成本效益也更為顯著(zhù)。

　　在傳統音頻會(huì )議系統中，當增加新設備時(shí)，配置和調試的復雜性就會(huì )增加(見(jiàn)圖3a)，專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員就會(huì )需要花費更多的時(shí)間。第1步，技術(shù)人員可能需要對網(wǎng)絡(luò )和設備參數進(jìn)行手動(dòng)配置，一些系統需要專(zhuān)用的本地房間網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )配置好后，從設備到DSP的每個(gè)虛擬音頻路徑連接都需要由技術(shù)人員完成(第2步)，這可能是一項復雜而冗長(cháng)的技術(shù)任務(wù)。第3步，技術(shù)人員需要為每臺設備配置系統覆蓋模式和指向，同時(shí)要考慮麥克風(fēng)陣列設備的類(lèi)型和位置、可用覆蓋模式、區域數量、區域重疊和波束寬度。第4步，技術(shù)人員必須檢查每個(gè)設備的音頻參數以確定每個(gè)設備是否需要設置專(zhuān)門(mén)的參數，如AEC、EQ、NR、延遲和增益，或全局參數是否充足。然后，需要進(jìn)行全面測試，即第5步，從而確定是否做出了正確的設置選擇。如果需要，技術(shù)人員還要進(jìn)行調整和校準，可能必須重復整個(gè)過(guò)程，直到系統達到所需的性能才能完成調試。

　　圖3：傳統音頻系統的不同覆蓋區域配置(a)與Nureva音頻系統的統一覆蓋范圍圖配置(b)對比。

　　Nureva的統一覆蓋范圍圖極大地簡(jiǎn)化了這個(gè)過(guò)程(見(jiàn)圖3b)。第1步是插入所有設備并打開(kāi)系統。第2步，系統在每個(gè)設備之間發(fā)送正在申請專(zhuān)利的專(zhuān)有校準信號。這樣可以使系統在三維空間中定位兩個(gè)設備，然后構建組合的物理陣列。系統了解每臺設備相對于另一臺設備的精確位置。在第3步中，這些信息被用來(lái)動(dòng)態(tài)地構建統一覆蓋范圍圖，提供與房間相匹配的完整覆蓋。由于單個(gè)陣列被視為一個(gè)物理組合陣列，因此系統可以校準和優(yōu)化AEC、NR和增益參數，并且不需要特定設備的分層配置或混合覆蓋范圍圖。在這個(gè)過(guò)程的所有步驟中，都不需要技術(shù)人員對系統進(jìn)行手動(dòng)配置和優(yōu)化。

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優(yōu)化音頻定位和處理能力

　　統一覆蓋范圍圖的第二個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢與音頻定位和處理有關(guān)。雖然不同的傳統系統之間的具體流程可能有所不同，但有經(jīng)驗的人都清楚，它們都非常復雜。在傳統系統中，挑戰和問(wèn)題是眾所周知且持續存在的。

　　傳統系統的第1步是確定房間內講話(huà)者的位置(見(jiàn)圖4a)。由于分布式設備和覆蓋區域的存在，這一步驟會(huì )面臨很大的技術(shù)挑戰。由于每個(gè)陣列設備負責房間的特定部分，因此音頻系統需要在不同的陣列設備中選擇正確的設備和區域的個(gè)體或組合來(lái)準確定位講話(huà)者。如果講話(huà)者位于區域之間或兩個(gè)陣列設備之間的重疊范圍內，就會(huì )面臨更艱巨的挑戰。

　　圖4：使用傳統系統進(jìn)行聲源定位和處理(a)與使用Nureva系統進(jìn)行聲源定位和處理(b)的對比。

　　對于這個(gè)問(wèn)題，可以通過(guò)下面這個(gè)類(lèi)比更好的解釋?zhuān)寒斒謾C通話(huà)信號在兩個(gè)或多個(gè)手機基站之間不斷被拾取會(huì )產(chǎn)生一系列問(wèn)題，如串線(xiàn)、切線(xiàn)、掉線(xiàn)和極差的語(yǔ)音通話(huà)質(zhì)量，這些與在傳統會(huì )議系統中使用獨立的麥克風(fēng)陣列所可能產(chǎn)生的問(wèn)題相似。它們都源于每個(gè)單獨的陣列(或基站)覆蓋各自的區域，并會(huì )形成重疊的覆蓋。如果講話(huà)者在整個(gè)房間內移動(dòng)(或在基站間游走)，那么挑戰就會(huì )更加嚴峻。由于每個(gè)陣列設備獨立工作，因此系統必須決定如何切換、混合或忽略來(lái)自每個(gè)設備的不同信號。傳統會(huì )議系統需要適應并不斷地在DSP上做出正確的定位和混合決策才能確保遠端的音頻質(zhì)量保持最佳狀態(tài)。

　　為了增加復雜性，音頻處理功能可能分層進(jìn)行，也可能在設備之間進(jìn)行組合處理。根據系統的配置方式，可能會(huì )有多層音頻處理，每個(gè)陣列設備可能會(huì )進(jìn)行自己的增益、均衡和NR處理。一旦信號被DSP接收，就可以在各個(gè)陣列設備已經(jīng)實(shí)現的各種處理之上進(jìn)行額外處理。處理過(guò)程可能取決于設備，也可能由DSP驅動(dòng)，而用戶(hù)自己很難知曉。

　　上述這些情況都會(huì )增加處理不一致和設備配置/管理不正確的可能性。UC&C客戶(hù)端需要進(jìn)行適應和調整，就會(huì )導致遠程與會(huì )者的音頻性能不一致。當某一組織管理多個(gè)會(huì )議室時(shí)，可能很難在所有房間內保持一致的系統音頻質(zhì)量。

　　現在，我們有了新方法解決這些問(wèn)題——Nureva的統一覆蓋范圍圖(以及功能更強大的Microphone Mist™技術(shù)平臺)極大地簡(jiǎn)化和優(yōu)化了聲源定位過(guò)程。

　　如圖4b所示，系統首先在統一覆蓋范圍圖內使用專(zhuān)利的定位算法對聲源進(jìn)行定位和聚焦。系統不需要在陣列設備和各個(gè)陣列覆蓋區域之間進(jìn)行復雜的切換，也不需要在區域和單獨的陣列設備之間進(jìn)行混合。大型空間內音頻系統的搭建與小型空間一樣簡(jiǎn)便。

　　一旦陣列集中在統一覆蓋范圍圖中適當的虛擬麥克風(fēng)上，Microphone Mist™技術(shù)就會(huì )開(kāi)始進(jìn)行音頻處理。該技術(shù)會(huì )專(zhuān)注于一個(gè)虛擬麥克風(fēng)的單個(gè)組合陣列進(jìn)行高效且優(yōu)化的音頻處理路徑，不會(huì )出現不必要的設備間級聯(lián)或重復處理。其結果會(huì )產(chǎn)生一致且優(yōu)質(zhì)的回聲消除、增益結構、背景噪聲和降噪性能。系統不再需要適應可能具有獨立的AEC、PEQ、NR和增益配置參數的不同陣列設備。UC&C客戶(hù)端將始終呈現一致的音頻信號，而遠端通話(huà)的音頻性能將保持優(yōu)化。無(wú)論安裝該系統的房間尺寸或復雜性如何，Nureva的新型架構都能簡(jiǎn)化音頻處理鏈。

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總述

　　統一覆蓋范圍圖能夠提供一致、卓越的音頻體驗，同時(shí)消除傳統音頻系統設置/配置的復雜性。統一覆蓋范圍圖可以自動(dòng)調整和適應房間，在優(yōu)化大型空間音頻的同時(shí)，顯著(zhù)減輕系統安裝和管理負擔。它能夠為用戶(hù)帶來(lái)煥然一新的房間音頻體驗。