Dante技术实现现场扩声中调音台与DAW的协同工作

【摘要】如今以AoIP技术为代表的网络音频技术迅速发展，在以数字音频网络技术标准AES67的大框架下，越来越多的网络音频格式对其提供支持。本文以Dante技术为切入点，浅析在现场扩声领域通过Dante技术实现数字调音台、周边设备等与DAW的协同工作。

【关键词】Dante;网络音频;网络音频协议

1. 网络音频概述

在音频传输领域，通过以太网技术实时传输数字音频信号的技术通常被称为网络音频技术。其与传统的模拟音频传输有着本质的区别。传输介质轻便且价格低廉、传输容量大，抗干扰能力强，部分技术还具有冗余功能，下面就现有的常用网络音频技术以ISO提出的开放系统互联模型（OSI）为依据，做以简单归类。OSI模型是把电信领域或计算机系统互联的通信系统划分为不同的抽象层。其原始的版本共有七个层，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

1.1 基于第一层的网络音频技术

基于OSI模型的第一层，即物理层，是OSI模型的最底层。它描述了诸如传输介质或信号的机械特性、电气特性、功能特性等。在数字音频传输领域，它定义了数字音频网络传输的介质特性、传输方式，是一种最底层的网络音频技术。最常见的基于物理层的数字音频技术是AES50。

AES50是一种网络音频传输格式，其为一种开放格式，它是AES10（MADI）技术的延伸。由AES提出，它允许通过路由器（没有交换机功能）进行点对点传输，相对于依赖缓冲区的交换机系统，AES50提供了极低的延迟。在48Khz采样率下传输最多48个通道，延迟小于0.5ms。PCM的采样率可达384kHz，甚至支持DSD。在使用Cat5网线时，该协议提供了字时钟的单独传输，音频数据的全双工传输最大距离接近100米。由于AES50最明显的局限性是只能进行点对点传输，其实它不应被视为典型的网络音频协议，尽管它可以使用网线传输。

AES50技术的应用，目前在国内以MUSIC TRIBE公司旗下的MIDAS调音台、百灵达调音台、Klark Teknik的周边设备为主，如目前备受好评的M32调音台，其使用的就是AES50格式的网络音频传输协议。

基于物理层的网络音频技术受限于其本身位于OSI模型的底层，其在设备互联、信号交换路由、网络拓扑等方面有先天不足，因而目前此类技术在网络音频传输技术的市场占有率较低。

1.2 基于第二层的网络音频技术

基于第二层的网络音频技术即位于OSI模型的数据链路层，其描述了在设备间通路上如何传输数据，与传输的协议有关。数据链路层有具有一些功能，如定义了如何将数据组合成数据块，这些数据块被称作帧（frame），帧是在本层传输的基本单位。此外，还规定了帧是如何在物理层中传输，包括纠错、发送速率、接收方式等。其拥有相对灵活的传输方式，并且支持特定的交换机，为音频数据的路由提供了便利。

目前较为常见的基于第二层数据链路层的网络音频技术有CobraNet、以及最为大家熟知的Waves公司开发的网络音频技术SoundGrid。

CobraNet是由Cirrus Logic公司于1996年开发，可以被称为当今网络音频的始祖。其传输的音频数据被打包成通道和包，每路CobraNet包含8个可单工传输的包，每个设备最大可发送或接收8个包的数据，每个包最大拥有8通道的48Khz，20bit的音频流，总容量为64个音频流。CobraNet在一定程度上拥有可扩展的能力，如使用16bit的量化精度时，通道数量会增加;使用24bit的量化精度时，通道数会减少。而受限于技术因素，CobraNet的传输延迟较大，因而在当今也没有得到广泛的应用。SoundGrid与其类似，也是基于数据链路层的网络音频技术，因为是专有格式，在使用时还需搭配Waves公司的音频服务器，支持的周边设备、调音台也应当配备专用的扩展卡，因此普及度也不是很高。

1.3 基于第三层的网络音频技术

基于第三层的网络音频技术，即网络层的网络音频技术，与上述两种技术比具有更加优越的传输便利性，因其处于OSI的较高层，不但可以支持点对点传输，还支持广播，并且可以通过路由器及交换机，组成复杂的音频网络系统，为当今大型演出、电视台音频数据互联、现场扩声、录音棚等提供了巨大的便利性。其核心是网络层的协议，即大家熟知的TCP/IP协议或UDP协议。这样不同设备可以以IP地址的形式出现在音频网络中，为网络配置带来巨大的便利性。

AES67、Ravenna及本文重点讨论的Dante等网络音频格式都使用了OSI的第三层，具有上述的优点，下文将详细介绍。

2. Dante技术概述

Dante是由澳大利亚的Audinate公司于2006年开发的网络音频技术，为基于第三层的数字音频网络传输技术，除了拥有上述第三层网络音频技术的共有优点外，其简易的设备互联与设置、极低的网络音频延迟与广泛的兼容性等优势，成为目前网络音频领域中市场占有率非常高的一种技术，各大音頻设备厂商均推出支持Dante技术的设备，或提供现有设备的Dante扩展板卡，为进一步普及网络音频技术提供了一定的支持。在常见的Dante设备中，一般支持64个双工通道，理论上根据网络带宽，Dante网络最大支持通道是无限的，但目前常见的几种是64、128、512的双工通道，一般通道数会随音频采样增大而数量减少。每个Dante设备内置一个高品质VCXO时钟，在设备接入网络时，Dante会自动选择最佳设备作为主时钟，当然也可以自定义主时钟，随后网络内的所有设备会自动时钟同步。同时Dante技术符合AES67的技术规范，也就是说在不同网络音频格式之间，如Dante与Ravenna设备可以支持互联，这就为现有各类音频设备的连接带来了巨大的便利性，以下分别简要说明Dante技术的几个优点。

2.1 简易的设备互联与设置

在传统音频的设备互联中，使用模拟线缆不仅成本高，同时大量信号传输过程中极易受到干扰，传输距离也受到限制。在设备互联的过程中离不开大大小小的各类信号跳线盘、信号分配矩阵等等，令维护人员眼花缭乱，同时信号跳线也极易出错。在使用Dante技术时，只需使用普通的Cat5e或Cat6网线，或光纤，就可以轻松容纳数以百计的音频信号通路，同时可以任意路由分配信号，带来极大的便利性。

2.2 极低的网络音频延迟

在一个典型的Dante网络中，默认延迟为150μs，通常在少量设备互联时，延迟可以设置的更低，如使用83.3μs，在随网络的扩大或者网络中的设备增多，为防止丢包等不稳定现象的出现，可以适当增大网络延迟。在当今数字音频年代，使用计算机DAW时，声卡的延迟往往在10ms左右，尽管不同厂商可以声称拥有更低的延迟，但更低的延迟意味着要求用户拥有更快的计算机性能，一般的DAW延迟往往很难做到在1ms以下稳定工作，而在Dante系统中，延迟远远小于DAW。在现场扩声领域往往对延迟的要求更为苛刻，但在要求不高的场合，一般小于5ms的延迟都是可以接受的，这一数字也远远大于Dante的默认延迟。

2.3 广泛的兼容性与较好的稳定性

由于Dante对AES67的兼容，这一优势就与现有标准有了统一的兼容性，如上文所述，在不同網络音频格式的设备间可以实现互联，前提是不同网络音频格式均支持AES67标准，如Ravenna、Livewire、Q-LAN等均符合AES67标准，理论上这些网络音频格式均可以与Dante格式进行协同工作实现设备间的互联。而广泛的兼容性这一特色为Dante占有更多的市场提供了更大的支持。

Dante技术同时支持冗余网络设置。在一个典型的支持Dante技术的设备上，会同时拥有一对RJ45标准网络接口，或者带有锁扣的RJ45网口，一般其下方会表示“Primary”与“Secondary”，指主接口与与副接口。这两个接口的功能一般可以在设备中设置，具有两种工作方式。第一种工作方式是菊花链，即这两个接口被视为同一个网络中的接口，在这两个接口上连接的设备均可以自由互联互通;第二个模式是冗余模式，在设备的连接过程中，需要同时分别连接这两个接口，针对主接口的网络进行任何设置，副接口的网络会同步进行镜像操作，这样以来，形成了两个独立的音频网络。在音频的传输过程中，如果当其中任何一个网络出现错误或者意外断开，另一个网络不受影响，可以继续传输信号。这相当于为用户提供了一个网络备份，防止任何出现的意外，做到万无一失。这一安全特性也为Dante系统稳定工作提供了保障，如在重要的现场扩声领域、各类广播电视台的现场直播等对信号安全要求较高的场合。

3. 数字调音台、周边设备与DAW协同工作的实现

3.1 基本原理

前文所述，支持Dante协议的设备，连接到同一网络内时，可以相互识别并实现收发音频数据，若将计算机系统添加进Dante网络，一方面可以管理网络系统，另一方面在计算机内运行的DAW可以通过物理Dante声卡或者虚拟Dante声卡实现与网络内设备的音频数据互通。首先DAW与Dante网络互联，实现接收/发送音频数据。DAW与声卡的交互与传统过程一致，首先DAW调用CoreAudio或ASIO音频驱动程序，实现DAW与音频硬件的数据交换，而后音频数据在Dante网络中传输至指定设备。这与传统使用计算机连接声卡，声卡连接模拟线缆，模拟线缆连接音频设备这一过程相比，大大简化了系统连接，所有一切只需一根网线即可。

若要实现上述过程，首先确保计算机可以正确接收Dante网络内的数字音频信号。一种方式是使用专业的Dante音频接口，如Dante PCIe-R，另一种是需要在Audinate官网上下载Dante虚拟声卡。Dante虚拟声卡可以利用现有计算机的普通网卡进行音频数据交换。下文以使用Dante虚拟声卡为例，简单介绍实现上述功能的方法。

3.2 相关软件与设置与功能实现

首先应在官网下载“Dante Virtual Soundcard”Dante虚拟声卡，进行安装。可以选择试用或进行购买。Windows系统与MAC系统设备略微不同，在第一行音频驱动这一栏中，Windows系统可以选择ASIO与WDM两种驱动模式，一般操作系统内运行的音乐播放器、视频播放器等默认调用WDM驱动，专业的DAW一般调用ASIO驱动，可以根据需要自行选择。MAC系统只有默认CoreAudio一种驱动模式。在右侧的设置中，可以选择缓冲区大小，ASIO延迟等等。可根据计算机性能进行选择。

第二行设置为要生成的音频通道数，可根据需要自行设置。第三行为Dante网络延迟，指本机在Dante网络中的延迟。注意，上文提到Dante网络延迟可低至150μs，而在虚拟声卡的设置中最低只有4ms。若要实现更低延迟，需配备物理Dante声卡。第四行为需要启用的普通网卡。注意，这里只有有线网卡会显示出来，Dante不支持无线网卡传输数据。

在选择好需要的参数后，点击“start”，这时系统就启动了虚拟声卡。将网线连接到网卡，另一头连接至交换机、路由器、或者调音台等设备上，启动DAW后在音频驱动内就可以找到Dante虚拟声卡了。这时应当在DAW的IO设置内对音频轨道与Dante虚拟声卡通道进行映射。一般来讲这时DAW回放的音频信号应当存在于Dante网络中了，此时需要对Dante网络中信号路由进行设置。在Audinate官网下载“DanteController”对信号进行路由设置。

例如使用DAW回放8轨音频至调音台，应当在DAW的IO中将需要回放的轨道映射至虚拟声卡的“Tx01”至“Tx08”，而后打开Dante Controller，在“Dante Transmitters”中打开DAW所在的计算机的名称，可以看到DAW输出的8个通道。这时应当选择接收设备，打开右侧的“Dante Receivers”，找到需要输入调音台对应通道的Dante通道，单击鼠标，这时会在接通信号的通路上显示绿色对勾。如图1所示，在调音台中找到Dante信号设置界面，将来自DAW的这8条通道映射至调音台对应的推子通道即可。对于将调音台的分轨信号录制进DAW，其操作步骤与上文类似，只需将发送端与接收端对换即可。

在DAW中，除了可以回放录制音频以外，使用软件效果器是DAW的一大特色，在连接了Dante的DAW中，若要对来自调音台的某个信号进行插入效果器处理后返回，只需在对应轨道上设置好IO，直接插入效果器，这时调音台就接收到了处理后的信号，这样就实现了插入效果器的添加。发送效果器的使用与插入类似，将需要发送的轨道首先在调音台内部建立总线，将总线输出至DAW，在DAW内对输入的信号进行效果处理，如插入混响，而后返送回调音台即可，这时发送量只需在调音台内设置，DAW可以视为一个外置硬件效果器使用。

往往在现场扩声领域，受限于调音台自带效果器的局限，很难实现高品质软件效果器处理实时音频，一些厂商如“Waves”推出的“SoundGrid”技术，使用外置硬件处理器实现效果器的插入。而这一套系统往往价格不菲，对于追求声音品质的中小型扩声场合或预算有限的独立现场主扩工程师来说这样一笔投入预算过高。而本文所述方法，在拥有DAW与软件效果器的前提下，可以下载Dante虚拟声卡免费试用，做到了“低成本”，实现了简易版的“SoundGrid”，而经过笔者实践，在声音品质、稳定性方面均表现优秀。唯一的不足是音频系统延迟略大，但也可以接受。究其原因，虚拟声卡的最低延迟为4ms，加上DAW音频驱动的延迟，根据缓冲区设置，一般在1-20ms之间，更低的延迟对计算机性能提出了要求。而整体延迟为Dante延迟加上驱动延迟。笔者的音频系统延迟大概在10ms左右。若使用专业Dante声卡与高性能计算机，整体延迟应该可以控制在5ms以内。

Dante技术不仅可以实现DAW与调音台协同工作，在某些周邊设备如数字接口箱，可以通过Dante网络直接与计算机互联，实现ADDA功能。如YAMAHA的R系列舞台接口，仅仅需要在官网下载一个远程控制软件，就可以利用Dante网络传输控制信息，控制接口箱的增益、幻象电源开关、低切等功能。随着AES70协议的提出，未来可以实现对任何兼容AES70标准的设备进行控制，不久的将来像R Remote这样的软件或许就会成为历史。

4. 结语

未来是属于网络的时代，音频领域也不例外，随着AES67、AES70等一系列标准的提出，越来越多像Dante这样的技术出现，改变了传统的工作方式，简化了工作流程。本文对于Dante技术的应用也仅仅是一个初探，相信不久的将来更多革新的工作流程与方式会不断出现。

参考文献：

[1] http：//www.digitalaudio.dk/AX32-Audio-Router--ADDADD-Converter.2056.aspx#brochure

[2] https：//www.audinate.com/resources/faqs？lang=zh-hans

[3] https：//en.wikipedia.org/wiki/Comparison_of_audio_network_protocols

[4] https：//en.wikipedia.org/wiki/Audio_over_Ethernet

[5] https：//en.wikipedia.org/wiki/AES67

[6]https：//www.google.com/amp/s/fullcompasslive.com/2019/09/24/what-is-dante-audio-networking-a-basic-overview/amp/

[7]https：//www.shure.com/en-US/conferencing-meetings/ignite/what-you-need-to-know-about-dante

作者简介：周芳卉，山东省泰安人，现南京艺术学院传媒学院硕士在读，研究领域：录音艺术与数字媒体。