统一覆盖范围图——适用于当今混合式环境的变革性技术

　　随着混合式工作和学习的兴起，用户对会议室、董事会议室、开放空间、协作空间和教室的使用需求不断变化，这些空间在设备配置与维护上面临着巨大挑战。

　　在许多应用中，空间系统由于多种技术的嵌入变得愈发复杂，相关人员也需要掌握更多技术知识才能运行和维护。这种需要手动配置和更换设备的技术已经过时，降低系统设计、安装、调试成本并简化技术管理和系统复杂性是大势所趋。

　　如何将创新思维应用于技术，以及如何将其体现在产品中从而为不断变化的需求空间提供一种全新的强适应性解决方案是目前行业聚焦的问题。音频会议系统应易于安装，并能根据房间情况进行自动配置和优化。

　　Nureva的统一覆盖范围图是其专利的Microphone Mist™技术的特性之一，它采用了一种截然不同的方法，通过自动配置功能持续优化音频性能，并降低总成本。随着技术的不断发展，工作和学习场景中出现越来越多的远程参与者，他们需要可靠且性能一致的音频系统。统一覆盖范围图就是为了满足这一需求而设计的(见照片1)。

照片1：这是一张Nureva应用于阶梯教室的照片。请注意两侧墙壁上的Nureva HDL410壁挂式麦克风和扬声器系统。

1

大型空间面对的会议挑战

　　在只需要一台音频设备的小型空间中，传统音频会议技术面临的挑战并不是很明显。

　　单个会议设备的安装、配置和优化通常比较简单(见图1a)。在小型空间中，一台设备足够满足需求，系统在房间内的覆盖和设置大多不是问题。图1b显示了Microphone Mist™技术在较小的空间内如何利用数以千计的虚拟麦克风实现全室覆盖。

图1：此处显示了传统音频系统的覆盖范围(a)和Nureva系统的统一覆盖范围图(b)。

　　对于传统的麦克风阵列系统来说，随着房间面积的增加，其固有的复杂性会愈加明显。工作人员需要根据房间的具体情况确定系统中阵列设备的数量、摆放位置和间距等问题。

2

传统音频系统的劣势与局限

　　在传统音频系统中，每台阵列设备独立运行，只覆盖某一特定区域并具有独特指向性，这样就会导致覆盖范围的重叠(见图2a)。在这种情况下，技术人员需要深谙声学知识并了解每台设备的具体性能属性。覆盖区域数量、波束宽度和指向等参数都需要进行单独配置。

图2：传统系统的覆盖范围不可避免会有重叠(a);而Nureva系统拥有统一的覆盖范围图(b)。

　　为了管理音频拾取并处理音频数据，传统音频系统需要用到第三方设备——数字信号处理器(DSP)。DSP通过混合和匹配阵列设备的音频输出实现房间覆盖和音频处理功能，如回声消除(AEC)、增益结构(GS)、降噪(NR)、均衡(EQ)和覆盖区域配置等。这些功能可以在单个设备上或在DSP单元中进行配置。

　　随着越来越多的设备被添加到系统中，这些设备之间通常不能进行自动配置。每台设备都被视为独立个体，其功能需要手动集成到DSP中。

　　在传统音频系统中，即使是最简单的安装也需要手动配置单独的DSP、麦克风和扬声器设备。这种费时费力的系统已无法满足现代混合式工作和学习空间的使用需求，是时候做出改变了。

3

Nureva音频系统的优势与创新

　　Nureva认为，大型空间内的音频系统应该具有与小型空间一样的简单化设置和配置过程及出色的系统性能。Nureva采用Microphone Mist™技术并通过全新的统一覆盖范围图为用户带来可以自动配置的会议系统，该系统既适用于小型空间，也适用于大型空间。这种方法打破了传统的系统模式，为用户带来性能出众并具有成本效益的解决方案。

　　统一覆盖范围图保留了统一虚拟麦克风覆盖范围图解决方案的优势(Nureva单阵列设备已提供该功能)，并将其从小型空间无缝扩展到大型空间(见图2b)。统一覆盖范围图使来自两台设备的物理麦克风协同工作，形成一个覆盖整个房间的组合麦克风阵列，同时保证整体的安装和系统调试过程不变。

　　借助Nureva的统一覆盖范围图，正在申请专利的校准信号(calibration signals)可用于推导实时系统配置和优化的房间覆盖范围图，不再需要专业的技术人员。当系统启动时，这项功能会自动运行，从而根据设备位置创建动态的统一覆盖范围图。与传统系统(见图2a)不同，覆盖范围图在小型和大型空间中的指向和分布是一样的，无需处理/管理设备，也不会产生重叠的覆盖区域。

4

为什么需要统一覆盖范围图？

　　实现最优的房间覆盖和音频性能的方法是安装一个大型的3D麦克风阵列——在整个房间内配置数以千计的物理麦克风。当然，考虑到成本和复杂性，这种方法是不现实的。Nureva的统一覆盖范围图是次佳选择，这种方法克服了传统系统的局限性并拥有多种优势。

　　1，统一覆盖范围图消除了不同阵列设备和区域之间的位置冲突，每个虚拟麦克风都拥有单独的位置，不会产生覆盖范围重叠，因此拾音目标和音频信号路径是清晰干净的，并针对房间中的所有位置进行了优化。

　　2，所有物理麦克风都可用于为房间中的任意虚拟麦克风提供增益，这意味着系统可以保持一致的讲话和背景噪声电平，同时显著减少噪声伪影和系统失真。传统音频系统则会将增益限制在单个阵列设备或区域，从而产生不均匀的增益和背景噪声电平以及设备间的失真伪影。

　　3，远程与会者听到的室内每个讲话者的声音都是自然一致的，因为系统不会在配置可能不同的设备或区域之间进行切换。例如，不同的区域波束宽度(宽、中或窄)可能会对远端通话的音质产生不利影响。

　　4，由于每个虚拟麦克风位置都采用相同的音频处理链，因此该处理链得到简化、优化并保持稳定。这可以消除分层或级联音频处理链中由于每台设备单独进行音频处理所可能发生的意外配置或操作。

　　5，因为各个虚拟麦克风不会重叠，因此可以配置独立的目标参数，从而忽略或增强房间内基于固定位置的声源，如HVAC通风口和风扇。这样可以更简单有效地管理不需要的声源。如果一个HVAC通风口位于传统音频系统的两个覆盖区之间，那么系统中的每个设备都需要处理该噪声源。如果不需要的声源位于重叠覆盖区域的中间，则会对该区域内所有需要的声源产生负面影响。

　　6，通过统一覆盖范围图可以轻松管理边移动边讲话的人的声音。一个具有固定位置的虚拟麦克风永远不会与另一个具有独立位置的虚拟麦克风发生覆盖冲突或重叠。讲话者可以轻松地在虚拟麦克风之间移动，系统只需调整聚焦参数就能获得一致的音频性能。在传统音频系统中，区域和设备范围的重叠通常是难以处理问题，需要复杂的切换和处理逻辑并结合不同的音频处理链才能解决。

　　7，物理阵列设备的摆放位置不再关键。在传统音频系统中，每个阵列设备都需要负责房间内一个特定区域，具有独立的覆盖范围图和配置。而有了统一覆盖范围图功能后，新增设备可以被合并到物理阵列中，提供增益和增加的覆盖范围图支持。这就像通过加大马力而不是增加第二个发动机来驱动第二个轮子。

5

调试时间决定一切

　　统一覆盖范围图的优势在调试时间和成本方面影响显著。在传统音频系统中，由于房间的尺寸和复杂性等问题，通常需要漫长的调试过程。但有了自动的统一覆盖范围图，整个过程只需几分钟。随着房间数量的增加，技术人员的成本效益也更为显著。

　　在传统音频会议系统中，当增加新设备时，配置和调试的复杂性就会增加(见图3a)，专业技术人员就会需要花费更多的时间。第1步，技术人员可能需要对网络和设备参数进行手动配置，一些系统需要专用的本地房间网络。网络配置好后，从设备到DSP的每个虚拟音频路径连接都需要由技术人员完成(第2步)，这可能是一项复杂而冗长的技术任务。第3步，技术人员需要为每台设备配置系统覆盖模式和指向，同时要考虑麦克风阵列设备的类型和位置、可用覆盖模式、区域数量、区域重叠和波束宽度。第4步，技术人员必须检查每个设备的音频参数以确定每个设备是否需要设置专门的参数，如AEC、EQ、NR、延迟和增益，或全局参数是否充足。然后，需要进行全面测试，即第5步，从而确定是否做出了正确的设置选择。如果需要，技术人员还要进行调整和校准，可能必须重复整个过程，直到系统达到所需的性能才能完成调试。

　　图3：传统音频系统的不同覆盖区域配置(a)与Nureva音频系统的统一覆盖范围图配置(b)对比。

　　Nureva的统一覆盖范围图极大地简化了这个过程(见图3b)。第1步是插入所有设备并打开系统。第2步，系统在每个设备之间发送正在申请专利的专有校准信号。这样可以使系统在三维空间中定位两个设备，然后构建组合的物理阵列。系统了解每台设备相对于另一台设备的精确位置。在第3步中，这些信息被用来动态地构建统一覆盖范围图，提供与房间相匹配的完整覆盖。由于单个阵列被视为一个物理组合阵列，因此系统可以校准和优化AEC、NR和增益参数，并且不需要特定设备的分层配置或混合覆盖范围图。在这个过程的所有步骤中，都不需要技术人员对系统进行手动配置和优化。

6

优化音频定位和处理能力

　　统一覆盖范围图的第二个关键优势与音频定位和处理有关。虽然不同的传统系统之间的具体流程可能有所不同，但有经验的人都清楚，它们都非常复杂。在传统系统中，挑战和问题是众所周知且持续存在的。

　　传统系统的第1步是确定房间内讲话者的位置(见图4a)。由于分布式设备和覆盖区域的存在，这一步骤会面临很大的技术挑战。由于每个阵列设备负责房间的特定部分，因此音频系统需要在不同的阵列设备中选择正确的设备和区域的个体或组合来准确定位讲话者。如果讲话者位于区域之间或两个阵列设备之间的重叠范围内，就会面临更艰巨的挑战。

　　图4：使用传统系统进行声源定位和处理(a)与使用Nureva系统进行声源定位和处理(b)的对比。

　　对于这个问题，可以通过下面这个类比更好的解释：当手机通话信号在两个或多个手机基站之间不断被拾取会产生一系列问题，如串线、切线、掉线和极差的语音通话质量，这些与在传统会议系统中使用独立的麦克风阵列所可能产生的问题相似。它们都源于每个单独的阵列(或基站)覆盖各自的区域，并会形成重叠的覆盖。如果讲话者在整个房间内移动(或在基站间游走)，那么挑战就会更加严峻。由于每个阵列设备独立工作，因此系统必须决定如何切换、混合或忽略来自每个设备的不同信号。传统会议系统需要适应并不断地在DSP上做出正确的定位和混合决策才能确保远端的音频质量保持最佳状态。

　　为了增加复杂性，音频处理功能可能分层进行，也可能在设备之间进行组合处理。根据系统的配置方式，可能会有多层音频处理，每个阵列设备可能会进行自己的增益、均衡和NR处理。一旦信号被DSP接收，就可以在各个阵列设备已经实现的各种处理之上进行额外处理。处理过程可能取决于设备，也可能由DSP驱动，而用户自己很难知晓。

　　上述这些情况都会增加处理不一致和设备配置/管理不正确的可能性。UC&C客户端需要进行适应和调整，就会导致远程与会者的音频性能不一致。当某一组织管理多个会议室时，可能很难在所有房间内保持一致的系统音频质量。

　　现在，我们有了新方法解决这些问题——Nureva的统一覆盖范围图(以及功能更强大的Microphone Mist™技术平台)极大地简化和优化了声源定位过程。

　　如图4b所示，系统首先在统一覆盖范围图内使用专利的定位算法对声源进行定位和聚焦。系统不需要在阵列设备和各个阵列覆盖区域之间进行复杂的切换，也不需要在区域和单独的阵列设备之间进行混合。大型空间内音频系统的搭建与小型空间一样简便。

　　一旦阵列集中在统一覆盖范围图中适当的虚拟麦克风上，Microphone Mist™技术就会开始进行音频处理。该技术会专注于一个虚拟麦克风的单个组合阵列进行高效且优化的音频处理路径，不会出现不必要的设备间级联或重复处理。其结果会产生一致且优质的回声消除、增益结构、背景噪声和降噪性能。系统不再需要适应可能具有独立的AEC、PEQ、NR和增益配置参数的不同阵列设备。UC&C客户端将始终呈现一致的音频信号，而远端通话的音频性能将保持优化。无论安装该系统的房间尺寸或复杂性如何，Nureva的新型架构都能简化音频处理链。

7

总述

　　统一覆盖范围图能够提供一致、卓越的音频体验，同时消除传统音频系统设置/配置的复杂性。统一覆盖范围图可以自动调整和适应房间，在优化大型空间音频的同时，显著减轻系统安装和管理负担。它能够为用户带来焕然一新的房间音频体验。