音频矩阵、数字音频处理器与音箱处理器
数字音频处理器已经广泛应用于会议室、礼堂、广播和扩声系统。与其用“第几代技术”划分，更实用的方式是按信号路由、处理对象和系统职责来区分设备。
先看结论
- 音频矩阵/矩阵路由器：重点是把多个输入按规则送到多个输出，适合分区、混音和场景切换。
- 通用 DSP/音频处理器：在路由基础上提供自动混音、AEC 回声消除、噪声抑制、反馈抑制、EQ、压限、延时和逻辑控制。
- 音箱处理器：主要服务于功放和音箱，负责分频、单元均衡、延时对齐、限幅和保护。
- 一台设备可能同时具备多种能力，最终应根据输入输出数量、算法、延时、网络音频、控制协议和冗余要求选型。
目前音频处理器的功能越来越强大。今天，我们就专门来聊一下数字音频处理器。
1.什么是“数字音频处理器”？
从广义上来讲，只要是数字化架构，具有音频处理能力的产品都可以叫做数字音频处理器。然而市场上类似产品种类很多，所引用的名称也有些差异，比如：音频处理器、音箱处理器、系统处理器、音频矩阵、媒体矩阵等。它们之间有很多共同点，同时也有着非常大的差异。
在展开讨论应用之前，我们先要知道什么是矩阵、处理器、音箱处理器，然后才好比较完整的知道大型媒体矩阵与普通音频处理器的差异。
2.什么是“矩阵”？
矩阵本身是数学名词，表示按矩形排列的元素集合。在音频系统中，矩阵表示输入到输出的路由关系；常写成 m×n，m 代表输入数量，n 代表输出数量。矩阵节点不只是开关，也可能包含混音电平、优先级和静音逻辑。
▲8进8出普通矩阵，节点关系是on与off
常见的矩阵有三种，普通型矩阵的节点仅有“on”和“off”的功能；表示输入和输出端的信号分配关系。
参量型矩阵的节点，除了“on”与“off”的功能外，还可以进行对该节点的输出音量值调整。调整单位通常为“dB”（分贝）。即可以调整每个输入信号分配到指定输出端口的数值。
▲8进8出参量型矩阵节点除了开关，还可以调整音频输出的参量
带延时的参量型矩阵，除了完成参量型矩阵的功能外，还可以对每个节点进行延时量的调整。调整单位通常为秒“ms”（毫秒）。延时模组的关闭即无延时输出，不影响信号电平的输出。
▲8进8出带延时参量型矩阵在节点音量调整同时还具有延时参数调整
在专业音频应用领域，单纯的数字矩阵设备是没有的。只有在视频矩阵厂家产品中，在与视频配套的设备中，有仅带有矩阵功能的产品。
3.什么是“音频处理器”？
简而言之，所谓音频处理器，就是具有音频处理器能力的产品。一般拥有多个输入输出端口。不同厂家的不同应用的产品端口上存在不同。对应功能模组的不同，还可以细分为音箱处理器和系统处理器。
▲dbx PA ：2进6出数字音频处理器
上图所示为美国dbx PA 音频处理器。输入端口额定值为0dB。厂家推荐的应用包括2*3到2*6等不同的方案。其接口形式和额定值决定了它是一台用于调音台和功分器之间的音频处理器。不具备取代调音台的接入和处理能力。同时由于他的接口m和n≥2，并且可以指定输入到输出的关系，因此，也可以认为它有矩阵分配的能力。
▲信号流程及模组说明
在这个产品的功能中，我们还可以看到，矩阵之后针对每一路输出有独立的品质调整，包括三段参量均衡器、压限器和延时器，同时，在矩阵之前，它还有针对全局的图示均衡器和压限器噪声门等电路，具有对整体系统进行调整的能力。同时，它的模拟卡隆接口的属性决定了它无法进行数字分配，即无法扩展成更大规模的用途。
因此，我们可以认为它属于系统处理器。
4.什么是“音箱处理器”？
音箱处理器就是在系统处理器基础上去除了针对系统全局进行处理的产品，其核心功能仅针对输出端完成。
音箱处理器和大型系统处理器之间的核心区别不仅仅是是否少了一组输入端的图示均衡或压缩器。这在电子产品架构制造中是非常简单的。真正的区别核心是：是否具有对全局系统进行处理的能力。
全局系统的处理关键，是输出的音箱之间的分布关系。如果音箱分布的距离比较近，比如小型演出中，全频音箱安放在超低音箱上，两个单元相差的距离不过1～2米，它们之间需要调整的延时量不过10ms以下就够了。
但是，如果是一个大型扩声系统，主音箱可能存在分布式布置，音箱之间的差距可能在数十米以上，那么音箱之间的延时量就需要非常大，有时甚至在100ms以上。（相对于均衡器压缩器等，延时模块制造成本高很多）。并且，每一个输出端除了用于系统总体布局的大的延时模组，还需要一些高精度的用于扬声器单元之间相位校正的ns级延时器。比如很多名牌音箱的处理器，除了参量均衡对扬声器的品质校正，还有精确延时对扬声器单元之间进行协调一致。有的还需要用到FIR滤波器进行调整。
因此，很明显判断，当一台处理设备，它具有非常多的输入输出端口，比如8×16、16×16等。同时，它的输入端接入电平限幅为0dB，系统内部延时功能又不足以满足系统的长延时指标，那么它就只能用于音箱处理。只能称之为音箱处理器。此类产品价格较低。
5.什么是“音频矩阵”？
在专业音频领域称呼的音频矩阵，不仅仅具有音频系统处理器的能力，还需要更多的功能，至少，它的输入电平可以从0dB至－60dB，有的甚至到－66dB。可以连接专业音频信号（0dB）、民用级音频信号（－10dB）、动圈话筒信号（－25dB～－55dB）、电容话筒信号（－30dB～－66dB）并且提供幻像电源供电。
此类产品最初引入市场的是美国PEAVEY的产品。行业中为了区别音箱处理器或一般系统处理器，称呼为音频媒体矩阵。目前由于多媒体技术的长足发展，为了区别与视频多媒体相关的矩阵产品，我们统称为音频矩阵或数字音频矩阵。
▲东微TYCHO-T1616TC：16进16出数字音频处理器
除了接入接口的不一样，音频矩阵往往还有可通过数字的方式进行音频信号通道扩展的功能。同时还有外部控制接入和输出，比如RS232\RS485\GPIO等等，高级一些的还具有网络信号的接入。包括网络音频传输和网络控制信号。
它们的功能已经不仅仅是满足于通过传统的扩声流程来对音频信号进行管理。更多的交互功能出现在音频的系统中。使得它们可以做更大型的工作。最主要体现在：架构、功能和应用目标上的不同。
6.架构区别
系统能否做大做强，关键在架构。目前的音频矩阵主要分两种架构：一种是固定流程的架构，一种是可以自由编译的架构。两种架构各有优点。
固定流程架构的产品代表如下图所示，每一个模块的功能和信号流程都已经很明确的体现在了软件界面上，用户不可以改动流程架构，但可以对参数进行调整。缺点是灵活性不够，优点是每一个模块的功能都是明确的，可以充分使用的，不存在任何资源冗余的问题。稳定可靠。可用于有明确应用目标的系统建设中。
▲固定架构软件控制界面。参数可调架构不变。
另外一类架构是可以对每一个模块进行自由编辑的产品。通常称之为动态编译架构。优点是给予工程师的自由度极其高，没有任何限制。甚至有的工程师将音频矩阵中的逻辑功能发挥到极致后，完全取代了中控主机的功能。
固定架构的音频系统的功能，最多能够做到第四代系统架构。在第五代云架构音频系统中，自定义模组的设计功能可以完成数据加密的功能，同时，自动系统检测和云备份的功能是音频处理器的最高境界的发挥。
节选自：《数字音频处理器你了解多少？》
作者：汪晓琦 深圳市奇正设计顾问有限公司设计总监、高级音响技师
音频处理器如何处理噪音
音频处理器是音频系统中至关重要的组件，它负责对声音信号进行一系列的处理和优化，以改善音质、增强听感并解决常见问题如噪音和回声。
针对噪音问题，音频处理器采用多种降噪技术。其中，最常见的是数字降噪算法，这些算法能够识别并抑制背景噪音，如环境杂音、电子设备干扰等，同时保留人声或主要音频信号的清晰度和自然度。通过动态调整声音频谱，音频处理器能够有效地减少不必要的噪音成分，使音频更加纯净。
对于远程会议中的声学回声，音频处理器会使用 AEC（Acoustic Echo Cancellation）。AEC 根据远端参考信号建立扬声器到麦克风之间的自适应回声路径模型，从麦克风信号中估计并抑制回声；它不是简单播放一段“反相声音”。房间混响、音量、麦克风与扬声器位置和参考信号接法都会影响效果。
此外，音频处理器还具备其他多种功能，如均衡器调节、压缩器控制、混响添加等，这些功能共同协作，为用户提供更加优质、个性化的音频体验。
选型与调试清单
- 统计麦克风、电脑、视频会议终端、播放器等输入，以及功放、录音、分区扬声器等输出，并预留 20% 左右扩展量。
- 明确是否需要 AEC、自动混音、Ducking、GPIO/串口控制、双机冗余和 Dante/AES67 等网络音频。
- 统一模拟电平、幻象供电和数字时钟，先做好增益结构，再进行 EQ、压缩、限幅和反馈抑制。
- 音箱处理器的分频点、斜率、延时和限幅值必须依据音箱与功放数据设置，不能照搬其他项目预设。
- 用讲话、双讲、远端回声、音乐和突发大声分别测试；保存最终配置、固件版本、布线图和恢复文件。
- 网络音频需要独立评估交换机 QoS、组播、PTP 时钟、链路冗余和跨 VLAN 设计。