作者:杨晨 来源: 中国科学报 发布时间:2024-12-16
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“小话筒”里的中国智造

“中科国声”相关音频设备系统入驻人民大会堂。中科信息供图

■本报记者 杨晨

在我国会议系统研发领域,有一支特殊的国家队。国内第一台电子票箱、第一台表决器、第一台会议报道机……均出自这个团队。

从1977年起,该团队不断推陈出新,自主研制的一代又一代电子选举与表决系统成功应用于历届全国两会及全国人大常委会会议,保障选举结果统计万无一失。

服务国家重大需求的同时,该团队也积极拥抱市场,于2001年6月由中国科学院成都计算机应用研究所整体转制为现代科技型企业,完成了“华丽转身”,并于2017年7月成为院内转制科研单位中第一家整体上市企业,即如今的中科院成都信息技术股份有限公司(以下简称中科信息)。

2021年上半年,他们又接到一项重要任务:实现人民大会堂内部音频设备全国产化替代。简而言之,大到覆盖每一席位的同声传译系统,小到每张桌上摆放的麦克风,都得是中国制造。

当时,专业音频设备行业头部企业呈现寡头垄断格局。尤其在国内数字会议领域,少有国产音频产品。而在一年多后,这个局面被打破了。

截至今年11月,该会议音频系统已获得专利授权超过55项,其性能参数达到国际一流水平,部分产品甚至超过了进口品牌水平。

毛坯房里的实验室

2021年7月,中科信息联合中国科学院微电子研究所和中国科学院声学研究所,组建了专门的音频系统研发团队。在北京望京附近的一个工业园区内,他们利用一间简陋的毛坯平房搭建成临时实验室。光秃秃的水磨石地板、惨白的墙面……空荡荡的房间里,连一盏顶灯都没有,更别说暖气设备了。

一张10米多长的会议桌,是室内最显著的存在。“主要图个方便,可以满足大家的日常办公,又可以作调试台。”团队技术总监罗嘉礼介绍。

如何能在有限时间里,研发比肩世界一流水平的全国产化音频系统,对团队来说是一个不小的挑战。能接下该任务,源于他们过去45年来深耕数字会议领域积累的底气。

“我们以前做会议选举、表决系统,会涉及发言模块,对于相关功能设计有经验,并且充分了解党政会议的要求。”罗嘉礼说,当下党政机关和企事业单位对会议信息安全和电子产品“信创”特性的高要求,让他深知会议音频系统国产化替代的重要性。

经过大半年的技术攻关和产品测试,50余款国产化音频产品陆续问世,团队也成立了名为“中科国声”的高端会议系统品牌。

“整套设备主要包括数字会议系统和模拟麦克风系列,一个基于模拟电路工作,一个基于数字信息传输技术而运行。数字会议系统又包括手拉手数字会议讨论系统和同声传译系统。”罗嘉礼介绍。如今,相关音频设备系统已成功入驻人民大会堂,其中同声传译系统安装规模近4000席,是迄今为止全球应用规模最大的同声传译系统。

小话筒里有大学问

与日常接触的音频设备相比,这套会议音频系统在功能和性能方面有独特的讲究。

“科研院所用的声音测量设备,要求高精度、高指标。但在这套系统研发过程中,我们并不片面追求指标。”罗嘉礼解释,会议性麦克风更看重其指向性、灵敏度、信噪比和最大声压级,以及各参数相互协调,以呈现出更好的音质和音色。数字会议讨论系统则强调功能性、应用性和通信稳定性。

以模拟麦克风为例,团队对标国际上领先品牌同类产品,达到了相关声学性能指标。同时,遵循木桶原理,研发人员从各个维度对设备进行提升,包括音头和声腔的设计、模拟电路的优化等。小话筒里亦有大学问。

这个过程中,人工智能(AI)在提高研发效率和精准度上发挥了重要作用。

音头是麦克风“顶端”的拾音模组,只有拇指大小,也是将声音信号转化为电信号的关键部位。而其振膜的厚度、尺寸和形状都需基于一定指标进行设计,甚至基材都有不同的配比方案。“它们之间如何‘协调’,又怎样与相邻的场效应管、电极板‘打配合’,都可以利用算法进行不断重组和匹配,以达到所需性能值,实现理想的灵敏度。”罗嘉礼介绍。

对音头的“打磨”不止于此。有的使用者希望声音能够完全还原,有的则要求麦克风能对人声有所修饰、润色。研发人员会根据不同需求,基于声学原理和经验,进行叠加设计和多维度的匹配,做出成百上千件样品,进行测试和调整。

音头做好后,紧接着又要和麦克风声腔结构进行“磨合”。罗嘉礼解释,正对着麦克风说话时,最理想的情况就是其直接拾取人声,而不捕捉侧面、背面的杂音,保证声音的准确和干净。“这就需要对声腔结构进行不同设计,并基于AI声学大数据模型,与已模拟出的音头特性进行匹配,进行特定仿真。”

研究人员在麦克风声腔产品的机械加工过程中,也运用AI机械视觉技术进行批量检测,对不合格产品予以剔除,提升成本效益。

声音传输的稳定和可靠更是研发工作的重中之重。团队为数字会议讨论系统上了“双保险”:首创双核心双通道设计架构会议,如果一条链路中某个环节或整条链路出现故障,并不会对整体系统传输产生丝毫影响。

“我们着重解决了语音转化成数字信号后,在一定传输距离内不丢真、不失真的问题。”罗嘉礼介绍。为此,团队攻克了包括音频数据高速传输的同步机制、音频编解码的混音技术等难点。

巧思不只用在技术创新上

目前,该会议音频系统性能参数达到了国际一流水平,部分产品甚至超过进口品牌水平。更为重要的是,它拥有纯正的中国“血统”,做到了真正的安全、可靠。例如,音响扩声系列中的十单元无源音柱,从材料到元器件、喇叭单元到音箱箱体、设计到制造均实现了国产化自主创新。

据悉,这套会议音频系统系列产品已保障了党的二十大及2024年全国两会、中非合作论坛北京峰会等党和国家重大会议的顺利召开,成功应用于人民大会堂、北京会议中心、福州海峡国际会展中心等会议中心。在服务党和国家重大需求的同时,相关团队也积极寻求更大市场,将业务拓展到“北上广深”等全国20个省份,拥有上千家行业客户。

“我们既要尽全力完成国家交予的任务,也要树立产品化的理念,为市场化做成熟的产品。”采访中,罗嘉礼强调了“两条腿走路”的必要性。

这就要求研发团队不仅要在技术上精益求精、循序渐进提升,更要从使用者角度出发,在产品体验感上锦上添花。比如,整体的造型风格、涂层和杆体的质感等都融入设计者的巧思。

充分考虑使用者的需求,更是研发团队基于40多年会议保障经验总结出的一条重要准则。在一款会议桌面式麦克风的设计过程中,和会议方经过沟通,研发人员得知有的发言人在日常会议期间会在桌边放置钟表,以更好地把控时间。

“其他同类型产品,外观上大多是两支‘麦克风+支架’的造型。”罗嘉礼告诉记者,当团队了解到对方这一使用习惯后,便设计了一体双腔结构,以及V字形底座,形成辅助计时凹槽,实现隐蔽放置计时器,为参会者或发言人提供方便。

他说,“创新”不只是宏大的发明创造,偶尔也藏在一些微小的改进创意之中。

《中国科学报》 (2024-12-16 第4版 转移转化)
 
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