Это статья не о профессиональной аудиоаппаратуре, которую можно встретить в студиях вещания и звукозаписи, а о возможностях работы со звуком именно в сфере видеонаблюдения.
Вообще, в теме звука в охранном видеонаблюдении ситуация, скажем так, неясная. Производители аудиосистем (для конференций, студий, телефонии) практически не соприкасаются с системами CCTV. А вендоры камер, регистраторов и программного обеспечения мало уделяют внимания теме звука. В итоге ассортимент аудиоустройств очень невелик (по сравнению с теми же камерами), и информационное сопровождение (разного рода документация, статьи, примеры проектов) так же очень скромное. Информация же о профессиональном звуке мало применима в типовых задачах систем видеонаблюдения.
При этом работать со звуком не проще, а даже сложнее, чем с видео! На самом деле, видя «картинку» с камеры, можно с высокой степенью вероятности предположить («додумать») свойства и поведение даже плохо видимых объектов. Например, можно определить марку машины, не видя ее обозначений, понять траекторию движения, отличить человека от животного. А если нужно какие-то детали рассмотреть внимательно, можно сделать стоп-кадр.
А вот со звуком (без «картинки» т.е.) ситуация совершенно иная. Описать источник незнакомого звука, не видя его, практически невозможно. Сделать же «стоп-кадр» нельзя даже в теории: звук- это всегда динамика, любое звуковое явление — это всегда событие определенной длительности.
Актуальность звука
Прежде стоит разобраться, для каких задач и целей нужно звуковое сопровождение. Для этого классифицируем задачи видеонаблюдения, в которых используется аудиоконтроль.
- Наблюдение общего плана
Здесь нет каких-то конкретных «звуковых» задач и источников звука, которые надо контролировать. Есть просто желание повысить эффективность видеонаблюдения, дополнив её аудиоконтролем. Просто «на всякий случай». Предполагается, что звуковое сопровождение позволяет лучше понять, что происходит на объекте. При этом заказчик обычно желает более-менее разборчиво слышать звуки и шумы, сопутствующие всем событиям, происходящим в поле зрения камер. - Бизнес процессы
Имеется в виду прослушивание и запись разговоров. Это могут быть переговоры сотрудников либо общение с клиентами. Основной задачей здесь является качественная запись человеческой речи для дальнейшего воспроизведения с целью анализа или разбора конфликтных ситуаций. При этом другие звуки, не относящиеся к собственно прослушиваемым разговорам, не должны присутствовать в аудиозаписях (и это зачастую является основной проблемой связанной с аудио). - Производственные процессы
При контроле работающего в заводских условиях оборудования звук может играть роль даже более важную, чем изображение (особенно если учесть наличие кожухов, щитков, панелей и т.д.). Какие-то изменения или неполадки зачастую вообще невозможно увидеть оперативно – но вполне реально определить на слух (наступившая тишина, например, может означать, что какой-нибудь станок или насос прекратил свою работу). - Голосовая связь
Задачи голосовой связи могут возникать при установке системы видеонаблюдения в зданиях и помещениях, на входе в которые используются домофоны. Современное ПО видеонаблюдения вполне позволяет организовать двустороннюю аудиосвязь между вызывной панелью IP-домофона и оператором поста охраны. Аналогичным образом может быть устроена связь между операторами системы видеонаблюдения и колоннами экстренных вызовов типа «гражданин <-> полиция». Также в распределенных системах видеонаблюдения может быть востребована голосовая связь между самими операторами системы. В задачах такого рода на первое место выходит не столько звук, сколько возможность совершать вызовы на конкретное устройство или конкретному человеку, передавать DTMF-сигналы для управления замками дверей, возможность оператора работать одновременно с несколькими вызовами.
Исполнение микрофонов
Независимо от технологии микрофон может располагаться или в корпусе самой камеры, или подключаться к ней как отдельное, самостоятельное устройство.
Встроенный микрофон
В подавляющем большинстве случаев — это электретный микрофон, расположенный недалеко от объектива. Решение, с одной стороны, простое, понятное и удобное — потребитель получает звуковое сопровождение «в одном флаконе» с изображением, почти не замечая увеличения стоимости камеры по сравнению с безмикрофонным аналогом. Плюсом также можно считать возможность управления параметрами микрофона из интерфейса самой камеры. С другой стороны, решение ограниченное — изменить расположение и ориентацию микрофона в принципе невозможно, характеристики самого микрофона зачастую попросту неизвестны.
Внешний микрофон
Вариант, противоположный предыдущему. Здесь камера и микрофон – два разных устройства, подключённые друг к другу. Такой вариант имеет ряд достоинств:
- микрофон можно располагать независимо от места расположения камеры
- возможность произвольно выбирать модель микрофона, вне зависимости от модели выбранной камеры (и наоборот – выбирать камеру без оглядки на параметры микрофона)
- возможность использования нескольких микрофонов совместно с одной и той же камерой
Ну и, естественно, отрицательные моменты тоже есть:
- практически всегда необходимо предусмотреть источник питания для микрофона, и, соответственно, требуется прокладка кабелей линий питания и сигнала к каждому микрофону
- удаленное управление микрофоном невозможно
- возникают вопросы по способу монтажа микрофона
По отношению к внешним микрофонам часто применяют термины «пассивный» и «активный». Давайте рассмотрим эти термины.
Пассивные и активные микрофоны
Микрофон, независимо от технологии, может быть пассивным или активным. Пассивным принято называть собственно микрофон, активным же – изделие, состоящее из микрофона и дополнительного усилителя звуковых частот. Суть в том, что на выходе любого микрофона сигнал довольно слабый, непригодный для передачи на сколь-нибудь значительное расстояние (более нескольких метров). При этом усложняется задача борьбы с помехами и наводками, т.к. малая амплитуда сигнала будет сопоставима с уровнем наведенных помех. Для увеличения длины кабеля (и для борьбы с наводками) как раз и устанавливают дополнительный усилитель. Разумеется, при этом возрастает стоимость устройства, и появляется надобность подведения питания для усилителя.
Часто усилители активных микрофонов имеют возможность регулировки их параметров, например, уровня усиления. Наиболее сложные и дорогие модели позволяют регулировать уровни усиления определенных частот и даже менять направленность микрофона (о направленности речь пойдет немного ниже).
Также встроенный предусилитель используется для реализации функции автоматической регулировки усиления сигнала (АРУ).
Автоматическая регулировка усиления (АРУ)
Назначение функции – автоматически увеличивать усиление в тихой обстановке (с целью услышать самые слабые звуки) и автоматически же уменьшать при увеличении громкости, чтобы не допустить перегрузки аудиотракта слишком большим выходным сигналом микрофона. В идеале на выходе микрофона должна быть одна и та же громкость слышимого звука независимо от реальной громкости источников звуков.
На практике же применение АРУ не всегда полезно, а иногда даже вредно. Потому что:
- В реальных условиях источников звука сразу несколько, на какой именно будет «ориентироваться» АРУ при установке уровня – спрогнозировать сложно.
- Резкая и притом нерегулярная смена уровня усиления лишает звук естественности.
- В те моменты, в которые непосредственно происходит смена уровня усиления, звук может быть искажен вплоть до полной недостоверности.
Размещение микрофона
Где физически должен быть расположен микрофон? Вопрос на самом деле очень непрост. Микрофон, в отличие от камеры, не имеет каких-то «полей зрения», «зон обзора» и т.п. Также отсутствует эквивалент понятию «плотность пикселей». Да, есть диаграмма направленности, показывающая зависимость чувствительности от расположения и расстояния и которая вроде бы должна решать все вопросы, но есть существенный момент, который принципиально разделяет видео и аудио — микрофон воспринимает не объекты, а приходящие звуковые волны. Звуковые волны же, в свою очередь, могут приходить не напрямую от источников звука, а отражаться от стен, потолков, мебели и т.д. и т.п.
Проблема выбора места установки в том, что предсказать акустическую обстановку практически невозможно. Всегда существует риск того, что в аудиосигнале помимо полезных данных могут оказаться посторонние звуки и шумы. Звуки, исходящие от смежных помещений, постоянно работающего оборудования, окон, вентиляции после многократного переотражения могут не просто мешать, но и вообще сделать аудиоконтроль неэффективным. Исходя из этого, перед выработкой проектного решения может потребоваться не только предпроектный осмотр, но и пробное размещение аудиооборудования на объекте.
В качестве ориентира можно использовать рекомендации производителей микрофона, выработанные на основе практического опыта:
- Для задач общего контроля оптимальным будет размещение микрофонов на стене на высоте человеческого роста;
- Для аудиоконтроля переговоров оптимальным является расположение ниже уровня говорящих людей, но выше поверхности рабочих столов, перегородок, касс и т.д.;
-
Не рекомендуется монтаж микрофонов непосредственно на твердые поверхности, необходим промежуточный изолирующий слой из мягкого материала;
- Микрофон должен располагаться как можно дальше от постоянных источников шума, особенно это касается микрофонов с круговой направленностью и микрофонов с автоматической регулировкой усиления (АРУ);
- Наихудшим вариантом является расположение микрофона на потолке, т.к. именно в этом случае посторонние звуки и шумы будут наиболее громкими.
- Если контролируемый объект не перемещается по помещению, а находится постоянно в одном и том же месте, то лучше использовать узконаправленные микрофоны. Это позволит «отсечь» ненужный шум и ослабить эффект «эха» (переотражения от стен).
- Если характер объекта не позволяет применять узконаправленные микрофоны, стоит поднять вопрос об отделке стен и потолков. Твердые поверхности являются хорошим «зеркалом» для звуковых волн – и может быть даже, что для устранения эха придется отделывать помещение звукопоглощающим материалом на основе поролона или ворса.
Питание микрофонов
Итак, следующий разбираемый вопрос – питание микрофонов. Вопрос особенно актуален в охранном IP-видеонаблюдении в случаях, когда используется отдельный, не встроенный в камеру микрофон. Давайте перечислим все способы организации подачи питания.
- От выделенного БП
При данном способе для питания микрофона используется отдельный блок питания. Для микрофона обычно требуется напряжение 12 вольт и выходной ток не менее 100 мА. - От PoE-сплиттера
Если камера получает питание по PoE, то возможна установка специального устройства (т.н. сплиттера) в линию связи между коммутатором и IP-камерой. Выбранный сплиттер должен обеспечивать выходное напряжение и ток согласно требованиям микрофона, а так же поддерживать стандарт PoE, используемый для питания данной IP-камеры. - От IP-камеры
Суть в том, что некоторые модели камер имеют выход питания для каких-либо дополнительных устройств. Камера должна обеспечивать выходное напряжение и ток согласно требованиям микрофона.
Прямой связи между качеством звука, количеством помех и наводок с типом питания нет.
Функции и возможности работы со звуком в ПО
Работа со звуком в современном ПО это не только лишь прослушивание и запись – по аналогии с видео существуют и различные детекторы, автоматизирующие обработку звуковых событий. К базовым функциям можно отнести Детектцию превышения заданного порога громкости, Детекцию отсутствия звука, Детекцию фонового шума.