Audio-over-IP en netwerkswitches

Audio-over-IP is geen nieuwe technologie, maar we wilden toch even de voordelen van audio-over-IP uitleggen en analyseren in hoeverre de huidige technologie volstaat voor immersive audio concerten aan de hand van de immersive AB Club show die we met WITT en Pothamus organiseerden.

Alle audio voor de show (behalve vanop het podium) wordt digitaal uitgestuurd. Daarvoor gebruiken we het audio-over-IP protocol Dante van Audinate. Om alle toestellen die met Dante werken te verbinden, gebruiken we een Luminex GigaCore 12 netwerkswitch.

Netwerkswitches

Een netwerkswitch maakt het mogelijk om aangesloten toestellen intern met elkaar te verbinden om zo data uit te wisselen. Als we verderop spreken over een verbinding, wordt dus de ‘interne’ connectie bedoeld tussen 2 toestellen die aangesloten zitten op de switch.

Er zijn managed en unmanaged switches. Bij managed switches krijg je controle over hoe dataverkeerd uitgewisseld wordt: wat voor verkeer toegestaan wordt en wat niet, welke soort data krijgt voorrang, welke netwerkpoort wordt voor welk doel gebruikt, enzovoort.
Bij unmanaged switches is er niets in te stellen, wat een risico vormt in een kritieke context als de audio bij een concert. Bij problemen op het netwerk kan je audio namelijk wegvallen.

Een managed switch is dus noodzakelijk, ook omdat Dante een technische standaard omvat met daarin specifieke vereisten rond dataverkeer. Die vereisten zorgen er ook voor dat je betrouwbaar synchronisatie en clocking tussen de verschillende toestellen kan doen en audio naar meerdere toestellen kan sturen (multicasten).

De Luminex is een Gigabit switch, wat betekent dat over elke verbinding (in theorie) 1 gigabit (0,125 gigabyte) per seconde (afgekort naar 1 Gbps) kan gestuurd worden.
Dit is een snelheid in 1 richting, dus per verbinding is 2 Gbps mogelijk.
Om deze snelheid te halen is ook een Ethernetkabel nodig met voldoende capaciteit en bandbreedte. Daarvoor moet je kijken naar de categorie van de kabel, namelijk Cat5e of hoger. Deze categorie staat aangegeven op de fysieke kabel zelf.

Cat5e kan tot 1Gbps verkeer aan, let op dat dit niet de 2Gbps in 2 richtingen is zoals in de gigabit switch. Daarvoor heb je een Cat6 kabel nodig, die ook tot 1Gbps aankunnen maar in beide richtingen, dus 2Gbps in totaal. Wil je comfortabel hoger gaan, moet je een Cat6a of hoger kiezen. Deze kabels kan je perfect door elkaar gebruiken op basis van de noden van de individuele toestellen. Ze zijn ook backwards-compatible, dus een ouder toestel kan (zolang het de snelheid kan verwerken) perfect met Cat8-kabel werken.

Praktijkstudie – audionetwerk immersive AB Club

Maar hebben we 1Gbps nodig per verbinding? Wat voor dataverkeer is eigenlijk nodig voor de audio van immersive concert?

Bij Dante kan je met behulp van de routing matrix je audio tussen allerlei toestellen sturen. Het is op basis van die routing dat bepaald wordt hoeveel bandbreedte (in Megabit per seconde, Mbps) een toestel nodig heeft.
Concreet wordt er per toestel bandbreedte voorzien voor het versturen van audio (audio output) en ontvangst (audio input). De hoeveelheid bandbreedte wordt vooral bepaald door de sample rate van de audio en het aantal kanalen dat je verstuurt (per 4 kanalen, oftewel 1 ‘flow’).

Kadering Ancienne Belgique Club – WITT (+ Anthesis) en Pothamus

Tijdens onze show in de Ancienne Belgique Club draaide alles van audio op Dante, met uitzondering van de microfoons die van het podium kwamen. Die werden met een analoge split binnengehaald in de front-of-house en monitor tafel.
We zaten we met 2 concerten die zeer anders waren: een volledige liveband met drum, bas, gitaar en vocals en een koor van zangers met immersive backing track. Beide shows maakten gebruik van een immersive convolution reverb plugin van PXL-Music die in Pro Tools meedraaide. Alle audio kwam uiteindelijk terecht in de SPAT Revolution immersive renderer die de finale immersive mix maakte die naar de speakers ging.

We wilden de changeover tussen de concerten zo vlot mogelijk maken, waardoor we besloten hadden om de audio routing voor beide shows bijna volledig parallel in te stellen. Dat wil zeggen dat de microfoons van de 2 bands allemaal op andere kanalen terecht kwamen in de mengtafel, in de SPAT engine en elders. Enkel onderdelen die voor beide shows identiek waren, zijnde effecten in de Yamaha mengtafel aan de front-of-house en de reverb plugin, gebruikten dezelfde kanalen.

Op deze manier vermijd je dat je de audio routing moet aanpassen tussen de concerten door en mogelijks fouten maakt. Je kan dan in principe switchen tussen de sessies/snapshots/projecten in o.a. de mengtafel, immersive engine en alles staat klaar.
Je moet enkel genoeg kanalen beschikbaar hebben op je mengtafel, toestellen, interfaces en natuurlijk genoeg capaciteit in de netwerkswitch. De limiterende factor qua kanalen waren de RME Digiface Dante interfaces. Die gebruikten we voor de Mac Mini met Pro Tools en de Mac Studio met de SPAT immersive engine. Deze hebben maar 64 inputs via Dante, wat net uitkwam voor de mix in SPAT Revolution.

Bandbreedte

Met die achtergrond rapporteer ik de ‘grote spelers’ op vlak van bandbreedte in de AB Club. Deze cijfers zijn afkomstig uit de Dante Controller software en zijn gemeten bij sample rate 48kHz en 24-bit bit depth.

  • Yamaha DM7 mengtafel: 29Mbps input, 139Mbps output.
    • De front-of-house mengtafel is het controlecentrum, samen met de immersive engine. Deze stuurt uit naar de SPAT immersive engine, de opname-laptop, een deel audio-analyse en de immersive reverb. Als input krijgt die de backing tracks van WITT uit Pro Tools.
  • Mac Studio+Digiface Dante voor SPAT: 116Mbps input, 31Mbps output.
    • SPAT moet alle audiobronnen voor de mix ontvangen (max 64 kanalen) en stuurt dan een 7.1.4 mix uit (12 kanalen).
  • Mac Mini+Digiface Dante voor Pro Tools: 7Mbps input, 56Mbps output.
    • Vanop de mengtafel kon via Dante audio naar de immersive reverb in Pro Tools gestuurd worden. Voorziene outputs waren 12 kanalen voor de immersive backing tracks van WITT, een click track en een cue voor de muzikanten, alsook 12 kanalen voor de immersive reverb.

Van sommige toestellen zoals de Digico S21 monitoring mengtafel en de KLANG binaural monitor mixer zijn er jammer genoeg geen exacte cijfers. Maar deze zullen maximaal rond de 50Mbps zitten. De 4 versterkers die de immersive speakers aanstuurden reserveerden elks 11Mbps input. Audio ter analyse voor de game engine visuals kwam op 15Mbps input. Om extra immersive ambience microfoons te versterken voor opname van de shows werd vermoedelijk nog zo’n 30-40Mbps output voorzien.

Deze getallen komen nog niet in de buurt van de grens van 1Gbps per verbinding. Sterker nog, als we het input- en outputverkeer van alle 18 toestellen op het Dante-netwerk zouden samentellen komen we nog niet aan 1Gbps in een enkele richting.
Zelfs als we in 96kHz gewerkt hadden, zou de grootste verbruiker (de Yamaha DM7) nog maar rond de 278Mbps output zitten. Dat gaat nog prima over een Cat5e-kabel.

Conclusie

De conclusie is dan ook duidelijk: voor audio-over-IP zijn verbindingen van 1Gbps zeer comfortabel. Met een managed switch van een gigabit (een lagere capaciteit is al moeilijk te vinden tegenwoordig) en Cat5e-kabels (of Cat6+) kan je eigenlijk comfortabel een complexe immersive show draaien met 2 mengtafels, binaural monitoring, immersive engine, immersive effecten, versterkers, backing tracks, audio analyse, multitrack opname allemaal over diezelfde switch.

Het voornaamste is dat de switch managed moet zijn zodat je de nodige configuratie kan doen om aan de audio-over-IP vereisten van protocollen als Dante en AES67 te voldoen.
Wij kozen bij PXL-Music voor Luminex switches, omdat die standaard ingebouwde ‘groups’ hebben die geconfigureerd zijn om te voldoen aan de vereisten van de belangrijkste AV-protocollen als Dante en AES67. Je moet enkel een poort toekennen aan de Dante ‘group’ en meer is er niet te configureren.

Wil dat zeggen dat de audio niet kan wegvallen? Zeker wel. Tijdens onze show in de Ancienne Belgique Club is dat eventjes gebeurd, maar dat was niet als gevolg van het Dante-netwerk. Dat probleem zat bij ons tweede netwerk, het Control netwerk op een unmanaged switch… Daarover meer in ons artikel over de lessen geleerd tijdens VMX concerten.