Atelier : Réseaux Audio sur IP - 10/12/16

Le 10 décembre 2016 a eu lieu à la CST un atelier AFSI sur les réseaux audio sur IP et particulièrement le réseau Dante. Cet atelier sur la journée a été animé par Thierry De Coninck, spécialiste des réseaux audio sur IP en tant qu'utilisateur (en sonorisation essentiellement) et en tant que formateur (notamment à l'INA). Une vingtaine de membres de l'AFSI ont participé à cet atelier, qui était organisé avec une partie théorique et une autre partie plus pratique autour de manipulation de mise en réseau d'appareils compatible Dante. C'est la société Tapages (partenaire de l'AFSI) qui a fourni gracieusement le matériel pour la partie pratique de l'atelier, merci à eux.

Introduction

C'était donc un atelier autour du transport du signal numérique en réseau, le Dante étant un assemblage de technologies normées et non pas un protocole en tant que tel. C'est une société australienne (Audinate) qui a développé cette technologie. Contrairement à l'Audio, la technologie en réseau fonctionne aussi bien en émission qu'en réception. Les liaisons en réseau sont des liaisons en étoile, qui nécessitent donc un ou plusieurs switches, contrairement aux liaisons point à point. Pour pouvoir utiliser les réseaux Dante (et même si certaines machines permettent d'accéder au réseau par une page dédiée de leur menu), il est indispensable d'avoir un ordinateur équipé de l'application gratuite Dante Controller développée par Audinate. Il faut bien comprendre que ce ne sont pas les appareils entiers que l'on met en réseau mais seulement les cartes réseau de ces appareils. Pour utiliser correctement un réseau Dante, il faut apprendre à le paramétrer. Vous trouverez de la documentation sur le paramétrage des infrastructures en réseau (ainsi que de la documentation en ligne pour votre formation) notamment sur les sites d'Auvitran, de DV2, de Yamaha et d'Audinate.

Nb: Le Dante ne transmet que de l'audio-numérique. Ni image ni timecode

L'horloge Dante

Elle est différente des horloges de signaux audio numériques traditionnels. Les mots d'horloge sont enfermés dans des trames (un mot contenant un IP Header et des datas). Ce sont des trames ethernet classiques. C'est ce qu'on appelle le protocole PTP (protocole de précision temporelle IEEE 1588)

L'Auto-Election

Le réseau Dante a une grosse capacité d'Auto-configuration. En effet, il élit tout seul le master et les Slaves en terme d'horloge en fonction de l'appareil ayant le plus faible jitter d'horloge. Les slaves questionnent le master sur le delay (delay request), cela génère une réponse (delay response), et tout le monde se synchronise sur un principe d'horodatage sans intervention de l'utilisateur. A chaque nouvel appareil connecté, le principe d'auto-élection reprend, et celle-ci peut se faire à la volée sans interruption de signal. On peut aussi manuellement élire un ou plusieurs appareils « prefered master » et en ce cas le processus d'auto-élection n'a plus lieu à chaque nouvelle connection. De même en cas de perte du master sur le réseau, le système continue de fonctionner le temps d'une nouvelle auto-élection. La synchronisation se fait au sample près, ce qui entraîne un décalage maximum de 20 μsec.

Latence des réseaux Dante

Cette latence est introduite par le temps de commutation des switches. Elle est de 150 μsec par switch. Cela demande parfois une optimisation, notamment dans le cas précis des ear monitor (qui nécessitent de diminuer au maximum le délai entre la conduction osseuse par rapport au délai de retour dans le casque). Cette latence est donc paramétrable dans Dante controller. Pour le paramétrer, il faut être capable d'identifier émetteurs et récepteurs. La latence se règle appareil par appareil sur le récepteur, en fonction du nombre de sauts (hops), typiquement entre 0,15 et 0,5ms (pour mémoire la latence d'une console numérique est de 2ms). On peut donc transporter différentes latences au travers des trames. Si on a été trop optimiste sur la latence (réglage de latence du récepteur trop faible), on n'aura pas de son, il faudra donc l'augmenter.

Nb: Certains appareils intègrent un mode switch (débrayable) qui génère donc de la latence (exemple: Chez Yamaha la console CL5 et le boitier de scène Rio).

Quantification (bit depth)

Le réseau Dante permet de transporter différentes résolutions de quantification. Evidemment là aussi l'idéal c'est de savoir ce que l’on fait: Inutile par exemple de transporter du signal sur le réseau en 32 bits si l'enregistreur final est en 24 bits, sinon 8 bits seront systématiquement mis à la poubelle, autant alors passer tout le réseau en 24 bits (on peut le faire via le Dante controller).

Fréquence d'échantillonnage (Freq Sampling)

Différentes fréquences d'échantillonnages peuvent également cohabiter dans le réseau, ce qui ne veut pas dire qu'on peut brancher n'importe quoi n'importe où, mais il n'y aura pas de conflit d'horloge.

Flows (Unicast/Multicast)

Dans le cas d'une liaison Broadcast, un émetteur alimente tout le monde. Dans le cas d'une liaison unicast, un émetteur va vers un récepteur, et dans le cas d'une liaison multicast, un émetteur alimente certains récepteurs. Cela dépend de la carte réseau des appareils, c'est à dire de la capacité d'écriture des trames. Le flow par défaut est Unicast, et chaque carte peut générer un nombre de flux Unicast ou Multicast en fonction de ses caractéristiques. Un flow Unicast=4 canaux audio (cela ne dépend ni de la fréquence d'échantillonnage ni de la quantification). Cela se contrôle également par le Dante controller, et typiquement les cartes (équipées du Chipset Brooklyn II) offrent 32 flows Unicast soit 128 canaux audio. Si on a besoin de plus il faut basculer en flow Multicast. Pour gagner de la bande passante, il est bon d'optimiser les flows : 1 à 4, 5 à 8, 9 à 13, etc. Nb: En cas de capacité maximale du nombre de flows atteinte, un message d'alerte « fanout configuration detected » sera affiché par le Dante controller. En flow Multicast, on passe à 8 canaux audio par flow au lieu de 4. La charge de travail est alors reléguée au switch qui du coup impose sa limite. Une latence supplémentaire (et totale) est introduite : elle est de 1msec au total. Autre inconvénient : Le Multicast est envoyé à tout le monde (même aux appareils n'en ayant pas besoin). Avant d'activer le Multicast, il faut activer le IGMP Snooping sur le switch qui fait passer la bande passante de 181 à 68 Mbits. Le passage Unicast/Multicast se fait également dans le Dante controller. Nb: On peut transmettre certains canaux en Multicast et d'autres en Unicast.

Quality of Service (Q.o.S)

Correspond à la gestion du trafic des trames, en donnant 4 niveaux de priorité des trames :

1/Horloge (Données PTP)

2/Audio

3/Service Dante

4/Autres données (IP,etc…)

C'est ce qui permet de maintenir un fort niveau de service, sans coupure. Cela implique la configuration d'un switch à la mise en service, car les switches servent aussi à d'autres choses que du Dante. On affecte une priorité aux deux services Dante et Audio par le Dante Controller.

Redondance de lien (mode dual redondant)

La norme Dante est à redondance de lien, c'est à dire qu'il existe 2 liaisons bidirectionnelles simultanées, appelées primary et secondary. Par défaut, si le primaire (Primary) fonctionne, on est sur le primaire. Certains appareils (par exemple le Cantar X3) n'ont pas cette redondance, seul le Primary est alors disponible.

Nb: Evidemment il ne faut jamais connecter ensemble primaire et secondaire. On peut choisir sur une carte réseau le mode switch (Daisy chain) ou Dual redondant

Vlan (Virtual Local Area Network)

Sur les switches le mode Vlan permet la création de 2 réseaux Dante sur un seul switch.

LAG (Link Aggregation Group)

Il s'agit d'une redondance de lien virtuelle, différente de la redondance de lien native du Dante (Primary/Secondary)

STP (Spanning Tree Protocol)

C'est aussi une forme de redondance de liaison réseau, qui peut générer des coupures pendant le calcul. Ne s'utilise qu'au cas où il faut protéger le partage d'autres données que Dante sur le réseau. Nb : STP et LAG sont redondants informatiquement mais pas en termes de son.

En pratique:

Pour configurer un réseau, on procède en 3 étapes :

1/Paramétrage isolé

2/Patch

3/ Réglage de la latence

Une partie de l'après midi a été consacrée à un peu de pratique, paramétrage de switches et mise en réseau de différents appareils fournis par Tapages : Enregistreurs Aaton Cantar X3 et Sound devices 970, console Yamaha QL1 et switches Cisco.

Nb : Un bon document introductif aux réseaux audio (et en français) est ici : http://download.yamaha.com/api/asset/file/?language=en&site=countrysitemaster.prod.wsys.yamaha.com&asset_id=47400

Les photos de l'atelier sont ici,merci à Denis Martin et Olivier Levacon!