现代音响与调音技术课件第4次课.ppt
现代音响与调音技术课件第4次课 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望数字调音台数码调音台的噪声低，失真小，支持MIDI传送，易于实现自动控制和遥控。数字调音台的各项功能单元与普通模拟调音台一样，并依照传统调音台的习惯设置面板，不同的是数字调音台内的音频信号是数字化信号。所有音源信号进入调音台后，首先经由模拟/数字转换器转换成数字信号；而输出母线上的信号送出调音台之前，由数字/模拟转换器转换成模拟信号。数字调音台传声器输入仍然是模拟信号，所以输入部分完全与模拟调音台相同。2区别：加入了很多效果器，且参数是可视化参数调整；总线及内部走线也可在屏幕上看着来设置；有场景记忆功能，可把自己的设置记录下来下次调入使用；有多种数字音频接口。数字调音台3 相比相同价位的模拟调音台，数字调音台的优势在于使用方便、功能强大、体积小，有着更佳的S/N比，音质也更为干净。输入信号完全不添加任何的色彩，将所有的信号完完整整传送给录音系统。数字调音台 不过，正由于它的频率响应范围广，表现真实，如果声音素材本身有点稍微不干净，相对的，它也是毫无保留、完完全全重现出来，绝对没有修饰。比如，录音时若不慎录下噪音，数字式不像模拟式有稍作弥补的余地。而且，一旦输进来变成数字信号以后，再想要在数字座上再做一些噪音的事后修正，基本上就非易事。4 数字调音台其实就是一台电脑，内嵌操作系统，还要有几十路话放、AD电路、DA电路，还有几十套机械传动装置（马达推子），这机械传动装置是最花钱的，而且省不下来，因此在成本有限的情况下，就只能在话放、AD/DA电路这些东西上节省用料，大大影响了音质。相反，模拟调音台的用料就好多了，音质好也就不奇怪了。总之，相同价位的数字台相比模拟调音台，在功能上大大胜出，但输掉了音质。数字调音台5调音台产品 著名的调音台多见于工业发达国家的产品。目前在扩声系统中国内使用得最多的是英国的声艺，日本的索尼和雅马哈。还有美国的百威和韩国的英达。还有诸如美奇，百灵达等一些品牌也出现在中国市场。6英国声艺调音台 8个单声道与2个立体声输入 高档调音台才具有的信号插入端，外接信号处理器；每一路都带INSERT插入，方便系统扩大外围连接 100mm 高精度衰减器推子 静噪的前置放大器，具强大的抗干扰能力 7频率响应 话筒/线路输入到输出 0.5dB 20Hz-20kHz 英国声艺调音台输入输出阻抗 话筒输入 2.4k 单声道线路输入 11k 立体声线路输入 100k 所有其他音频输出 75k8输入电平 话筒输入最大电平+17dBu 单声道线路输入最大电平+30dBu 立体声线路输入最大电平+30dBu 英国声艺调音台9第第5章章 音频信号处理设备音频信号处理设备 什么是音频信号处理设备？它是一个总称。音频信号处理设备(Audio Signal Processor)是指在音响系统中对音频信号进行修饰和加工处理的部件、装置或设备。在专业音响设备中，可以作为一个设备的部件出现在调音台，扩音机内部，也可以做成一台完整的独立设备，作为扩声等音响系统的组成部分。由于在专业音响系统中，音频信号处理设备通常是围绕调音台连接的，因此也将独立的信号处理设备称为调音台的周边设备，简称周边设备。10使用信号处理设备的目的一种是对信号进行修饰求得音色美化，达到更为优美动听或取得某些特殊效果；其次是为了改进传输信道本身的质量，以求得改善信噪比和减小失真或弥补某些环境的声缺陷等。按照信号处理设备的基本结构可分为机械式信号处理设备电子式信号处理设备钢板混响器、金箔混响器和弹簧混响器目前除少数有特殊用途和特殊效果要求的处理设备外，各种信号处理设备基本上都已实现了“电子化”。11按照信号处理设备的用途可分为滤波器和均衡器压缩/限幅器和扩展器通过对不同频率或频段的信号分别进行提升、衰减或切除，以达到加工美化音色和改进传输信道质量的目的，并可以对扩声环境的频率特性加以修正。这是一种其增益随着信号大小而变化的放大器。其作用是对音频信号进行动态范围的压缩或扩展，从而达到美化声音，防止失真或降低噪声等多种不同的目的。12电子分频器延时器和混响器听觉激励器一种有源分频器，其作用与音箱中的分频器相似，它将宽频带音频信号分成高、中、低等不同的频段，通过不同的音箱达到分频段扩声的目的。通过机械或电子的方法来模拟闭室内声音信号的延时和混响特性，使乐音更加丰富和亲切，并可制造一些特殊的音响效果。在原来的音乐信号的中频区域加入适当的谐波成分，以模拟现场演出时的环境反射，使信号更具有自然鲜明的现场感和细腻感，并使声音更具穿透力。13 均衡器(Equalizer,简称EQ)，它是将音频信号分为多个不同频段，然后通过不同频段中心频率对各频段信号电平按需要进行提升或衰减，以期达到听觉上的频率平衡的频率处理设备，即它是一个多频段的频响处理设备。均衡器是扩声系统中应用最广泛的信号处理设备。5.1 图示均衡器图示均衡器14 简单地说，均衡器是一种用来对频响曲线进行调节的音频设备，换句话说，均衡器能对不同频率的声音信号进行不同的提升或衰减。因此，它能补偿由于各种原因造成的信号欠缺的频率成分，也能抑制信号中过多的频率成分。例如，均衡器可以抑制频率为60250Hz的低频交流声，也可抑制频率为612KHz的高频噪声。均衡器的原意是将传输系统中不平衡的频率特性用相反的特性曲线进行频率均衡，在此基础上增加了音色加工和美化的功能。15作用如下：校正各种音频设备产生的频率失真，以获得平坦响应。对声源的音色结构加工处理，用于刻画乐器和演员的音色个性，提高音响艺术的表现效果。改善室内声场，改善由于房间共振特性或吸声特性不均匀造成的频率失真，确保频率特性平直。16 根据均衡器所使用的电路不同，可分为有源均衡器和无源均衡器；根据中心频率不同，可分为低频均衡器，中频均衡器，高频均衡器和多频段均衡器；由于声音信号的声道分为单声道和多声道，而目前扩声系统以双声道为主，所以就有单声道频率均衡器和双声道频率均衡器，但现在的双声道频率均衡器只是两个单声道音频频率均衡器的组装；根据其他参数是否可调，可分为图示均衡器和参量均衡器。17 均衡器的种类有很多，但基本的工作原理是相同的。它们都是将音频信号的全频带或全频带的主要部分，按一定的规律分成几个甚至几十个频点（也称频段），再利用LC串联谐振回路的选频特性，分别进行提升或衰减，从而获得所希望的频率校正曲线。频率均衡器的使用目的应尽可能单一，不要既用于系统频率特性的均衡又用于音色调节，这样只会引起混乱。合理的方法是单独配置专用的均衡器，以免因调节音色而改变整个系统的频率均衡。18多频段图示均衡器多频段图示均衡器(Graphic EQ)也称多频段图形均衡器，它把音频全频带或其主要部分，分成若干个频率点(中心频率)进行提升或衰减，各频率点之间互不影响，因而可对整个系统的频率特性进行细致的调整。利用推拉式电位器，对相应的频率点进行补偿。由于各频点的推拉电位器的位置在面板上会形成一组曲线，故而称之为图示均衡器。19 图示均衡器按照频率划分的方式不同，可以进一步分为：1倍频式，1/2倍频式，1/3倍频式，1/4倍频式等多种。所谓倍频式是指相邻频段的中心频率相差一倍频。1/2倍频式是指相邻频段的中心频率相差1/2倍频。1/3倍频式和1/4倍频式是指相邻频段的中心频率分别相差1/3和1/4倍频。对于倍频式均衡器而言，其中心频率一般设在63HZ，125HZ，250HZ，500HZ，1KHZ，2KHZ，4KHZ，8KHZ和16KHZ等9个频点上，所以有时也称为9段均衡器。1/3倍频式均衡器，其中心频率一般为20HZ，25HZ，32HZ，40HZ10KHZ，12.5KHZ，16KHZ，20KHZ，把整个音频范围分为31个频点，所以有时也称为31段均衡器。20 在专业扩声系统中使用的均衡器一般不少于30个调节频点，如31段频率均衡器，以选择1/3倍频程为好,大于1/2倍频程（如15段、10段）的均衡器频点设置少，每频点的受控带宽较大，在调整中频率特性会产生畸变，对声音音色的影响很明显。一般常用的专业多频段图示均衡器有单通道15段和31段及双通道15段和31段四种。双通道均衡器两个通道的频率特性独立调整，互不影响。一般15段均衡器的中心频率按2/3倍频程选取，各频率点的最大提升和最大衰减因均衡器不同而异，一般多为15dB和12dB。211.LC型多频段均衡器由运算放大器和多个不同中心频率的LC串联谐振回路(选频电路)组成。LC串联谐振回路连接在Rp1电位器活动臂与“地”之间，移动电位器RP1的动臂，就可以改变放大器的放大倍数。当活动臂向上移动到最大时，放大倍数最大，即对选频的频率信号的提升量也最大。221.LC型多频段均衡器由运算放大器和多个不同中心频率的LC串联谐振回路(选频电路)组成。当活动臂向下移动到RP1的最下端时，放大电路放大倍数最小，即对选频出的频率信号衰减量最大。Rp1活动臂移至最上面或最下面分别得到谐振频率信号的最大提升或最大衰减，这样就使谐振频率信号有一定的调节范围。23各频率点的最大提升和最大衰减因均衡器不同而异，一般多为15dB和12dB。24 LC型均衡器的优点是能获得大的提升量或衰减量，并且电路简单，其缺点是电路中的电感线圈容易造成饱和失真，并拾取外界磁场的干扰，使噪声增大。近年来生产的多频段均衡器普遍采用由晶体管或集成运放组成的模拟电感来代替电感线圈，然后与电容串联形成谐振回路。252.模拟电感型多频段图示均衡器图63 运放模拟电感多频段均衡器图中的IC1组成各频段共用的放大器。IC2、IC3与电阻电容等元件分别组成模拟电感，再与电容串联就可得到某个中心频率的串联谐振回路。263.参数均衡器参量均衡器(Parametric EQ)，它主要由运算放大器和位于反馈环内的“状态变量带通滤波器”(BandPass State Variable Filter,简称BPSVF)组成。图66 参量均衡器原理框图其最大特点是能够连续地分别调节均衡器各频段的中心频率f0,Q值和增益而互不影响，所以又称为无限可变均衡器，有些调音台也常用这种均衡器。273.参数均衡器选择需要调整的声道，即勾选需要调整的声道，默认是全部调整。在较低频率后面的文本框输入将要调整波段的频率下限，如40。在较高频率后面的文本框输入将要调整波段的频率上限，如50。在增益后面的文本框输入增益量，如2。点击预览试听，如果满意点击保存来保存设置，不满意重新调整参数设置直到满意。提示:增益量如果填负数表示衰减。28 在均衡器设备或其它音响设备中，通常都设有高通或低通滤波器。它们常用二阶有源或高阶有源滤波器。图68 二阶有源滤波器(a)二阶高通有源滤波器；(b)二阶低通有源滤波器高低通滤波器294.均衡器的技术指标(1)频率响应。把均衡器中的所有推杆电位器在中央位置（0dB）时，均衡器频率响应曲线的不均匀性。此时的频响曲线越平坦越好。(2)频率中心点误差。各频率点实际中心频率与设定频率的相对偏移，通常用百分数表示，此值越小误差越小。（3）中心频率。中心频率是指均衡控制电路中各谐振回路的谐振频点，即提升或衰减频段的峰点或谷点所对应的频率。中心频率的设置有一定的规律，如倍频程、1/2倍频程、1/3倍频程等。图示均衡器的各中心频率是固定不变的，而参量均衡器则是可调的。30(4)输入阻抗。输入阻抗是指均衡器输入端等效阻抗。为了满足与前级设备的跨接要求，均衡器输入阻抗很大，并且有平衡和不平衡两种输入方式，平衡输入阻抗是不平衡输入阻抗的2倍。(5)最大输入/输出电平。最大输入/输出电平是均衡器正常工作时所能接受的最大信号电平(平衡/不平衡)。常用的单位有dBm,有时也用dBV。(6)输出阻抗。输出阻抗是指均衡器输出端等效阻抗。为了满足与后级设备的跨接要求，均衡器输出阻抗很小，并且有平衡和不平衡两种输出方式，平衡输出阻抗是不平衡输出阻抗的2倍。31(7)总谐波失真。总谐波失真是指信号通过均衡器以后均衡器电路的非线性会使传输的音频信号产生谐波失真（新增加的所有谐波成分的均方根值占基波信号的百分比），总谐波失真越小越好。(8)信噪比。信噪比用于衡量均衡器的噪声性能，指音频信号通过均衡器后产生的各种噪声电平的比值。信噪比越大，说明均衡器噪声影响越小。32 5.1.3 均衡器在扩声系统中的应用 美国“DOD231”型双通道31段1/3倍频程图示均衡器的原理框图(只给出一个通道，另一通道与之相同)和前面板结构图。33双通道31段1/3倍频程图示均衡器的原理框图 5.1.3 均衡器在扩声系统中的应用两个通道均有各自的输入电平调节电位器。在面板上它以旋钮的形式出现的。该旋钮用来控制输入信号电平(或者说灵敏度)，它实际是调整输入放大器增益。“DOD231”有12dB的调节范围.1 图示均衡器实例34双通道31段1/3倍频程图示均衡器的原理框图 5.1.3 均衡器在扩声系统中的应用低频切除滤波器（LOW CUT）实际上就是高通滤波器(HighPassFilter)。此按键控制该滤波器的接入和旁路该滤波器用来消除室内环境下产生的低频范围内的持续波，控制话筒的“Pops”音和气滑音，并减低电源中的交流嗡嗡声。有些均衡器还设有低通滤波器(High CUT,高切)用来消除某些高频杂音。1 图示均衡器实例35低通滤波器：主要功能是切除来自信号源的高频噪声。如语言的咝音，乐器的高频噪声，前级电路中电子元件的热噪声等。带通滤波器：也称效果滤波器,只能通过某一个频带范围内的信号，对这个频率范围外的频率信号的电平进行衰减。常用于模拟音响效果，如电话声，高音喇叭声和动画片中的各种人物声。带阻滤波器：衰减某一频带范围内频率信号的电平，可以用来抑制语言或音乐中的某一怪声，在混合录音中经常使用。36双通道31段1/3倍频程图示均衡器的原理框图 5.1.3 均衡器在扩声系统中的应用频率点电平调节电位器。这是一排(若干个)推拉电位器(推子)，其个数与均衡器的段数相同。它用来控制各中心频率及其窄带内信号电平的提升或衰减，使用时电平提升量一般不超过+6dB(参考推荐使用电平)。各频率点信号电平调整确定以后，所有推子排列出的图形即为此时均衡器的频率响应。注意，调整时两相邻频率点之间的电平不能相差太大，一般不超过3dB为宜。1 图示均衡器实例37双通道31段1/3倍频程图示均衡器的原理框图 5.1.3 均衡器在扩声系统中的应用均衡器切入/切出开关(IN/OUT)。此按键控制着图示均衡器均衡电路的接入和旁通，可以方便音响师对均衡前和均衡后的信号进行比较。1 图示均衡器实例38输入信号电平显示 这是一组由四个发光二极管(LED)组成的电平表，分别由绿色LED显示-10dB,0dB,+10dB及红色LED显示+17dB。正常使用均衡器时，调节输入电平不能让+17dB的红色LED经常闪亮。否则会使信号产生失真。电源开关 均衡器的直流工作电源设在设备内部，使用时只需用电源线接入市电即可。电源开关通常设置在前面板上，以方便控制电源的通断。39实例千千自带的均衡器就是图示均衡器，拖动对应频段的滑块就可以对此波段进行增益或者衰减。优点是直观和操作方便，通过面板滑块的分布，可直观地反映出所调出的均衡补偿曲线，各个频率的提升和衰减情况一目了然。如图：调整500Hz或者1kHz波段：向上拖动滑块（增益），可以听出人声好像靠近了；向下拖动滑块（衰减），人声好像就离远了。提示：调节时，如果鼠标不好控制，可以先用鼠标左键单击滑块，然后用方向键来调整。40声音各个波段的作用：下表提供人听觉上下限内声音各个波段对听觉感受的影响，按着频率由高到底排列。频率段（单位：Hz）听感影响代表乐器16k20k这段频率可以影响高频的亮度，以及整体的空间感，这段频率过少会让人觉得有点闷，太多则会产生飘忽感，容易产生听觉疲劳。电子合声、古筝钢琴等乐器的泛音12k16k12k16k这段频率能够影响整体的色彩感，这段频率过于黯淡会导致乐器失去个性，过多则会产生毛刺感，后期处理的时候，往往会通过激励器来美化这段频率。镲、铃、铃鼓、沙锤、铜刷、三角铁等打击乐器的高频泛音镲三角铁418k12k812kHz是音乐的高音区，对音响的高频表现感觉最为敏感。适当突出（5dB以下）对音响的层次和色彩有较大帮助，也会让人感到高音丰富。但是，太多的话会增加背景噪声，同时也会让人感到声音发尖、发毛。如果这段缺乏的话，声音将缺乏感染力和活力。长笛、双簧管、小号、短笛等高音管乐器4k8k这段频率最影响语音的清晰度、明亮度、如果这频率成分缺少，音色则变得平平淡淡；如果这段频率成分过多，音色则变得尖锐，人声可能出现齿音。这段频率通常通过压限器来美化。部分女声、以及大部分吹奏类乐器声音各个波段的作用：下表提供人听觉上下限内声音各个波段对听觉感受的影响，按着频率由高到底排列。小号双簧管42声音各个波段的作用：下表提供人听觉上下限内声音各个波段对听觉感受的影响，按着频率由高到底排列。2k-4k这个频率的穿透力很强。人耳耳腔的谐振频率是1-4KHz所以人耳对这个频率也是非常敏感的。如果频率成分过少，听觉能力会变差，语音显得模糊不清了。如果这个频率成分过强了，则会产生咳声的感觉。24kHz对声音的亮度影响很大，这段声音一般不宜衰减。有适当的提升可以提高声音的明亮度和清晰度，但是在4kHz时不能有过多的突出，否则女声的齿音会过重。部分女声、以及大部分吹奏类乐器1.2k1.2kHz可以适当多一点，但是不宜超过3dB，可以提高声音的明亮度，但是，过多会使声音发硬。1k1kHz是音响器材测试的标准参考频率，通常在音响器材中给出的参数是在1kHz下测试。这是人耳最为敏感的频率。43300500在300500Hz频段的声音主要是表现人声的（唱歌、朗诵），这个频段上可以表现人声的厚度和力度，好则人声明亮、清晰，否则单薄、混浊。人声150300这段频率影响声音的力度，尤其是男声声音的力度。这段频率是男声声音的低频基音频率，同时也是乐音中和弦的根音频率。男声声音各个波段的作用：下表提供人听觉上下限内声音各个波段对听觉感受的影响，按着频率由高到底排列。44声音各个波段的作用：下表提供人听觉上下限内声音各个波段对听觉感受的影响，按着频率由高到底排列。60100这段频率影响声音的混厚感，是低音的基音区。如果这段频率很丰满，音色会显得厚实、混厚感强。如果这段频率不足，音色会变得无力；而如果这段频率过强，音色会出现低频共振声，有轰鸣声的感觉。大鼓、定音鼓，还有钢琴、大提琴、大号等少数存在极低频率的乐器2060这段频率影响音色的空间感，这是因为乐音的基音大多在这段频率以上。这段频率是房间或厅堂的谐振频率。这段频率很难表现，在一些HiFi音响中，不惜切掉这段频率来保证音色的一致性和可听性。45实践证明，在150500Hz频段影响语音的清晰度，24kHz频段影响人声的明亮度，这是音质的敏感频段；频率响应的中低频段和中频段的波峰、波谷都严重影响音色的丰满度；相对而言，125Hz以下和8kHz以上对音色的影响不是很大，因为人耳难以分辨清楚，但这个频段对音质很重要，尤其对高层次的音乐要求更是如此：125Hz以下不足音质欠丰满，8kHz以上缺乏则音质表现力失落，欠缺色彩与细腻的魅力。46 均衡器在扩声系统中有很多用途，例如弥补环境声场缺陷，消除声反馈，衰减噪声频带以改善系统信噪比，提高音质等等，最主要用来改善环境声场，也就是改善听音环境的频率特性，使其频响曲线趋于平坦。若在调整均衡器时对各频率点只作衰减处理，不要提升，此时的均衡器可以称为“声场均衡器”或“房间均衡器”2.均衡器在扩声系统中的应用47 采用音频信号发生器等设备，对厅堂的频率响应曲线进行测定。然后在均衡器上进行均衡处理，使厅堂的实际频响曲线接近平直，从而改善厅堂的声场，提高声音的传播质量。这种方法通常用在音乐厅、剧院等专业演出场所，它需要有一定的设备条件。调整方法：48均衡器调试注意事项(1)选择各频率点要有针对性和目的性；(2)高低音频率的调节要有限度；(3)两个相邻频率点之间的提升和衰减不要出现大幅度的峰谷交错，一般不超过3dB为宜；避免某两个相邻频点提升衰减差异过大，尽量圆滑过渡。否则声音产生频率失真。(4)各扩声通道不要按同一频响特性均衡，无法表现不同声源的特点；（5）不把电位器调节在最上方或最下方，以免产生过大的相位移动，减小系统实际的动态。49均衡器调试注意事项(6)均衡器各频点的电位器都应在中心线上下合理分布，当电位器都偏向中心线上方时，容易引起均衡器过载；当电位器都偏向中心线下方时，会引起均衡器以前设备的电信号过载产生失真，而且这样的状态在使用多声道均衡器时还会使各通道的增益产生差别并产生不同的相移，使声像发生变化。(7)16KHz以上的频率不宜提升过高，防止在特殊情况下将高频扬声器烧毁；20Hz、25Hz的低频也不应提升过多，那样容易对低音扬声器造成冲击。505.2 压缩压缩/限幅器限幅器压缩限幅器简称压限器(Compressor/Limiter)，用于压缩或限制节目信号的动态范围，避免过激失真的音频信号的处理设备。许多压限器中还设有噪声门，可以有效地去除音频信号中的噪声信号，提高系统的信噪比。在立体声音响系统中，节目源信号的动态范围很宽，音频系统设备的动态范围与之相比要小得多，如交响乐可达100dB，而扩声系统采用的是模拟设备，它的动态范围只在80dB，这就要求调音师依据声源的实际电平进行衰减而不致使产生过激失真，可以利用压限器对音频信号压缩或限幅，使其动态范围与音频设备相吻合，以保证信号传输不失真。51压限器的作用1）抑制信号幅度，保护扩声系统 对于突发的信号、过强的信号以及误操作产生的过载信号和声反馈，压限器能自动地将其信号幅度按一定的比例进行压缩或限幅，从而使功率放大器和音箱系统得到保护。3）使音量变化平稳当话筒与音源之间的距离发生改变时，压限器可使音量平稳变化。2）产生特殊的音响效果利用压缩器起控时间和恢复时间的配合性可以来创造一些类似反射声的音响效果。52压限器的工作原理压缩器实际上是一个自动音量控制器，它是由带有自动增益控制(AGC)的放大电路组成的。当输入信号超过称为阈值(Threshold)的预定电平(也称压缩阈或门限)时，压缩器的增益就下降，使得信号被衰减。53通常我们用压缩特性来描述压限器，使用压缩比率这个性能指标。1：1 无压缩2：1 压缩输入信号电平输出信号电平阈值电压AB 曲线A的压缩比为1：1，它表明信号没有经过压缩；曲线B的压缩比是2：1，它表明输出信号的电平值仅为输入信号的一半。当然，压缩变化是需要时间的。而且声音信号是不断变化的，因此在某一瞬间可能超出阈值电平，接着又低于阈值电平。54
