音响系统与调音.docx

音响系统与调音.docx

《音响系统与调音.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《音响系统与调音.docx（67页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

音响系统与调音

音响系统与调音

补充讲义

上海大学影视艺术技术学院

刘日宇

2002年

第一章音响系统

1.1音响系统

用传声器把原发声场声音的声波信号转换为电信号，并按一定的要求将电信号通过一些电子设备的处理，最终用扬声器将电信号再转换为声波信号重放，这一从传声器到扬声器的整个构成就是音响系统的最基本的概念（见图1.1），其中传声器和扬声器均称为换能器。

虽然音响系统中的电信号在能量的形式和量纲上与声波的声信号不同，但作为信号，它们之间的信息的本质是一致的，即它们的幅度有相对大小的对应关系，它们的频率也是对应的，因此音响系统中的电信号在频率上处于20Hz~20kHz的声音频率范围内，称为音频信号。

音频信号，这是音响系统的重要特征。

图1.1

当然上述系统并不是指扩音（尽管扩音也包括在其中），因为从爱迪生发明留声机的一百多年前到音响技术飞速发展的今天，让声音跨越时间和空间障碍的声音记录和重放一直是音响系统所要完成的首要任务，因此音响系统可分为声音的制作（记录）和重放两大类型。

应当说在声音的制作和重放之间还有一个声音的传播的环节，声音的传播包括声音记录在一定的载体（如磁带或CD唱片等）上流通或以广播的无线电电波发送，但这不属于音响系统的范畴，因为前者不是电子设备构成的系统，后者不是音频信号系统。

无论是声音的制作还是重放均有另外一个重要的任务，即声音的处理，因为声音的制作和重放不能机械地再现原始的声音，不仅要消除原声音的弊病，也要按一定的审美要求来美化音质，根据需要甚至要创造原来没有的声音，这也是音响系统所要承担的。

根据不同的要求和任务以及不同的场合有不同的音响系统，可以从不同的角度来分，从大范围来分有专业音响系统和家用音响系统。

专业音响系统可分为制作系统和重放系统，制作系统有音乐录音制作系统和影视录音制作系统，无论哪种制作系统有时又可分为前期录音系统和后期制作系统，此外还有广播制作（实时或录音）系统；重放系统有影剧院、体育场馆、会场、会议厅（室）扩音系统，歌舞厅、迪斯科舞厅、卡拉OK音响系统等。

家用音响系统可分为音乐放音系统和AV放音系统；AV放音系统包括家庭影院环绕系统和卡拉OK系统等。

参见表1.1。

应当说明上述的制作和重放系统并不是绝对可分的，在制作系统中也有重放功能，如监听部分，而在重放系统中也有录音制作的要求和手段，如现场实况录音，之所以这样来分只不过强调了系统的侧重面而已。

表1.1音响系统的分类

专业

制作

音乐录音制作系统

前期录音系统

后期制作系统

影视录音制作系统

前期录音系统

后期制作系统

广播与录音制作系统

实时播出系统

播出录音系统

重放

影剧院、体育场馆、会场会议室、歌舞厅、卡拉OK等

家用

音乐放音系统

AV放音系统

家庭影院

卡拉OK

1.2音频信号

前面已经提及，音频信号就是频率在声音频率范围中的电信号，音响系统构成的流程就是音频信号流通和处理的过程。

从声波声信号经话筒转换成电信号，再经过整个音响系统后最终经扬声器重新转换为声波声信号，在这一声－电－声的过程中信号的信息本质没有变，当然电信号本身在其计量方面有其特殊性。

1.电平

我们知道声信号的基本形式和单位是声压－帕（Pa），但人耳对声音大小的主观感觉并不与声压的大小成线性的对比，而是与声压的对数值成线性对比关系，为此我们用声压级Lp来表示声音的大小，其定义为

Lp＝20LgP/PrefdB（式1－1）

式中P为实际声压，Pref为参考声压，其值为2×10Pa，是1kHz时人耳刚察觉的声音，因此声音级没有负值，声压级的范围为0dB～120dB，其中0dB称为闻阈，120dB称为痛阈，大于120dB人耳感觉发痛，不能承受。

一般在电路中信号的基本的形式和单位是电压－伏（V）、电流－安培（A）、功率－瓦（W），以这些形式来表示电量一是取值和计算不便，二是不利于与声信号对应，为此我们对电信号的电量取对数，称为电平。

电平就是以分贝的形式来表示电信号。

电平是将实际电量与一个基准量作比较而后取对数，所以电平是一个相对值。

基准量定义为在600欧姆（Ω）的负载上得到1毫瓦（mW）的功率作为基准量Pr，根据功率P＝UI＝U/R＝IR公式，所以引出的电压基准量Ur为0.775伏（V），电流基准量Ir为1.29毫安（mA）。

有功率电平、电压电平和电流电平三种：

功率电平Lp＝10LgP/1m（dBm）（式1－2）

电压电平Lu＝20LgU/0.775（dB）（式1－3）

电流电平LI＝20LgI/1.29m（dB）（式1－4）

式中P、U、I为实际的功率、电压、电流的数值。

也可把功率电平、电压电平和电流电平分别称为功率级、电压级和电流级。

功率电平、电压电平和电流电平在实际意义上是等同的，后两者是前者的推广，即

10LgP/Pr＝10Lg（U2/R）/（Ur2/R）＝10Lg（U/Ur）2＝20LgU/Ur（式1－5）

上式的前提是R相同，同样也可引出电流电平。

可以用相对电平来表示两点之间的电平值之差，这两点可以是设备、单元模块、或电路间的输出和输入点，如图1.2，其相对电平Lu＝Lu2－Lu1（dB），当然Lu1和Lu2在取值时其阻值应当认为是相等的。

图1.2

无论是设备、模块还是电路，其输出和输入两点之间的相对电平为正，则它具有增益（Gain），若相对电平为负，则它具有衰减（PAD）。

电平值有正有负，把0dB的电平值称为线路电平，这是一个基准的量值，音响设备的线路输入和输出都设定在线路电平，大多数情况下音频信号小于0dB，当信号大于0dB时就要注意可能产生的失真（功率放大器除外），但音响设备在信号为正dB时都有一定的动态余量。

电平是一个相对值，0dB相当于0.775V的基准电压，但也有以1V作为基准电压的标准，所以后者0dB时相当于1V，对此往往以dBv表示。

而有些调音台的电平计量VU表中刻度为dBvu，0dBvu对应于电压1.23V，相当于dBm的4dB。

2.计量值

无论是声信号还是音频电信号，在对信号的强度计量时有五种计量的方法，即对同一信号用不同的计量值来计量会产生不同的量值，之所以设定不同的计量值，主要是为了使计量充分反映出声音信号的波形特点，便于在不同场合的应用。

这五种计量值分别是峰值、有效值、平均值、准峰值和准平均值，前三个是基本量，后两者是导出量。

1）峰值Up：

信号在一个周期内或一定长时间内的最大瞬时绝对值。

其定义式为：

Up＝｜U（t）｜max（TntTn+1）（式1－6）

式中U（t）为信号瞬时值，Tn为某一计量时间区间点。

2）有效值Urms：

也叫方均根值，指信号瞬时值平方平均值的平方根值，其意义为该值等同于具有相同功率的直流信号的强度。

其定义式为：

（式1－7）

式中T为Tn～Tn+1的时间长度。

3）平均值Ua：

也叫整流平均值，是指声音信号瞬时绝对值的平均值。

其定义式为：

（式1－8）

4）准峰值Uq-p：

用与信号相同峰值的稳态简谐信号（如正弦信号）的有效值表示的数值，由于稳态简谐信号的有效值等于

/2倍的峰值，所以准峰值的定义式为：

Uq-p＝/2Up＝0.707Up（式1－9）

即一个信号的准峰值实际上就是其峰值的70%。

5）准平均值Uq-a：

用与信号相同平均值的稳态简谐信号的有效值表示的数值，由于稳态简谐信号的有效值相当与/4倍的平均值，所以准平均值的定义式为：

Uq-a＝/4Ua＝1.11Ua（式1－10）

同一信号在用五种不同的计量值去计量时，其数值是不同的，当这一信号频率（或频谱）和波形为确定的，则五种计量值的比例也是确定的，而当信号的频率（频谱）和波形改变时，五种计量值的比例也随之改变，有时甚至差异很大，因为这五种计量值是从不同角度去描述信号的。

根据不同的场合和不同的使用要求，有针对性地去选用合适的计量值，从而来计量声音信号的强度。

在声学测量中使用的声级计往往设置峰值、有效值、平均值等几种指示量值，在音响系统根据不同的要求则往往选择设置不同计量值的电平表。

3.电平表

为了统一在各环节中对同一声音信号的计量，便于声音信号的传输和声音信号所对应的节目的交换（信号从一个音响系统变换到另一音响系统），必须要有一个共同的电平标准，因此同一类型的计量电平表除了必须在计量值上统一外，也必须在它的时间特性、频率响应、阻抗、刻度方式、指示偏差的方面有统一的要求。

特别是时间特性，它是反映计量电平表特性的一个很重要的参数。

从前述的各计量值的定义中可以看出，无论是哪一个计量值都有一个取值的时间问题，或一个周期或一定长的时间内，由于实际的声音信号是时时刻刻在变化的，其频率和周期（实际上是一个复合波的频谱）是一个不确定值，而计量表显然只能以一个确定的时间参数来取样，不能随着信号的周期来改变时间参数。

这一时间参数取大和取小对实际的计量有很大的影响，从需要准确地反映声音信号的强度变化，对信号进行“实时”的观测分析（峰值、准峰值）的角度，时间参数应足够快；从需要了解声音信号在听觉上引起的强度感觉角度，时间参数应满足人的听觉的积分特性，适当慢一些；而当需要计量声音的做功情况时，时间参数又应足够慢。

此外，计量电平表的指示跟随信号的增大而增大，当信号突然消失（下降），则指示的下降也有一个时间的问题，也需要考虑。

有两类正在广泛使用着的电平计量表，一是VU表（由英文VolumeUnit缩写而来，也叫音量单位表），另一是PPM表（是英文PeakProgrammeMeter缩写而来，也叫峰值节目表。

PPM中的M即仪表所以叫PPM表有语病，但习惯上这样叫）。

1）VU表

VU表是一种准平均值计量表（对信号用平均值检波器并按简谐信号的有效值确定刻度），其刻度用对数和百分比数表示，但基准参考电平值以0VU表示，标准VU表的0VU相当于信号的准平均值1.228伏，并以0VU对应100%的刻度，从0VU至满刻度有3dB的红色警示区域，在0VU之下至指针的起点的范围，有从-20VU~0VU（dB）的指示刻度，见图1.3。

VU表的时间特性规定为：

当稳态时达0VU的1kHz简谐信号突然加入VU表时（信号源的等效内阻为600欧姆），指针达到刻度的99%处所需的时间应为30030ms，指针的过冲不超过稳态值的1.5%，过冲的摆动不超过一次；当信号突然消失后，指针从100%降到1%所需的时间也是30030ms，图1.4示出了其指示值的时间特性。

图1.3

图1.4

VU表的VU值也叫音量单位值，，对VU值应注意两点，一是仅从其量值的角度看，VU值的本质上还是dB值，其VU的增减量相当于dB的增减量，只不过是其基准点0VU确定为1.228的准平均值，并且有时在使用时也可插入所需的衰减器霍霍放大器，则其参考值亦有相应的变化；二是从时间特性看，尽管VU表有一个300ms不算短的积分时间，但它是一个确定值，因此有时还是跟不上信号的实际准平均值电平的变化，所以VU值不完全等同于dB值，故而，VU表不能反映出声音信号的峰值变化，它基本上反映出声音信号的听感强度（所以叫音量单位表），所以在扩音、电台的广播中运用较多，但VU值有时也与听感强度有误差。

VU表是在电声过程中应用时间很长（始于1939年）且相当普及的专业用计量表，但也有在家用音响设备上应用的VU表，这些往往是非标准表，应注意。

2）PPM表

PPM表是一种准峰值电平表（采用峰值检波器并按简谐信号的有效值确定刻度），标准PPM表的基准点0dB相当于1.55伏的声音信号准峰值，从0dB至满刻度有5dB的余量，以红色作为警示，从指示的起点至0dB一般有50dB的有效指示刻度，比VU表可指示更大的动态变化，见图1.5。

应当注意VU表0VU的1.228伏和PPM表0dB的1.55伏不能认为仅相差0.322伏，因为首先一是准平均值而另一是准峰值，其次对不同信号的准平均值和准峰值其比值是不一样的，所以在准峰值的刻度上对应的0VU值应是一个约-6dB~12dB的范围（一般声音信号的准峰值和准平均值之比最大可达9dB，也可能更大），在PPM表上一般标注这一区域。

VU表的指示为指针式，PPM表的指示有光带式也有指针式，但以前者为多。

图1.5

PPM表的时间特性规定为：

其指示值的上升时间是1~10ms，非常短，可以准确地反映出突来的强信号包络变化；其下降时间为1.5s（信号下跌20dB所需的时间），相当长，以便于眼睛的观测。

PPM表的时间特性见图1.6.

图1.6

PPM表指示的是声音信号峰值的变化，其信号的指示不能直接反映出对此信号听觉的强弱感，即与信号的响度不一定相对应，但能及时地反映出声音信号的过载失真情况，故在录音中往往使用PPM表。

1.3音响设备

音响系统是由一些电子设备的基本单元按一定的方法组接而成，这些基本单元就是音响设备，音响设备有很多种，每种设备完成特定的功能，在音响系统中需要哪些音响设备并且每个音响设备在系统中处于什么位置，依据要构成一个怎样的音响系统和要完成什么任务以及系统的性能要求来确定，但首先我们必须要了解各种音响设备的功能、作用和性能特点，才能在此基础上来正确地构成一个特定的音响系统。

由于音响设备有很多种，为了便于掌握，依据它们的所具有的功能特点把它们分成五类，即节目源设备、调音台、音频处理设备、扩音设备、录音设备，所有的音响设备都可以归属到这五类设备中。

1.节目源设备

节目源设备包括CD机、磁带放（录）音机、视频播放机的音频部分（LD、VCD、DVD等）、调谐（收音）器、话筒（MIC）、无线话筒、电子乐器（电子琴、合成器、电子鼓、电吉它、电贝司等）以及其它一切提供含有声音节目信息音频信号的设备。

节目源设备的作用是提供含有声音节目信息音频信号，是各类音响系统的始端。

电子乐器之所以属于节目源设备是因为它们一般不直接发声有专门的音频输出，而普通乐器一定要通过话筒拾音来转换成为音频信号。

虽然节目源设备有很多，但根据它们的信号特征可分为两类：

低电平和高电平。

话筒是低电平信号的器件（设备），除此以外其他节目源设备基本上均为高电平设备，但个别电子乐器有时也为低电平输出，如电吉它、电贝司等。

2.调音台

除了调音台（ConsoleMixer）的型号不同所带来的外型结构的大小、路数的多少、性能的高低、功能的差异等区别外，调音台就是一种，之所以要把调音台列为一类，其原因在于调音台是一种有别于其它音响设备且极其重要的音响设备。

调音台是整个音响系统中的一个中心设备，无论是在制作节目如电影、电视、音乐等录音中，或是在剧场、歌舞厅等现场扩音调音中，调音台都是一种对音频信号进行技术控制和艺术加工处理的重要音响设备。

调音台在音响系统中的作用是把各个节目源输出的音频信号汇集在一起，进行控制调整、音质加工，并分配到所需要的通路（或声道）输出。

3.音频处理设备

音频处理设备有很多类型，包括均衡器、压限器、效果器（延时器、混响器等）、激励器、降噪器、声反馈抑制器等。

音频处理设备也叫周边设备，其意义是它们均环绕配接在调音台的四周。

各种音频处理设备都有其不同的特点，但它们的共同点是通过对音频型号的处理来修饰美化重现的声音。

各种音频处理设备的功能和作用如下：

均衡器：

也包括一些滤波器，通过对不同频率和频段的信号分别进行提升、衰减或切除，以达到弥补原声音在各频率点（段）的比例不当和加工美化音色的目的。

效果器：

效果器含有延时和混响两种效果成份，也有单独的延时器和混响器，它们也属于效果器的一种，效果器通过使用电子的方法（模拟或数字）来模拟闭室空间内声音信号的反射和混响特性从而构成声音的特定空间感并使乐音丰满和亲切，也可制造一些特殊的音响效果。

延时器和混响器也有用机械的方法构成，但现在较少使用。

压限器：

这类信号处理设备有压缩器、扩展器、限制器，压限器包括压缩和限制的功能，这是一种其增益随信号大小而变化的放大器，可以对音频信号的动态范围进行压缩或扩展，从而达到防止失真、提高信噪比、保护音响设备、并进行某些音质控制和处理等功能。

激励器：

又叫听觉激励器，在原音乐信号中加入适当的中高次谐波成份，使音色变亮更具穿透力，在没有加大音量的情况下声音的感觉响度提高，通过调节可突出某种乐器的音色成份，也可模拟现场演出的环境反射，使信号更具自然鲜明的现场感和细腻感。

降噪器：

有多种降噪形式，噪声门用来控制输入信号的最低阀值以抑制噪声的输入，也可利于压限器通过压缩和扩展的原理来达到降低噪声、提高信噪比的目的，在磁带录音中也可运用dbx、Dobly降噪系统来扩展动态、降低噪声。

声反馈抑制器：

有移相器和移频器两种，其作用为抑制在现场扩音中由于话筒和音箱位置不当和现场空间反射过强而引起的啸叫，啸叫是一个正反馈自激过程，通过移相器和移频器来改变正反馈条件，从而抑制啸叫。

应注意音频信号处理设备一般为独立的设备，但有时也可作为单元模块构作在其它设备之中，如有时压限器中含有噪声门，效果器中也含有滤波器和均衡器，调音台中更是含有较多的音频处理单元。

4.扩音设备

扩音设备是音响系统的最后环节，音响系统通过扩音设备得到声音的重现，扩音系统的主要设备是功率放大器和音箱（扬声器），但也应包括音频分配器、分频器。

由于单个扬声器不能重放整个音频频率范围的声音，故一般由两个（低频和高频）扬声器或三个（低频、中频、高频）扬声器构成组合音箱来重放声音，为此先要用分频器来分解音频的频率成份为低频和高频或低、中、高频。

有功率分频和电子分频两种分频模式，前者为功率放大器分频器扬声器，后者为分频器功率放大器扬声器。

一般的扩音重放均为功率分频模式，其中分频器和扬声器组合在音箱中，不需要另外使用分频设备，而采用电子分频则要采用专门的独立分频器，这里作为扩音设备提及的就是这一独立的分频器。

分配器主要是当需要多路相同的重放音频信号时（如几个房间同时放音或一个较大的空间单个音箱重放不能够提供足够的音量需几个音箱同时重放）可用来把一路信号分成几路。

5.录音设备

录音设备是音响制作系统的重要设备，其主要以磁录音为主，从结构上分，有盒式磁带录音机和开盘式录音机两类，从音频信号的形式来分，有模拟录音机和数字录音机两类，此外还有录音声轨的多少之分。

电视摄像的录像带上也有两路或两路以上的声轨，因此录像机也可认为是一种录音设备。

1.4音响系统的构成

虽然根据不同的要求和任务以及不同的场合有不同的音响系统，并且对同一类型的音响系统根据所实现功能的多少和规模的大小也有较大的区别，但在音响系统的构成设计上也有共同的规律。

对专业音响系统的构成，一般以调音台作为中心，并抓住声音信号的来龙去脉，所谓来龙即由节目源设备至调音台的连接，所谓去脉即由调音台的主输出至后级设备，根据系统的不同或至录音设备或至扩音设备，此外根据不同的需要环绕调音台配接音频处理设备。

而对家用音响系统，则抓住前级功放（前置放大器）这一中心进行配接。

下面将介绍不同类型的典型的音响系统，希望据此提供音响系统构成的设计原则和思路，因为在实际的运用中存在着种种可能的变化，这里不可能一一说明。

第二章调音台

概述：

调音台（ConsoleMixer）是整个音响系统中的一个中心设备，无论是在制作节目如电影、电视、音乐等录音中，或是在剧场、歌舞厅等现场扩音调音中，调音台都是一种对音频信号进行技术控制和艺术加工处理的重要音响设备。

调音台在音响系统中的作用是把各个节目源输出的音频信号汇集在一起，进行控制调整、音质加工，并分配到所需要的通路（或声道）输出。

2.1调音台的分类

有各种不同的调音台，可以从不同的角度进行分类：

（1）以输入通路数进行分类

调音台的输入通路（channel）常称为分路，有4路、6路、8路、10路、12路、16路、18路、24路、36路、48路、54路或更多路。

一般把4～10路称为小型调音台、12～18路称为中型调音台、24路以上称为大型或超大型调音台。

小型调音台有时又称为混音台（Mixer）,常用于单位广播台（站）或小型娱乐场所；中型调音台常用于娱乐场所、会场、或制作小型的节目；大型调音台常用于音乐厅、剧场等中大规模演出及节目制作。

（2）以主输出通路数进行分类

调音台的输出也称为轨（track）或声道，有1轨、2轨、4轨、6轨、8轨、16轨、24轨或更多轨。

1轨输出为单声道，曾用于电影和电视的对白或外景等录音制作，现已很少见；2轨、4轨、6轨分别具有一对、二对、三对立体声输出，可用于一对或多对立体声扩音及双声道立体声录音；8轨以上称多轨输出，可连接多轨录音机进行节目的前期制作，常用于录音室。

（3）以调音台的外型结构来分

以调音台的外型结构来分类，可分成便携式、半固定式、固定式等。

不同的结构主要考虑室内和室外等不同的场所和目的的录音制作和调音。

便携式一般小巧灵活，有一个便于携带的配套机箱，用在外景同期录音、采访等流动性场所，但操作控制较粗。

半固定式多用于剧场等演出场所的外出录音。

（4）以用途的不同进行分类

按用途来分调音台可分为录音调音台、扩音调音台、混音台、以及DJ调音台。

录音调音台有同期对白台、外景台、音乐录音台、混录台等。

有大型的和小型的，有便携式的和固定的之分。

扩音调音台主要为演出场所之用。

DJ调音台用于迪斯科舞厅，常配接双唱盘密纹唱机，由主持人（称DJ）进行播放控制。

（5）以规格和功能的不同来分类

按规格和功能来分调音台可分为标准型和普及型。

标准型调音台也叫专业调音台（ProfessionalMixingConsole）,它所能实现的功能有一定的规格标准，常用于专业录音和演出场所的调音。

普及型调音台往往简化了专业调音台的某些功能，但有的又在调音台中增加了功率放大、输出均衡、效果等功能，这样使得整个音响系统配接和操作简便，代价低廉，但性能较差，这类调音台多用于娱乐场所。

从专业的角度来看，什么功能应当由什么设备来完成，调音台仅承担其本身应承担的功能。

（6）以信号处理方式进行分类

按信号处理的方式来分，调音台可分成模拟式调音台和数字式调音台。

模拟式调音台的内部其音频信号是模拟的；数字式调音台的内部先将信号进行模数转换，而后用数字信号的方式对音频信号进行处理并在输出前再将数字信号转换回模拟信号输出，当然也可用专用的连接电缆直接将数字信号输出到后续设备，有关数字式调音台的特定将在本章专门小节予以讨论。

以上从不同的角度对调音台进行了分类，但应当指出调音台不存在严格的分类，就一个特定的调音台来说并不一定局限于某种分类的用途，反之对应于某一特定的场所和目的选择调音台也不一定存在专门的调音台种类。

虽然调音台在外型结构的大小、路数的多少、性能的高低、功能的差异、操作的繁简等方面有所不同，但各种不同的调音台对音频信号处理的基本原理、模式和方法是相同的。

当因某种用途选择调音台时，只要所选调音台的输入和输出的路数（一般还要考虑适当的余量）、功能和性能吻合实际的需要就可以了，不必一定要分清调音台的种类。

2.2调音台的性能指标

作为音响系统的中心设备，调音台的技术性能指标对整个音响系统的指标具有至关重要的作用。

同音响系统的其它设备一样，调音台的性能指标有基本指标和特殊指标两类。

基本指标即所有音响设备所通用的技术指标，特殊指标是指根据调音台特有的功能所确定的技术指标。

对调音台工作有较大影响的主要技术性能指标有如下几个：

（1）增益

增益即调音台输出