音响系统组成

音响系统与调音主讲刘日宇第一章音响系统1.1音响系统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，其中传声器和扬声器均称为换能器。音响系统的概念音响设备声波声波音响系统音频信号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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。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，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。表：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OK1.2音频信号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。1.2.1电平电平声压级Lp来表示声音的大小，其定义为：Lp＝20LgP/PrefdB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。绝对电平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＝U²/R＝I²R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）电压电平Lu＝20LgU/0.775（dB）电流电平LI＝20LgI/1.29m（dB）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。相对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。其相对电平Lu＝Lu2－Lu1（dB）。设备Lu1Lu2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）。线路电平电平值有正有负，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。1.2.2计量值五种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。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。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。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。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二分之根号二的峰值。即一个信号的准峰值实际上就是其峰值的70%。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。意义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。1.2.3电平表电平表的五个特性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，也必须在它的计量值、时间特性、频率响应、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。两种典型的电平表VU表（由英文VolumeUnit缩写而来，也叫音量单位表）PPM表（是英文PeakProgramMeter缩写而来，也叫峰值节目表。）。1）VU表计量值与刻度VU表是一种准平均值计量表基准参考电平值以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。时间特性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300±30ms，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300±30ms。指示方式指针式用途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计量值与刻度PPM表是一种准峰值电平表标准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。时间特性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。指示方式PPM表的指示有光带式也有指针式，但以前者为多。用途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。在录音中往往使用PPM表。1.3音响设备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：音源设备调音台音频处理设备扩音设备录音设备1）音源设备音设备包括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。虽然音源设备有很多，但根据它们的信号特征可分为两类：低电平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信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。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，此外反馈抑制器也是扩音环节中的中讨设备。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