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电子音响技术 基本知识,青岛超音波电子系统工程有限公司 高级调音师 王征,一、声音的基础知识,声音是世界上很重要的物理现象，与日常生活、工作、学习关系密切，它的存在又极其普遍。 自然：风声、雨、雷声、心跳、水流 工业：车、船、机、工厂 人文：语言、音乐、歌声,一、声音的基础知识,声音是世界上很重要的物理现象，与日常生活、工作、学习关系密切，它的存在又极其普遍。 自然：风声、雨、雷声、心跳、水流 工业：车、船、机、工厂 人文：语言、音乐、歌声,1、定义：声音是粒子运动的结果，即物体振动产生的声波，通过介质对人耳产生的感觉叫声音。 2、声音的分类与应用,分类,研究声音的学科叫声学，按研究对象不同，可分为： 1、语言声学：研究人的发音结构与方法等生理声学 2、音乐声学：研究音乐与声音的关系 研究乐器结构、制作、音域、音色器乐声学 研究发声、气息、共鸣等声乐声学 研究音律关系、数据及使用音乐律学 3、电子声学：研究通过电子电路把声音进行各种特性的加工处理 4、建筑声学：研究厅堂建筑设计与声学关系 5、噪 声 学：研究噪声的危害与利用,应用,1、声 纳：水下军事：蝙蝠 （利用声音的波长与反射） 2、超 声 波：工程爆破 （利用大于20KHz声波刺激） 3、声 控：电子工业 4、语音识别：刑侦、保密 （利用音色的频谱曲线） 5、音乐医疗：调节心神、缓解情绪 （利用音乐声学的暗示作用） 6、次 低 声：军事（利用低于20Hz的次低声波振动频率干扰人体固定的共振频率（3-17Hz）,噪声及危害,噪 声：大于90分贝，且人们主观不需要的声音 听觉界限：20-20KHz （超过55分贝即产生不舒服感） 危害 人体：影响寿命、损坏内脏、扰乱新陈代谢 神经：头晕、失眠、衰弱、易产生疲劳、降低工作效率,音量 类比,130分贝 喷射机起飞声音 110分贝 螺旋浆飞机起飞声音 105分贝 永久损听觉 100分贝 气压钻机声音 90分贝 嘈杂酒吧环境声音 85分贝及以下 不会破坏耳蜗内的毛细胞 80分贝 嘈杂的办公室 75分贝 人体耳朵舒适度上限 70分贝 街道环境声音 50分贝 正常交谈声音 20分贝 窃窃私语,按普通人的听觉,0 2 0 分贝 很静、几乎感觉不到； 2 0 4 0 分贝安静、犹如轻声絮语； 4 0 6 0 分贝一般。普通室内谈话； 6 0 7 0 分贝吵闹、有损神经； 7 0 9 0 分贝很吵、神经细胞受到破坏。 9 0 1 0 0 分贝 吵闹加剧、听力受损； 1 0 0 1 2 0 分贝难以忍受、呆一分钟即暂时致聋。 120分贝以上：极度聋或全聋,二、声音的传递,1、声音的传播过程（自然状态）：当一个物体受外力作用时，产生一个往复的弹性振动，这样就产生了声波，经过介质（物体、空间或水）向四面八方传播。当人耳接受声波的振动，通过听觉神经传达给大脑。（如下图）,2、声音的传送（人为状态）：,有线传送（1806年贝尔发明电话） 无线（1844年，电报发明）有线载波（一线传多种信息） 光纤与光缆（速度：10GB/S）,三、声音的物理特性,1、声音的构成及关系 客观：振幅（大、小）；频率（快、慢）； 主观：响度；音调（音高）；音色（音品） 振幅：声波的振动幅度，它的大小影响人耳对声音强弱的感觉强度（即响度）单位：分贝（dB） 频率：声波每秒钟振动的次数。它直接影响人耳对声音高低（音调）的感觉。单位：赫兹（Hz） 谐波：指声波的波形。包括瞬间状态。它直接影响人们对声音音质差异（音色）的感觉。（如乐器不同，相同的“i”听觉则不相同。）,2、声音的传播,直达声：是室内任一点直接接收到声源发出的声音。 它是接收声音的主体，又叫主达声，不受空间界面影响，其声强基本上是与听点到声源间距离的平方成反比衰减。 早期反射声：指延迟直达声50ms以内到达听声点的反射声，对声音起到增强作用；在大空间内，因反射距离远，易形成回声，产生空间感。,混响声：声波经室内界面的多次反射，迟于早期反射声到达听点的声音，直至声源停止发声，但由于多次反射，听点仍能听到，故又称余声，影响声音的清晰度。 混响时间：在一个声场中，一个声音的声压级衰减60dB所需要的时间，用T60来表示。单位：秒（s） T60=0.16V/Sa (赛宾公式) V：声场总容积 S：声场的表面积 a：声场的建筑装饰材料的平均吸声系数。 例：某段音乐的声压级为90dB，此时中止音乐，音乐声逐渐减弱，当其声压级从90dB降至30dB时可需时1.2秒，那么，此房间的混响时间为1.2秒。,声音的绕射与散射： 声波在传播过程中遇到障碍物，能够绕过障碍物的边缘前进，这种现象叫波的绕射，又叫声衍射。 当声波波长大于障碍物尺寸但在10倍以内时，障碍物会化成一个声源使声波向四周散射，这种现象叫声波的散射。 例一：声源处于人的背后时，由于人耳壳的遮蔽作用，声源中低频音会绕过耳廊使人听到，而声源中的高频音则在人耳处形成声影区使其减弱。 例二：音乐会时，后排座的听众听到的低频强、高频弱，即是因为低频可绕射，而高频音散射的原因。,3、声音的指向性与覆盖面积：,高频（500 Hz5KHz） 声音指向性很强 覆盖角度窄小、射程远、穿透力强 中频（150Hz5kHz） 有一定指向性 覆盖面积比较容易控制 低频（低于150Hz) 指向性不明显 向四面辐射、声功能损失大、传播距离近,4、声音的共振与共鸣,声音的振动和传播过程中，有一种很重要的物理现象共振，也叫共鸣。 定义：当策动力变化的频率跟物体的固有频率相一致时，振动的振幅就会特殊地增大到最高峰值，这种现象叫共振。,例一：部队行军步伐的振动频率与桥梁的固有振动频率相一致时，会因共振的产生而坍桥。 例二：暖水瓶接水，听到的声音会由低频逐渐变成高频率声音。水流击水产生的声音频宽很宽，即有低频、又有高频。刚接时瓶的空间大固有振动频率低，水流击水的低频音产生共振，低频加强，快满时，水瓶的空间变小，共振腔变小，共振频率提高，与水流击水产生的高频音产生共振，高频加强，即听到高频音。,5、声音的掩蔽现象与解决,当不同频率的声音在同一声场中传递，各频率之间会发生掩蔽现象。,现象一：声音能量大的掩盖声音能量小的。,如铜管乐器掩盖木管乐器、木管乐器掩盖弦乐器。 解决：从乐队编制解决。要求有合理的声部和乐器分配，调整好各声部之间、各种乐器之间声功能的平衡。 从音乐结构上解决。要有合理的和声、配器，使各声部间平衡。 从声场音响上解决。 a、对不同音源选择最适合表现这种乐器音色特性的话筒。 b、选择拾取音源的最佳距离、高度、角度。 c、在调音台上进行音频信号电平的处理。,现象二：中频声音掩盖高频和低频声音。,原因：人耳对7003000Hz的中频率声音听觉最为灵敏，在声音强度相同的情况下，优于并强于对高、低声音的听觉。 解决：减少中频输入，适当增加高低频尤其是低频音输出。 现象三：高频率声音掩盖低频声音。 如：板胡、京胡、笛子等高音乐器掩盖贝斯提琴、大提琴、巴松等低音乐器。 原因：高频音声波较短、指向性强、穿透力强、射程远，对人耳刺激明显，低频音有绕射特性，散射强，功能损失大。 解决：适当降低高频音，增加低频音。 对不同的乐器拾音时选择合适话筒，掌握好距离角度。,四、人耳的听觉特征,振动产生声波，声波传播至耳，耳膜受到声压变化刺激听觉神经，听觉神经传入大脑中枢，形成声音的存在感觉。 声音的产生是物理现象，人对声音的感觉是生理 心理活动。,1、构成人耳听觉特性的要素,构成声音产生与存在的客观因素是：振幅、频率、谐波 构成人耳对声音的听觉特性的要素是：响度、音调、音色,响度：是人耳对声音强弱的感觉程度。它首先决定于声音的振幅，其次是频率。声学中把描述响度、振幅、频率之间的关系曲线叫等响度曲线。单位：分贝（dB） 与振幅的关系：a、声压级越高，人耳感觉声音响度越大b、人耳的声压范围是：0120 dB 与频率的关系：a、45KHz附近的声音最响，因外耳道与其产生共鸣b、低声压时，低频区的音响度大于高频音的响度c、常见声源的声压级dB 窃窃私语：2035 女 高 音：35105 男高音：4095 小 提 琴：40100 交响乐：80 dB 小 鼓：55105 打 雷：120 dB 教师讲话：5060 飞机起飞（3m处）：140 dB,音调（音高）：是人耳对声音高低的感觉，其变化主要取决于声音频率的对数值，其次是取决于声音的振幅。 频率越高，人耳感觉的音调随之升高，频率增加一倍，声学中称之增加一个“倍频程”，音乐上叫“提高一个八度”。音调单位：美（mei）音调与频率的关系： a、人耳听觉的频率范围：20Hz20KHz，其中7003000Hz为最灵敏区 b、语言的频率范围范围是10010 KHz 音乐的频率范围是5015 KHz 音调与声压（振幅）的关系： a、1K2 KHz 以上的高音区，声压增大感觉音调提升 b、500 Hz以下的声音，声压增大，感觉声音低沉，音调下降,音色（音品）：指声音的音调和响度以外的音质差异。它与声音的频谱结构、包络和波形有关。发音体的泛音结构不同频率特性曲线、种类不同造成音色结构的不同。 影响音色的因素： a、结构不同：弦、簧片、金属 b、质料、质地不同、金属、人体、电子 c、激发位置不同：气息、声带、口形、吹奏或拉奏方法 d、力度大小不同，p、f（弱、强）影响音色 e、共鸣体（箱、腔）大小不同：影响单元色的泛音结构 f、振动体的弹性：影响音色的始振特性和衰减特性 声带：儿童富有弹性、音色清脆明亮 成人声带松弛、音色苍老 哨片：软始振性慢、衰减也慢 硬始振性快、力度大、衰减也快,2、颅骨效应,声音从音源传入大脑有两个途径， 一是 音源空间 人耳大脑，另一途径是 音源人体颅骨大脑（小实验：双手堵耳，发声，仍可听见）通过颅骨传导声音的现象叫颅骨效应。 现象一：听自己的声音，有两个途径，频带宽，音色好。 现象二：手表、钟摆声音仍可通过牙齿和颅骨传递到人的大脑神经。,应用：当练唱一首新歌时，对音高音调旋律无法准确掌握时，大声唱干扰环境、小声唱自我感觉不明显，可用双手掩耳来练唱，可清晰感觉自己声带发声的旋律，准确的音高和声音结构的细节部分。根据自我感觉来调解发声状态，即通过甲状软骨、早环软骨和披裂肌肉的配合来调解声带的收放，从而调整音高和音色。,3、鸡尾酒会效应：,在嘈杂的声场中，人可以把自己的听力集中在某一个人的谈话中，而把其他人的声音都推到背景杂声中，此现象叫“鸡尾酒会效应”。 原理：人耳的选择功能 人耳通过两耳拾取音源的距离差、时间差、频率差就可以辨别出不同方位的声音，以此调解听觉神经来选择不同方位的声源。 应用：使用强指向性话筒在现场来同步录音。,4、回音壁效应 ：,在某一声场中，视觉看不到声源而听觉却能听到声音，这种现象就是声波传播的特殊反射作用的结果，被称谓“回音壁效应”。 应用：舞台上方、侧方、后方的声音反射板即是利用这一原理把演员的声音集中向直达声弱的区域进行反射。,5、哈斯效应：,一个声场中的二个同频声源，在传入人耳的时间差在50ms以内时，人耳无法明显辨别出它们的方位。那个声源的声音先入，那么人就感觉到声音即由此方位传来。这种先入为主的听觉特性叫哈斯效应。,现象一：两侧声源A、B与人耳距离相同时，人们感觉声音由前方来，俗称“假立体声”。 现象二：当距离A声源略近时，实际应是A音大，B音小的两个声源，但人们往往只感觉到所有声音均由A输出，这种错觉现象即是“哈斯效应”。 现象三：将近点A的声音加以延时，使它迟于B声源进入人耳，人们即感觉到所有声音均由B声源付出。 应用：在剧场中为了弥补哈斯效应所产生的听觉、视觉不统一的现象，对顶部和侧面扬声器均作延时处理，使它们传出的声音与前方主扬声器传出的声音同步到达人耳，使后排观众的视觉、听觉协调统一。,6、关于立体声：,造成立体声的原因； 构成立体声的主要因素；第一要有立体声音源；第二要有立体声声场；第三是人耳的双耳效应 a、路程差：由于声音传递到双耳的路程不同造成 b、时间差：由于路差使声音到达双耳的时间不同造成 c、强弱差：由于路程差使先到声音感觉强，后到的感觉弱 d、频率差：由于声音的传播特性决定，近耳听到的高频音多、低频音少，远耳听到的高频音少、低频音多。 定义：立体声是指人感到声源分布在空间的声音，使听到的声音具有空间感、远近感及监场感,环绕立体声：,在立体声声场中，除听者有身临其境的感觉之外，还必须具有使听音者被声音包围的效果，使听者产生围绕感和声音似乎离开听者扩散并再次反射回来的扩展感。,a、四声道环绕立体声（见图） 产生环绕立体声需有不同方向的四个以上声源，相对听音者来讲分为前左、前右（主声道）；后左、后右（环绕声道）。 将四只强指向性传声器摆放在演出中心部或靠近舞台，拾取舞台上声源发出的四个不同方向的声音，用声道重放系统把四个扬声器放在房间四角，产生环绕声场。 常见有超级VCD、CVD均属此类。背板标有CH1CH4四路声音输出。,b、编码式六声道环绕：,与四声道同理，将六个声源经编码后用少量声道输出，经解码后，传至六个（组）扬声器。 常见DVD即被使用杜比数字AC-3 （AC3）声音压编方式实现前左、前右、中置；左环、左环、超低音的六声道输出。 因超低音通道仅用音频全音域的十分之一，民用产品常称之为5.1声道。 DVD机分外置和内置AC3解码器二种，外置的北板只有“L、R”两路输出，需再接解码器才能传至扬声器形成环绕立体声。 内置解码器机器，背板声音输出有CH1CH6六路，分别标明前左（L）、前右（R）、中置（C）、左环绕（SL）、右环绕（SR）和超低音（BASS），只需接上对应的扬声器即可。,厅堂音响与室外扩声,厅堂分类： 以传播语言为主的 如：报告厅、会议厅等； 以传播乐音为主的，如：音乐厅、歌剧院等。 厅堂传播声音分类： 一是声源（包括人、乐器）发出的自然声在厅堂内的传播。 二是自然声经电声系统加工处理后在厅堂内的传播。,一、厅堂内的声学现象,1、声反射：声波在室内传播，除直达声外，最常见的是反射声。声波入射到坚硬刚性平面，会产生全反射，当声波的波长小于反射面的尺寸时，入射角等于反射角，当反射面为凸面时散射声波，当反射面为凹面时形成声聚焦。（见图）,2、声吸收：声波入射到任何媒质都会产生不同程度的声能吸收，当遇到柔性、多孔、纤维等材料及人体时，会产生比较多的吸收。 吸收方式： 其一用吸声材料铺敷在墙体表面，吸收入射波的部分声能，其吸收声量为表面积与吸声材料的吸声系数的乘积。 其二：空间吸声，采用穿孔板材（钢、铝、硬质纸条）做成各种形状，内部填充吸声材料。悬吊在顶棚下面，单个吸声体的吸声量与其表面积，内填充材料吸声系数及悬吊高度有关。,常见吸声材料： a、多孔材料：指纤维板、矿棉、毛毡等，由无数相联通的微孔构成的网状物。当声波进入微孔后经与物质分子相碰撞而转为热能被吸收。在施工时，如材料与墙体间保留间隙，形成空腔结构，则对低频声音的吸收效果极佳。 b、板状吸声体：指不穿孔的板状或薄膜吸声体，依靠龙骨铺在墙面，与墙面保留一定空隙，当声波入射板面时会因撞击产生振动而吸收部分入射声能，在吸收中低频声音时效果较佳。,吸声材料的选择：吸声材料的选择首先着眼点是改善厅堂的声学环境，达到一定要求的声学条件，使房间内的反射与混响均匀。应注意： a、材料的吸声系数 b、材料的易燃性 c、安装的难易程度 d、使用的耐久性 e、厚度和重量（厚度影响房间体积） f、性能价格比,3、混响：当声源停止发音后，声音在封闭空间发射延续的时间，叫混响。 混响时间过长使听众在聆听声音时感到听不懂，从而降低了语言的可懂性和清晰度。 混响时间太短，则声音干涩，响度变弱。 各种厅堂的最佳混响时间 当室内建声条件不能实现最佳混响时间时，可用效果器加以辅助。,二、厅堂的声学要求,1、普通厅堂的声学要求： 厅堂内各部位，尤其是离舞台较远的座位，应有足够的响度，依据人的听觉特性，声音下限值应达到80dB。 厅堂内声能应均匀的分布，并具有良好的传输频率特性。 厅堂内应具有最佳的混响特性以及恰如其分的回声。使声音清晰、可懂性强，充分表现乐曲的风格。 厅堂内不应出现长延迟反射声，颤动回声、声聚集、声失真、声影等声学缺陷。 无啸叫、声反馈系数为零。 声反馈：以被放大并由扬声器传出的声音，经过不同途径再次反馈给传声器，引起啸叫的现象。 厅堂内各区域应排除和尽可能减少干扰听觉和演出的噪声或振动。,2、音乐厅的音质要求： 室内声学条件对乐队演奏的音乐作品的艺术效果影响巨大，不同体裁、风格的音乐作品有着不同的音质。 古典及“巴洛克”的音乐 时段：十七十九世纪初的专业音乐创作 代表：海顿、莫扎特、舒伯特、肖邦等作品为代表 特点：理智和情感的高度统一。 深刻的思想内容与完美的艺术形式高度统一。 要求：需要吸声小的刚性墙面；混响时间短的声学环境，使之充满声音的亲切感及良好的清晰度。 交响乐、歌剧等。 代表：瓦格纳 特点：交响乐浪漫乐章 歌剧具有明显的亲切感和丰满的音色。 要求：吸声较多、混响稍长的声学环境，以展示其作品的庄严、恢宏之势。,因此，在普通厅堂的声学要求基础上，音乐厅还要求： 使听众听到的声音具有亲切感。 要使声音中的中、高频音色丰满，以期达到活跃的气氛，而低音要具有温软的音色。 声音具有良好的清晰度，能够容易辨别一个乐队各种类型的乐器在合奏时发出的声音。 对混响时间控制得当，实验证明：乐声要比语言需要较长的混响时间，不同体裁风格的作品混响时间又各不相同： 巴洛克音乐：中、低频、混响时间稍高于1秒 古典及现代音乐1.5秒 浪漫音乐稍高于2秒 多功能厅应在1.7秒 声学特性做到平衡，即乐队中的各乐件及人声之间响度均衡，以免产生掩蔽效应。 噪声的有效控制，尤其是在乐队处于低响度的情况下。,3、音乐厅的建筑格式 体形：在声源、空间和观众三者之间的传播过程中有极大的影响，它是影响厅堂音质的重要因素之一。 常见的有矩形、扇形和马蹄形。（见图） a、矩形 优点：可以利用厅内平行墙面的侧向声反射。由于两侧空间距离较短，一次反射声可在时间较短的情况下与直达声音叠加，可实现声音响度的加强。又可产生回声，从而加强了音色的丰满度，使厅内的音质非常优美。 代表：1870年建成的维也纳音乐厅（1680座） 1951年建成的伦敦皇家音乐厅（3000座）,b、扇形：听众靠近舞台，直达声强、清晰度高 代表：巴黎音乐厅、荷兰鹿特丹音乐厅 缺点：后墙为弧形，类似凹面，易产生声聚焦，会造成强回声，需做吸音处理。,c、马蹄形 特点：沿大厅周围增设几层厢座，既可增加听众座席，又可充当吸声体，缩短厅内混响时间，适合歌剧院。 代表：1778年建成的意大利米兰歌剧院（2689座） 1969年建成的渥太华国家艺术歌剧院（2300座）,舞台 a、有台口舞台：室内剧院常用，观众有限，音质可控。 b、半岛形舞台：室外演出常用，观众多，直达声不足，使用电声。 c、岛形舞台：体育场馆演出常用，四面观众，回声重、清晰度差、演员背向观众欣赏质量差。,4、厅堂声学条件的实现 厅堂的体形设计使听众尽可能的靠近声源以减少传输距离以带挑台的扇形设计为最佳。 舞台面提高，使声源的位置随之升高，使每一个听众都能听到直达声，有利于增加声音响度。 观众席地面应有适当坡度，使声源发出的声音不被前面观众挡住，同时可使听众获得良好的垂直视线和拾取直达声。 顶棚吊一些面积大，全反射的反射板，使较远的座位二次反射声以增强声音响度。 室内屋顶避免穹顶，以免产生声聚集、回声过重（广州中山堂），而应作成有规律、有层次的凹凸平面。 安装电声系统。 混响时间尽可能设计在整个音频范围内的理想值。 应尽量减少噪声的影响。,三、厅堂噪声,1、危害与来源 噪声过大，会影响有用信号的听闻条件，降低扩声质量，破坏演出效果。 来源一：室外噪声空气噪声、管道振动、环境噪声 来源二：室内噪声人走动、翻座椅、说话、咳嗽 来源三：电路及电声设备电声系统中设备技术参数较低、设备漏电、接地不良、由供电系统引入电源噪声、灯棚架漏电,2、噪声的控制 正确选址、远离噪声源。 采用减震措施、减少振动噪声。 在入口和正厅间设计隔离空间和隔离门。 墙壁采用隔声量大的材料，且有一定厚度。 空调系统应尽量使用中央空调，减少开启次数，注意风向、风量控制。 采用380V三项四线制供电，防止零线上有电流通过。 设备间的信号线必须用平衡接法，且各设备金属外壳实行“一点接地”。 选用信噪比较高的设备，并在系统中插入噪声门，以抑制电流噪声和高频噪声。,四、厅堂电扩声,1、必要性 厅堂存在声学缺陷：如混响长，清晰度差或混响短，声音干涩以及频率传输不均匀等。 为演出效果，需外配音乐。用电声系统完成音响效果。 配合电声乐队等现代电子乐器的使用。 演唱会中，人声低于伴奏，用电声改善人声与乐声间的响度平衡。 演员背向观众时，用话筒等设备拾取和提高声音响度。 满足特殊效果需要激活气氛，如“的厅”。,2、使用电声的基本原则 应保持音乐中基音和谐音之间的平衡，使各种乐器保持本身的音色，以及语言清晰不失真，可懂性高，因此系统的频带要宽。 动态范围足够宽，使非常弱的声音既能听到，又不至使强声造成失真。 不能产生回声以及反馈的干扰现象。 不额外增加厅堂的噪声。 附加的再生混响要短。 扬声器安装位置合适，使观众感觉到来自台上的自然声。,一、室外扩声的基本任务,保证听众区有足够的声压级；声场不均匀性较小；尽可能地避免因扬声器采用分布或带来的多重回声感觉；防止声反馈带来的自振。 1、最大重放声压级 露天剧场：音乐扩声90dB、语言7485dB、清晰度85dB 公园、宾馆背景音乐6570 dB 展览会 85 dB 体育场 90 dB,2、听众区的传输响应 露天剧场音乐演出5010KHz 语言1506000 Hz 体育场1506000 Hz 3、扩声区内的声场不均匀度：510 dB 4、多重回声干扰：相邻扬声器的延时时差控制在50ms以内。,二、室外扩声系统的声场,1、集中式扬声器系统：是把音柱或多个音柱安放在舞台两侧，面向观众辐射声音，音柱间距应以3040m为极值。 2、分布式扬声器系统：采用很多并有一定距离分布在不同区域的单个扬声器组成，常用于酒店、商场等公共场所的背景音。 背景音乐（Back Ground Music 简写BGM）。主要作用是掩盖噪声创造出一种轻松和谐的气氛。 特点：让人意识不到声源位置、音量适中、创造出轻松的音乐，扬声器多在顶棚隐蔽吊装。 平均声压级最大6070dB，频率范围1006000Hz，响应平直。 多采用单声道重放音乐。 为防止回声要求相临扬声器之间的音量差要小。,传声器,一 传声器概况与工作原理,1、概况：传声器（Microphone）简写MIC又称话筒，北方俗称“麦克风”，南方俗称“咪头”或“咪”。在现代演出中适用最广泛的一种电声器件，它的作用是把人声和乐器声不失真地转换成电信号，送往调音台或放大器和处理器，最后从扬声器放出来。传声器是整个音响系统的第一环节，它的质量好坏和使用是否得当，对整个系统的电声指标有着十分重要的影响。在整个音响系统各个组成部分的对比中，对音质影响最大的首先是扬声器（包括音箱），它对音质质量的影响比重达到5060%，其次是传声器，占2030%，再次才是功率放大器，占1020%。 自1876年，贝尔发明电话机以后，世界上诞生了话筒。话筒是音响系统中种类最多的一个单元。这是因为它要拾取的音源种类繁多。如人声分语言和歌声，歌声中分美声，民族、通俗、摇滚；音乐中有交响乐，爵士乐、民族音乐、戏曲音乐；交响乐中又分弦乐部，木管声部、铜管声部及打击乐器。各式各样的音源都有自己不同的音色结构和特点，所以根本不可能只凭一种话筒把他们全拾取近来。因此，就有了动圈式、电容式、铝带式、驻极体式、有线、无线、手持式、头戴式、领夹式等等之分。,2、优秀话筒的标准及代表 一只好的话筒应该具有很高的拾音技术参数指标，其频率响应范围应很宽，灵敏度高、失真度小，瞬态特性好，对音乐中不同频率声波的拾取幅度应平稳，均衡，等效噪声控制在16db以内。 世界上话筒生产技术一流的国家是德国、奥地利、美国，其次是日本。 德国 纽曼 U系列 优点：全天候话筒，可在高温、低温、高湿度、低湿度环境下正常运做。俗称“世界话筒之王”。 德国 森海塞尔 MD系列。适合：录音棚中乐队乐器拾音。 奥地利 AKG D系列。动圈话筒。适合：人声、木管、铜管； C系列。电容话筒，适合：弦乐器。 美国 EV N/D系列 。 动圈，适合：人声，强声压级乐器 镲等。 美国 舒尔 SM系列、Beta系列。适合：现代音乐演唱。 日本 铁三角 驻极体话筒。适合：中音频声音拾取，如中高 音的木管、铜器、打击乐器，长笛、双簧管等。,3、话筒的工作原理 话筒是将声波转换成电信号的电声乐器。（如图） 动圈式话筒是依据电磁感应原理制成的，接受声波的膜片发生受迫振动，带动处于恒定磁场内的线圈，从而产生交变的感应电动势，形成变化着的电信号。 电容话筒是依据接收声波的膜片构成电容，受迫振动后，其电容量发生变化从而产生交变电压，形成变化着的电信号。,二、传声器的分类与特性,传声器的分类方法有许多种，有按产生电压的方式来分（恒速式、恒幅式）；有按输出阻抗来分（高阻式2050K 、低阻式150200 ）；有按声波作用力来分（压强式、压差式）。,1、舞台表演常用的分类方法：,以不同的使用功能来划分： 接触式话筒：直接贴在乐器共振体上的话筒，低频音靠固体传导振动，高频靠空气传导，用于弦乐器和弱功率乐器，如吉他、提琴等。 颈挂式话筒：用丝带挂在脖子上的一种小型话筒，多为动圈式，常用于活动声源中的语言使用，如展览会解说等。 卡式话筒：超近距离电容话筒，主要用在提琴上。,以指向性来分： 话筒拾取音源方向的覆盖空间可以分成圆形、心形、超心形，双指向和强指向。（如图） 圆形：为乐队拾音用。 心形、超心形：为语言、歌声拾音用。 双指向形：录音棚等。 强指向形：拾取一定方向的音源，而将环境噪声排斥在拾取空间之外，新闻采访常用。,按工作原理来分： 动圈式：膜片受声波冲击、带动线圈在磁场中运动产生电流输出。优点：耐用，音色丰满。缺点：近讲效应。（近讲效应：话筒离音源越近，拾取的音量就越大，反之越小，动圈式话筒与口形接近，其音量提升的同时低频成份也随之大大提高。调音台低切功能）。 铝带式：采用一根很轻的波纹形铝合金金属带，悬于磁场，在两磁极之间，声波使金属带震动，做切割磁力线运动而产生电流输出。优点：阻抗低，声音清晰高。缺点：怕风，只限室内使用。 电容式：由膜片和在其后的固定极板构成一个电容器，膜片受振引起电容器的容量发生变化，产生输出电压。优点：运动性好，瞬态特性好，频率响应很宽。缺点：需外供电源。 驻极体式：采用聚脂薄膜贴在振动面，拾取直达生，减少反射声，增加保真度，用于会议、大提琴、钢琴。 立体声话筒：内有多个拾音单元，录音专用。 压力区式：（PZM 界面）：话筒膜片贴在震动面，拾取直达声，减少反射声，增加保真度，用于会议、大提琴、钢琴。,按外观形成分： 有线： 手持式、,界面式,鹅颈式、,无线： 手持式、,领夹式、,头带式。,2、无线话筒,无线话筒工作原理（如下图）： 用话筒音头将声音的声波转制成音频信号，以调频的方式调制成一个超高频信号，并通过天线向空间发射出去。接收时，采用一个调频接收机，用天线接收载波信号并经过高放、解调、中放、比例鉴频、前置级、放大级，最后输出一个音频信号。,1声源 2话筒音头 3领夹 4发射器 5接收器 6电源 7调音台,无线话筒的特点：,优点： A：不使用传送电缆，设施简单省事，解脱了话筒线对演员的束缚。 B：特别适用于移动声源，如讲课、歌手、歌剧、话剧。 C：在画面转播时，可以把话筒架，线缆等多余物件去除。 D：话筒头与口形很接近，拾取的都是绝对的直达声，有很高是清晰度。歌声的始振状态，弱声演唱、吐字、齿音、气息等表达都很细腻，具有明显的真实感，临场感和亲切感。 缺点：A：由于它是射频传送，保密性差，同时也易引进外来干扰信号。并对其他设备产生干扰。 B：有信号失落现象（掉频），既发射器与接收机位置发生变化时，会出现信号跌落，音质变劣，甚至无法接受的现象。,无线话筒的技术要求：,A音色：要有足够的频率响应，音质与有线话筒不应有太大差异。 B稳定性：要有可靠的接收功能，不可漂移。 C抗干扰性和适应性：抗空间其他电源和各种干扰和噪声。 D发射机：体积要小，易于配戴。 E有足够的动态范围：在大信号时保证不失真。,(4)无线话筒使用注意事项：,：无线话筒的频率应尽量选择甚高频和超高频，接收机的天线尽量与发射机近一些。 ：其间最好没有障碍物，尤其要避开灯架、通风管道等金属框架。否则信号会被吸收掉或引起超短波的反射，使接收机上的天线感应场强下降，噪声增长。 ：发射机天线一定要顺着人体垂直于地面。 ：所有发射机天线不能与外壳相碰，否则会发出“喀喀”声。 ：避开死点 ：无线话筒在舞台上有时会听到“沙沙”声 ，拾音消失，这就要求在演出前找出死点 ，并记录。 ：调态天线的角度与方向，避开死点 。 ：选用无线话筒时，发射功率尽量大些。（50mw）。 ：同时使用无线话筒不易过多，一般不超过四只，以免相互扰频。 ：使用时注意调整嘴与话筒间的距离，以保证语言、歌声清晰、动听而有不模糊。,三、传声器的选择与使用,1、根据用途来选择： 一般厅堂扩声或录音可使用国产的动圈或电容话筒，专业录音或舞台演出请使用高档些的专业话筒；充分考虑拾音环境，室外有噪声干扰，室内有反射声和混合声，舞台扩音有声反馈，所以要视环境情况选择不同指向性的话筒，移动声源选择无线话筒，音乐多用电容话筒，语言节目选用动圈话筒，管乐器选用声音响亮、高音清晰的话筒，弦乐器选用频响带宽，高音纤细，低音丰富的话筒，打击乐器选用灵敏度高，低音少的传声器。,不同用途的话筒选择,3、话筒的附件选用（如图）：,接插头、配线：阻抗低、屏蔽 好、焊点正确 牢固。,支架、立架、减震架：坚固、 牢靠、灵活、抗震,防风罩：室外防水，室内近 距离拾音时防止声源气流对振 膜的瞬间强气流冲击,防雨罩：室外雨雪天使用。,调音台,一、调音台的种类和基本功能： 调音台自八十年代进入中国以来，经过二十年的发展普及，已广泛进入到各个文化活动场所 调音台是录音、放音、扩音的重要音响设备，利用调音台对来自话筒或其他信号源设备的声音信号进行技术加工和艺术处理，然后馈送给录音机或其他扩音设备。实际上它是多路的前置放大器和信号处理设备的有机结合，被誉为音响系统的“心脏”。,1、种类： 便携式调音台：有26个通路，台上装有简单的高低音补偿器，有输入、输出、混合电路，多用于现场扩音或录音。优点：便于携带，操作简便。 半移动式调音台：有412个通路，装有高、中、低音补偿器，高低通滤波器及自动音量控制，输出电路为双声道，多用于语言录音和一般性非专业文化活动。 固定式调音台：大型有2432个通路，中型有1224个通路，功能齐全，附有混响器、压限器等信号处理设备，既可录音乐，又可进行混合录音，多声道输出，在大型剧院和专业音乐厅常用。,2、基本功能： 放大：从话筒、卡座，CD机等信号源送来的信号，电平很小，必须经过放大，在放大过程中又必须调节、平衡，最后送达录音机或经功放送到扬声器输出。 混合：四路、八路或几十路的节目源信号，可能同时输入到调音台来，进行技术上的加工和艺术上的处理，然后混合成一路（单声道）或两路或四路立体声输入，这是调音台最基本功能，所以它也叫混音台。 分配：声频信号输入调音台后，不单纯放大为主输出信号，其中，为了各种需要，还要将信号分配给多个电路或设备。如辅助输出（AUX OUT）,录音输出（REC OUT），监听输出（MON OUT）,检听或独听输出（CUE、SOLO、PEL）等。 音量控制：调音台的音量控制，通常用推拉式电位器成为衰减器（Fader）。包括各输入单元的“通道衰减器”和总回路的“主衰减器”。 均衡（EQ）:即高低音调节。调音台依档次不同而设有两段、三段至七段均衡器，同时又分为通道均衡器和主均衡器等。 声像方位（PAN）:两路或四路主输出的调音台都没有“声像方位电位器”。用于拾取、录制立体声节目，按照声源方位或乐曲艺术的要求而分配“声像方位”。 监听或检测：一般调音台都设置耳机插孔，用耳机来监听，或外接监听功放，用扬声器监听，台面通常还没有指针式或发光管式音量表，以便协同听觉的监听，以视觉对电平信号进行监测。,二、调音台的结构特点：,调音台的前端与面板，有若干个插口，开关与旋钮，使人感到眼花缭乱，十分复杂，但若把它们按工作性质来划区分割则简单许多。,1、通道输入系统调音台的输入通路，依据用途和使用环境多少不等，分别有4路、8路、16路、32路等等，其中每一路都有单独的输入接口，增益控制，频率均衡，电平控制等单元组件，在调音台的前端一般有三个信号输出插口，用以连接话筒、卡座、CD等信号源设备。分别为卡侬式麦克插口，直插式麦克插口和线路输入插口（连接CD等）。 另外还设有幻像供电开关，使用电容式话筒时需打开，但使用不平衡信号源时则不能打开。 2、增益控制系统使用于调整输入信号电平大小的，以保证其电压不超出动态范围，并有过载指示灯显示。此系统包括两个组成部分：一是PAD定值衰减键，在使用高灵敏度传声器或拾取声级高的声源时，要按下此键，输入电平将自动衰减（衰减值为面板上额定数值）。二是GAIN增益旋钮，该钮可连续调整至多个不同位置，使输入电平的输入量依据现场需要进行调整。,3、均衡器系统（EQ）主要用于音质修饰补偿，对声音频谱在额定区域内进行提升或衰减。在修饰补偿前应接通EQ开关，将旋钮置于中间位置，依据节目需要对送入信号的高（HIGH）、中（MID）和低（LOW）三个频率进行提升（向右）或衰减（相左）。 4、音量控制系统音量控制器是调整各路信号电平大小，并进行音量平衡的附件。现在常用的是推拉电位器式，俗称“推子”。主要作用是调整本路信号电平进入到混合电路中的大小比例。在推子上端一般设有通道按键，其作用类似在分路和总录之间设置的一扇门，只有打开此键分路的电平信号才能进入混合电路。总输出推子叫总路衰减器，其作用是为了控制混合信号的输出电平使它不超过最佳线性范围。,5、声像移位器（PAN）也称全景电位器，是用来控制声音的空间特性的。电位器调到中心位置时，左右声道电平输出量相同，当调节到一端时，一个声道的电平达到最大，而另一个声道电平则为零，两路电平的改变是逐渐而连续的。 6、监听音量控制系统（MONE）分为通路音量监听和总路音量监听控制。它是为了单独监听每一通道信号或总输出信号而设置。例如在舞台上同时有多支话筒在使用，调音时需随时了解每一个话筒的工作情况和总输出的效果，则需用此系统。 7、辅助发送系统（AUX OUT）实际上是一个附加的混合系统，它独立与主辅出之外，辅助发送的路数及结构决定于调音台的功能每个发送控制的信号馈送到辅助混合母线上，然后送出调音台，主要作用是为演员提供舞台监听或耳机监听，或提供信号给录音机做同步录音使用。,8、信号监听系统调音台上的信号监视组件有音量表和峰值表以及发光二级管，现在多由光柱和发光二级管组成，利用这类器件表示声音信号的大小，动态的变化以及各通路的混合比例，当信号监视系统的红灯亮时，表示该路信号还差3dB到达超负荷的状态，此时应注意该路信号的衰减。 9、输出总路控制系统通常是将各通路和辅助输入的声音信号，送到总输出混合母线，混合成完整的节目信号，再经过推子的调整，传送给功率放大率，由扬声器传出。,三、调音台面板各键的使用：,1、前端部分（输入接口）：见图 IN PUT A（输入A）：用于平衡式（卡侬头）话筒输入。 IN PUT B （输入B）：用于非平衡式（直插头）话筒输入，使用此接口时，48V幻像电源不可处于开启状态，且不能与平衡式接口同时使用。 IN SERT I/0：线路输入接口，用语外接CD机等音源。 PHANTOM（+48V）开关：幻像电源开关，为电容话筒提供48V直流电压。ON为开启。OFF为闭合状态。 IN PUT （L/R）：立体声输入接口，若做单声道输入使用时，只接“L”接口。,2、前控制面板（见面）, -26dB缓冲开关：按下时，使输入信号衰减26dB GAIN:增益控制旋钮，用来调整输入信号的大小：相位转换开关，按下时表示相位反向 80：高通低切开关，按下时表示80Hz以下的低频无法通过。 PEAK:峰值指示灯，亮时表示输入信号过大，接近符合峰值； HIGHLOW:交频、中频、低频音质补偿按钮。 EQ:补偿器开关。按下时，高通滤波器同时被打开。 M1-M4:本路提供给辅助输出1-4路的信号量化旋钮。,ON:向M1-M4提供信号的开关，（按下为开）。 M5-M10:同h PRE:前置衰减开关。向M5-M10辅助输出提供信号的开关。按下时，表示提供给辅助输出的是本路未被混合的信号（俗称推子前），弹起时，表示提供的是混合信号（俗称推子后）。 PAN:设定本路信号相位的开关。常用来确定左右声道的分路输入。 ST:向主输出提供立体声信号的开关 ON:连接本通路与主输出母线的开关 PFL:设定本通道向监听耳机提供信号的开关 系统衰减器：又称分路推子。控制本路通道输出信号大小,3、辅助输出控制系统,可变/固定选择台（如图） VARIABLE/FIX键：转换从各输入通道到M1-M4的输送电平可变或固定。当FIX接通时，有各通道送达M1-M4的电平信号是固定的，此时，各独立通道中的M1-M4旋钮的音量调节功能无效。,M1-M10（如图）：辅助输出通道，各键功能同前面板。,四、使用调音台的注意事项,1、熟悉掌握面板上眼花缭乱的旋钮，开关以及插口功能。 2、熟悉扩声系统中所使用设备及演出环境。 例如：使用电容话筒需开启幻像供电，以向电容话筒提直流电压。 对一个点声源采用多个话筒拾音，需要考虑相位开关的使用。 话筒线过长，传到调音台的声信号高频损失过大，就需要提升EQ的高频补偿。,3.熟悉演出节目的内容和变化，当乐曲出现瞬间高潮时就要适当减小音量。 4.通道输入接口路的正确使用，对声源的输入类型（平衡/非平衡），输入电平（ MIC/Line），单/双声道应有的准确接驳。 5。调音台与外围设备的连接应正确并匹配。,功率放大器,功率放大器（简称“功放”）是音响系统的一个重要单元。它要将从调音台输出的音频信号经过压限器，均衡器、激励器进行加工处理，最后将这个音频信号的能量进行放大后来推动音箱，把声音送入声场。,一：功率放大器的分类,1、按照功放与音箱的配接方式来分：定压式功放、定阻式功放。 A、定压式功放：为了进行远距离传输音频信号，减少在传输线的能量损耗，以较高的电压形式传送功率信号。一般有75V、120V、240V等不同的电压输出端子提供使用者选择。使用定压式功放要求在功放和扬声器之间加装线间变压器以进行阻抗的匹配，使用多只扬声器时，其功率总和不得超过功放的额定功率，且传输线直径不能过小。 B、定阻式功放：即功放以固定阻抗形式输出音频信号，要求音箱必须按规定的阻抗进行匹配，才能得到额定功率的分配。,2、按功放使用的元件来分：电子管式、晶体管式、集成电路式。 A、电子管功放：以电子管作为功率放大的主件。（70年代前使用）。 优点：音色柔和，富有弹性，空间感强。 缺点：体积大、笨重、功率小，耗能多，工作时需预热和散热。 B、晶体管功放：体积小，功率大，耗能低，技术指标高，具有良好的瞬间特性。 C、集成电路功放：噪声小，动态范围大，无需保护。,二、功放的性能指标,1、输出功率：是功放送给扬声器的电功率，它包括： A、额定功率：指在不失真的前提下，功放的最大输出功率。 B、最大输出功率：不考虑失真的大小，将功放音量开到最大，此时它所提供的电功率。 C、音乐输出功率：在输出不失真的情况下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。 D、峰值音乐输出功率：不考虑失真的大小，功放所能提供的最大音乐功率。,2、频率响应：指在指定频带内各频率成分的增益特性，即不允许产生高（低）频音的增益不平均的情况，高质量的功放的频率响应在2020KHz内，不平均度应保持在（正负）0.5dB以内。 3、非线性失真：包括总谐波失真和互调失真，专业功放的总谐波失真要在0.1%以下，互调失真在0.02%以下。 4、噪声与信噪比：噪声指功放输入端不加任何信号时，作为负载的扬声器所发出的声音（来自内部电路），信噪比指功放输出的有用信号与噪声之比，专业功放的信噪比值应大于100dB。,5、阻尼系数：指扬声器阻抗与功放输出阻抗的比值，该系数的大小会影响重放音质，通常阻尼系数大，表明功放的输出内阻很低。 6、动态特性：指瞬态响应。如打击乐器、弹奏乐器等发出猝发声脉冲信号时，若功放的瞬态响应性差就跟不上这些瞬态信号的变化，从而产生失真。,三、功放的匹配与选择,1、功放与音箱的匹配 A、音箱功率等于功放的额定功率（即等功率匹配）在电子管功放常用。 B、音箱功率大于功放功率，俗称“小马拉大车”，仅限家庭用。 C、功放功率大于音响功率，在专业音响系统中常用。因为功放有一定的功率储备，减少了机器的本底固有噪声和失真度，使声音质量得到提高，因为大功率易烧坏音箱的高音单元，所以必须有专业人士进行操作，常规情况下，专业功放的功率比音箱功率大2/3既可。,1、 如何选择功率放大器 A、根据厅堂的性质，环境和用途来选择不同类型的功放 舞厅、DISCO厅选择大功率功放 专业使用选择频率响应范围宽，失真度小，信噪比大，音色优美的功放。 KTV选用小功率，多功能的功放。 B、根据音频信号传输距离来选择 多功能厅的会议系统采用远距离分散式扬声器系统，需要选用定压式功放。 歌舞厅、剧院主音箱系统选择定阻式功放。 C、根据音箱功率选择功放，功放功率大于音箱功率2/3。,四、功放的使用,1、 专业功放一般只有开关、旋钮和指示灯三部分。 开关使用时应注意开机时应是整个扩声系统最后一个开启；关机时，应最先关闭。 衰减器旋钮（也叫音量钮）：旋至最左边时，进入功放的输入信号为零，变压器无输出。旋至最右边时，进入功放的输入信号最大，变压器输出也最大。 指示灯一般分为峰值灯和过载削波灯。 2、 功放在长时间工作后，搬运及安放时注意免受振动和撞击，与音箱连接时注意极性正确接驳。 3、在固定系统中，功放输出音量一经确定，一般不需要随意调整。,扬声器（音箱）,扬声器俗称喇叭，它作为高保真放声系统的最后一个环节，其任务是把功率放大器输出的信号能量不失真地转变为空气振动的声能。通常把扬声器，音箱和分频器三者的组合称为“扬声器系统”。,一、扬声器的种类结构,1、 按声波辐射方向分：直射式（纸盆扬声器）、反射式（号筒扬声器）。 2、按换能原理来分：电动式、电容式、电压式、电磁式。,1、 按频率特性来分：低音