现代音响与调音技术课件第17次课.ppt

1 非线性失真 谐波失真等这些历来被视为音响设备必须力求避免的大敌 随着人们对音乐声学 心理声学的深入研究发现 在音响作品中适当加入特定的谐波失真 主要是低电平的高中频成分 不但不会破坏乐曲的音质 反而听起来更感清晰 明亮且有穿透力 这就是近年来脱颖而出的 听觉激励器 之类的处理设备的基本构思 5 5听觉激励器 2 5 5听觉激励器 激励器是对音频信号添加特定的谐波 泛音 成分以改善听感的音频处理设备 激励器的发明 对于传统的音频信号处理技术来说是一个变革 激励器与其他音频设备工作原理的不同之处在于 其他音频处理设备都是对原始信号中所包含的各种成分进行处理加工 而激励器是根据人们对 心理声学 的研究 结合原声音信号再生出新的谐波成分 以达到增加声音透明度和临场感及细腻感的目的 从而获得更动听的效果 3 听觉激励器的设计思想 在原来的音频信号的中频区域加入适当的谐波成分 以改善声音的泛音结构 听觉激励器的作用 1 提高声音的清晰度和表现力 使声音更加悦耳动听 降低听音疲劳 2 增加声音图像的立体感 以及声音的分离度 改善声音的定位和层次感 3 提高重放声音的音质 明显改善声音的高频特性 又不会降低信噪比 4 对乐器的声音进行处理 可以强化乐器音色特征 使该乐器更突出 4 听觉激励器由两部分组成 一部分使信号不经处理直接送入输出放大电路得到直接信号 另一部分设有专门的 激励 电路 产生丰富可调的谐波 泛音 在输出放大电路中与直接信号混合 电路结构如图所示 5 5 1听觉激励器的电路结构 5 5 1听觉激励器的电路结构 在谐波发生器中产生一个1kHz到5kHz的 随机噪声 利用延时原理将这段频率的噪声泛音叠加在声源中 使其加入谐波分量 在中频泛音段开始激发 增强了中频泛音和高频泛音的强度 从而使声源的音色结构得到改善 由于谐波的电平比直接信号电平低得多 且主要在高频部分 因此不会增加信号的功率 但听起来却更清晰 明亮有穿透力 这就是 激励 的含义 6 5 5 2听觉激励器实例 具有两个相互独立的通道 可以分别控制 也可用作立体声的左右声道 要注意两声道调整的一致性 前面板是键钮控制 后面板是接线端口 DRIVE 驱动控制 此旋钮用来调节送入 激励 电路的输入电平 即激励电平 用一只三色发光二极管指示电平大小是否恰当 TUNE 调谐控制 此旋钮用来控制激励器的基频 一般选择原音中的中频及高中频范围内 美国Aphex C型激励器 7 5 5 2听觉激励器实例 MIX 混音控制 此旋钮用来调节 激励 电路产生的谐波 泛音 信号混入量 从而改变混入节目中的增强效果 即调整激励信号混入的比例 混音控制可由零调至最大 它可增加优质音响系统的自然效果 或在劣质的呼叫 公共扩声系统中增强声音的清晰度 IN OUT 激励器的旁通开关 按下 激励器处于工作状态 抬起 激励器处于旁路状态 旁边的发光二极管可表示激励器的状态 当交流电源开启时 若无增强效果 绿色 正在采用增强效果 红色 此键同时控制两个通道 8 5 5 3激励器在扩声系统中的应用 公共扩声系统中 在剧院 会场 广场 Disco舞厅和歌厅等场合 使用激励器可使声音具有穿透力 增加覆盖面积 并且不需要增加重放功率 大大提高了重放声音的质量 此外激励器的使用能帮助声音渗透到所有空间 使声音在很嘈杂的环境中仍清晰可闻 录制和重放音色丰满 力度强劲的流行歌曲 人声和伴奏声的比例往往是处于 临界状态 有时乐队伴奏的强烈音响和气氛会压住歌声 如果降低乐队的伴奏声又会影响气氛 此时可在歌声信号中加入激励成分 可在不影响气氛的情况下 使歌词更清晰 9 5 5 3激励器在扩声系统中的应用 一个没有经过专门训练的普通歌唱者 泛音不够丰富 利用激励器配合混响器 可以在音色方面增强丰满的泛音 使其具有良好的音色效果 录音 在翻录磁带时使用激励器 能使所翻录的磁带质量提高 使各种乐器的音色更加突出和清晰 歌词更易听清楚 更具真实感 声音更具穿透力 听觉激励器的主要目的是用于改善声音的音色结构 增加声音里的泛音部分 使音色效果更佳 10 5 6其它处理设备 声反馈抑制器 在扩声系统中 常常需要将话筒的音量进行较大的提升 与此同时 音箱发出的声音会传入话筒 使某些频率成分的信号产生正反馈 在音箱中发出刺耳的啸叫声 这种现象就是通常所说的声反馈 传声器 扩声通路 扬声器 扬声器到传声器的传输 引起反馈的信号往往是一个单一频率的信号 而且它还是一个引入正反馈的不断增大的信号 声反馈的存在不仅破坏了音质 限制了话筒的音量 使话筒拾取的声音不能良好地再现 而且深度的声反馈还会使系统信号过强而烧毁功放或音箱 特别是烧毁音箱的高音扬声器 11 声反馈抑制器就是专门用来抑制声反馈现象的设备 它是利用移相器来消除反馈频率 从而达到抑制声反馈的目的 声反馈抑制器一般都具有多个抑制声反馈的通道 可消除多个反馈频率 从而使传声增益得到提高 使整个声场的声压级提高 声场响度增大 在扩声系统中 声反馈抑制器一般串接于调音台与压限器之间 也可并接在调音台上 声反馈抑制器是一种自动寻找啸叫频率点并将其衰减的设备 其工作原理是当系统出现声反馈时 它会立即发现和计算出其啸叫频率 衰减量 并按照计算结果对声反馈进行抑制 12 移频器也是用来抑制声反馈现象的设备 与声反馈抑制器不同的是 它是对扬声器送出的声音信号的频率进行提升 移频 处理 使声频增加5Hz 或3Hz 7Hz 使其与原话筒声音的频率发生偏移 无法构成正反馈 也就不会产生声反馈现象 与声反馈抑制器相同 移频器在扩声系统中也是串联在调音台与压限器之间或并接在调音台上 由于移频器的低频调制畸变较大 因此它只适用于以语音为主要内容的扩声系统 而声反馈抑制器畸变小 可用在音乐扩声系统中 移频器 13 立体声合成器 立体声合成器是一种可以在单声道非立体声源中产生逼真的 假立体声 效果的信号处理设备 它将非立体声源信号分成多个频率段 将其中一部分频段放在立体声的一个声道上 另一部分频段放在立体声的另一个声道上 从而产生 假立体声 效果 立体声合成器大多用在录音制作系统中 14 监听处理器是专门为扩声系统的舞台返送监听而设计的处理设备 在这种设备内部 通常设有多频段均衡器和陷波滤波器 以及限幅器和高通滤波器 均衡器和陷波器能够过滤有害信号 降低反馈机会 提高系统增益 而限幅器和高通滤波器则用来保护功率放大器和扬声器 监听处理器 15 它与压限器的 噪声门限 的功能基本相同 噪声门实际上是一个门限可调的电子门限电路 只有输入信号电平超过门限时 才能形成信号通路 否则电路不通 信号被距之 门 外 利用噪声门对弱信号 关闭 的功能 可有效地防止话筒之间的串音 但需注意 噪声门只能降低或消除门限以下 可视为无信号状态 的噪声 信号 而不能提高门限以上有信号传输时的信噪比 噪声门 16 音频信号处理设备是现代音响系统中的重要组成部分 本章主要讨论了图示均衡器 压缩 限幅器 数字延时器多效果处理器电子分频器和听觉激励器等扩声系统中常用的信号处理设备的原理及作用 并介绍了它们的使用情况 在这些设备中 图示均衡器和多效果处理器是扩声系统中使用最多的信号处理设备 几乎所有的演出或娱乐场所的扩声系统都会使用 和其他音响设备一样 音频信号处理设备的生产厂家很多 并有不同的类型 但基本原理和使用万变不离其宗 作为常规 一般来说 均衡器 效果器和压限器应该选用 其他音频信号处理设备酌情考虑 本章小结 17 第6章声源设备 声源设备也称为信号源设备 它主要包括传声器 调谐器 收音头 电唱机 磁带录音机 激光唱机以及其它数字信号源等 扩声系统中的声源分为两类 自然声 人声或乐器演奏声 和软件制品 唱片 磁带 CD 的重放声 18 记录声音的方法 机械录音 用机械变形来模拟声波 使声音保持在唱片上 如电唱片和激光唱片等 光学录音 用光调幅器将电信号转换为光强的变化 并使电影胶片感光而形成声带 此声带不但储存声音信息 而且还储存图像信息 如胶片声带 磁带录音 铁磁载音体在被录音信号所形成的交变磁场中作匀速运动 使载音体的各个小段在磁场扫描的方向内留下对应于被录音信号的剩磁 磁性录音很容易用去磁的方法来消除 如磁带 19 磁带及电唱片使用率目前已经比较低 特别是最近几年激光唱机迅猛发展 使人们几乎将其遗忘 激光唱机 CD 是最早进入家庭的数字信号源设备 由于它的性能优良 合理的价格以及操作方便等优点 它的普及率已成为仅次于盒式录音机的高保真信号源设备 数字信号源设备除了最常见的激光唱机 CD 微型磁光盘录音机 MD 数字盒式磁带录音机 DCC 数字音频磁带录音机 DAT 外 还有音视频信号源设备 如激光影碟机 LD 小影碟机 VCD DVD 以及数字录像机 数字电视机等 20 突出优点是 电声指标较高 音质优良 工作稳定 不像磁带那样容易出现卡带 容易从中间选取任意段落的信号 唱片能长期保存 不足之处是不能由用户自行录音 防震能力差 6 1电唱机 21 6 1 1唱片 唱片是以机械形变方式模拟并存储声音信息的一种载体 随着电子技术的发展 唱片经历了粗纹唱片 密纹唱片和立体声唱片等发展阶段 现在流行的高保真密纹唱片 立体声唱片放唱时间可达到粗纹唱片的5 6倍 而且诸如信号噪声比 频率特性 非线性失真和动态范围等重要技术指标也都有所提高 22 唱片的分类方法很多 有按转速分类的 如每分钟33又1 3转 45和78转唱片 有按唱片的功能来划分的 如单声道唱片 双声道立体声唱片和四声道立体声唱片等 此外 还有按纹槽粗细及直径大小来分的 如 粗纹唱片 密纹唱片 薄膜唱片 以及30cm 25cm等唱片 1 唱片的种类和尺寸 23 为了简化唱片类别 国际电工委员会于1982年建议推行一种唱片四位数符号表示法 其前两位数表示唱片的标准直径 后两位数表示唱片的转速 表6 3国产唱片代号 国产唱片规定用汉语拼音字母作为代号 并且在唱片引出槽间隙 片芯 目录和封套上明文标记 例如 M 表示密纹唱片 字母后面的数字是唱片顺序号 24 为了区分单声道和立体声唱片 在唱片芯上都作出明确标记 对单声道唱片必须标明 单声 MONO 字样或 符号 对于立体声唱片 应标明 立体声 STEREO 或双环 符号 文字和符号两者也可同时并用 25 2 立体声唱片 双声道立体声唱片要求能同时记录两路声音信息 第一种是双轨方式 即用两条独立的纹槽同时记录两路信息 唱片的录音面被一分为二 外周部分记录右声道 内周记录左声道 放唱时 由安装在同一音臂上的两个拾音头同时在唱片的外周和内周部分拾取信号 第二种是采用频率分割方式 可以在同一纹槽内记录两个声道的信息 第三种是 纵 横 VL 方式 这种方式以纵向调制记录左 L 声道信息 纹槽随调制信号作深浅变化 以横向调制记录右 R 声道信息 纹槽沿水平方向位移 26 第四种即45 45 调制方式 所谓45 45 制式是指把右声道信号刻录在与刻纹刀成 45 的声槽外壁上 而把左声道信号刻录在与刻纹刀成 45 的声槽内壁上 由于声槽内 外壁是互相垂直的 因而右声道刻录方向垂直于声槽外臂 左声道刻录方向将垂直于声槽内壁 45 45 立体声唱片制式是一种比较理想的制式 它能和单声道系统兼容放唱 而且左 右声道对称性较好 不会破坏双声道的平衡度 27 立体声唱片的构造 为了解决一只唱针拾取立体声信号的问题 立体声唱片的声槽的表面呈 V 字型 声槽左右两壁的压角称为包含角 为90度左右 槽的宽度与深度不仅取决于刻纹刀的大小 还同录制声音信号的变化有关 立体声密纹唱片的声纹较密 以延长放唱时间 在立体声密纹唱片上 一般把左声道信号刻录在声槽的内侧壁 而把右声道的信号刻录在声槽的外侧壁 这样就可以使用一只唱针 同时拾取左右声道的两个音频信号 28 立体声唱片的拾音 立体声唱片是在一条声纹上存储了左右两路信号 每个声纹的侧壁都包含着一个独立通道的信号 在立体声唱头的唱针的上部有两个互相垂直的拾音线圈 里面包含着一个运动磁铁 29 立体声唱片的拾音 如图 当唱针运动在左臂时 唱针的运动会带动上面的磁铁的磁力线切割左线圈 从而馈送出左声道信号 由于右边运动磁铁的磁力线此时没有切割线圈 所以右声道没有信号输出 此时发出的只有左声道信号 没有右声道信号 30 立体声唱片的拾音 如图 当唱针运动在右臂时 唱针的运动会带动上面的磁铁的磁力线切割右线圈 从而馈送出右声道信号 由于左边运动磁铁的磁力线此时没有切割线圈 所以左声道没有信号输出 此时发出的只有右声道信号 没有左声道信号 31 立体声唱片的拾音 也就是说 每个线圈只响应与之对应的侧壁运动分量 即左线圈只读取左臂的运动 检测不出右臂的任何变化或位移 而右线圈同理 当左臂和右臂中包含的信号起伏同时共同作用于唱针时 唱针便按两臂相对位移决定的某一方向运动 从而拾取出内容丰富的立体声信号 32 唱片录放声频率预均衡和去均衡 唱片制作时的频率预均衡特性为的是提升高频和压低低频 但如果此时直接用密纹唱片放音 就会造成高音过强刺耳 低音过弱无力 音乐欣赏失去意义 为了把录音节目在放音时恢复到本来的面目 恢复高保真音乐所要求的平直频率响应特性 在放音时要设置去均衡电路 提升低音 衰减高音 即提升低频 衰减高频 去均衡电路通常称为唱头放大电路 也称RIAA唱头放大电路 33 RIAA唱头放大电路 这是一个由集成运放组成的放大电路 引入了负反馈 这个电路有两个任务 一是把电磁唱头输出的约3mV左右的微弱信号先行放大到几十毫伏或几百毫伏 再送入前置放大器 二是进行频率特性的去均衡 去均衡网络由负反馈元件组成 34 35 6 1 2电唱机 电唱机主要由电动机 拾音头 拾音臂 传动机构 转盘和机箱等组成 对高级电唱机往往还有频闪测速 唱盘水平调节 转速微调 音臂自动升降 自动放唱等附属装置 电唱机的传动方式可采用摩擦传动 带传动和直接传动等方式 其中 直接传动方式比较好 转速非常稳定 抖晃率可在0 03 以下 信噪比高于60dB 36 电动机是驱动装置的核心 电机速度的稳定性 决定了整个电唱机拾音效果的好坏 拾音头和拾音臂组成了拾音器 拾音器是在唱片放音时完成力 电转换的一种换能器 其作用是把唱针沿唱片槽纹运动做的机械功率转换为相应的电信号 由于拾音器担任能量转换的重任 因而是电唱机中最重要 也是最薄弱的环节 电动机 37 拾音臂对重放声音的音质影响很大 它不但要保持唱头在唱片上轻巧 灵活 平滑地运行 而且拾音臂不应随唱针的振动而发生共振 如有任何缺陷 都将影响电唱机的放唱质量 拾音臂大致可分为两大类 一类是支点式拾音臂 它的臂前端弯曲 并以支点为中心转动 从而使唱针沿声槽平滑地移动 另一类是线性跟踪臂 它与刻纹头一样 使唱针沿直线移动 其失真较前者小 但构造复杂 目前使用不普遍 拾音臂 38 拾音臂 拾音臂按形状有以下三种 图6 6拾音臂的形状 a 直线型 b J型 c S型 39 转盘 优质的转盘是高档电唱机的另一个重要标志 应该具有很高的加工精度 质量大且必须进行动平衡校正 使其运转平稳以减小抖晃率 提高信噪比 40 声槽刻纹所记录的音乐信号是通过唱针来拾取的 并经过拾音臂使磁铁振动而转变为电信号 目前高质量电唱机使用的唱针 基本上都是人造宝石或钻石制做的 前者的寿命可播放几百次 后者寿命达几千次 从针的断面形状来分有圆形和椭圆形唱针两种 椭圆形唱针具有优越的性能 由于其研磨加工比较困难 所以只在高级唱机上使用 唱针 41 唱头的种类很多 早期普及型唱机采用晶体型 CR 和陶瓷型 CE 唱头 近年一般选用可动铁型 MI 可动磁铁型 MM 或动圈型 MC 唱头 唱头 1 陶瓷型 这种类型的唱头是利用陶瓷晶体产生的压电效应制成的 这种类型的唱头不需要均衡电路 但是音质不如其它型式的好 所以高质量的唱机几乎不采用 42 唱头的种类很多 早期普及型唱机采用晶体型 CR 和陶瓷型 CE 唱头 近年一般选用可动铁型 MI 可动磁铁型 MM 或动圈型 MC 唱头 唱头 2 可动磁铁型 在唱头中 它是主要的一种 因为它的频率特性 音质都比较好 价格适中 所以被广泛使用 它的工作原理是利用磁铁在磁场中振动而产生电信号 43 唱头的种类很多 早期普及型唱机采用晶体型 CR 和陶瓷型 CE 唱头 近年一般选用可动铁型 MI 可动磁铁型 MM 或动圈型 MC 唱头 唱头 3 动圈型 这种类型的唱头 其磁铁是固定的 它的工作原理是利用线圈在磁场里振动而产生电信号 其音质清彻透亮 由于其输出信号很小 所以需要另配专用的前置放大器 基本上不能更换唱针 价格昂贵 44 不论哪一种类型的唱头 其原理都是由于唱针的振动而使得通过线圈的磁通量发生变化 因此在线圈上就产生了感应电动势 唱针拾取唱片声槽的振动信号后 通过悬臂使另一端的微小磁铁产生振动 于是通过磁铁的磁通量将发生变化 使线圈产生感应电动势 唱头 45 电唱机按放唱操作的自动化程度可分为五种 1 全手控唱机 一切控制都由使用者自己操作 2 半自动唱机 只需使用者将音臂抬起移离托臂架 其余放唱过程全部自动完成 3 自动唱机 只需使用者开机 其余放唱过程全部自动完成 自动装置 46 4 自动换片唱