现代音响与调音技术课件第15次课.ppt

1 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 2 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 3 均衡器使用的电路不同 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 根据均衡的声音信号的声道数 又可分为单声道频率均衡器和双声道频率均衡器 根据其他参数 如中心频率 是否可调 可分为图示均衡器和参量均衡器 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 4 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 31段频率均衡器 以选择1 3倍频程为好 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 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 镲 三角铁 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 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 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 80 160 这个频段的声音主要表现音乐的厚实感 音响在这部分重放效果好的话 会感到音乐厚实有底气 如果表现不好 音乐会有沉闷感 甚至是有气无力 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 10 实践证明 在150 500Hz频段影响语音的清晰度 2 4kHz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欠佳 缺乏色彩与细腻的魅力 11 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 12 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 13 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 14 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 15 5 2压缩 限幅器 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 以免许多信息在背景噪声中浪费掉 以保证信号传输不失真 为什么要使用压缩 限幅器 16 压缩限幅器简称压限器 Compressor Limiter 具有压缩和限幅两种功能 主要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 什么是压缩 限幅器 17 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 例如 话筒受到强烈碰撞 使声源信号发生极大的峰值 或者插件接触不良或受到碰击产生瞬间强大电平冲击 有可能使功放和扬声器系统的高音单元受到损坏 使用压限器可以使它们得到保护 18 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 19 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 阈值电平4 6 应提升的信号电平应衰减的信号电平 20 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 A B 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 使压缩器的输出信号增加1dB 所需增加输入信号的dB数称为压缩比率 简称压缩比 或压缩曲线的斜率 例如对于4 1的压缩比率 输入信号增加8dB 其输出值将增加2dB 图压缩特性 21 所以 在信号超出阈值电平后压缩器降低增益和在输入信号降至低于阈值电平之后压缩器恢复增益的速度必须确定 也就是它们应按要求跟上信号的变化 可见此速度分别取决于信号增加的时间和恢复的时间 虽然人耳对信号响度的感觉与其均方根值成比例 短时间内的高峰值并不显著增加信号的响度 但为了避免信号峰触发压缩 需调节信号增加时间 以便使波形超过阈值电平的时间足够构成平均电平的增加 22 如果信号的恢复时间太短 当增益增加时 背景噪声急剧升高 就会听到 砰砰 嘟嘟 和 卜卜 声 为了避免以上现象 可将恢复时间延长 以便让超过阈值的波形漂移地恢复 只使增益降低一半 这些超过阀值的漂移使增益保持下降 然后逐步回复到正常状态 这就可使背景噪声电平的增加不那么明显 并使随后所需的任何增益变化不那么激烈 恢复时间是指增益恢复至本身无增益下降值时的一定百分比 通常为63 所需的时间 如果恢复时间太长 信号强的部分所引起增益的下降会持续至弱的部分 使弱的部分听不见 23 压缩器变化的过程是需要时间的 当输入电平升高到阈值电平之上时 压限器的增益下降需要一段时间 这个时间称为压限器的起控时间 同样在输入信号降到低于阈值电平之后 压限器的增益要升高 这也需要一段时间 这个时间称为压限器的恢复时间 在压限器中这两个时间通常是可调的 为了不让听者察觉到压缩增益的变化过程 起控时间尽量要短 一般设计在100us 1ms之间 恢复时间则适当延长一些 一般设计在0 1 0 3s之间 以免增益迅速变化而使信号产生调幅失真 但时间也不能过长 否则 压限器的变化会跟不上节目的节奏变化 24 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 A B 当压缩比率较小时 信号失真小 线性好 不会出现压缩的迹象 听感自然 我们称此时为软压缩 压缩比率大时 线性较差 并带来信噪比降低 称之为硬压缩 当压缩比率超过10 1时 进入硬压缩 大压缩比率可以确保高电平信号不过荷 这时声音产生密集感 使平均响度增加 对扬声器不利 因此选择压缩比率要依据输入信号动态而定 不可盲目而定 25 阈值电压的调整与压缩比率有一定的关系 通常是当压缩比率选择大时 阈值电压可以提高些 此时会使压缩后的信号产生较小的非线性 以致尽量减少对信号形象的破坏 而压缩比率较小 阈值电压要选低些 阈值电压定得太低会使输出电平不足而且信噪比差 阈值电压定得过高则输出失真加大 总之 对于阈值电压的确定应以最终处理后的信号电平刚好不超过设备允许最大动态范围为依据 也就是既充分利用设备的动态余量 又达到压缩的目的 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 A B 26 当压缩器的压缩比无限增大到某一数值时 压缩器就成为了限幅器 也就是说 限幅器是对超过一定电平的信号进行无限压缩 这个信号电平称为限幅电平 输入信号电平 输出信号电平 无限压缩意味着不管输入信号电平变化多大 输出信号电平都没有变化 此时的压缩比可理解为 1 为了防止信号过饱和失真 通常设定一个阈值电压来限制节目中的峰值信号 假设限幅电平为0dB 当节目信号电平低于0dB时 信号无变化通过 当节目信号高于0dB时 信号将保持0dB输出 以防止超出设备的动态范围而引起过激失真 实际应用中 当压限器的压缩比超过10 1时 便可将压限器看作限幅器 限幅电平 27 限幅器大都用在录音系统 以避免信号的瞬间峰值达到它们的满振幅而使磁带过负荷 因为磁带的动态范围很小 只有60dB左右 压限器的技术指标主要包括阈值电平 上升时间 恢复时间 压缩比率 输入和输出增益 信噪比 频率响应及总谐波失真等等 28 图5 13压控型压缩器框图 它由检波器和压控放大器 VCA 组成 其中检波器不仅用来检出与信号电平相对应的直流电压或电流以便控制压控放大器的增益 而且决定动作时间和恢复时间的长短 检波方式有峰值检波和有效值检波 前者反应速度快 但压缩量与响度之间的对应关系不好 后者反应速度慢 但压缩量与响度之间的对应关系较好 为了兼有二者的优点 可以同时采用峰值检波和有效值检波 检波器的输入信号可以取自放大器的输入端 也可取自放大器输出端 29 当加在漏极D与源极S之间的信号电压小于0 1V时 漏 源极之间的等效电阻RDS将随由上述检波器检波电压得到的栅源负偏压UGS而变 当UGS 0时 RDS最小 约为几百欧姆到几千欧姆 栅源负偏压越大 RDS也越大 栅源负偏压等于场效应管的夹断电压Up时 RDS可达107 以上 漏源之间的等效电阻随栅源负偏压变化范围可达104倍 用这种压控可变电阻控制放大器增益 很容易使压控放大器的增益控制范围做到50dB以上 压控放大器一般都采用压控可变电阻来控制增益 图5 14 a 为场效应管压控可变电阻原理图 30 下面通过日本YAMAHA公司的GC2020B 产品介绍压限器的使用 其主要技术指标为 信噪比 90dB 总谐波失真 0 05 频响20Hz 20kHz 2dB 5 2 3压限器的应用 前面板 键钮功能 后面板 接线端口 31 5 2 3压限器的应用 前面板 键钮功能 这是设备的交流电源开关 按一次为开 ON 再按一次为关 OFF 电源接通后对应指示灯亮 压限器通常都具有两个通道 即 通道1 CHANNEL1 和 通道2 CHANNEL2 它们有两种工作制式 一种是立体声制式 一种是双单声道制式 这个按键就是用来进行工作制式选择的 32 1 抬起此键 为 双单声道 DUALMONO 制式 此时 通道1 和 通道2 相互独立 这是标准工作状态 该压限器被认为是两个分离的压缩 限幅单元 可以分别处理两路不同的信号 2 按下此键 为 立体声 STEREO 制式 此时 通道1 和 通道2 是相关联的 两通道同时工作 只要一个通道有信号输入 两个通道都会产生压缩限幅的作用 33 前面板 键钮功能 压限器输入 输出选择开关 COMPIN OUT 压限器旁路开关 按下此键 IN 位置 压缩 限幅电路接入压限器 信号可以进行压缩 限幅处理 该键上方的工作状态指示灯亮 抬起此键 OUT 位置 压缩 限幅电路将从压限器中断开 信号绕过压缩 限幅电路直接从输出放大器输出 不进行压缩 限幅处理 指示灯灭 34 增益衰减指示 这个指示表用dB表示增益衰减来显示压限器处理的信号 共分五档 0 4 8 16和 24dB 35 噪声门的控制及指示 它是一个独立的功能键 可以有效地去除节目间歇时背景的杂音和噪声 可以通过旋钮设置一个门限电平 噪声门的门限电平一般设置为节目信号电平的最低值 使所有节目信号可以毫无损失的通过 当节目信号中产生间歇时 即门限电压之上没有信号 低于门限电压的杂音和噪声信号被有效地消除 达到静音的效果 36 压限器阈值 门限 调节旋钮 决定当输入的节目信号电平为何值时 压缩器将对其进行压缩或限幅 压缩比选择用来确定超过阈值的信号的压缩比 所谓压缩比是指输入信号电平变化与输出信号电平变化的比值 压缩比为1 1时 压缩器没有对信号进行压缩 压缩比为2 1时 输出信号的变化仅为输入信号的一半 压缩比为 1时 无论输入信号将如何变化 当信号超过某个电平时 压缩器将保持常数输出 压缩比选择 高压缩比可以保持乐器声久远 而低的压缩比通常用来使声音圆润 减少颤动 特别是当说话音和歌唱者走近或远离麦克风时 37 所谓启动时间是指当信号超过阈值时 多长时间内压缩功能可以全部展开 或选择用来决定当信号超过阈值时 对其进行压缩所需的时间 单位为ms 它的范围0 2 20ms 启动时间的选择很大程度上取决于被处理的种类和希望得到的效果 启动时间过短会导致节目信号充分压缩 通常用来使声音圆润 在采用高压缩比使乐器声音保持久远的情况下就可选择比较长的启动时间 启动时间 起控时间 调节旋钮 38 释放时间 恢复时间 调节旋钮 释放时间是指当信号低于阈值时 对其解除压缩所需的时间 与前面讲的恢复时间是一样的 这个旋钮就是用来调节释放时间长短的 它的调节范围为50ms 2s 当节目信号经过压缩后其电平值小于阈值时 如果没有这个释放时间 压缩器立即停止压缩 会导致信号突变 而释放时间的设置是使压限器在给定的时间范围内 对信号解除压缩 不会造成突变 39 释放时间长些 将有助于声音的衔接 使音量不会出现突然跳跃的感觉 若过长 后面的信号电平即使幅度没超过门限值 也会被压缩 会使这部分信号的动态范围发生改变 释放时间的调整是与节目的节奏及速度有关 较长的释放时间适用于速度较慢的节目以及宽广 辉煌的乐段 保证节目的音尾的完整性和丰满度 而节奏快的节目就要适当减短释放时间 如轻音乐 摇滚乐等音乐节目 若释放时间不适当的选择过短 甚至短于声音的自然衰减时间 就会出现断续的声音 40 输入 输出电平调节旋钮 输入电平调节旋钮 INPUT 这个旋钮用来控制压限器的输入灵敏度 使压限器能接受宽范围的信号 输出电平调节旋钮 OUTPUT 这个旋钮用来控制压限器输出信号的大小 其控制范围与 INPUT 相同 41 输入 输出端口 两组 压缩检测器输入 输出端口 压限器主要由两部分组成 即压控放大器部分和检波电路部分 这里的检测器实际上就是压限器原理中介绍的检波电路部分 检测器输出端口 DETECTOROUT 直接与压控放大器 VCA 的输入端相连 见图5 17 取自VCA输入端的信号经耦合棒送入检测器输入端 DETECTORIN 经处理后控制VCA的增益 从而对压限器输入信号完成压缩 限幅等功能 后面板 接线端口 42 输入 输出电平选择开关 控制电平匹配 使使压限器的输入 输出电平与所接设备的输出 输入电平匹配 后面板 接线端口 DETECTORIN OUT还有一个功能 把混合在背景音乐如伴奏声中的人声突出来 具体的做法是 背景音乐通道经压缩器后再与人声信号合成 即将背景音乐通道的 DETECTOROUT 与人声信号通道的 DETECTORIN 直接相联 此时背景音乐通道受人声信号通道控制 背景音乐通道的压缩比可以调整至无论何时讲话者说话 背景音乐信号就会及时减弱 突出人声 人声过后背景音乐又恢复 43 5 3电子分频器 经扬声器系统原音重放时 如果使用全频带音箱送出全频带音频信号 那么 150Hz或200Hz以下的低频声能量要占到全频带声能量的一半左右 尽管它的音乐内容只是在整个音乐中的低音打击乐部分 和弦的基音部分和极低音区 但其能量却很大 而且如果低音和高音在同一个通道中传输 放大 直至还音 会对中高音有一定的损害 往往会对能量比较小的中高音形成一种掩蔽作用 使中高音成分细腻的部分和音色之间细小差异的表现受到限制 降低了音乐的层次感 所以在均衡器调整中要提升中高音区和适当衰减低音区 这就是原因之一 44 虽然音箱内本身设有无源分频器和衰减器 分别用来分离高低音单元和能量平衡 但处理效果不及电子分频器 电子分频器是一种有源分频器 通常用在大型或高档次的扩声系统中 它可以提高音频功率放大器的工作效率 减少无用功率 降低扬声器系统的频率失真度 从而提高扬声器的还音质量 45 电子分频器具有选择频率点分离音频信号的功能 它是对全频带音频信号进行分频处理的 按照分离频段的不同可分为二分频 三分频和四分频电子分频器 无论哪种分频器 要分离音频 就必须有选频特性 而且 要有一定的带外衰减 电子分频器主要由高阶低通 高通或带通及晶体管或集成运放构成的有源滤波器组成 将中高音频和低音频进行分离放大和传输 用不同的功率放大器分别带动纯低音和中高音扬声器系统 从而增强声音的清晰度 分离度和层次感 增加音色表现力 此时 音箱内部的无源分频器不再起作用 46 由有源高 低通滤波器组成的高 低二分频的原理电路 从前级输出的信号通过电容C1送到V1管的基极 V1是一个共集电极的放大电路 从发射极输出后送入到电容C2和R8中 这是两个滤波电路 电容C2 R4 C3 R6 V2组成的是一个高阶的高通滤波器 R4引入了反馈 使得高通滤波器的幅频特性更接近于理想状态 电阻R8 C4 R9 C5 V3组成的是一个高阶的低通滤波器 同样的电容C5引入了反馈 改善了低通滤波器的实际幅频特性 47 1二分频电子分频器二分频电子分频器是由一个高通和一个低通滤波器组成的 它将音频信号分为低音和高音两个频段 设有一个低频和高频交叉的频率点 称为分频点 也就是二分频的分频器只有一个分频点 其频响特性 即分频特性 如图所示 48 二分频电子分频器主要用于二分频音箱或中高音音箱和纯低音音箱的组合 其连接方法分别如图所示 49 2 三分频电子分频器三分频电子分频器是由一个高通 一个带通和一个低通滤波器组成的 它将信号分为低音 中音和高音三个频段 设有低 中和中 高两个分频点 其频响特性如图所示 50 三分频电子分频器主要用于三分频音箱或中高音二分频音箱和纯低音音箱的组合 其连接方法分别如图所示 51 3 四分频电子分频器四分频电子分频器是由一个高通滤波