数字音频期末总复习

1、课程内容 l 音响技术基础（高保真音响组成、听觉基本特性和影响音响效果的因素、声像定位原理、立体声原理、室内声场特性）l 音频设备与音频处理技术（电声器件、调谐器、录音座、均衡器、混响器、功放的工作原理、音频处理技术及电路分析与设计）l 数字音频技术（数字音频的记录和重放原理，数字音频的编码、压缩、纠错、解码，数字音频处理技术及应用软件，数字音频设备的结构、电路分析与设计）第一章 音响技术基础1.1 概念l 音响：通过放声系统重现的声音l 音响系统：能够重现声音的放声系统l 高保真：能如实地重现原始声音和原始声场，并能对音频信号进行适当的加工修饰，使重现的声音优美动听的系统称高保真音响系统 高

2、保真（HighFidelity，HiFi）三属性 l 如实地重现原始声音（可用声压的幅度、频率和频谱3个客观参量来描述，或用声音的音量、音调和音色3个主观参量来描述）l 如实地重现原始声场（室内声场是由声源、直达声、反射声和混响声构成的。由直达声判断发声方位，反射声和混响声给人一种空间感和包围感，感受到现场的音响气氛）l 能够对音频信号进行加工修饰（音频信号在录制、传输和重放过程中，不可避免地会产生各种失真，需进行适当的均衡补偿和加工处理，以恢复原有音质） 1.2 高保真音响系统l 由高保真音源、音频放大器和扬声器系统3部分所组成。其音响效果与系统的设备配置和室内声学特性有关调谐器录音座电唱机

3、CD唱机影碟机传声器高保真音源前 置放大器功 率放大器图 示均衡器分频器音箱分频器音箱LR音频放大器扬声器系统高保真音源有：调谐器、录音座、电唱机、CD唱机、影碟机和传声器等。 前置放大器：选择音源并进行音频电压放大和音质控制。设有音量控制、响度控制、音调控制、平衡控制、低频和高频噪声抑制等音质控制电路-音质控制中心。图示均衡器：对音质可进行精细调整，以减小各种噪声，补偿房间声学缺陷，弥补左右音箱的频率特性差异。 5l 功率放大器：放大来自前置放大器的音频信号，产生足够的不失真功率，以推动扬声器发声。功率放大器处于大信号工作状态，动态范围很大，容易引起非线性失真，因此，它必须有良好的动态特性。

4、l 扬声器系统：由扬声器、分频器和箱体3部分组成，其作用是将功率放大器输出的音频 信号分频段不失真地还原成原始声音。61.3 电声性能指标l 有效频率范围：频率特性或频率响应，是指各种放声设备能重放声音信号的频率范围，以及在此范围内允许的振幅偏差程度（允差或容差）。l 谐波失真：音频信号通过放大器时产生新的各次谐波成分，由此而造成的失真称为谐波失真。 7l 信噪比：信号噪声比，是指有用信号电压与噪声电压之比，记为S/N，通常用分贝值表示：l l ll 式中us为有用信号电压，uN为无用噪声电压。信噪比越大，表明混在信号里的噪声越小，重放的声音越干净，音质越好。通常有不计权信噪比和计权信噪比两种

5、表示方法。 91.4 现代音响技术l 现代音响技术沿着集成化、数字化、高保真和智能化的方向不断发展。l 高保真电路技术主要表现在4个方面，即扩展有效频率范围，减小各类失真，降低各种噪声，增强立体声效果。10数字音响技术音响技术基础2.1 声波性质声音：声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受。声音由声源振动、声波传播和听觉感受3个环节所形成。 声速与媒质的密度、弹性等因素有关，而与声波的频率、强度无关。当温度改变时，由于媒质特性的变化，声速也会发生变化。 c=f1l 声压：当有声波存在时，在原来的静态气压上附加了一个压力的起伏变化。这个由声波引起的交变压强称为声压。l 声压的大小表示声波的

6、强弱。在一定时间内，瞬时声压对时间取均方根值称为有效声压。正常人能听到的最弱声音约为2×10-5 Pa，称为参考声压，用符号Pr表示。l 人耳主观感受的响度正比于声压的对数值。l SPL为声压级，Pe为声压有效值，Pr为参考声压。l 声波在传播中会产生反射、绕射和干涉等现象。 2.2 听觉的基本特性l 听觉形成的基本机理：由声源振动发出的声波，通过外耳道、鼓膜和小听骨的传导，引起耳蜗中淋巴液和基底膜的振动，并转换成电信号，由神经元编码形成脉冲序列，通过神经系统传递到大脑皮层中的听觉中枢，产生听觉，感受到声音。l 人耳能够接收频率为20Hz20kHz的音频；可以感受声压为2×

7、10-52×102 Pa的声波。l可闻声、听阈和痛域 l 可闻声是指正常人可以听到的声音频率范围：20Hz20kHz，称为音频。20Hz以下称为次声，20kHz以上称为超声。人耳对中频段14kHz的声音最为灵敏，对低频和高频段的声音则比较迟钝。l 正常人能听到的强度范围为0140dB。使声音听得见的最低声压级称为听阈，它和声音的频率有关。l 使耳朵感到疼痛的声压级称为痛域，120dB时，人耳感到不舒适；声压级大于140dB时，人耳感到疼痛；声压级超过150dB时，人耳会发生急性损伤。响度、音调和音色（声音三要素） l 响度俗称音量，是指人耳对声音强弱的主观感受。响度不仅正比于声音强度

8、的对数值，而且与声音的频率有关。l 规定以1000Hz纯音的声压级定义为响度级，单位为“phon”(方)。l 在放音时，特别是小音量放音时，为了不改变原始音色，就应借助等响曲线所揭示的听觉特性对低频和高频进行频率补偿，这就是所谓响度控制电路。等响曲线6 l 音调又称音高，是指人耳对声音音调高低的主观感受。音调主要决定于声音的基波频率，基频越高，音调越高；同时还与声音的强度有关。音调的单位是“美”，频率为1000Hz、声压级为40dB的纯音所产生的音调定义为1美。l 声音基频每增加一个倍频程，音乐上称为提高一个“八度音”。l 音色是指人耳对声音特色的主观感受。音色主要决定于声音的频谱结构，还与声

9、音的响度、音调、持续时间、建立过程及衰老过程等因素有关。l 声音的频谱结构用基频、谐频数目、幅度大小及相位关系来描述。听觉灵敏度l 听觉灵敏度是指人耳对声压、频率及方位的微小变化的判断能力。l 声压级在50dB以上时，人耳能分辨出的最小声压级差约为1 dB；而声压级小于40 dB时，要变化13 dB才能觉察出来。l 频率为1000Hz、声压级为40 dB的声音，变化3Hz就能觉察出来，当频率超过1000Hz、声压超过40 dB时，人耳能觉察到的相对频率变化范围（f/f）约为0.003。掩蔽效应l 掩蔽效应是指同一环境中的其它声音会使聆听者降低对某一声音的听力。l 一个较强的声音往往会掩盖住一个

10、较弱的声音，特别是当这两个声音处于相同的频率范围时。 2.3 立体声基本原理l 立体声是一个应用两个或两个以上的声音通道，使聆听者所感到的声源相对空间位置能接近实际声源的相对空间位置的声音传输系统。l 立体声成分：l 第一类为直达声。直达声能帮助人们确定声源方位。l 第二类为反射声。反射声给人空间感，可以感受到音乐厅的空间大小。l 第三类为混响声。由于大量的反射声在厅堂内经过各个边界面和障碍物多次无规则的入射和反射，形成漫无方向、弥漫整个空间的散射，即使乐器停止发声后，厅堂内的声音仍延续一个瞬间，这种袅袅余音称为混响声。建立起来的混响声从强度最大值到衰落60 dB为止，这段时间称为混响时间。混

11、响给人包围感，可以感受到声音在三维空间环绕。l 反射声和混响声共同作用，综合形成现场环境音响气氛，即产生所谓临场感。 10立体声的特点l （1）具有明显的方位感和分布感l 用单声道放音时，即使声源是一个乐队的演奏，聆听者仍会明确地感到声音是从扬声器一个点发出的。而用多声道重放立体声时，聆听者会明显感到声源分布在一个宽广的范围，主观上能想象出乐队中每个乐器所在的位置，产生了对声源所在位置的一种幻像，简称为声像。幻觉中的声像重现了实际声源的相对空间位置，具有明显的方位感和分布感。l （2）具有较高的清晰度l 用单声道放音时，由于辨别不出各声音的方位，各个不同声源的声音混在一起，受掩蔽效应的影响，使

12、听音清晰度较低。而用立体声系统放音，聆听者明显感到各个不同声源来自不同方位，各声源之间的掩蔽效应减弱很多，因而具有较高的清晰度。l （3）具有较小的背景噪声l 用单声道放音时，由于背景噪声与有用声音都从一个点发出，所以背景噪声的影响较大。而用立体声系统放音时，重放的噪声声像被分散开了，背景噪声对有用声音的影响减小，使立体声的背景噪声显得比较小。l （4）具有较好的空间感、包围感和临场感l 立体声系统能比单声道系统更好地传输近次反射声和混响声。音乐厅里的混响声是无方向性的，它包围在听众四周；而近次返射声虽然有方向性，但由于哈斯效应的缘故，听众也感觉不到反射声的方向，即对听感来说也是无方向性的。单

13、声道系统中，重放的近次反射声、混响声都变成一个方向传来的声音；而立体声系统中，能够再现近次反射声和混响声，使聆听者感受到原声场的音响环境，具有较好的空间感、包围感和临场感。 听觉定位机理(平面、距离、高度）l 1、声源平面定位l （1）时间差l （2）相位差ll （3）声级差l （4）音色差 l 2、 声源距离定位人耳对声源距离的定位，在室外主要依靠声音的强弱来判断，在室内则主要依靠直达声与反射声、混响声在时间上、强度上的差异等因素来判断。l 3、声源高度定位由声波在垂直面上的入射角（仰角）和直线距离决定。l 耳壳效应：耳壳有特殊形状，声波由不同方向入射到不同部位，反射到耳道口的声程不同，时间

14、差形成反射波与直达波在不同频率上的叠加，形成一种和声源方向有关的梳状频谱特性，耳壳神经据此判断声源方位（4kHz有效）双扬声器定位 实验装置双扬声器声像定位 l 聆听重放的立体声时，听觉器官幻觉中的声源位置称为声像。声像分布、声像清晰度是最终体现立体声效果的要素。l 实验结果：当两声道信号完全相关时，聆听者感觉到的是点状声像；当信号不完全相关时，形成的是统一的较宽的声像；如果放送的两个信号互不相关，无论强度差或时间差为何值，聆听者均感到两只扬声器各发出各自的声音。l 声像分布：当聆听者位于双扬声器中心线时，感觉到的声像分布与声源声级差、频谱差、相位差及时间差有关。声像分布与声级差及频率域的关系

15、 l 声像分布与声级差及频率域的关系，用正弦定理来描述：l 式中是声像方位角，是聆听角，L、R分别为左、右两声道的信号强度，K是修正系数。当信号频率f700Hz时，K = 1；当f700Hz时，K = 1.4 l 在制作立体声节目时可用一个以700Hz为转折频率的“阶梯频响校正电路”，使高于700Hz的信号强度下降3dB，校正特性如图28所示。这种预先校正可以避免复音声像变宽，清晰度下降的现象。700f(Hz)3dB10.707K图2-8 阶梯频响校正特性18声像清晰度（与声像宽度有关）l 宽度越小，声像清晰度越高。因为人对声源的方向定位精度会随着偏离正前方而下降，所以声像的宽度在扬声器基线上

16、也不是等宽分布，靠近扬声器处声像宽度增大。实验证明：在基线的中间段，室内听音的声像宽度约为7B%，户外听音的声像宽度约为9B%；在基线两侧扬声器处，声像宽度达20B%，声像清晰度下降。聆听者在最佳位置聆听立体声时，最多能辨别的声像数约为710个。l 扬声器的间距，即基线长度B的最佳值为23.4m，最佳聆听区在中心线两侧一个狭长的区域内。双声道立体声拾音l 1、AB制：AB制拾音方式是将两只型号及性能完全相同的传声器并排放置于声源的前方，传声器可选用全指向性的或单指向性的。l 2、XY制：XY制拾音方式采用两只型号及特性完全一致的传声器，上下靠紧安装在一个壳体内，构成重合传声器。两只传声器的指向

17、性主轴形成90120°的夹角，采用这种拾音方式，两只传声器拾得的信号几乎不存在时间差和相位差，而只有声级差。 l 3、MS制：MS制拾音方式是将一只传声器M的指向性主轴对着拾音范围的中线，而另一只传声器S的指向性主轴则向着两边，两只传声器的指向性主轴夹角为90°。通常，M传声器采用全指向性或心形传声器，而S传声器则必须采用双指向性传声器。l 4、仿真头制：用立体声耳机收听，真实感很强，立体声效果很好。但是，不能用双扬声器来放声，否则会引起附加的时间差和声级差，立体声效果很差。+MS左声道右声道L=M+SR=MS图2-11 M-S制拾音方式222.4 室内声学 l 音响效果与

18、室内声学特性有着密切的联系。l 对音响效果有决定作用的室内声学特性包括3个方面，即室内声场分布、隔音效果和混响效果。l 混响时间：混响声从最强值到衰落60dB为止，所经历的时间称为混响时间。 混响时间估算l 最佳混响时间：混响时间过短，只能听到直达声和近次反射声，使人感到声音干闷。混响时间过长，混响声会掩盖或干扰后面发出的声音，有隆隆声的感觉，从而降低了清晰度。l 语言录音室，为保证清晰度，应使混响时间短些，如0.30s左右；对于以语言为主的大型会场，混响时间也不宜过长，可选取0.81s左右；对于剧院、音乐厅等以音乐为主的场所，其混响时间可稍长些，约12s左右。l 吸声材料：吸声材料用于室内声

19、学处理，以控制混响时间。由于粘滞性、热传导性和分子吸收效应，吸声材料可把声能转变为热能。 第 二 部分 音频处理技术和设备l 3.1 调谐器l 调谐器有调幅（AM）和调频（FM）两类。l AM调谐器可接收频率范围为5351605kHz的中波广播，以及频率范围为2.222 MHz的短波广播。FM调谐器可接收频率范围为88108 MHz的普通调频广播和调频立体声广播。其中调频立体声广播是高保真音源。调谐器组成框图调谐回路高放混频中放检波音频信号fsfi本振fvAM调谐器AM调谐回路高放混频中放鉴频解码fsfi本振fv调频头FMFM中频电路音频信号图31 调谐器的基本组成方框图调谐器的主要性能指标l

20、 1、噪限灵敏度：表示调谐器接收微弱信号的能力。它指输出功率达到参考值且信噪比符合要求时，天线端所需要的输入信号强度。灵敏度值越小，表示灵敏度越高，能接收的电台数就越多。l 噪限灵敏度一般用天线端所需输入信号的电压值（V）来表示。l 2、双信号选择性：指调谐器在有用信号存在时，对邻近频道干扰信号的抑制能力。它反映了调谐器的实际抗干扰能力，故又称为有效选择性。3、分离度l 表示调谐器将立体声复合信号分离为左、右声道信号的能力。l 左声道的分离度SL=20lg（L信号在L声道的输出电压/R信号在L声道的输出电压）l 分离度值越高则分离度越好。3.2 调谐器的高频、中频电路l 1、电子调谐原理：利用

21、变容二极管的变容特性进行回路调谐的方式称为电子调谐或电调谐。变容二极管在反偏应用时，其结电容CD会随反偏电压（又称调谐电压）UD的大小而变化。CDUD之间呈现的指数函数关系，称为变容二极管的变容特性。为减小非线性失真，通常应使UD在UminUmax范围内取值。0UDminUDmaxUDCDminCDmaxCD变容二极管的变容特性l 电子调谐器原理电路如图3-3(a)所示。图中CD为变容二极管反偏应用时的结电容，调谐电压+UD经隔离电阻R1加到变容二极管负极，C1为滤波电容。该调谐回路的谐振频率为(a）强信号结电容漂移，（b）为常用l 当改变调谐电压UD时，结电容CD随之变化，使调谐回路的谐振频

22、率产生变化，实现了电子调谐。该电路尚有缺点，当调谐回路中高频信号较大时，变容二极管两端承受较大的交变电压，使其结电容值产生漂移，造成失谐和失真。为此，常用3-3(b)所示的调谐回路，图中对偏置电压和调谐电压而言，VD1和VD2互相并联，引起相同的电容变化量；对高频交变信号而言，两管串联，其结电容漂移量互相抵消。电调谐调频头电路 l 电子调谐器可分为模拟和数字式两类。模拟方式利用电位器改变UD实现电子调谐，数字方式则借助微处理器控制UD实现电子调谐。l 日本三洋公司产品LA1260是具有代表性的FM/AM中频集成电路。实际电路3.3 立体声解码l 导频制立体声复合信号l 在传输左右声道信号的同时

23、，插入一个导频信号，组成导频制立体声复合信号。l 1、表示式l 导频制立体声复合信号可用下式表示：l 式中L、R分别在左、右声道信号；为副载波角频率，相应的副载波频率为；P为导频信号振幅，导频频率为19kHz。 l 立体声复合信号含有3种信息：l （1）左右声道的和信号(L+R)主信道信号。普通调频收音机也能解调出这部分信息，放送单声道声音，实现了兼容性。l （2）左右声道的差信号(L-R)与副载波cosst经平衡调制后获得的双边带信号 (L-R)cosst 副信道信号，用来传送立体声的方位信息。l （3）导频信号，为接收机恢复副载波提供参考信号。2、频谱图l 导频制立体声复合信号的频谱图中主

24、信道M=L+R占据015kHz的音频频带；副信道占据2353kHz的超声频带；中间插有导频信号19kHz；SCA是附加信道，用来传输辅助通信业务。根据频谱图，利用频分法，接收端可将三部分信号分开。这是矩阵式解码器的理论依据频谱图、波形图3.波形图l 导频制立体声复合信号波形具有下述特点：l (1) 波形的包络分别反映了左、右声道信号L、R的变化规律，分别称之为L包络和R包络。l (2) 包络之间是38kHz副载波。在L、R包络交点处，副载波相位突变180°。l (3) 副载波的正峰点始终对准L包络，负峰点始终对准R包络。l 采用时分法，通过电子开关切换复合信号，可将左、右声道信号分离

25、，此即开关式立体声解码的理论根据。l矩阵式立体声解码器15kHz低通幅度调整2353kHz带 通同步检波低通矩阵电路19kHz选频倍频反相矩阵电路放大·LR复合信号LRL+R（LR）38kHz19kHz图3-8 矩阵式立体声解码器工作原理 l 从鉴频器送来的立体声复合信号被放大后分3路进行滤波。一路经015kHz低通滤波器分离出主信道信号（L+R），再经幅度调整送入矩阵电路。二路经19kHz选频网络提取导频信号，再经倍频获得38kHz副载波送入同步检波器。三路经2353kHz带通滤波器分离出副信道信号（LR），再经同步检波器解调出左右声道差信号（LR），送入矩阵电路，左右声道和差信号

26、叠加得到左声道信号L；另一部分差信号经反相送入另一矩阵电路与和信号叠加得到右声道信号R。 开关式立体声解码器l 开关信号的形成方法：开 关电 路副载波形 成低 通低 通开关信号复合信号·LR图3-9 开关式立体声解码器ll 倍频法利用19kHz导频信号倍频形成38kHz开关信号。l 锁相法以19kHz导频信号为参考信号，控制锁相环形成38kHz开关信号。l开关解码波形分析锁相环副载波发生器l 锁相环副载波发生器原理方框图如图3-11所示。它由正交鉴相器、低通滤波器、压控振荡器（VCO）和两个二分频电路的组成，以19kHz的导频信号为参考信号，输出38kHz的副载波开关信号。正交鉴相低

27、通压 控振荡器二分频Ud(t)Uc(t)19kHz76kHz38kHzfrfvfk二分频fd19kHz图3-11 锁相环副载波发生器分析正交鉴相器是由双差分模拟乘法器构成的，经低通滤波器输出的鉴相电压Uc(t)决定于导频信号和再生19kHz开关信号的相位差值，可用下式表示l 式中：Kc是鉴相器与低通滤波器的传输系数，是导频信号的初相位，而是鉴相器两个输入信号相差90°（正效）基础上的瞬时相位，它决定于压控振荡器的瞬时相位。当锁相环路锁定时，为一个固定的稳态值，它产生一个直流电压Uc，强制VCO的振荡频率偏离其固有频率，使。经二分频输出与副载波严格同步的38kHz开关信号，再经二分频形

28、成与导频信号正效的再生19kHz开关信号。若锁相环路失锁，则变化而产生的控制电压将改变VCO的振荡频率，直到锁定。锁相环路能够锁定的条件是VCO自激固有频率与锁定时的VCO振荡频率之间的差频值必须在捕捉带之内，必要时可调整以满足这个条件。l 锁相环副载波发生器能够在比较恶劣的条件下工作。l 当立体声复合信号连同可能混入的干扰信号一起送入正交鉴相器时，只有由导频信号与再生19kHz开关信号比较而形成的相对稳定的成分，才能在低通滤波器输出端出现，去对VCO实施控制。因而，实际上可直接将立体声复合信号作为参考信号送入正交鉴相器。l 38kHz开关信号s(t)控制双差分管V1V4工作在开关状态。立体声

29、复合声道信号A(t)从V5基极输入，使V5、V6线性工作。在V1、V3集电极负载电阻RL上将获得左声道UL，在V2、V4集电极负载上将获得右声道信号UR。实例3.4 数字调谐系统l 锁相频率合成器的基本形式如图所示。它由晶体振荡器、参考分频器、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器和程序分频器等所组成。晶振参考分频÷R鉴相器低 通滤波器压 控振荡器fQfrud(t)uc(t)fv程序分频器÷N图3-15 基本的锁相频率合成器基本锁相频率合成器l 根据锁相环路的工作原理，在环路锁定时，鉴相器两个输入信号的频率相等。即 l VCO输出频率经N次分频得到，所以l l 于是，得到下述频率关

30、系：l 为了提高调谐精度，就必须降低参考频率值。然而，这样会延长调谐时所需要的捕捉时间ts。l 接收调幅广播时，选取为500Hz10kHz。在接收调频广播时，选取为525kHz。双模分频器l 双模分频器的输出同时驱动两个程序分频器（可编程计数器），它们分别预置在N1和N2，并进行减法计数。在这两个程序分频器未计数到零时，模式控制为高电平1，双模分频器的输出频率为。在经过了N2(M+1)个周期之后，÷N2分频器计数减至零，将模式控制电平变为低电平0，同时通过其输入端的与门使÷N2分频器停止计数。此时，÷N1分频器还存有（N1 N2）个数。由于受模式控制低电平0的控制

31、，双模分频器的分频模数变为M，输出频率为fv/M。再经（N1 N2）M个周期，÷N1分频器计数减至零，输出低电平0，将两个分频器重新赋予它们的预置值N1和N2，同时输出一个比相脉冲送往鉴相器，并将模式控制信号恢复到高电平，使双模分频器的分频模数回复到M+1，重复上述过程。该过程表明，两个程序分频器和双模分频器获得的总分频比为实例框图TC9157AP应用电路第四章 录音座l 4.1 录音座的性能指标（带速误差、抖晃率、频率响应、谐波失真和信噪比）l 录音座中磁带标准走带速度是4.76cm/s4.2磁记录原理l 磁性材料的磁滞现象。当磁性材料在磁场强度H由零增大的初始化过程中，其磁感应强

32、度B逐渐增大。当H减小时，其B并不是沿初始磁化曲线减小，而是如图所示，由a点沿ab线较缓慢地减小。这种B的变化落后于H的变化的现象叫做磁滞现象，简称磁滞。由于磁滞的缘故，当H减小到零时，B并不等于零，而仍有一定的数值Br，Br叫做剩余磁感应强度，简称剩磁。为消除剩磁，必须加一反方向磁场。由图可看出，随着反向磁场的增加，B逐渐减小，当H= Hc时，B=0。 Hc 称为矫顽力。 剩磁曲线BrH剩磁曲线l 软磁材料的剩磁小，矫顽力也小。用作磁头的磁性材料都是软磁材料。l 硬磁材料的剩磁大，矫顽力也大。用作磁带上磁粉的材料都是硬磁材料。l 用磁阻来描述磁路中物质阻碍磁力线通过的能力。l 其中：L为磁路

33、长度，单位为m；S为截面积，单位为m2；为该物质的磁导率，单位为H/m；磁阻R的单位为1/H。 录音原理磁记录过程的三个环节：录音、放音和抹音l 设信号频率为f，磁带走带速度为v，信号变化一周在磁带上留下磁体的几何长度为l l 称为记录波长，单位为m。它表明了磁记录密度，并且磁头缝隙宽度应小于最小记录波长。最高工作频率：偏磁的录音 l 无偏磁录音磁带上所记录的剩磁波形失真很大，剩磁也很小。l 为克服剩磁曲线零点附近非线性引起的录音失真，就要设法使被录音频信号不要工作在剩磁曲线的起始段和饱和段直流偏磁方式或交流偏磁方式录音。l 直流偏磁录音：直流偏磁就是在录音磁头线圈中加一适当的直流电流（约20

34、0500A），使它所产生的磁场强度H1刚好处于剩磁曲线线性好部分的中点。交流偏磁录音 交流偏磁录音 l 在给录音磁头线圈加上音频信号电流的同时，再加一个超音频振荡电流，（一般频率为45100kHz），用以改变音频信号在剩磁曲线上的工作点，使其工作在剩磁曲线的线性段。l 偏磁电流大小的选择：从减小非线性失真来看，必须使音频信号的变化处于剩磁曲线的线性部分，不同磁性材料制成的磁带的最佳偏磁电流是不同的。另外，超音频偏磁电流波形的正负半周必须严格对称。 A1mA实现抹音有3种方式：永磁、直流、交流（超音频）抹音。 磁头、磁带l 用于磁头铁芯的材料应为软磁材料，具有磁导率高、矫顽力小、饱和磁通大、磁滞

35、损耗小等磁特性，同时还应具有硬度高、高频涡流损耗小、容易加工等特点。l 作为磁带的磁性材料应用硬磁材料，必须有较高的矫顽力Hc以及接近于1的矩形系数Br/Bm，即其磁带回线应接近矩形用面积较大。l 损耗与噪声l 录放音过程中的几种主要损耗l （1）录音去磁损耗 （2）自去磁损耗l （3）磁带厚度损耗 （4）偏磁消音损耗l （5）间隙损耗 （6）涡流损耗l （7）磁带损耗 （8）放音磁头缝隙损耗l （9）方位角损耗l 边缘效应 轮廓效应l 录音噪声l 1、背景噪声 2、调制噪声 3、窜渗噪声4.3 录、放音电路ALC电路前置放大器输入转换电路录音输出放大器录音信号源录音输出电路超音频振荡器录放磁

36、头抹音磁头 ×实例录音输出电路l 前置放大器输出的被录信号经输出放大器进一步放大后，进入录音输出电路，其中R1为恒流电阻，R1、C1为高频补偿电路，L1、C2为偏磁陷波电路。 恒流录音电路 原理分析irf(a)irZrhBf(b)BsBNuf(c)usuN非恒流录音时磁头录音特性恒流录音if(a)iRBsBf(b)BNuf(c)usuN恒定放音补偿标准放音补偿特性如图所示。它有两个转折频率。高、低频转折点公式l 低频转折点为3180s，高频转折频率点与磁带类型有关，普通磁带120s，铁铬磁带为70s。4.4 降噪电路 l 磁带降噪电路可以分为两大类l -互补型降噪系统，又称为压缩扩展

37、型。它在录音过程和放音过程中分别对信号进行压缩和扩展处理。优点是降噪效果好，缺点是该降噪系统，节目的互换性差。l -非互补型降噪电路，它只在放音过程中对信号进行处理，以降低噪声，提高信噪比，其优点是磁带的互换性好，缺点是降噪效果不理想。l DOLBY降噪系统、自动降噪系统（ANRS）、CAD降噪系统均属于互补型的降噪系统l 非互补型的降噪系统有动态噪声抑制器和静态噪声抑制器。降噪的物理基础 l 1、人耳的掩蔽效应l 2、噪声和信号的能量分布噪声和信号能量(dB)低频段中频段高频段f信号噪声噪声和信号的能量分布示意图l DOLBYB型降噪电路主要是降低高频段噪声。500Hz开始，重点是1kHz以

38、上的高频噪声。 噪声和信号能量(dB)低频段中频段高频段f信号噪声噪声和信号的能量分布示意图杜比B降噪原理分析dBf(a)dBf(d)dBf(b)dBf(e)dBf(c)dBf(f)选曲电路：手动、自动、电脑解码显示推 动 及控制电路计数、记忆电路选曲放大、电平检出、无曲时间检出电路预置、清除电路显示器电路电脑选曲电路方框图自动选曲录音座机心控制电路高保真音频放大器l 5.1结构框图均衡放大音源选择电唱机CD/VCD调谐器录音座线 路输入放大音质控制激励级输出级保护电路至扬声器前置放大器功率放大器高保真音频放大器性能指标l 输出信号电平达50500mV，称为高电平音源，输出信号电仅0.55mV

39、，称为低电平音源。l 输出功率-l 额定输出功率（Root-Mean-Square，缩写成RMS）是在指一定的总谐波失真（THD）条件下，加大输入的1000Hz正弦波连续信号，在等效负载上可得到的最大有效值功率。l 音乐输出功率（Music Power Output，缩写成MPO）是指在一定的总谐波失真（THD）条件下，用专用测试仪器产生规定的模拟音乐信号，输入到放大器，在输出端等效负载上测量到的瞬间最大输出功率。l 峰值音乐输出功率（Peak Music Power Output，缩写成PMPO）是指在不计失真的条件下，将放大器的音量和音调旋钮调至最大时，放大器所能输出的最大音乐功率。 5.

40、2 前置放大器l 电唱机拾音器：拾音器由拾音头和音臂组成，是决定电唱机性能的关键部件。拾 音头的作用是把沿着唱片声槽运动的唱针所作的机械振动变换成相应的电信号。速度型拾音头的输出电压与唱针的振动速度成正比，幅度型拾音头的输出电压与唱针的振动幅度成正比。唱片的录音频率特性对应的时间常数分别为反馈式均衡放大器 音源选择电路l 机械开关l 电子开关音量控制电路l 双声道电位器音量控制电路，当电位器日久磨损而产生转动噪声时，电位器与前置放大器之产生转动噪声时，会在扬声中出现喀啦声。电位器与前置放大器之间的连接导线屏蔽不好或接地点选择不佳，感应交流干扰声 l 电子音量控制电路可以克服电位器音量控制电路的

41、缺点 电路分析比较l 电路中V1和V2构成差分放大器，V3提供偏量电流，电位器Rp用来调节V3的偏置电流。音频信号ui由C1耦合至V1基极，经差分放大后从V1集电极输出，其电压增益受基极偏置电压逐渐增大，使和、的偏置电流随之逐渐增大，从而使差分放大器电压增益随着提高，达到控制音量之目的。l 导线的感应的交流干扰和电位器所产生的转动噪声，可用接在集成电路引脚端的滤波器滤除，从而实现无噪声音量控制。还可实现红外遥控，应用日益广泛。响度控制电路l 音响系统在小音量放送音乐时，听者会感觉到低音和高音的不足，这是由等响曲线反映的人耳听觉特性的造成的。设置响度控制电路。在小音量放送时利用频率补偿网络适当提

42、升低音和高音分量，以弥补人耳听觉缺陷，达到较好的听音效果。l 1.抽头电位器响度控制电路l 2.独立的响度控制电路音调控制电路l 音调控制人为地调节输入信号的低频、中频和高频成分的比例，改变前置放大器的频率响应特性，以补偿音响系统各环节的频率失真。l 音调控制是指调节反馈网络或衰减网络的频率特性，使它对信号中的不同频率成分产生不同程度的反馈或衰减，达到改变电路频率响应特征之目的。l 1.反馈式l 2.衰减式 比较l 反馈式音调控制电路只改变电路频率响应特性曲线的转折频率，而不改变其斜率，衰减式音调控制电路只改变电路频率响应特性曲线的斜率，而不改变其转折频率。反馈式音调控制电路平衡控制电路l 平

43、衡控制电路用来校正左右声道的音量差别，使左右扬声器声级平衡。l 1.单连电位器平衡控制电路l 2.双联电位器平衡控制电路l 3.无插入损耗的平衡控制电路5.3 图示均衡器 l 图示均衡器(Graphic Equalizer，缩写为GEQ)，又称多频音调补偿器。它将整个音频频带划分为5个、7个或更多的频段，进行提升或衰减，从而实现对音质的精细调整。按照聆听者的爱好修饰音色；可以减轻受音响设备或听音环境影响而出现的各种干扰噪声，补偿房间声学缺陷及左右音箱的频率特性差异等。原理分析模拟电感模拟电感特性参数l 主要有频率均衡点、提升量和衰减量、决定均衡曲线形状的Q值等。l 1. 频率均衡点的选择应该符

44、合两条基本原则，一是能够均匀覆盖有效频率范围，二是各频段中心频率之间必须满足一定的倍频关系。l 设最低频段的中心频率为f1，则第n频段的中心频率fn应满足下列倍频关系：l fn=Xn-1·f1 (n=1,2,3；X1)l 2. 提升量和衰减量l 最大提升量为+（812）dB，最大衰减量为（812）dB。l 3. Q值取得高时，曲线较陡，对邻近频段的影响较小，但频段之间有较深谷点，会使部分频率无法被覆盖。若Q值较小，曲线比较平缓，相邻频段间的影响最大。Q值在1.11.2之间。 均衡曲线5.4 功率放大器l 分类：l 1. 按输出级与扬声器的连接方式分类l 变压器耦合电路 这种电路频率低

45、、失真大、频响曲线难以平坦。l OTL（Output Transformerless）电路 其大容量耦合电容对频响也有一定影响，l OCL（Output Capacitorless）电路 频响特性比OTL好。l BTL（ Balanced Transformer Less）电路 直接耦合，桥式推挽功放电路。 按功率管的工作状态分类l 甲类 甲类又称为A类。在输入正弦电压信号的整个周期内，功率管一直处于导通工作状态。其特点是失真小，但效率低、耗电多。l 乙类 乙类又称为B类。每只功率管导通半个周期，截止半个周期，两只功率轮流工作。其特点是输出功率大、效率高，但失真较大，故不太适合用于高保真功率放

46、大。l 甲乙类 甲乙类又称AB类。每只功率管导通时间大于半个周期，但又不足一个周期，截止时间小于半个周期，两只功率管推挽工作。这种电路可以避免交越失真，因而在保真功率放大器中应用最多。l 其它新方式 采取的措施是使功率管不工作在截止状态，可以避免开关失真；设法使功率管的工作点随输入信号大小滑动，进行动态偏置，以提高效率。按所用的有源器件分类l 按所用的有源器件分类 晶体管功率放大器、场效管功率放大器、集成电路功率放大器及电子管功率放大器等。5.5 功放保护电路l 功率放大器工作在高电压、大电流、重负荷的条件下。当强信号输入或输出负载短路时，输出管会因流过很大的电流而被烧坏。另外，在强信号输入或

47、开机、关机时，扬声器也会经不起大电流的冲击而损坏。l 常用的电子保护电路有切断负载、分流式、切断信号式和切断电源式等。 功率放大器过载检测及放大电路（a）切断负载式保护电路输入信号控制电路功率放大器过载检测及放大电路（c）切断信号式保护电路功率放大器过载检测及分流控制路、（b）分流式保护电路保护电路音频处理器（混响处理器、卡拉OK处理器和环绕声处理器） l 6.1 混响处理器l 混响处理器，简称混响器，利用人工延时器产生混响效果的装置。l 作用有：增加空间延时效果；造成许多特殊的效果，多重唱。 BBD电子延时器l 延迟时间的长短与时钟频率fcr(Hz)的高低和BBD器件的位数N多少有关 数字式

48、延时器电子延时器的应用l 电子延时器在扩声系统中消除回音干扰，提高扩音系统的清晰度。l 对信号加以润色，在清晰度不受明显影响的前提下，明显地改善声音的厚度和力度感。电子混响器使声音在时间和空间上获得延续与扩展使声音丰满浑厚，传递环境空间大小信息，产生立体感6.2 卡拉OK处理器l 卡拉OK（Karaoke）起源于日本，意思是“无人的管弦乐队”，实际上是指通过音响设备播放伴奏音乐进行自娱自唱的活动方式。l 卡拉OK系统包括音源载体和音响设备两部分，即所谓的软体和硬体。l 分类：家庭业余型、专业型l 卡拉OK设备的基本功能是混合和延时混响。混合功能是将话筒拾取的演唱者歌声与播放音源载体中的伴奏声进

49、行混合，它们的音量和音调都分可分别调节控制。延时混响功能对歌唱声进行润色，使之丰满圆润 新功能l 歌声消除功能l 自动伴奏功能 直接将演唱者的歌声转换成伴奏音乐，从而实现自动伴奏。依靠所谓的声音转换器来实现的。l 轮唱功能 l 变调功能 改变播放速度的方法来实现，数字式变调电路，将声源信号波形的共振峰分离出来，分别改变共振峰频率和代表声源特性的音调频率，根据音调与频率的对应关系再进行合成，信号便是经过变调处理的声音信号。l 听觉激励功能 在原来信号的中频区域加入适当的谐波成分，改变声音的谐波结构，恢复自然鲜明的现场感和细腻感。 歌声消除电路l 普通的音像制品录制时的声像定位规律是将歌唱演员的歌

50、声同时平衡地记录在左、右两个声道上；低音乐器一般定位在中间位置，左、右声道比例一致；大多数伴奏乐器则定位在不同位置上。显然，在左、右声道中每种乐器的成分能量均有不同。因此，只要将左、右声道信号同时送入减法器相减，平衡地录在两个声道的歌声信号就可以互相抵消，而在左、右声道有差异的中、高音伴奏乐声则可保留下来。但是此时伴奏乐声的低音成分会连同歌声一起被清除，为此可先将低音伴奏乐经低通滤波后得以保留。歌声消除电路分析6.3 环绕声处理器l 环绕立体声（Surround sound）指与双声道立体声相对而言的一种立体声，其重放声音，除了保留原信号声源方向感外，还增添了环绕感和扩大感的音响效果，l 分类

51、：仅有声音的A（Audio）环绕立体声系统，音频（Audio）、视频（Video）信号结合在一起的AV环绕立体声系统。 按记录传输重放方式分类l I 型，可将原信号原样不动地传输与重放，即节目源信号声道数、传输声道数和重放声道数相同，这种方式在高清晰度电视HDTV（High Distingct Television）的伴音3-1方式。四声道立体声和AC3l II 型，可将信号如实地传输，但重放时产生环绕声所用的附加信号，l III 型，将节目源信号经过编码后以较少的声道数传输，重放时先经过解码，再以多声道重放。 环绕立体声系统l 1. 矩阵方式l 所谓矩阵方式，是指从原双声道，即前方主通道的左（L）、右（R）信号中各取出一部分，通过矩阵电路的差运算形成（L-R）差信号，分别送入后方两个扬声器，处理为环绕声放音。2. 杜比环绕声处理系统l 杜比家用环绕声系统如图（a）所示。它也是从左右主通道中产生（L-R）差信号的，通过延时电路将差信号延时2050ms，然后再经过7kHz低通滤波器和杜比B型降噪处理，送往环绕声道放大器，作为后方环绕声道信号放音。杜比专业逻辑环绕声系统 l 其编码和解码方式如下：原始的四声道信号分别为L（前左）、R（前右）、C（前中）和S（后方环绕），并将它们编码成为两通道信号LT和RT进行转输。其中，LT=L+0.7C+j0.7S，RT=R+0.