数字音频技术8章.

数字音频技术第8章音频处理与控制设备第8章音频处理与控制设备§8.1音质的评价8.1.1音质的评价用语8.1.2音质的主观评价与技术指标的关系§8.2音响设备的分类§8.3信号动态处理设备8.3.1压缩器8.3.2压限器8.3.3扩展器与噪声门8.3.4自动增益控制器§8.4均衡器8.4.1均衡器的作用8.4.2均衡器的种类8.4.3图示均衡器的基本原理8.4.4均衡器的技术指标§8.5声反馈抑制器8.5.1声反馈的产生原因及预防措施8.5.2声反馈抑制器的工作原理8.5.3FBX-901型声反馈抑制器第8章音频处理与控制设备§8.6效果处理器8.6.1室内声的组成以及对调音的影响8.6.2延时器8.6.3混响器§8.7听觉激励器8.7.1听觉激励器的作用8.7.2听觉激励器的工作原理8.7.3听觉激励器上的功能键及调试方法8.7.4听觉激励器的应用§8.8调音台8.8.1调音台的基本功能8.8.2调音台的分类8.8.3调音台的基本构成8.8.4调音台的信号流程8.8.5调音台的技术指标8.8.6调音台与效果处理器的连接方式8.8.7数字调音台§8.9小结§8.10习题§8.1音质的评价音质评价——对声音品质的评价主要是人对声音的主观评价，故较为复杂。表8-1给出了国内的声学专家推荐的11种主观参量和音质评价用语作为对音质的评价。我国的音质主观评价专家经多年的实践和研究提出了《厅堂音质主观评价方法的建议》，表8-2给出听音评价的规范性建议。其中选取了6个主要的评价参量，并对评价用语方法、系统条件以及评价用的节目、审听反应方法及评价方法。6个评价用语参量被分成5个级别。8.1.1音质的评价用语表8-1主观参量及音质评价用语表8-2听音评价用语这6个评价用语与客观技术指标的关系分析详见教材8.1.2音质的主观评价与技术指标的关系音响系统的客观技术指标与音质有着直接的关系，也直接影响着主观评价的各种参量。每段频率的缺乏都会造成音质明显的变化。缺乏低频段声音缺乏厚度和亲切感，中低音区的多少反映声音的力度和气势，中高音区则会影响声音的明亮度、清晰度及通透感，而高音区就会充分影响音色及华美感。音响系统存在的各种失真将产生大量与音乐信号不谐调的新频率，造成声音音质变化。重放时动态范围会对声音的音质产生影响。动态范围越大，声音的临场感也就越强；反之，声音就干瘪、单薄、无感染力。重放时声压级的大小会对音质产生影响。声压级过小，将感到声音响度低．频带窄，丰满度力度差；声压级过大，将使失真加大，声音发毛、发炸、发破等，使音质变差。§8.2音响设备的分类压限器、噪声门、均衡器、激励器、延时器、混响器、调音台等音响设备音源音频处理与控制设备产生声音信号的设备各种传声器(俗称话筒)、电唱机(家用电唱机及机械摩盘机)、卡座(台式录音机)、激光唱机、录像机、VCD机、DVD机以及各类电子乐器等。功率放大器、扬声器(音箱)、耳机等音响设备——对再现的声音进行种种放大和加工处理的设备。音响设备通常分为以下三大类：扩音设备音频处理设备——对音频信号进行修饰和加工处理的部件、装置或设备。它可以作为设备内部的一个部件,也可是一台完整的独立设备，作为音响系统的组成部分。音频处理与控制设备分类在专业音响系统中，音频处理设备通常是围绕调音台连接，因此也将独立的音频处理设备称为调音台的周边设备，简称周边设备。所有的音频处理设备都是通过改变相应的声音物理参量的方法来达到改变响度、音调和音色的。按照其处理信号的方式划分，模拟信号处理设备数字信号处理设备按照处理设备的基本结构划分机械式信号处理设备电子式信号处理设备。音频处理与控制设备分类按照信号处理设备的用途来划分，扩音系统中常用的有以下几类：1)滤波器和均衡器：通过对不同频率或频段的信号分别进行提升、衰减或切除，以达到美化音色和改进传输信道质量的目的，并可以对扩音环境的频率特性加以修正。2)压缩／限幅器和扩展器：这是一种其增益随着信号大小而变化的放大器。其作用是对音频信号进行动态范围的压缩或扩展，从而起到防止失真、降低噪声、保护后级设备等作用。3)延时器和混响器：通过机械或电子的方法来模拟闭室内声音信号的延时和混响特性使乐音更加丰富和亲切，并可制造一些特殊的音响效果。利用延时器和混响器并结合计算机技术，构成了具有多种特殊效果的多效果处理器。4)听觉激励器：在原来的音乐信号中加入适当的谐波成分，以模拟现场演出时的环境反射，使信号更具有自然鲜明的现场感和细腻感，并使声音更具穿透力。音频信号处理技术发展1）音频信号处理技术已成为现代音响技术中最括跃的领域之一。2）国外各大音响公司都集中相当的力量进行这方面的研究和开发，从模拟设备到数字设备，新产品不断涌现。3）现代声学、电声学、心理声学、音乐声学和电子技术、计算机技术等科学的发展，更促进了音频信号处理技术的飞跃。4）音响技术中的许多传统观念受到很大冲击。如失真与高保真、非线性失真、谐波失真等，导致了近年来脱颖而出听觉激励器之类的音频处理设备的产生。5）利用延时器、混响器等组成的各种效果处理器，不仅可以模仿各种声学环境，还能“创造”出各种奇妙的音响效果。§8.3信号动态处理设备信号动态处理——对全频段信号的幅度变动进行不同方式的处理，也就是根据信号电平大小的不同进行不同的处理，它往往不是针对某一或某些频率进行的。动态处理设备包括：压缩器、压限器、扩展器、噪声门以及自动增益控制器。8.3.1压缩器有的音频处理设备都是通过改变声音物理参量来改变响度、音调和音色的。压缩器是一种振幅处理设备，它通常具有以下的功能：对音频信号的动态范围进行压缩处理。动态范围DR=SPLmax-SPLmin(8-1)SPLmax——在某一指定的时间内，音源产生的最大声压级SPLmin——在某一指定的时间内，音源产生的最小声压级压缩器（续）设备的动态范围是指其最大不失真电平与其固有噪声电平之差，对于模拟的记录媒介与发送设备来说，它们的动态范围一般均比音源的动态范围要小如，专业模拟开盘录音机：67dB(不加降噪处理)，调频广播：60dB左右，交响乐队：90dB甚至更大。所以在记录或发送动态范围很大的节目时，为了避免高电平信号所引起的失真和低电平信号所出现的信噪比下降的情况，就必须对信号的动态范围进行压缩。数字化设备的动态范围都在90dB以上，基本上可以满足对未压缩节目动态范围记录要求。仍使用压缩器是节目制作的需要，也利用它来改变声音的包络来改变音色。压缩原理压缩器是一个以增益为信号电平函数的放大器，在额定电平以下设置压缩器记录压缩状态的输入电平，即压缩门限或阈值电平(threshold)。信号通过压缩器检测电路时，当输入信号电平高于压缩门限，压缩器开始起压缩作用，压缩器增益就下降，即增益值小于1。下降的幅度取决于压缩器的压缩比；当输入信号电平低于压缩门限，压缩器相当于增益为1的放大器，压缩器不起作用。即当分别设定了压缩器的压缩门限和压缩比之后，压缩器的增益值将随着输入信号电平的变化而改变，增益变化的快慢由压缩器的启动时间(attacktime)和恢复时间(releasetime)决定。同时，压缩器的启动时间和恢复时间对声音也会产生一定的影响。压缩器的4个工作参量压缩器的4个工作参量——压缩门限、压缩比、启动时间、恢复时间1．压缩门限压缩门限——使压缩器进入压缩状态的输入电平，该参量表示压缩器产生压缩动作的电平条件。理论上，压缩门限的设置与压缩比的选择是相互关联的。压缩门限、压缩比的确定是以处理后的信号电平为尺度，使其正好达到设备的最大动态范围。这样既可以充分利用设备的动态余量，又可以达到限幅的目的。压缩门限实际操作中，压缩门限的设置合适与否十分重要：如果压缩门限设置过低，输出会显得十分无力，并且信噪比也比较差；如果压缩门限设置过高，输出往往会产生调幅失真.一般，压缩门限的调整是以总动态范围为基准，如果峰值出现较多，压缩门限可以设置低一些；如果峰值出现较少，压缩门限可以设置高一些，这样当峰值出现时就不会过载失真.图8-1输入/输出特性与压缩门限的关系其他参量不变，只改变压缩门限时的输入／输出特性2．压缩比压缩比——对于超过压缩门限的信号的压缩能力大小。压缩比等于压缩器的输入信号动态变化的分贝(dB)数与压缩器输出信号动态变化的dB数之比。例如：输入信号动态变化40dB，输出信号动态变化20dB，则压缩比为40:20=2:1。动态变化dB数是一种相对量，它的大小取决于标准的比较量的大小。比较的标准量越小，得到的信号dB数就越大。输入信号的dB数=20lg(U输入／U0)(8-2)式中，U输入——输入信号的大小，单位：V或mV；U0——以某一信号电压值为标准，单位：V或mV。压缩比大多数演播室采用的压缩比可以从1:1至∞:1连续可调。压缩比1:1——不压缩。负压缩比，如-1:1——当信号超过压缩门限值之后，输出信号不但不随输入的增大而增大，反而随着输入信号电平的增加而减小。图8-2输入／输出特性与压缩比的关系压缩比为负值的压缩器称为增益衰减压缩器，常用于降噪系统.如Dolby(杜比)降噪器等。图8-2所示的是在其他参量不变的情况下，改变压缩比时的输入／输出特性。压缩比(续)软压缩——低比率压缩，压缩后信号线性好，失真小，压缩痕迹不易被察觉，听起来也比较自然。通常大的压缩比只有在动态范围很大，峰值电平很高的情况下才使用。硬压缩——大比率压缩，经大比率压缩的声音听起来比较密集，平均响度增加，但线性较差，信噪比较低。例如在录制轻音乐、古典音乐、传统音乐时由于对音色要求相对严格，为保证压缩后对声音影响较小，可以选用压缩比为2:1或4:1的软压缩方式。在录制通俗音乐特别是摇滚乐时，将动态范围有效地控制在线性工作区域内就显得十分重要。应根据音乐响度，动态选取较大值的压缩比，通常在3:1～10:1之间选定。对于打击乐器，由于其动态范围较大，峰值相对比较突然，压缩处理以控制动态范围为主，所以通常选择较大的压缩比。压缩器不仅可以用来控制动态范围，还可以用来进行音质处理.例如通俗唱法中气的声音有时多于唱的声音，听起来声音发虚、涣散，没有力度。为了改善这种状况，可以考虑用中、小压缩比以及低压缩门限进行压缩处理，并相应地将增益电平提升，使总工作电平尽量处在满刻度的地方。经过压缩处理的声音，由于动态范围减小，平均响度增强，会使得声音的密集感、力度感都有所增加，主观听起来声音更实，质感也更好。3．启动时间启动时间——当检测输入信号超过压缩门限后，压缩器由未压缩状态转换到压缩状态的速度。一般该值是指压缩器增益开始下降到最终值(增益不再下降的增益值)的63％时所需的时间。大多数的专业压缩器可以从零点几ms至几百ms连续可调。启动时间影响的是声音包络的音头，而声音的音头携带有反映声音明亮度和力度的中、高频成分。如果启动时间太短，那么信号电平一旦超过压缩门限，马上就会被压缩，这就使得声音信号的音头在很大程度上被抑制，声音的明亮度和力度被削弱了，主观听觉上感到响度不足。如果启动时间过长，在峰值信号到来时不能迅速进行压缩，使本该被压缩的信号在后面的时间才开始压缩，这样虽然保持了声音音头的明亮度和力度，但在输出上等于相对增强信号的起始部分，使得主观听觉上感到加强了音头的起始爆发力，声音听起来十分不自然。4．恢复时间恢复时间——压缩器由压缩状态转变到不压缩状态的速度，一般可从几十ms到几s连续可调。恢复时间对声音包络的影响，主要表现在声音包络的衰减过程或音尾。通常恢复时间应稍长于音乐的自然衰减时间，这样有助于音乐的衔接。否则听觉上就会感到音乐忽强忽弱，时断时续，也就是常说的“喘吸效应”。一般来说．在保证不出现“喘吸效应”的前提下，较长的恢复时问适用于舒缓的、节奏慢的音乐，这样在音量上不会给人以跳跃的感觉，