录音电平与节目声音质量的探讨

录音电平与节目声音质量的探讨中国国际广播电台王泽祥中国音视频工程专业委员会赵炳昆概论1、录制系统中录音电平的正确选择和录制节目声音质量的关系至关重要。2、准确地选择一个恰当的录音电平值，是能否保证录制节目声音质量的关键。3、录音电平是录音师对声音信号设置标准的职业素质，也是专业录音师的基本功。4、节目媒体的交流与传输与录音电平有着密不可分的关系。模拟录音系统的组成传声器（麦克风、话筒、拾音器等）+调音台+模拟音频记录设备（开盘录音机、卡式录音机、多轨道录音机等）模拟+数字录音系统传声器+模拟调音台+数字DAT录音机数字录音系统传声器信号进入调音台就经过A/D转换器，完全由数字进行记录的录音系统。在这些诸多系统中，节目声音信号最终都要记录在一个相应的载体上（如磁带、磁光盘及硬盘等等）。这个记录载体上记录的节目声音信号的质量，也就是这个录制系统的最终节目声音信号的质量。录制系统中的录音电平将决定着节目声音信号的质量，即准确地选择一个录音电平，这个录制系统的节目声音信号的质量才能有保障。这个录音电平在这里实际是指录音工作电平的简称，那么在一个录制系统中录音工作电平是怎样确定下来的呢？这里首先要弄清楚一个录制系统的“动态阈”和“信号噪声比”的概念。某设备的动态阈与信噪比的关系对于一个电声录制设备或者是一个录制系统它的动态阈和信噪比是有很大区别的，可是有很多人常把动态阈和信噪比混为一谈，因此，对于正确选择录音工作电平是至关重要的。某电声设备的动态阈是该设备的节目信号最高准峰值电平与该设备的噪声准峰值电平之差（常用分贝表示）而此时的噪声准峰值电平应是该设备的噪声准平均值电平减去约6dB即可。因为通常电声设备技术指标给出的是噪声准平均值电平，而不是噪声准峰值电平，这一点应加以注意。因为决定动态阈下限的噪声往往是“高斯噪声”，这个噪声准峰值电平比噪声准平均值电平高约6dB。而这个电声设备的信噪比应是该设备的最大允许的不失真电平，在这里是信号最高准峰值电平减去一个“电平储备量”后即为该设备的信号最高准平均值电平，这个信号最高准平均值电平与噪声准平均值电平之差，即为该电声设备的信噪比。动态阈是用准峰值电平表示，而信噪比则是用准平均值电平表示的，两者的区别是显而易见的了。而对于一个节目声音信号应称作为节目信号的“动态范围”。而又不能称其为节目信号“动态阈”，这也是不能混淆的。录制工作就是将节目信号（实际是节目信号的动态范围）恰当地放置到这个电声设备的“动态阈”之中，即节目大信号时，不产生削顶失真，而节目小信号时，又不被该设备的噪声所淹没。录音工作电平的确定就是录音师在录音时选择的一个电平值，确定这个录音工作电平的依据是，一是要了解、掌握所使用的录音设备动态阈，二是要了解、掌握所录制的节目信号动态范围，三是选择一个恰当的电平储备量，即是当节目信号高潮来时，也不会产生削顶失真，节目低潮时，也不会被设备的噪声所淹没。这个由信号最高准确值电平减去电平储备量后的信号最高准平均值电平就是要选择的录音工作电平。模拟录制系统中录音工作电平值的确定下图所示，为一个模拟录制系统的示意图，它是由传声器、调音台及录音机组成。如下图所示，为这个录制系统的电平图，它是由传声器、调音台及录音机所组成，而信号最高准峰值电平和它们的噪声准平值电平，又组成了该系统的电平图，这两个电平值在相应设备的技术指标中是可以查到的。在这张录制系统电平图中恰当的选择各种设备的电平储备量，如传声器、调音台、录音机电平储备选取均为9dB，再把传声器、调音台及录音机的录音电平曲线连接起来，即为该系统的录音工作电平图。这个电平储备量（9dB）的选取是应考虑到所录制的节目峰值因数的大小而定的，若所录制的节目声音信号的峰值因数很高（如经常是大于9dB，而是10—12dB时），就应把电平储量选取的大一些如12dB，若是所录制的节目声音信号的峰值因数较低，如峰值因数经常处在6dB左右，那么也可将这个“电平储备量”选取为6dB。电平储备量的选取，应当视录制的节目信号的峰值因数而定。电平储备量选择的过小时，节目峰值因数大时，则可出现削顶失真，反之电平储备量选取的过大时，节目信号低潮时，又可能被噪声所淹没。在录音时，是通过录制系统中的监视表即用音量单位表（VU）和节目峰值表（PPM）来观察录音工作电平的。音量表是“音量单位表”，又称VU表（最英文VolumeUnit的缩写）。它是采用平均值检波器（二级和桥式整流器）并按简谐信号的有效值确定的，因此是一种准平均值表。它的刻度用对数和百分数表示，并将参考电平（0VU，100%）定在满刻度以下的3dB处标准VU表的0VU（100%）相当于信号的准平均值1.228V。但在具体使用时也可插入所需的衰减器或放大器。因此0VU（100%）的参考值实际上是可以任意决定的。VU表刻度表示VU表的时间特性VU表的指示动作特性（即时间特性）是这样规定的：当以稳态时达0VU（100%）的1kHz简谐信号突然加入VU表时，指针达到刻度上99%处所需的时间应为300±30ms，指针的过冲不得超过稳态值的1.5%，过冲的摆动不应超过一次；当信号突然消失后，指针从100%降到1%所需的时间也应是300±30ms。指示动作特性示意图VU表对声音信号的指示值读作“音量单位值”，又叫“VU值”。虽然VU表也是用对数表示信号准平均值（电平），但是由于300ms这样一个不短的积分时间，表的指示值（VU值）有时还是跟不上信号的实际准平均值电平（dB值）的变化，因此不能将VU值与dB值相混淆。同时它也不能完全反映出声音信号的听感响度（因为后者需要更短的积分时间），更不能反映了声音信号的幅摆峰尖情况（因为声音信号峰平比随其波形的不同而异），这是VU表的缺点。PPM表针对VU表的缺点，又在逐渐推广另一种音量表，叫“峰值节目表”，又叫PPM表（是英文PeakProgrammeMeter的缩写），PPM表实际上是准峰值电平表，因为它是采用峰值检波器而按简谐信号的有效值确定刻度的（也用电平值标示）。PPM表的最大特点是指针上升快，恢复慢，比较真实地反映出声音信号的准峰值变化，从而可避免设备过载，便于有效地控制和利用好传输入系统的最大动态。另一个特点是量程宽，PPM表有50dB的有效刻度，其额定电平（0dB）到满刻度一般留有5dB的余量。标准PPM表的0dB相当于信号峰值为1.55V，但实际使用时0dB对应的电压值可根据具体情况来确定。为了便于PPM表与VU表在使用中的计量换算，特别是为了方便电声设备校准额定工作电平，PPM表还在刻度上注明这个电平值。一般PPM表在它的-9dB附近（通常是-6dB~-12dB这个区间）标注这个对应的电平。这是因为从声音信号准峰平比（准峰值与准平均值之比）范围来看，一般的声音信号的准峰平最大可达2.8倍（9dB）。若要照顾这些高峰尖的信号，可见信号的额定准平均值电平应比额定准峰值电平（即PPM表上的0dB）低9dB才成。因此若用准峰平比为1（0dB）的简谐信号来校准额定电平，它在VU表上指示值为0VU，在PPM表上那些高峰尖的信号也就会接近0dB了。VU表与PPM表的比较将这两种音量表进行比较时还要考虑二者时间特性的差异，PPM表的时间特性是这样规定的：它的指示值上升时间非常短，一般为1~10ms；而它的下降时间却相当长，一般为1.5s左右。可见，PPM表可以准确地反映出那些突来的强信号包络变化（上升快），而且又便于眼睛的观察（下降慢）。相比之下，VU表就迟纯多了。VU表指示值（VU值）还跟不上信号实际的准平均电平（dB值），这两种表的指示差异就会超过信号的准峰平比，特别是那些突来的强信号，这一点在使用中应该加以注意。PPM表指示的信号峰尖的大小，因此它是用来监测信号幅摆的实际情况；但是信号的峰尖大小并不能直接反映出信号给人的听觉强弱感，因此PPM表的指示值不能表示信号的响度，这是它的缺点。（VU）的主要作用是用表来监视录音工作电平的，这种音量单位表（VU）是专门对录音节目信号的强度进行计量的，用这种音量表（VU表）作为节目信号传输和交换及录音时有一个共同的电平标准，这种音量表（VU表）除了必须采用相同的计算值以外，还必须统一它们的时间特性、幅频特性、阻抗特性、刻度方式、指示偏差以及这种音量表（VU表）对录制系统中电路引入的附加畸变等等。另外，其他方面还有许多要求，我国制定了关于音量表的标准，称之为“音量表的技术条件”，因此看来音量表不是普通的电流表，它是有严格的技术要求的，据我们所知，到目前为止，我国还不能制造出合格的音量表，在国际上，也是只有那么很少的几家工厂，才能生产这种符合要求的音量表。数字录制系统中录音电平的确定数字录制系统是电传声器（仍是模拟的）数字调音台和数字记录设备（如数字录音机、音频工作站、磁光盘记录设备等等）。如果这个数字录制系统是通过模拟接口相连接的，那么它们的录音电平选择方法和模拟录制系统基本一致，但是有一个电平转换问题应当恰当处理，否则这个录制系统中数字调音台与数字记录设备的电平接口出现电平的不一致，会产生很大的失真。原因就是数字调音台和数字记录设备的“满刻度”电平。有可能不一致造成的，如数字调音台的满刻度电平为24dBu，而数字记录设备的满刻度电平为20dBu时，这个问题处理的不好时，就会出现较大的失真。电平的基本概念电平是指某一测量点与标准值的比较（如功率、电压、电流）。通常情况下电平均指绝对电平。绝对电平是指功率为Po=1mW，电压Vo=0.775V，电流Io=1.29mA，阻抗Zo=600Ω，称作OdBm。若阻抗≠600Ω时，称作OdBu。若Vo=1.0V，Zo≠600时，称作OdBv。相对电平是指电路中任一点的功率、电压、电流与其相应点的功率、电压、电流之比。再以对数表示，即20㏒V₂/V₁，称作相对电平（dB），若V₂=V₁时，称作相对电平的OdB。常用的相对电平和绝对电平OdB：是相对电平，即测量点电平等于参考点电平；OdBm：是以0.775Vrms（阻抗为600Ω）为参考电压的电平单位；OdBu：是以0.775Vrms（阻抗不限）为参考电压时的电平单位；OdBv：是以1.0Vrms（阻抗不限）为参考电压时的电平单位；dBFS：是数字音频信号电平单位；OdBFS：是“满刻度”的数字音频信号的参考电平。数字满刻度电平数字满刻度电平（OdBFS）是指数字设备中（数字调音台、数字录音机等）A/D或D/A转换器能转换的最大不削波模拟信号电平。OdBFS等于“满刻度”的数字音频“考虑电平”是用带有A/D和D/A转换器的数字音频设备的一项技术指标。“满刻度”是指转换器可能达到“数字过载”之前的最大可编码模拟信号电平。数字过载是描述A/D转换器输入信号超过满刻度（OdBFS）范围的情况，由于OdBFS是A/D转换器所能转换的绝对最高电平，没有任何数字电平可以超过OdBFS，所以OdBFS的电平和所有大于它的电平将会产生相同的输出码元。数字音频设备的满刻度电平值，即最大可编码电平值，用其相对应的简谐信号（1KHz）电平表示。在我国广播电视音频系统中，数字设备的满刻度电平值OdBFS对应的模拟信号电平为+24dBu，考虑到我国广播电视数字设备实际使用情况，现阶段仍允许满度电平值OdBFS对应模拟信号电平为+22dBu的数字设备继续使用。根据广播电影电视行业标准GY/T192—2003《数字音频设备的满度电平》的规定，选择数字录制系统工作电平的示意图。欧洲广播联盟（EBVR68—2000）的规定OdBFS对应的模拟信号电平为+22dBu。SMPTERP155—1997（美国电影与电视工程师协会）对数字音频设备满度电平的相关表述图综上所诉，各国对数字音频设备的满度电平的规定也有所不同，如果在录制系统中，采用的数字设备来自不同地区、国家时，一定要查明，数字音频设备的满度电平值是否相同，若是相同时，连接起来既方便又简单，若不相同时应注意到选取满度电平