专业音响周边设备的原理与应用

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专业音响周边设备的原理与应用

周边设备——具专业音响系统中的重要组成部分。
) c% ~9 _2 r3 |0 W$ {# r& N9 L7 v
  t" ]; R" M8 ~2 q; U作用：对各种节目信号进行加工处理和润色、弥补建筑声学缺陷、补偿电声设备性能的不足和产生特殊的声音效果等等。

特点：品种学多、功能各异、原理复杂、更听极快、使用广泛。
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八大类周边设备：频率特性均衡器（EQ）、效果器、延时器、声音激励器、反馈抑制器、信号动态处理器、系统控制器和数字音频工作证。

. h3 n6 L5 }8 _# g1 Z) K; r2 d大量采用数字音频技术。

) ~5 ]* \8 _! N0 W# s; J& i% z〈数字音响技术基础〉
, A7 j0 {) {' N% P
0 M( o! [+ Y0 M) V' T+ q1、音频信号数字仪的原因

( c) i) D, e9 O$ b1 r- j   声音信号都属于连续变化的不规则信号（模拟信号），在传输、储存和变换中常产生如下问题：（1）信号经长距离有线或远线传输后，使信号/噪声比变坏和矢真加大；
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  （2）音频信号储存的录音载体（磁带、唱片）的信号动态范围只有40-50dB，远低于节目的最大信号动态范围（可达120Db）

  （3）在信号编辑和变换中（节目编辑、转远和延时效果处理等）随着变换次数的增加，音质会迅速变化。

   音频信号的数字化则可以完全解决上述问题。

2、把摸拟类信号变成数字化音频信号。

, ?: |  G0 E! ?3 }0 r  A3 ]   A/D变换（把连续变化的模拟信号变换成离散变化的脉冲数字信号）需要经过取样（或称系样）一量化一编码三个步骤。
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3 J$ e7 n5 L& J（1）取样（Sampling）
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    现在制定的数字化音频的取样频率极维为44.1KHD或48KHZ.

(2)量化(Quantization)——解决采样点振幅数值的读取问题。

把连续性的信号振幅按规定级差变成阶标状变化的不连续的过程称为量化。
  Y; ^$ Y; ^5 B  H% H
十进制N和二进制数的关系为N=2n（n为二制码无0或1的数量即sit数），bit数越多量化的级数就越多，量化后的取值与连续信号数值的误差就越小，这个误差值称为量化噪声。每bit可对应6dB模拟信号变化范围。
3 A' `: M; G9 A. P
, ?" I) s  z* r9 A8 v7 c# U但是bit好越多，传输，储存时需合有的频带边越宽，如取样频率为44.1KHZ，采用但是16bit量化信数，将立体声(2路)信号数字化，那么1秒需递的脉冲(0.1)数（即需合有的频带宽）为：44.1×103×16×2=1.41×106bit/s（即1.5Mbir/s）

（3）编号（coding）
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把量化了的采样值变换成便于传输的码序列的过程称为编码。二进制使用0和1两个数字，缝2进1。

取样、量化、编码的过程统利润留成模拟1数字的（A/D）转换。

3、数字化音频信号具备的优点。
( t9 h/ [& }8 f- q) m! p3 B: j
! X9 B0 V1 E# o0 [; x2 E4 u0 ?& U   （1）编码信号的振幅度化仅为0和1两个状态，其变化范围最多为20dB。因此1dB适宜于各种媒体的储存。
- r& u2 W# b; `
% t1 }: d) ?/ {0 M$ U音频信号的动态范围取取决于采样率和量化bit数，很容易实现天于90dB的动态范围。（目前数字最她模拟音频系统的动态范围不超过75dB。）
: u2 z+ S# w8 L/ w6 q
   （2）数字音频信号的信息量包含在脉冲有序列的变化中，而不是编码脉冲的幅度宽，因此数字音频信号传输时尽管也会有噪声加在它上面，但通过对编码脉冲的削皮/限幅可完全把它去除。

数字音频信号/噪声比极高，声音纯真清晰。
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（3）数字音频信号进行反复录制，编辑和变换，而不会给音频信号增加失真。
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) i7 k- P6 `# h7 h' D  E/ Y（4）数字信号便于加工处理和控制，因此在周边设备获得广泛应用。

& H6 F. T+ H# U& d  B9 H4 _# j一、频率特性均衡器（Equalizer）

% z, @& u0 L7 A) D/ l3 X. _简称EQ，用来校正扩声系统频响特性的设备。可分为图示式均衡器（Graphic EQ）、参数均衡器（Parameter EQ）和数字均衡器（Digital EQ）三类。
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应用最多的是图示敬称器，主要用于均衡房间和系统的频率特性，又称房间的确均衡器。

: ~/ j" r+ o' g( [9 K5 c$ e参数均衡器用来补偿节目信号中欠缺的频率放分，抑制过重的频率成分。
% b4 k$ i+ }9 M! T  F
    数字均衡器是一种使用数字电路的均衡器，即可组成图标    ，又可组成参数   ，

使用极为方便。

1、图示式均衡器（GEQ）
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   由于多中心频率固定的宽通/带阻滤波器组成。通过面板上推信电位器键位置的分布，可以直观地反映出所调节的均衡频率补偿曲线。
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   最大特点：曲常直观。

A、作用：（1）称补建筑声学结构的缺陷，校正室内声学共振产生的频率特性畸弯。

        （2）抑制声反馈，提高传声增益，改善万学 扩声质量。
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2 }# p! q1 ]2 ^3 I        （3）补偿扬声器箱频率特性不均匀引起的某些音频频率过强，某些频率声音不足等问题。

（4）修饰和美化音色，提高音响效果，提供不同带同而要的频响特性。

; R* k$ D) H0 E. \8 y4 ?% }9 e$ wB、图示均衡器一般由10-31个恒定Q值的带通滤波器组成，每个带通滤器有一个对应的固定中心频率，中心频率的分布可按1信频程一1/3信数程设置。均衡调节范围（提升或衰减）为±dB或±6 dB，并可电开关转换。中心频率间隔设置，即后一个频率f2与前一频率f1之为2n， f2 / f1=2n
1 t3 B/ Z& @) v7 Q1 J- Z2 b( W
: L; I* _7 }/ a- x( b! T5 |& w" }当频率增加1信时，人的耳的音调感觉增加一个人度音，即音乐上的个八度音以字为声波信号的一个倍程关系。

n=1即后一个频点为前一个频的2倍，称1个信频程的均衡器。

: v, z( W/ C0 i4 L$ [3 ]* x10段均衡器：10个频率点。频率点少，频段间距较大，调整的频率特性较粗糙，但调整容易，一般用在功放的调音台上或民用的功放场上。市场上没有单独的10段均衡器产品。

1 k, ^6 b# R* p' ~. {  q, ^n=2/3-------16倍称2/3倍---
; y" u( ~% Z/ w7 G
    15段均衡器：整个音频范围可设15个频率点。一般用于系统调整要求不高或舞台返听系统的均衡器。

n=1/3-------1.26倍-----1/3倍频程---

# n  L% c+ v$ k* T9 e    31段均衡器:31个频率点,均衡器频点多,频响特性曲线调节精细,用在需要精细补偿的抗扩声系统主通是中,市场标准产品有单31段和双31段两类.

; [9 a+ {  g) n- YC、标准图示均衡器的其他功能键：
0 Q, ^+ Q6 |8 I1 H% m4 k* u4 ^
. c7 Y! @4 ]. R9 E8 R( ~   （1）2N/OUT（BYPASS）接入/旁路开关，用来选择均衡器的接入或切出。
0 ]$ o% N4 e* v
   （2）Gain（Level）增益或信号电平调节。GEQ接在调音台的输出和功放的输入之间。

    调音台输出平均电平一般均调整0 dBc0.75V），而功放的输入电平一般边为0 dB，因此均衡器的输出是平边应为0 dB，即均衡器的增益为0 dB。注意：均衡器的增益调整必须与各频点的提升量（或衰减量）相配合，避免功放输入/输出发生过载矢真，影响音质或贺毁扬声器  。
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) d" }5 v* v  O7 }) v& ]（3）Range 提升和衰减量的范围，有±6dB的范围很难将系统的频率特性修正到理想状态，故实际实用时都将使用±12 dB的量程。

8 c; m9 k  r0 `6 D3 J# M% p（4）LowCUT（HPF）低频切除（高通常滤波器）
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    主要作用是切去传声器近讲时的气流噗噗声及切除50HZ市电交流声当然在播放音乐和文艺演出时就不能把这些有用的低频切除了。

（5）HIGH CUT （LPF）高频切除（低通滤波器）。
$ [" y5 Y* \( B2 @0 v7 O/ C
! R( `- z- d4 t' ~% Q    主要作用是切除某些无用的高频谐波和高频咝咝噪声，应根据节目内容的需安和不损失有用信号成分为原则选用。

0 a& C, N! U6 l7 p) z( W注意：不要在近声切采用多均衡的方案。浪费投资，系统调整负 ，声音效果不供佳。

& ?0 t) e* ^- X/ {- A" h    近声切的含义：小于1信波长距离内的声场。如果扬声系统不限频率为40HZ，那么小于8.5M的房间近声切。在近声场的情况下，音箱之间会出现声音干涉现象，影响音质效果和清晰度。如果在近场条件下，房间中设置4个音箱，每个音箱功放前都设置一个均衡器，那么就属于多均衡方案。
' H+ d3 h/ F2 x# Q4 H( F! }
/ [- l: g. K6 c$ k. X/ o* |    在超过两倍最低频率波长的声场中（称为远区场），由于音箱之间距离远，不发生音干涉现象。
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, I' d8 T, ^4 c4 [E、图示均衡器技术指标（DOD和dbx）

5 c& [$ ^4 O, \" f   频率响应：20HZ-20KHZ  +0/—0.5 dB

   恒定Q值，提升/衰减量：±12dB或±6 dB
0 K8 S& U" T0 J( }& k* {% a4 X
   低频切除滤波（HPF）：低频栽止频率50HZ，衰减斜率12 dB/信频程

% p1 t7 {5 F2 x( K. K' [5 c) X   工作电于：—10 dBu—+4 dBu
5 E& z0 U6 R" J; c& c  h+ b
   输入阻抗：40K 平衡；20K 不平衡。
7 B0 C3 |) H/ I3 V+ r: M8 T+ [
   最大输出电平：+21 dBu（平衡或不平衡）

' G' K+ M: }4 D* Q- h; Y6 B  L/ d   输入电平控制：51 平衡；120 不平衡。

1 L8 f$ ]2 V: N   总谐波矢真：0.003%,1HEZ

- X- m( _2 G, m5 ?   信噪比：大于90 dB

   电子开关：2N/OUT和滤波器
) [1 o# Y/ i& `: q' [" @' r
: y% P' }( V9 U4 v   中心频率误差：≤5%
, }! H+ I" Y, T  W% g. s
   电源：220V—230V，50HZ，18W
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还有几项技术性能指标不可忽视，如提升/衰减推示的行程大小（行程短调节范围小，很难调给精的正确）；等放输入噪声（或信号噪声比）和交流哼声一般应优于90dB；均衡量的大小（±12 dB以上），总谐波矢真和信号动态范围，中心频率点的误差条都是很重要的技术指标。

5 q! C) b1 [& d5 u! o* A' N2、参数均衡器（PEQ）
1 k$ x- D2 S& x7 `* C! `& @/ v- _
   主要作用补偿节目信号中欠缺的频率成分和抑制过程的频率成分，便声音更为悦耳优美。
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   特点：滤波器的中心频率Q值（滤波器的通带宽度）和振幅特性三个参数可调。
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/ F& m4 ~( I! }频率点较少（一般只有低频、中频和高三个可调中心频率）但它们的可调范围包括了全部频谱，下幅提升或衰减某些频段的信号幅度，产生特殊的音响效果或者用采抑制某一频点的干扰（如50HZ或100HZ）3.4KHZ或6.8KHZ等）或噪声，又可很少损失其相邻的有用信号成分。故在现代调音台中大量采用参数或平参数均衡器。
1 P9 A# J) f/ ]1 d- d5 L( z
   参数均衡器的Q值和通带宽度之间的关系：

& i$ F: H, d- }0 K4 D4 e9 T( D0 J   滤波的Q值定义：Q=
+ M2 g' k, B" C1 Y" z. X
式中   f0——带通滤波器的中心频率，单位为HZ；
6 M/ ^$ P8 Y) b' {
       fH——中心频率的传输电平下降3dB时的高端频率，单位为HZ的低端频率。

       fL——------
7 r" P" S5 h% F1 e: K
△f——fH—fL单位为HZ

( h$ o" P8 T: {% r- R( R8 a    从式中可看，滤波品的带宽△f与它的Q值成反比。即Q值越高，带宽越窄，反之，Q值越低的带通滤没器，其带宽越宽。

    Q值的计算：首先找出频响特性上中心频率两边衰减3 dB的频率点，例中心频率f0=1KHZ低端一3dB的频点为FL=780HE，高编一3dB的频点为FH=1280HE，那么以时R值为1000/1280-780）=2参数均衡器可变Q值通都在4-20之间。

    参数均衡器除含带通滤波器外，还有一个低通滤波器（LPF）和一个高通滤波器（HPF）它们又称“斜坡”滤波器。

3、数字均衡器

2 V. G( M2 A, \* p2 a8 M1 w+ h    运用数字滤波器技术组成的均衡器称为数字均衡器。
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    特点：技术性能高，可以方便组成不同用途的均衡器，既可组成双通道或支多通道的图示式均衡器，又可组成各类参数均衡器，还可与电子分频器、反馈抑制器等组合成一个多功能、多通道信号综合处理装置。
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    性能优异、功能众多、配套简单，使用灵活，是均衡器发展的一种体目流。
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a、功能（以SONＹ　ＳＲＰ－Ｅ３００为例）：

+ K# m; g: \4 o+ }: A+ S$ l9 P) t　 （１）同时作为Ｘ段ＰＥＱ和Ｘ段ＧＥＱ采处理信号。

　 （２）在１个ＬＣＤ图表监视屏上实时显示调整ＧＥＱ和ＰＥＱ频响特性曲线。（ＧＥＱ和特性可重叠在ＰＥＱ的频响特性曲线上）可同时检查全印均衡器的特性调节。

+ G4 k2 Q, D" U1 x　 （３）具有限幅器和噪声门的功能。
- U5 \- t$ e- z
　  均衡器提升太大时，会发生信号削没问题，限幅器可阻止这种硬削的发生。
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　  噪声门功能还可消除无音频信号期间的噪音（静噪功能。）
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　 （４）可作为补偿扬声器的补偿延时器，最大延时可太４Ｓ。
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　 （５）机内设有可存储２０种不同频响特性曲线，以适应不同节目演出的需要。
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9 n* Q1 b) Z5 [- @  L　 （６）为防止误操作把巳调节好的频响特性曲线弄乱，抗内没有锁定功能。

6 M. Y7 Z) J- q! V# N, [, K　 （７）通过抗器RS-232C端子，可进行遥控操作。
' t4 Q- Q( L) m, @" l' [5 V: p- T
4 O1 e4 l8 ]. s  x/ W5 p& Y: N十、技术特性（以---为例）
. _& o8 K3 Y. _6 R4 y7 G
（1）音频特性（用作模拟信号输入/输出时）
! F8 c* t6 h2 ^1 E6 X9 p, q- I0 L( b
  a  S6 a& t7 ?* i频率特性：20-20000HZ  0/-1 dB

* N, H+ q$ x- U7 L9 B总谐波矢真：≤0.01%（输出电平+14 dBu，SOKH低通滤波器）
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- j) [. R% V% }! \信号动态范围：≥105 dB
/ @3 }, H$ C% O
（2）RS-232C遥控谐端子：9芯（么）用一振电缆与计算抗连接。
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% y7 Q! Z3 y( e( a, d5 u（3）均衡器技术规态

①图示式均衡器的频段数：29段（25HZ-16KHZ11/S信频程中心点频）
" j) q( o% P1 Z1 ]; e
提升/衰减范围：±12 dB（ 0.5 dB步级增/减）
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品质因素Q值：4.3和7
) U4 g1 i- K( u9 m! B! E
②参数均衡器频数数量：10段

: B$ {6 b) h+ Z% Q频段可调范围：20HZ-20KHZ（1/12倍频程量级调节共121个量）

提升/衰减范围：±12 dB  （0.5 dB步级增/减）
( A1 _' Q0 d. i; m: g
品质因素调节：0.31-19.4（37个量）
- f% G9 M, Z: |1 V
③输出电平：—00，-60 dB +12 dB（0.5 dB步级调节）
, d( c7 a1 r! O& N. B' a
/ O. X& T' I8 Z# K' o0 R; P( A④延迟时间调节范围：0-4000MS（每步级调节为20.8MS），最延迟时间（模拟输入/输出时）：内1.46MS。
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, d& R* r8 B5 g8 Z! |, B7 |. w⑤噪声门门槛电平调节范围：关断—95 dB -60 dB（5 dB步级门小节）

1 k* a9 e0 A( g- m8 [3 [（4）输入特性

①模拟信号输入：4 dBu/3   ，平衡输入。最大输入电平：+24 dBu；A/D变换 ：48KHZ/20bit②数字信号输入：取样频率32KHZ，44KHZ，48KHZ，码位长度：20bit。
; y+ H0 ?8 R+ p- E0 R
+ x+ P# Y2 D8 t9 W- C) [（5）输出特性：
8 }, l( ?2 `7 M
①模拟-------出：+4 dBu/600 ，平衡输出。最大  电平：+24 dBu；D/A变换；48KHZ/20bit②数字   ：取样频率：48KHZ，码位长度：20bit。

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专业音响周边设备的原理与应用