現(xiàn)代音響技術

1、1數(shù)字音響 (Digital Audio) 是指把聲音信號數(shù)字化， 并在數(shù)字狀態(tài)下進行傳送、 記錄、 重放以及其它加 工處理等一套技術。特點：1) 信噪比高 數(shù)字音響的記錄形式是二進制碼，重放時只需判斷 “0”或“1”，因此，記錄媒 介的噪聲對重放信號的信噪比幾乎沒有影響。 而模擬音響記錄形式是連續(xù)的聲音 信號，在錄放過程中會受到諸如磁帶噪聲的影響，而使音質變差。2) 失真度低 在模擬音響錄放過程中， 磁頭的非線性會引入失真， 為此需采取交流偏磁錄 音等措施， 但失真仍然存在。 而在數(shù)字音響中， 磁頭只工作在磁飽和和無磁兩種 狀態(tài)，表示 “1”和“0”，對磁頭沒有線性要求。3) 重復性好 數(shù)字

2、音響設備經多次復制和重放， 聲音質量不會劣化。 在數(shù)字音響中， 即使 母帶有些劃傷或磁粉脫落， 子帶也會通過強有力的糾錯編碼系統(tǒng)加以補償， 而不 會使復錄的音質劣化。4) 抖晃率小 數(shù)字音響重放系統(tǒng)由于時基校正電路的作用， 旋轉系統(tǒng)、 驅動系統(tǒng)的不穩(wěn)定 不會引起抖晃，因而不像模擬記錄那樣，需要精密的機械系統(tǒng)。5) 適應性強 數(shù)字音響所記錄的是二進制碼，各種處理都可用此數(shù)值運算來進行，并可 不改變硬件，僅用軟件進行操作，便于微機控制，故適應性強。6) 便于集成 數(shù)字化系統(tǒng)可采用超大規(guī)模集成電路形成，由此帶來的是整機調試方便， 性能穩(wěn)定，可靠性高，便于大批量生產，降低成本。耳機分類動圈耳機 : 目

3、前絕大多數(shù)(大約 99%以上)的耳機耳塞都屬此類，原理類似于 普通音箱， 處于永磁場中的線圈與振膜相連， 線圈在信號電流驅動下帶動振膜發(fā) 聲，信號經過線圈切割磁力線， 從而帶動振膜一起振動發(fā)聲。 優(yōu)點是制作相對容 易，線性好、失真小、頻響寬。缺點是效率相對較低。動鐵：利用了電磁鐵產生交變磁場，振動部分是一個鐵片懸浮在電磁鐵前方， 信號經過電磁鐵的時候會使電磁鐵磁場變化， 從而使鐵片振動發(fā)聲。 優(yōu)點是使用 壽命長、效率高。缺點是失真大，頻響窄。常用于早期的電話機聽筒。壓電：利用用壓電陶瓷的壓電效應發(fā)聲。效率高、頻率高。缺點：失真大、驅 動電壓高、低頻響應差，抗沖擊里差。此類耳機多用于電報收發(fā)使用

4、，現(xiàn)基本淘 汰。少數(shù)耳機采用壓電陶瓷作為高音發(fā)聲單元。錄放音過程：動圈耳機的工作原理： （如上動圈耳機）技術參數(shù)1）阻抗（Impedance ）：耳機的阻抗是其交流阻抗的簡稱 ,注意與電阻含義的區(qū) 別，在直流電（ DC）的世界中，物體對電流阻礙的作用叫做電阻，但是在交流 電（ AC ）的領域中則除了電阻會阻礙電流以外，電容及電感也會阻礙電流的流 動，這種作用就稱之為電抗， 而我們日常所說的阻抗是電阻與電抗在向量上的和。2）靈敏度（ Sensitivity ）：指向耳機輸入 1 毫瓦的功率時耳機所能發(fā)出的聲壓 級（聲壓的單位是分貝，聲壓越大音量越大） ，所以一般靈敏度越高、阻抗越小， 耳機越容易

5、出聲、越容易驅動。3）頻率響應（ Frequency Response）：頻率所對應的靈敏度數(shù)值就是頻率響應， 繪制成圖象就是頻率響應曲線， 人類聽覺所能達到的范圍大約在 20Hz-20000Hz， 目前成熟的耳機工藝都已達到了這種要求。頻率響應曲線動圈揚聲器的工作原理：電動式揚聲器的結構由三部分組成：磁路系統(tǒng)、振動系統(tǒng)和支撐輔助件。 （1） 磁路系統(tǒng)。 揚聲器的性能與磁路系統(tǒng)有密切關系， 設計合理的磁路可得到較高效 率的能量轉換， 在環(huán)形磁隙中應有足夠大和均勻的磁通密度， 這些與導磁材料的 選擇、磁鐵的質量和磁路形式的選擇等有關。 磁路系統(tǒng)包括永磁體、 極靴和工作 氣隙。永磁體在氣隙中提供的

6、磁能被音圈利用 (2) 振動系統(tǒng)。揚聲器的振動系統(tǒng) 包括策動元件音圈、輻射元件振膜和保證音圈在磁隙中處于正確位置的定心支 片。這是紙盆揚聲器的關鍵零部件。 (3) 支撐及輔助件。它包括盆架、壓邊、防 塵罩、引出線等，是揚聲器必不可少的輔助件。揚聲器的音圈與紙盆聯(lián)成一體，音圈處于磁場中，當其內部通過音頻電流 i 時，其受到的力為 F=Bli 。通電音圈在磁場中受到力的作用而運動時， 就會切割 磁隙中的磁力線，從而在音圈內產生感應電動勢，其感應電動勢的大小為 e=Blv 紙盆揚聲器工作的過程就是在這種電效應和力效應的作用下而完成電能到聲能 的轉換的。即當音圈中輸入由放大器輸出的電流時， 在線圈和磁

7、鐵之間產生磁場， 隨著音圈中流過的電流大小不同， 音圈帶動揚聲器的振膜在磁場中作不同垂直方 向的運動，這樣就會使揚聲器發(fā)聲。3. 揚聲器的技術要求揚聲器作為一種電聲換能器， 是整個音響系統(tǒng)的終端， 它的性能將直接影響 整個音響系統(tǒng)的放聲質量。 為了保證放聲質量， 必須對揚聲器提出一定的技術要 求。1) 揚聲器的額定阻抗、阻抗曲線、品質因數(shù)和共振頻率 在額定揚聲器信號源的輸出功率時， 常用一個純電阻代替揚聲器作負載， 此 電阻稱為額定阻抗。 額定阻抗是計算饋給揚聲器的電功率的基準， 用于匹配和測 量。在額定頻率范圍內，阻抗模值的最低值不應小于額定阻抗的 80%。一般揚聲 器的額定阻抗多為 8。阻

8、抗曲線是揚聲器在正常工作條件下， 用恒流法或恒壓法測得的揚聲器阻抗 模值隨頻率變化的曲線2) 揚聲器的特性靈敏度、特性靈敏度級、最大輸出聲壓級特性 靈敏度表示將 揚聲器放在消聲室的隔板上，在其輸入端加上額定功率為1W的粉紅噪聲信號情況下，在輻射方向上距離該揚聲器 1m處所測得的聲壓值，通常用 bar 作單位。 所謂特性靈敏度級是指用 dB 為單位表示的特性靈敏度。3) 額定頻率范圍和有效頻率范圍 額定頻率范圍是指制造廠家按國家、 國 際產品標準對揚聲器所限定的頻率范圍；而有效頻率范圍是在聲壓 - 頻率響應曲 線的最高聲壓級區(qū)域取一個倍頻程的寬度， 求該寬度內的平均聲壓級， 然后從這 個聲壓級算

9、起，下降 10dB 畫一條水平線，這個水平線與頻響曲線的交點對應的 頻率，稱為有效頻率范圍的上下限， 而包含上下限在內的頻率范圍稱為揚聲器的 有效頻率范圍。4) 額定噪聲功率、最大噪聲功率 額定噪聲功率是指在揚聲器額定頻率范圍內，用規(guī)定的噪聲信號測試后所 確定的功率值。最大噪聲功率是指在額定頻率范圍內饋給揚聲器以規(guī)定的模擬節(jié) 目信號，不產生熱和機械損壞的最大功率。 最大噪聲功率通常是額定噪聲功率的 23 倍。揚聲器有時也用長期最大功率、短期最大功率和額定最大正弦功率等指 標來衡量5) 效率 揚聲器的效率表示在某一頻帶內所輻射的聲功率與該頻帶內饋 給揚聲器的電功率的比值。6) 非線性失真 揚聲器

10、的非線性失真是指在放聲過程中，出現(xiàn)了輸入 信號中沒有的頻率成分。非線性失真包括諧波失真、互調失真和分諧波失真等。(1) 諧波失真。當揚聲器輸入某一頻率的正弦信號時，在它的輸出信號中，除了 輸入信號的基波成分外， 又出現(xiàn)了二次、 三次諧波成分，這種現(xiàn)象稱為諧波失真。 ( 2) 互調失真。當揚聲器同時重放使音圈作大振幅振動的低頻信號 fL 和音圈作 小振幅振動的高頻信號 fH 時，重放聲中除了有 fL 、fH 及其諧波成分外， 還會有 fH nfL 的新的頻率成分， n=1,2,3, ，這種失真稱為互 0 調失真。 (3) 分諧波 失真。當加給揚聲器強純音時， 由于振膜的非線性會在中低聲頻段產生頻

11、率為信 號頻率 1/2 或 1/3 等的模糊聲音， 這種現(xiàn)象稱為分諧波失真。 對揚聲器來說， 非 線性失真越小其性能就越好。7) 瞬態(tài)失真 瞬態(tài)失真是由于揚聲器的振動系統(tǒng)跟不上快速變化的電信號而引起的輸出 波形與輸入波形之間的差別， 這種現(xiàn)象就稱為瞬態(tài)失真。 它與頻響曲線上的峰谷 有關，在振膜的諧振點處瞬態(tài)失真較為嚴重。8) 指向性 指向性是表征揚聲器在不同方向上輻射聲波的能力，通常與頻 率有關。 在低頻情況下， 信號波長較長， 揚聲器輻射面的有效長度比輻射的聲波 波長小得多， 此時揚聲器可看作一個點源， 其輻射的聲波是無指向性的； 隨著信 號頻率的增高， 聲波波長越來越短。 當波長與輻射面的

12、有效長度可以比擬時， 由 于聲波的繞射特性和干涉特性，揚聲器輻射的聲波將出現(xiàn)明顯的指向性。9) 純音 純音是一個主觀指標，它反映揚聲器工作中純音信號的質量。純音 合格是指在額定頻率范圍內， 饋給揚聲器額定功率的某一頻率的正弦信號， 揚聲 器應無機械雜聲、碰圈聲、垃圾聲、調制聲等揚聲器的工作機理 實際就是實現(xiàn)電、力、聲的轉換。揚聲器工作時，先由電 信號轉變?yōu)橐羧φ駝拥牧Γ?音圈振動的力再帶動紙盆振動， 從而推動周圍空氣最 后輻射出聲音，由此可以看出，揚聲器的工作過程中經過了電、力、聲三種能量 的轉換音頻功率放大器所謂放大器是指能夠對電壓 ( 或電流 )信號進行不失真放大的有源電路，在實 際應用中

13、通常將其分為前級放大和后級放大兩種。 前級放大也稱為前置放大， 在 專業(yè)音響系統(tǒng)中通常將其安排在調音臺部分。 其主要作用 是將音頻信號進行初步 的電壓放大，以便其它電路對音頻信號進行處理； 而后級放大稱為音頻功率放大， 在專業(yè)音響系統(tǒng)中通常是一臺獨立的設備， 其主要作用是將經過調音臺處 理后的信號進行功率放大， 以提供足夠大的功率去推動音箱工作。 此外，在一些 非專業(yè)音響系統(tǒng)中，為了減少連接線、縮小體積、降低成本，往往也將前置放大 和功率放大放在一臺設備內， 構成組合式放大器。 組合式放大器的使用效果一般 不如專業(yè)音響中的獨立設備， 但用戶使用起來較為方便， 因此這種方式大多用在 家用音響系統(tǒng)

14、中。功率放大器的實質就是將直流電能轉化為音頻信號的交流電 能。性能指標1). 輸出功率 輸出功率的大小是根據放大器的使用環(huán)境、條件及對象等許 多因素決定的， 它是功率放大器最基本的一項指標。 衡量放大器輸出功率的指標 有最大不失真連續(xù)功率、 音樂功率和峰值功率等幾種不同的指標。 目前公認的指 標是“最大不失真連續(xù)功率”， 又叫 RMS功率，正弦波功率或平均值功率等。 其 含義是相同的，它是指放大器配接額定負載時 (通常 RL=8) ，在總的諧波失真 系數(shù)小于 1%，負載兩端測出 1kHz 的正弦波電壓的平方，除以負載電阻而得出2. )增益 放大器的增益是放大器放大能力的重要指標，也稱為放大倍數(shù)

15、。 其定義為放大器的輸出量與輸入量之比。 根據其輸入量與輸出量的不同， 又分為 電壓增益、電流增益和功率增益，其表達式為UIA po電壓增益：Au Uo 電流增益： Ai I o 功率增益： Ap piUiI i3. )信噪比 信噪比是指信號與噪聲的比值，常用符號 S/N 來表示，它等 于輸出信號電壓與噪聲電壓之比，用 dB表示，即 SU o20lg o (dB)NU N信噪比越大，表明混在信號中的噪聲越小，放大器的性能越好4. ) 頻率響應 頻率響應即有效頻率范圍，它是用來反映放大器對不同頻率 信號的放大能力。 放大器的輸入信號是由許多頻率成分組成的復雜信號， 由于放 大器存在著阻抗與頻率有

16、關的電抗元件及放大器本身的結電容等， 使放大器對不 同頻率信號的放大能力也不相同， 從而引起輸出信號的失真。 頻率響應通常用增 益下降 3dB 以內的頻率范圍來表示。5. ) 放大器的失真 音頻信號經過放大器之后，不可能完全保持原來的面貌， 這就稱為失真。失真的種類很多，除了上述的頻率失真以外，還有諧波失真、相 位失真、互調失真和瞬態(tài)失真等。其中最主要的是諧波失真。(1)諧波失真 。諧波失真是指信號經放大器放大后輸出的信號比原有聲源信 號多出了額外的諧波成分。 它是由放大器的非線性引起的。 諧波失真系數(shù)越小越 好，它說明了放大器的保真度越高。諧波次數(shù)越高，幅度越小，因而對信號的影 響也越小。(

17、2) 相位失真 。相位失真是指音頻信號經過放大器以后，對不同頻率信號產 生的相移的不均勻性， 以其在工作頻段內的最大相移和最小相移之差來表示。 相 位失真與瞬態(tài)響應及瞬時互調失真都有著密切的關系。 對于高保真放大器， 要求 其相位失真在 20kHz 范圍內應小于 5%。(3) 互調失真 ?；フ{失真也是非線性失真的一種。聲音信號是由多頻率信號復 合而成的， 這種信號通過非線性放大器時， 各個頻率信號之間便會相互調制， 產 生新的頻率分量，形成所謂的互調失真。因此，在選用放大器時，一定要注意放 大器的非線性指標，盡量選用線性好的放大器，從而克服互調失真的影響。(4) 瞬態(tài)互調失真 。瞬態(tài)互調失真是

18、指晶體管放大器由于采用了深度大回環(huán)負 反饋而帶來的一種失真。 由于深反饋信號跨越了兩級以上的放大電路， 而兩級間 存在著電容 C，當放大器輸入一個持續(xù)時間非常短的瞬態(tài)脈沖信號時， 由于電容 C 充電帶來的滯后作用， 使輸出端不能及時得到應有的輸出電壓， 輸入端也不能 及時得到應有的負反饋。 在此瞬間， 輸出級瞬時嚴重過載， 輸出信號的波峰將被 消去，從而引起失真。6. 動態(tài)范圍 放大器的動態(tài)范圍通常是指它的最高不失真輸出電壓與無信號時的輸出噪聲 電壓之比，用 dB 來表示。而信號源的動態(tài)范圍是指信號中可能出現(xiàn)的最高電壓 與最低電壓之比，用 dB 來表示。顯然，放大器的動態(tài)范圍必須大于輸入信號源

19、 的動態(tài)范圍，才能獲得高保真的放大效果。動態(tài)范圍越大，放大器的失真越小。7. 分離度 立體聲的分離度即左右聲道串通衰減，是指放大器中左、右 兩個聲道信號相互串擾的程度，單位為 dB。如果串擾量大，亦即分離度低，則 會出現(xiàn)聲場不飽滿，立體感將被減弱等現(xiàn)象，重放音樂的效果差。8. 阻尼系數(shù) 阻尼系數(shù)是指放大器對負載進行電阻尼的能力， 是衡量放 大器內阻對揚聲器所起阻尼作用大小的一項性能指標。 大功率音箱低音單元工作 在低頻大振幅狀態(tài)時 (尤其是諧振頻率附近 )，揚聲器本身的機械阻尼已無法消除 音箱所產生的共振， 從而使音箱的瞬態(tài)特性變壞， 音質出現(xiàn)拖泥帶水， 層次不清， 透明度降低等現(xiàn)象。 為了消

20、除這些現(xiàn)象， 可以利用減小放大器的內阻， 使揚聲器 共振時音圈產生的感生電動勢短路， 由此產生的短路電流能抑制揚聲器的自由振 動，從而起到阻尼作用。 阻尼系數(shù)的大小會影響擴音設備重放的音質。阻尼系 數(shù)越大，對揚聲器的抑制能力就越強。高保真擴音機的阻尼系數(shù)應在10 以上。但 Fd 值也不是越大越好，而是要適當。不同的揚聲器有著不同的Fd 最佳值。一般都在 15100 之間。9. 轉換速率 一臺放大器能夠不失真地重現(xiàn)正弦波，不等于能完整地放大前沿陡峭的矩 形信號。為了衡量放大器在通過矩形波時引起前沿上升時間延遲， 使輸出信號產 生失真，通常用放大器的轉換速率來描述，這個指標越高越好。轉換速率低，是

21、 功率放大器產生瞬態(tài)互調失真的重要原因。 為了提高信號波形的再現(xiàn)性和減輕瞬 態(tài)互調失真，放大器的高速化是完全必要的。高保真放大器的轉換速率要求在 20V/ s以上。調音臺調音臺 實際上是一個音頻信號混合控制臺 (Audio Mixing Controler) ，也稱作 調聲控制臺。 它是包括錄音、 擴聲等音響系統(tǒng)的控制中心， 它不僅是聲音信號的 調度司令臺， 而且是各種警示信號、 監(jiān)聽信號的控制司令臺。 通常我們所說的調 音，其中一個主要步驟就是根據聲源 (或者說節(jié)目 )的特點對調音臺進行操作。3.1.1 調音臺的主要功能1. 放大調音臺的首要任務是對來自話筒、卡座、電子樂器等聲源大小不等的低

22、電平信號按要求進行放大。在放大過程中還必須對信號進行調整和平 衡，所以信號經放大后有可能還要對其適當加以衰減， 然后再次放大， 最后達到 下級設備所需要的電平。一般，調音臺內設置的放大器有：前置放大器，也稱輸 入放大器；2. 混合 調音臺具有多個輸入通道或輸入端口，例如連接有線話筒的話筒 (MIC)輸入、連接有源聲源設備的線路 (LINE) 輸入、連接信號處理設備的斷點插 入 (INSERT)和信號返回 (RETERN)等。調音臺將這些端口的輸入信號進行技術上 的加工和藝術上的處理后， 混合成一路或多路輸出。 信號混合是調音臺最基本的 功能，從這個意義上講，調音臺又是一個 “混音臺 ”。3.

23、分配調音臺通常都具有多個輸出通道或輸出端口。主要包括：單聲道(MONO)輸出，立體聲 (STEREO)主輸出，監(jiān)聽 (MONITOR) 、輔助(AUX) 、編組 (GROUP)輸出等。調音臺要將混合后的輸入信號按照不同的需求分配給各輸出通 道，為下級設備提供信號。同時，要求接通或斷開某輸出通道時，不能影響其它 輸出通道。4. 音量控制由于調音臺輸入和輸出都具有多個通道， 因此需要對各通道信號進行音量控制，以達到音量平衡， 這也是調音臺的重要功能之一。 在調音臺中， 音量控制器一般稱作衰減器?，F(xiàn)代調音臺的衰減器通常采用線性推拉式電位器， 俗稱推子。5. 均衡與濾波由于放(錄)音環(huán)境 (如建筑結構

24、等 )對不同頻率成分吸收或反射 的量不同， 再加上音響元器件或整機設備的電聲指標不完善， 從而使話筒拾音或 擴聲系統(tǒng)放音出現(xiàn) “聲缺陷 ”，影響節(jié)目的藝術效果；有時，演員或樂器也可能因 聲部不同而對放 (錄 )音的要求有異。因此，調音臺的每一個輸入通道都設有均衡 器或濾波器，通過調整可以彌補 “缺陷 ”，提高音頻信號的質量，以達到頻率平衡 這一基本要求。在現(xiàn)代音響設備中，還專門配備有多段頻率均衡器設備。6. 壓縮與限幅調音臺輸入聲源的信號電平和動態(tài)范圍各不相同， 電聲器件也會導致信號的非線性失真。 因此， 在調音臺放大器電路上要采取相應措施， 例 如在線路放大器上采用擴展、 壓縮、 限幅放大電路等。 有些調音臺還專門為了平 衡動態(tài)范圍而設置了 “壓縮/限幅器 (Compressor/Limiter)