第1章 音響技術(shù)緒論

1、第第1 1章章 緒論緒論 第第1章章 緒論緒論 1.1 音響的基本概念音響的基本概念 1.2 高保真音響系統(tǒng)高保真音響系統(tǒng) 1.3 電聲性能指標(biāo)電聲性能指標(biāo) 1.4 現(xiàn)代音響技術(shù)現(xiàn)代音響技術(shù) 思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 第第1 1章章 緒論緒論 1.1 音響的基本概念音響的基本概念 1.1.1 音響 音響(Sound)是一個(gè)通俗的名詞. 在物理學(xué)中, 音響可理解為人耳能聽到的聲音. 然而, 在音響技術(shù)中, 音響是指通過放聲系統(tǒng)重現(xiàn)的聲音. 第第1 1章章 緒論緒論 1.1.2 高保真 音響系統(tǒng)若能如實(shí)地重現(xiàn)原始聲音和原始聲場, 并能對音頻信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ば揎? 使重現(xiàn)的聲音優(yōu)美動(dòng)聽, 則可稱之

2、為高保真音響系統(tǒng). 可見, 高保真(High - Fidelity,縮寫為Hi - Fi)有 3 個(gè)重要屬性. 第第1 1章章 緒論緒論 1. 如實(shí)地重現(xiàn)原始聲音 聲音的基本特性在物理學(xué)中可用聲壓的幅度, 頻率和頻譜3個(gè)客觀參量來描述, 而在人耳聽覺中則用聲音的音量, 音調(diào)和音色3個(gè)主觀參量來描述, 稱為聲音三要素. 第第1 1章章 緒論緒論 2. 如實(shí)地重現(xiàn)原始聲場 室內(nèi)聲場是由聲源, 直達(dá)聲, 反射聲和混響聲構(gòu)成的. 如在音樂廳欣賞音樂時(shí), 直達(dá)聲可以幫助聽眾判斷各種樂器的發(fā)聲方位, 反射聲和混響聲給人一種空間感和包圍感, 感受到現(xiàn)場的音響氣氛. 第第1 1章章 緒論緒論 3. 能夠?qū)σ纛l

3、信號(hào)進(jìn)行加工修飾 音頻信號(hào)在錄制, 傳輸和重放過程中, 不可避免地會(huì)產(chǎn)生各種失真. 因而, 高保真音響系統(tǒng)應(yīng)該采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行均衡補(bǔ)償和加工處理, 以恢復(fù)原有音質(zhì). 另外, 音響系統(tǒng)經(jīng)常用來播放音樂. 第第1 1章章 緒論緒論 1.2 高保真音響系統(tǒng)高保真音響系統(tǒng) 雙聲道高保真音響系統(tǒng)的組成框圖如圖1 - 1所示. 下面以此為例來說明各組成部分的主要作用. 其它立體聲系統(tǒng)將在第6章中介紹. 第第1 1章章 緒論緒論 圖 1 - 1 高保真音響系統(tǒng) 第第1 1章章 緒論緒論 1.2.1 高保真音源 高保真音源有調(diào)諧器, 錄音座, 電唱機(jī), CD唱機(jī), 影碟機(jī)和傳聲器等. 它們?yōu)橐繇懴到y(tǒng)提供高保

4、真的音頻信號(hào). 1. 調(diào)諧器 調(diào)諧器是一臺(tái)不包括功放級(jí)和揚(yáng)聲器的高性能收音機(jī). 其功能是接收中波段和短波段的調(diào)幅廣播及調(diào)頻立體聲廣播, 并還原成音頻信號(hào). 第第1 1章章 緒論緒論 2. 錄音座 錄音座是一臺(tái)不包括功放級(jí)和揚(yáng)聲器的高性能錄音機(jī). 它根據(jù)電磁轉(zhuǎn)換原理, 利用磁帶記錄或重現(xiàn)音頻信號(hào). 3. 電唱機(jī) 電唱機(jī)是一種拾音裝置. 它利用拾音器將唱片聲槽中記錄著聲音信息的振動(dòng)軌跡變換成相應(yīng)的音頻信號(hào). 第第1 1章章 緒論緒論 4. CD唱機(jī) CD唱機(jī), 又稱為激光唱機(jī), 鐳射唱機(jī). 它利用激光光束, 以非接觸方式將CD唱片上記錄著聲音信息的數(shù)字編碼信號(hào)檢拾出來, 經(jīng)解碼器把數(shù)字信號(hào)變換為模

5、擬音頻信號(hào). 5. 傳聲器 傳聲器, 又稱麥克風(fēng), 俗稱話筒. 傳聲器是一種換能器, 它將聲能轉(zhuǎn)換為電能. 第第1 1章章 緒論緒論 1.2.2 音頻放大器 音頻放大器是音響系統(tǒng)的主體, 包括前置放大器和功率放大器兩部分, 必要時(shí)可以插入圖示均衡器. 音頻放大器對音頻信號(hào)進(jìn)行處理和放大, 用足夠的功率去推動(dòng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)發(fā)聲. 第第1 1章章 緒論緒論 1. 前置放大器 前置放大器具有雙重功能, 即選擇音源并進(jìn)行音頻電壓放大和音質(zhì)控制. 它將各種不同音源送來的不同電平的音頻信號(hào)放大為大致相同的額定電平; 同時(shí)通過加工處理, 實(shí)現(xiàn)音質(zhì)控制, 以恢復(fù)原始聲音, 輸出高保真音頻信號(hào). 第第1 1章章 緒

6、論緒論 2. 圖示均衡器 圖示均衡器是一種為修飾美化音色而設(shè)置的音頻信號(hào)處理設(shè)備. 它將整個(gè)音頻頻帶劃分為5個(gè), 7個(gè)或10個(gè)頻段, 最多達(dá)31個(gè)頻段, 分別進(jìn)行提升或衰減. 3. 功率放大器 功率放大器的作用是放大來自前置放大器的音頻信號(hào), 產(chǎn)生足夠的不失真功率, 以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲. 第第1 1章章 緒論緒論 1.2.3 揚(yáng)聲器系統(tǒng) 揚(yáng)聲器系統(tǒng)由揚(yáng)聲器, 分頻器和箱體3部分組成, 其作用是將功率放大器輸出的音頻信號(hào)分頻段不失真地還原成原始聲音. 揚(yáng)聲器系統(tǒng)對重放聲音的音質(zhì)有著舉足輕重的影響. 第第1 1章章 緒論緒論 1. 揚(yáng)聲器 揚(yáng)聲器是一種電聲換能器. 音響系統(tǒng)中使用最多的是電動(dòng)式揚(yáng)聲器

7、, 它利用磁場對載流導(dǎo)體的作用實(shí)現(xiàn)電聲能量轉(zhuǎn)換. 2. 分頻器 無論哪一種揚(yáng)聲器, 要同時(shí)良好地重放整個(gè)音頻頻帶的聲音幾乎是不可能的. 第第1 1章章 緒論緒論 3. 箱體 揚(yáng)聲器振膜前后所輻射的聲波是互為反相的, 其中低頻聲波因繞射而造成的相位干涉會(huì)削弱其輻射功率. 為了提高揚(yáng)聲器的低頻效率, 應(yīng)把揚(yáng)聲器裝在箱體里. 常見的音箱有封閉式和倒相式等. 第第1 1章章 緒論緒論 1.3 電聲性能指標(biāo)電聲性能指標(biāo) 1.3.1 有效頻率范圍 習(xí)慣上稱為頻率特性或頻率響應(yīng), 是指各種放聲設(shè)備能重放聲音信號(hào)的頻率范圍, 以及在此范圍內(nèi)允許的振幅偏差程度（允差或容差）. 顯然, 頻率范圍越寬, 振幅容差越

8、小, 則頻率特性越好. IEC-581標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 頻率范圍應(yīng)寬于40 Hz12.5 kHz, 振幅容差應(yīng)低于5 dB, 各種音響設(shè)備不盡相同. 第第1 1章章 緒論緒論 規(guī)定有效頻率范圍, 是為了保證語言和音樂信號(hào)通過該設(shè)備時(shí)不會(huì)產(chǎn)生可以覺察的頻率失真和相位失真. 常見樂器與男女聲的頻率范圍如圖1 - 2所示. 圖中實(shí)線表示各種樂器的基頻頻帶范圍, 虛線表示要完美地反映該樂器的音色所需要的音響設(shè)備的起碼頻率范圍. 圖中各種等級(jí)擴(kuò)音機(jī)的頻率范圍表明, 只有一級(jí)擴(kuò)音機(jī)能高保真地重放語言和音樂信號(hào), 二, 三級(jí)擴(kuò)音機(jī)能高保真地重放男女聲. 各頻段聲音對聽感的影響如圖1 - 3所示. 第第1 1章章

9、緒論緒論 圖 1 - 2 常見樂器與男女聲的頻率范圍 第第1 1章章 緒論緒論 圖 1 - 3 各頻段聲音對聽感的影響 第第1 1章章 緒論緒論 1.3.2 諧波失真 由于各音響設(shè)備中的放大器存在著一定的非線性, 導(dǎo)致音頻信號(hào)通過放大器時(shí)產(chǎn)生新的各次諧波成分, 由此而造成的失真稱為諧波失真. 諧波失真使聲音失去原有的音色, 嚴(yán)重時(shí)使聲音變得刺耳難聽. 該項(xiàng)標(biāo)可用新增諧波成分總和的有效值與原有信號(hào)的有效值的百分比來表示, 因而又稱為總諧波失真. 第第1 1章章 緒論緒論 電壓諧波失真系數(shù)可采用國標(biāo)規(guī)定的測試方法分別測量基波和各諧波分量, 按下式進(jìn)行計(jì)算: %1002322212322uuuuu（

10、1 - 1） 第第1 1章章 緒論緒論 1.3.3 信噪比 信噪比又稱信號(hào)噪聲比, 是指有用信號(hào)電壓與噪聲電壓之比, 記為S/N, 通常用分貝值表示: )(lg20dBuuNSNS（1 - 2） 式中uS為有用信號(hào)電壓, uN為無用噪聲電壓. 信噪比越大, 表明混在信號(hào)里的噪聲越小, 重放的聲音越干凈, 音質(zhì)越好. 第第1 1章章 緒論緒論 國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定, 信噪比可用去調(diào)制法或?yàn)V基波法來測量. 首先測得輸出為額定功率時(shí)的信號(hào)(S), 失真(D)和噪聲(N)電壓之和(S+D+N), 然后去掉或?yàn)V去信號(hào)電壓, 用帶通濾波器取出失真和噪聲電壓(D+N), 計(jì)算(S+D+N)與(D+N)比值并取對數(shù)獲

11、得信噪比分貝值. 第第1 1章章 緒論緒論 1.4 現(xiàn)代音響技術(shù)現(xiàn)代音響技術(shù) 1.4.1 音響集成電路 自從1967年出現(xiàn)第一塊音響集成功率放大電路以來, 隨著微電子技術(shù)的日益成熟, 音響集成電路迅速崛起. 第第1 1章章 緒論緒論 1.4.2 高保真技術(shù) 追求高保真的音響效果是現(xiàn)代音響技術(shù)的基本目標(biāo). 高保真電路技術(shù)主要表現(xiàn)在4個(gè)方面, 即擴(kuò)展有效頻率范圍, 減小各類失真, 降低各種噪聲, 增強(qiáng)立體聲效果. 第第1 1章章 緒論緒論 1. 擴(kuò)展有效頻率范圍 高保真放聲要求音響系統(tǒng)的每個(gè)環(huán)節(jié)都具有比IEC標(biāo)準(zhǔn)更寬的有效頻率范圍. 在音源部分, 采用調(diào)頻廣播可使音頻帶寬達(dá)到30 Hz15 kHz

12、, 密紋唱片和激光唱片可達(dá)20 Hz20 kHz. 第第1 1章章 緒論緒論 2. 減小各類失真 擴(kuò)展有效頻率范圍可以防止或削弱頻率失真和相位失真. 在大信號(hào)工作的功率放大電路中, 更要防止產(chǎn)生非線性失真. 3. 降低各種噪聲 降低各種噪聲, 提高信噪比, 是改善音質(zhì)的一條重要途徑. 采取的措施主要有: 采用調(diào)頻廣播體制, 在錄音座中設(shè)置自動(dòng)降噪系統(tǒng), 用激光唱片替代密紋唱片等. 4. 增強(qiáng)立體聲效果 調(diào)頻立體聲廣播, 優(yōu)質(zhì)密紋唱片, 盒式錄音磁帶和數(shù)字激光唱片都能輸出雙聲道立體聲. 第第1 1章章 緒論緒論 1.4.3 微電腦控制技術(shù) 微電腦（微處理器）控制技術(shù)的應(yīng)用, 使音響設(shè)備實(shí)現(xiàn)了多功

13、能, 自動(dòng)化和智能化. 現(xiàn)列舉數(shù)例. 1. 數(shù)字調(diào)諧系統(tǒng) 由微處理器與鎖相頻率合成器組成的數(shù)字調(diào)諧系統(tǒng)是調(diào)諧器的重要組成部分. 它可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)搜索電臺(tái)信號(hào), 預(yù)選存儲(chǔ)電臺(tái)頻率, 數(shù)字顯示所接收的電臺(tái)頻率, 并具有定時(shí)功能及計(jì)時(shí)功能. 第第1 1章章 緒論緒論 2. 錄音特性自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng) 在微處理器的控制下, 錄音特性自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)整確定各種磁帶的最佳偏磁電流, 最佳錄音電平及最佳均衡特性, 使錄音系統(tǒng)獲得最佳性能. 3. 微機(jī)控制電子機(jī)芯系統(tǒng) 微機(jī)控制電子機(jī)芯系統(tǒng), 采用電子輕觸操作或紅外遙控, 可以實(shí)現(xiàn)錄音座或激光唱機(jī)的全自停, 電腦選曲, 節(jié)目搜索, 編程放音, 循環(huán)放音, 記憶定

14、位及多功能顯示等, 其自動(dòng)化和智能化程度很高. 第第1 1章章 緒論緒論 1.4.4 數(shù)字音響技術(shù) 數(shù)字音響技術(shù)是指把聲音信號(hào)數(shù)字化, 并在數(shù)字狀態(tài)下進(jìn)行記錄, 傳輸, 重放以及其它加工處理等一整套技術(shù). 數(shù)字音響技術(shù)的理論基礎(chǔ)是1939年創(chuàng)立的脈沖編碼調(diào)制原理（PCM）.隨著大規(guī)模集成電路時(shí)代的到來, 從1977年開始, PCM原理應(yīng)用于數(shù)字音響領(lǐng)域, 出現(xiàn)了激光唱片和唱機(jī)（CD）, 數(shù)字磁帶錄音機(jī)（DCC）等數(shù)字音響設(shè)備. 第第1 1章章 緒論緒論 而且, 隨著工藝技術(shù)的成熟, 產(chǎn)量迅速增長, 價(jià)格大幅度下降. 目前, 激光唱片和激光唱機(jī)已經(jīng)逐漸取代了模擬方式的電唱機(jī)和密紋唱片（LP）, 數(shù)字磁帶錄音機(jī)也開始進(jìn)入市場. 音響技術(shù)正在從模擬向數(shù)字方式過渡. 采用數(shù)字音響技術(shù)可以獲得理想的音質(zhì). 如激光唱片的各項(xiàng)電聲性能幾乎達(dá)到理想的程度, 其頻率響應(yīng)范圍達(dá)到20 Hz20 kHz, 失真度小于0.01, 信噪比, 動(dòng)態(tài)范圍及立體聲分離度3項(xiàng)指標(biāo)均大于90 dB. 第第1 1章章