擴聲系統(tǒng)的增益結(jié)構(gòu)

1、擴聲系統(tǒng)的增益結(jié)構(gòu)設(shè)置擴聲系統(tǒng)增益結(jié)構(gòu)的注意事項與方法作者：John Murray作者單位：ProSonic Solution第一節(jié)笫二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)笫五節(jié)第六節(jié)引言參考級的概念2分貝2.2電子學(xué)中的分貝參考量峰值電平，均方電平及音量表電平 3峰值電平3.2均方根值電平3.3音量表電平設(shè)置信號流的增益結(jié)構(gòu)4準備工作4.2使用振蕩器和示波器進行調(diào)整4.3電子分頻器及壓縮器/限幅器的調(diào)整4.4功率放大器的調(diào)整4.5分頻網(wǎng)絡(luò)低電平選項4.5更高均值/峰值比與更小的動態(tài)范圍選項調(diào)音臺的增益設(shè)置5基本原則5.2初步調(diào)整（初步設(shè)置）5.3技術(shù)優(yōu)化方法5.4易理解的方法參考書L1第一節(jié)引言對于一個擴聲系統(tǒng)來

2、說，合理的增益結(jié)構(gòu)是不可或缺的，尤其是當(dāng)系統(tǒng)中釆 用了當(dāng)今的數(shù)字信號處理設(shè)備（DSP）的時候。這類數(shù)字信號處理設(shè)備比較容易 岀現(xiàn)嚴重的削波失真，而如果要避免削波并維持低系統(tǒng)噪聲就需要精確地設(shè)置增 益機構(gòu)。信噪比（S/N）是一個設(shè)備或一個系統(tǒng)的額定信號電平（通常為+4dBu或者 OdB VU）與所測的熱噪聲電平的dB值之差。動態(tài)余量則是額定信號電平與最大 不削波電平的dB值之差。最大不削波電平亦即是受設(shè)備最大輸出電壓限制的最 大信號強度。將信噪比與動態(tài)余量相加，就得到該設(shè)備會系統(tǒng)的動態(tài)范用。合理 的增益結(jié)構(gòu)調(diào)整就是實現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)范圉最大化的過程。圖1顯示的是一個動態(tài)范圍為105 dB的設(shè)備。這一數(shù)

3、據(jù)（動態(tài)范圍）是根 據(jù)可聽的電信號范圍和可聽的聲信號范圍隨意校正的（什么意思？）。圖2中反映了擴聲系統(tǒng)信號路徑上各個設(shè)備的 請注意，這里以 OdBu作為參考電平，調(diào)音臺和DSP都被設(shè)置為“統(tǒng)-增益S即輸入電平等于 輸出電平。經(jīng)過校驗得到的聲信號動態(tài)窗顯示,將功率放大器輸入衰減器置于最 大位置，音箱輸出聲壓級在參考聽音位置達到120 dB的時候，功放已經(jīng)發(fā)生削 波現(xiàn)象了。該圖所示的增益結(jié)構(gòu)是一種很普遍的做法，即將電子設(shè)備（調(diào)誇臺， DSP）設(shè)置為“統(tǒng)一增益”，并將功放輸入增益調(diào)至最大。根據(jù)圖2中普遍使用的增益設(shè)置，所得到的系統(tǒng)動態(tài)范圍為65 dB（見圖3）, 這樣的數(shù)據(jù)只能是差強人意。本文旨在說

4、明應(yīng)當(dāng)如何設(shè)置擴聲系統(tǒng)的增益結(jié)構(gòu)，從而使得系統(tǒng)的動態(tài)范用 不小于系統(tǒng)中噪聲最大的設(shè)備的動態(tài)范用。本文還將說明，如果技術(shù)人員只是想 要更大的聲音，那他可以在噪聲問題上做出妥協(xié)，從而使擴聲系統(tǒng)產(chǎn)生很大的聲 壓一一相當(dāng)于兒倍大的系統(tǒng)產(chǎn)生的聲壓。為了更好地闡述這些觀點，我們還得從最基本的開始說起。第二節(jié)參考級2.1分貝在音頻領(lǐng)域，各種各樣的參考量經(jīng)常令人感到困惑。要正確地理解增益結(jié)構(gòu), 就必須要知道這些參考量之間的關(guān)系?！胺重悺笔巧健柏悹枴边@個單位衍生的?！柏悹枴眲t是為了紀念亞歷山大貝爾，它表示信號通過1英里電話線之后的電 平衰減量。將這一衰減量用作單位顯得太大，并不實用，因此在實際應(yīng)用中通常 將貝爾

5、除以10。于是得到的更小單位被稱為分貝（dB）,根據(jù)參考量的不同，分 貝可以用來表示很多不同的值。當(dāng)你只使用dB,而不加其他后綴時，它僅僅表示 一個比值。因此dB要和參考量一起使用，后綴可以顯示山該參考量所定義的 OdB的值。因本文的闡述范圍有限，我們在此只介紹音頻電信號中使用的參考量, 對于聲學(xué)中用到的參考量則不作討論。2.2電子學(xué)中的dB參考量dBm是最早被用來表示功率級的單位，OdBm等于1毫瓦。0 dBm （1毫瓦） 通常被描述成通過600Q電阻消耗的功率。這里600Q的電阻并不是關(guān)鍵，并非 限定的,只不過在dBm最初應(yīng)用（于電話傳審技術(shù)）時,600 Q恰巧是亡門線的 標準線路電阻。今

6、天專業(yè)音響中使用的信號處理器和功率放大器，絕大部分都有并聯(lián)輸入 （橋接輸入）設(shè)置，通過皿陽電路來實現(xiàn)同一信號同時驅(qū)動多個單元。而且它們 具有運算n其輸岀肌抗極低 可以用來驅(qū)動從600 Q直至開路（尢阻抗）的負載，負載阻抗并不會影響輸出電壓。因為這類設(shè)備不同于早期的電子 設(shè)備，不再是基于門因此dBm （懣樣 個取O在當(dāng)今的系統(tǒng)調(diào)試（校正）匸作中，實用性不及H:及。分貝同樣被應(yīng)用于電壓的參考級中，首先被采用的參考量是OdBV二1.0V. 你可能不時會見到這一參考量，但是作者本人在計算時不太喜歡采用。當(dāng)你在某 份技術(shù)參數(shù)中看到時知道它的含義就足夠了。當(dāng)某個電路中接入600 Q的負載，并且產(chǎn)生功率為l

7、mW時，則加在負載兩端 的電壓近似等于0.775V。最初，這一電壓值作為參考量的電爪級被記為dBv,由 于很容易與dBV混淆，后來改記為dBuCdBv并未因此而停用），即OdBu二0. 775V。 如果要將dBV換算成dBm只需用dBV值加2. 2dB即得到對應(yīng)的dBu值。最后，我們還需要熟悉一個參考量一一盡管它并不是一個實際的標準參考 S,但是相比于其它參考量，我們龍鄉(xiāng)地看到這一參考量的描小燈。這就是音量 表（VU表）參考單位，當(dāng)電路負載為600Q時，OdB VU二+4 dBm。如果電路的負 載不是600Q （現(xiàn)今的音響系統(tǒng)基本如此），則0 dB VU = +4 dBu。表1.列出了各個dB

8、參考量的特性及相互關(guān)系山于現(xiàn)代的音響系統(tǒng)信號流是電爪源，本文將采用dBu作為測暈電壓的標 準參考級來討論系統(tǒng)增益的設(shè)置，并且會將之與音量表上的dB VU相聯(lián)系。第三節(jié) 峰值電平,均方根值電平及音量表電平3.1峰值電平為了設(shè)置系統(tǒng)增益，我們必須了解峰值電平和均方根值電平之間的差異。峰 值電平很簡單，它是電路所產(chǎn)生的最大信號電丿上（電平）。在示波器上，正弦波 開始出現(xiàn)削波時的電平就是峰值電平。山于現(xiàn)在的電子設(shè)備都采用運算放大器輸 出，本質(zhì)上來講是電爪源，當(dāng)供電器不能為音頻電路提供更高電圧時，就達到了 峰值電平。電路中的電阻器有時可以提供比供電電爪極限伉更高的瞬時電F但 是這個高電平只能持續(xù)很短時間

9、，且只比連續(xù)輸出電平拓兒個dB而已，這種情 況通常會發(fā)生在功率放大器中。3.2均方根值電平均方根值電平是用來表示交流電路中復(fù)雜的波形所消耗的功的數(shù)學(xué)方法。均 方根值是等效的血流電路的電平近似值。本文中，均方根值為示波器上正弦波峰 值的0.707倍。必須要記住的是，如果一個調(diào)音臺標注的輸出電壓是均值方根值，那么這個 值除以0.707就是其實際的峰值輸出電壓，達到這個峰值電壓時就會出現(xiàn)削波。 我們在伏特歐! Lt讀到的數(shù)值為以值方根電壓值,而很多的產(chǎn)品 I給出的 是dBu值，表2可以幫組我們記住它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。在第四節(jié)中（你會體會到），我們沒有必要把這些dB參考呆或者 方根值死死記在腦中。掌握

10、了以上的知識，我們就可以正確地理解并確認產(chǎn)品的 電平參數(shù)。3.3音量表電平最初，音量表的設(shè)計用途是指示與感知到的倍號響度密切相關(guān)的電平大小。 如今山于成本所限，很多音量表和LED指示燈不再具有適合的刻度。然而，系 統(tǒng)操作者對于調(diào)音臺輸出的音量表和LED指示燈卻很依賴。我們將此與設(shè)置增 益結(jié)構(gòu)時涉及到得峰值輸出電平相聯(lián)系。因為音量表測量信號大小的所得結(jié)果比實際值要小，所以它不能很好的反映 出信號的瞬時峰值。這就是為什么很多人要采用單獨的峰值扌裁（峰值表）。 峰值電平高出音量表饋值的幅度很少會超過15至20dBo調(diào)音臺的設(shè)計師們對這 一事實了然于胸一一我們通過目前我們所使用的調(diào)音臺就可以看出。我們

11、知道 0VU= +4 dBu,而大部分調(diào)音臺的最大輸出電平為+18dBu至+24dBu之間，0VU 和這兩個值分別相差14dB牙口 20dB。迖個14-20dB ：il:了均方根值值/峰值比所需要的心態(tài)余量,可以避免削波。如果你將節(jié)目信號電平控制在0VU,那么 音量表上無法顯示的峰值電平就不會超過調(diào)音臺的最大輸岀電平，從而避免調(diào)音 臺削波。記住一個警告：不要相信調(diào)音臺上的峰值扌 陡夠指示實際的削波電平。 制造商常常將峰值表的削波電平比實際的削波電平低10dB,從而讓人*, 不要犯這樣的錯誤！第四節(jié) 設(shè)置信號流的增益結(jié)構(gòu)本章中提及的設(shè)置方法需要用到示波器，或者悴通的丿k電換能器，在其帶寬 內(nèi)饋以

12、正弦波即可測定削波電平。4.1準備工作設(shè)置匸作從信號路徑上的每個電子設(shè)備的輸入輸出增益開始。如果系統(tǒng)中有 均衡器，則要確保將所有的衰減器都置于OdB,均衡應(yīng)該在系統(tǒng)增益結(jié)構(gòu)優(yōu)化之 后進行。如果系統(tǒng)使用的揚聲器有專用的處理器/控制器，則需要考略其內(nèi)部均 衡造成影響，可以分頻頻段的最大提升的頻率倍號作為測試信號。此外，如果該 處理器/控制器具備壓縮限幅功能，在設(shè)置增益結(jié)構(gòu)的過程中不要啟用這些功能。4.1使用振蕩器和示波器（或者壓電換能器）進行調(diào)整使用一個振蕩器向調(diào)音臺饋送一個1kHz的正弦波，使調(diào)音臺的輸出電平處 于臨界削波電平。檢測調(diào)音臺是否達到削波電半的最簡單可靠方法，就是使用一 個示波器檢驗

13、調(diào)音臺的輸出信號。而調(diào)音臺的削波指示燈和參數(shù)表中的最大電平 都是不可信的！當(dāng)你提升輸岀電平使之超出電路的最大信號電壓時，示波器上的 正弦波就會出現(xiàn)“平頂由于高于某一電平的波峰（波谷）被“削”掉了，那 么這個電平值就是削波電平。跟據(jù)信號流程依次調(diào)節(jié)每臺設(shè)備的輸入和輸出電 平，使其在示波器上顯示剛剛達到削波電平。切記，如果某設(shè)備具有輸入衰減器, 那么在你調(diào)整輸出衰減器之前一定要清楚輸入衰減器的“削波門限”如果山于經(jīng)濟條件有限，手頭沒有示波器的話，則可以使用壓電式換能器作 為替代，比如摩托羅拉生產(chǎn)的一些用于廉價音箱中的換能器。這種情況下，我們 需要饋送的正弦波信號的頻率要低于換能器的帶寬，通常在30

14、0400Hz之間。如 果沒有岀現(xiàn)削波，則換能器不能還原聲音信號，我們聽不到聲音。而一旦電路發(fā) 生削波，我們就很容易聽到諧波產(chǎn)生的聲音，從而判斷已經(jīng)發(fā)生削波了。事實證明這一方法得到的結(jié)果相當(dāng)準確，但是也有兩點不足。其一，這一方 法不可以用來測定功率放大器，因為功率放大器的信號電壓太強。好在絕大多數(shù) 功率放大器的削波指示燈是可信的，其指示的削波電平和實際的削波電平的誤差 一般在2dB以內(nèi)。其二，如果系統(tǒng)中使用了電子分頻器，且300-400HZ頻段未 能通過時，這一方法就不能用來測定通過分頻器的高頻信號是否會出現(xiàn)削波。如 果電子分頻器沒有內(nèi)置均衡，那么其它帶通頻段的設(shè)置應(yīng)與300-400HZ頻段保持

15、 一致，以便于正確地調(diào)整增益結(jié)構(gòu)。4.3電子分頻器與壓縮器/限幅器的調(diào)整半我們用示波器來調(diào)整分頻網(wǎng)絡(luò)的增益時，我們需要使用每個帯通頻段的中 心頻率來測試。一旦將第一個帶通頻段的輸入增益設(shè)置好之后，其它（設(shè)備？頻 段）的輸岀就不需要再調(diào)整了（如果系統(tǒng)中使用了壓縮/限幅器則要另外考慮）。 如果壓縮/限幅器接在電子分頻器的輸出和功率放大器的輸入之間，在測試過程 中不要開啟壓縮/限幅。設(shè)置壓縮/限幅器應(yīng)該是設(shè)置好增益結(jié)構(gòu)之后的工作，而 如何設(shè)置就要取決于系統(tǒng)工程師的總愿了。4.4功率放大器的調(diào)整在設(shè)置分頻器的輸出之后，我們開始增大低頻功率放大器的輸入信號電平， 使其剛剛低于削波電平，這時只能用示波器來

16、進行測定，而不釆用換能器，因為 功率放大器的輸出電平太高。這種情況下，我們可以使用功放的通道削波指示燈。 功放的削波指示不同于調(diào)音臺，其準確度更高，誤養(yǎng)通常在兒個dB之內(nèi)。如果 功放的輸入靈敏度可調(diào)，則要選擇最小輸入增益/靈敏度（或者最大心詢?nèi)腚娮Γ?因為如今的功率放大器都是恒壓輸岀（只要負載的最小阻抗2-8 0）,所以功放 連接高阻抗的示波器時的輸出電壓與連接揚聲器時非常接近（只差兒個dB）。其 它的功放通道同樣用這種方法設(shè)置。連接揚聲器之后，在使用測量麥克風(fēng)和實時分析儀做系統(tǒng)均衡時，高頻段的 功放通道很可能要作更多的衰減，使之與實時分析儀上顯示的低頻段相匹配。如 果某個頻段提升至出現(xiàn)削波

17、仍然不能與其他頻段匹配，我們就需要將對其它頻段 進行衰減至與頻段匹配。這就是一個系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)（瓶頸）這樣一個薄弱環(huán) 節(jié)。這種情況下如果系統(tǒng)總音量不足，則可參考4. 5中的方法，否則就要考慮增 加揚聲器數(shù)量，或者增加該頻段的放大功率。需要記住的是，絕大多數(shù)功放在輸入衰減器置于最大位置時，只需要均值方 根電壓為0. 775至1. 545V （0至+6dBu）的輸入信號就可以產(chǎn)生最大輸岀電壓。 要知道，將功放的輸入衰減器扭小并不能限制或減小功放的最大輸出功率，這只 不過是減小了輸入靈敏度，意味著功放需要更大的輸入信號才能達到最大輸出功 率。曲于大部分調(diào)音臺不不削波的情況下，可以產(chǎn)生6.153-15.454 V的均值方