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音响系统与调音

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音响系统与调音. 主讲 刘日宇 . 第五章 音频信号处理设备. 5.1 动态处理器. 动态处理器包括有压缩器限制器扩展器噪声门等设备。. 1. 动态与动态处理. 电平、增益、动态范围 的单位都是 dB (分贝),但意义不同。 用音频信号在某一音响设备中(或某一模块单元)的输入和输出电平特性来描述三者的关系。. 增益 20db. 10dB. 其输入输出特性是斜率为 1 的直线,输入电平和输出电平对应坐标轴上的一个个点;输出电平与输入电平之差是增益,在斜率为 1 的线性放大中增益是一个定值;信号的动态范围是最大信号与最小信号之差。. -10dB. 50dB.

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音响系统与调音

主讲 刘日宇

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5.1 动态处理器
  • 动态处理器包括有压缩器限制器扩展器噪声门等设备。
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1. 动态与动态处理
  • 电平、增益、动态范围的单位都是dB(分贝),但意义不同。
  • 用音频信号在某一音响设备中(或某一模块单元)的输入和输出电平特性来描述三者的关系。
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增益20db

10dB

  • 其输入输出特性是斜率为1的直线,输入电平和输出电平对应坐标轴上的一个个点;输出电平与输入电平之差是增益,在斜率为1的线性放大中增益是一个定值;信号的动态范围是最大信号与最小信号之差。

-10dB

50dB

50dB

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尽管设备(或单元)具有增益,但在线性放大中增益提高了电平并不改变动态范围。尽管设备(或单元)具有增益,但在线性放大中增益提高了电平并不改变动态范围。
  • 对一单元或设备其输入信号的动态范围不等于输出信号的动态范围时,该单元或设备统称为动态处理器,动态处理的三种基本功能是压缩、限制和扩展。
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压缩是在输入电平超过某个量后其增益减小,使输出信号的变化量小于输入信号的变化量,从而减小了输出信号的动态。一般以压缩比(输入信号的增加量比上输出信号的变化量)来表示,记作n:1(n>1);压缩是在输入电平超过某个量后其增益减小,使输出信号的变化量小于输入信号的变化量,从而减小了输出信号的动态。一般以压缩比(输入信号的增加量比上输出信号的变化量)来表示,记作n:1(n>1);
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限制是在输入电平超过某一个量后其输出不再增加,因此也可认为限制是压缩的极限,即压缩比为∞:1;限制是在输入电平超过某一个量后其输出不再增加,因此也可认为限制是压缩的极限,即压缩比为∞:1;
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实际上认为当压缩比大于10:1时甚至6:1时就是限制了实际上认为当压缩比大于10:1时甚至6:1时就是限制了
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对应压缩、限制和扩展,有压缩器(Compressor)、限制器(Limiter)、扩展器(Expander)三种基本的动态处理设备。对应压缩、限制和扩展,有压缩器(Compressor)、限制器(Limiter)、扩展器(Expander)三种基本的动态处理设备。
  • 把压缩器和限制器作为一个设备,即压限器(Compressor/Limiter),因为限制就是∞:1的压缩,所以压缩器还是限制器只是压缩比的调整而已。
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也有把多种动态功能构成一个设备,如压扩器(Compander)、压限器或压扩限制器(Compander/Limiter),前述的压限器理解是既可-又可,而后述的设备理解是既有-又有。也有把多种动态功能构成一个设备,如压扩器(Compander)、压限器或压扩限制器(Compander/Limiter),前述的压限器理解是既可-又可,而后述的设备理解是既有-又有。
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此外在动态处理器中还有噪声门(Noice Gate)、潜入(Ducking)等处理,它们既可是作为一种单独的处理功能附加在动态处理设备中,也可是作为动态处理设备的一种特定的处理方法。
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压限器在音响系统和调音中有这样几个作用:

动态压缩

平稳音量

提高音量

改变波封

保护系统

特殊处理

2. 压缩(限)器
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动态压缩:在录音中通过动态压缩使被录声源的声音动态符合录音设备和节目载体(磁带等)动态范围;在广播中通过压缩使声音的动态符合广播节目传送通路的动态范围,以免使声音产生非线性失真。动态压缩:在录音中通过动态压缩使被录声源的声音动态符合录音设备和节目载体(磁带等)动态范围;在广播中通过压缩使声音的动态符合广播节目传送通路的动态范围,以免使声音产生非线性失真。
  • 平稳音量:在舞台等现场由于演员与话筒的距离的变化以及乐器的演奏方式不同会使声音音量变化太大甚至有跳跃感,通过压缩后可平衡音量、
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提高音量:通过压缩大信号并提高平均信号电平的方法可既不失真又提高了音量,适合于迪斯科音乐。提高音量:通过压缩大信号并提高平均信号电平的方法可既不失真又提高了音量,适合于迪斯科音乐。
  • 改变波封:利用压缩器的起始时间和释放时间控制并辅以一定的压缩量和起始电平可产生包络调制作用来达到一些特殊的声音效果,如钢琴、弹拨乐器、打击乐等声音处理,也有使声音由小变大的“翻转声”效果。
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保护系统:在电扩声系统中利于限制的功能来防止因过高的电平馈入而造成的设备损坏(主要是功放和扬声器),在进行限制的保护时门限要高一些,以保证系统在正常电平下的工作。保护系统:在电扩声系统中利于限制的功能来防止因过高的电平馈入而造成的设备损坏(主要是功放和扬声器),在进行限制的保护时门限要高一些,以保证系统在正常电平下的工作。
  • 特殊处理:压缩器与参量均衡器以一定的方法配接使用可消除齿音以及琵琶、电吉它等的某些噪音。
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压缩的参数包括:

(1)Threshold(门限电平)

压缩的起始点,低于门限电平的信号不受影响。压缩的门限高,压缩起控晚,信号受压缩部分少,但为达到一定的压缩量则压缩比将取得大,受压缩部分的信号层次感损失较大。也不能说门限低比高好,应当根据信号特点(强弱信号的比例等)和压缩量等因素综合考虑。

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(2)Ratio(压缩比)

输出信号电平范围与输入信号电平范围之比,用于人声、钢琴和贝司的压缩比通常在2:1~6:1之间,信号的总(主)输出可加2:1的压缩以增加电平使音乐变得有力,压缩比的设定一是根据声音信号的动态范围与后续音响系统设备的动态能力来考虑,二是根据信号本身-舒缓的声音(音乐)不加或加适度的软性压缩(压缩比在3:1以下),动态大的声音压缩相应也可大些。

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(3)Attack(起音时间)

决定压缩的速度,时间越短,压缩越快,时间长时,开始的声音不受影响。通常该参数要小些,一般为1~5ms。

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(4)Release(释放时间)

压缩作用后当信号低于门限时停止压缩所用的时间,时间太短则压缩立即停止,电平的变化可能会被感觉到,有一种跳跃感,如果太长则当下一个超过门限的信号到来时压缩还未恢复,会影响下面的工作。通常这一参数要大些,为0.1~0.5s,也可1s以上。

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(5)Knee(折角)

大于门限电平后开始压缩,输入输出曲线变为折线,在门限处有一折角,折角明确的是硬(hard)折角,折角为圆弧称为软(soft)折角,以1~5表示,5最软。软折角使声音在压缩时有一个较为自然的过渡。

(6)Out Gain(输出增益)

总输出电平的调整,一般经压缩器后会减小平均信号电平,通过输出增益调整可达到与后面的设备的良好配接。

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2. 扩展器
  • 有两种类型的扩展方式:

向上扩展

向下扩展

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向上扩展:

输入信号电平大于设定的门限电平部分信号进行扩展,这种方式与压缩器互补,二者联合作用可实现互补型降噪的功能(如Dolby降噪器就是运用这一原理),但无论是在声音的音质处理中还是在电扩声系统中均不采用这一方式,因为盲目地向上扩展动态会导致声音的谐波失真,甚至会损坏扩声系统的设备;

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扩展的参数如下:

1)Threshold(门限)

2)Ratio(扩展比)

3)Attack(起音时间):通常的起音时间为1~5ms。

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4)Release(释放时间)

时间太短则扩展立即停止,电平的变化可能会被感觉到,有一种跳跃感,如果太长则当下一个低于门限的信号到来时扩展还未恢复,会影响下面的工作。通常这一参数为0.1~0.5s。

5)Knee(折角)

6)Out Gain(输出增益)

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3. 噪声门和潜入
  • 噪声门实际上是在低电平位置设置了一个闸门(Threshold,门限),当信号低于门限电平时自动关闭通路,信号不能通过,而当信号高于门限时不受任何影响地通过,由于噪声相对地在低电平位置,只要设置得当,就能阻止各种类型的噪声通过,有效地起到了降噪作用。
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时间特性上的噪声门原理

输入输出特性上的噪声门原理

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就象压缩的极限是限制一样(压缩比为∞:1),噪声门是扩展的极限(扩展比为1:∞)。就象压缩的极限是限制一样(压缩比为∞:1),噪声门是扩展的极限(扩展比为1:∞)。
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但是由于完全关闭低电平信号会使声音不自然,因此在实际上噪声门只是较大地降低门限电平以下信号的增益使声音变轻,该参数以范围(Range)dB来表示,当然范围电平很大时即为完全关闭。但是由于完全关闭低电平信号会使声音不自然,因此在实际上噪声门只是较大地降低门限电平以下信号的增益使声音变轻,该参数以范围(Range)dB来表示,当然范围电平很大时即为完全关闭。

对低于- 10dB阈值的信号降低30dB增益

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潜入效果是当另一路声音出现并达到设定的门限电平后,自动地衰减该路声音的电平。例如,一路背景音乐加一路语言声,在无语言声时以正常的音量播放音乐,但另一路语言声出现后将自动地压低音乐以使语言清晰。潜入效果是当另一路声音出现并达到设定的门限电平后,自动地衰减该路声音的电平。例如,一路背景音乐加一路语言声,在无语言声时以正常的音量播放音乐,但另一路语言声出现后将自动地压低音乐以使语言清晰。
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5.2 效果器
  • 效果器是模拟各种声学效果的音频处理设备,它们可以弥补自然混响的不足以改变和美化音色,还可以产生各种特殊的音响效果以增强音响艺术的感染力。
  • 效果器又分为延时效果器(以下简称延时器)和混响效果器(以下简称混响器)。
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1. 延时器
  • 延时器的作用:

延时器被广泛应用于厅堂扩声和电影、电视节目制作中,其作用主要表现为以下几点。

①利用哈斯效应,解决声象一致问题。

②在扩声系统中,用来消除回声,提高扩声系统的清晰度。

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③模拟建筑声场中的近次反射声,改善厅堂的听音条件。

④产生合唱效果。

⑤对音频信号加工润色,改善其厚度和力度,使声音甜润悦耳。

⑥与混响器结合组成立体混响系统,采用延时——混响方式模拟各种厅堂效果,并人为地制造一些特殊效果。

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利用延迟器解决声像一致的问题

分区式扩音,消除回声

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2. 混响器
  • 混响器的作用:

①可以改变厅堂的混响时间,对较“干”的信号进行再加工,以增加空间感,提高音响系统的丰满度。

②可以人为地制造一些特殊效果,如山谷、山洞的回声效果等。

③通过调节混响声和直达声的比例,可以体现声音的远近感和深度感。

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混响器的功能是在延时器的基础上,加上各种形式的处理电路而实现的。混响器的功能是在延时器的基础上,加上各种形式的处理电路而实现的。
  • 传统的混响器有机械式(如弹簧混响器、钢板混响器、箔式混响器等)混响器、磁混响器等。
  • 现主要使用模拟电子混响器、数字混响器等四种。具有频率范围宽,混响特性好,信噪比高,调节范围大,调整方便等优点,因此被广泛应用于电子扩声系统中。
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5.3 激励器
  • 激励器(Aural Exciter)是对音频信号添加谐波成分以改善听感的音频处理设备。
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激励器的发明,对于传统的音频信号处理技术来说是一个变革。激励器的发明,对于传统的音频信号处理技术来说是一个变革。
  • 激励器与其他音频设备工作原理的不同之处在于:其他音频处理设备都是对输出的信号成分进行各种加工,对于原始信号中没有的成分不作添加;而激励器是根据人们对“心理声学”的研究,在声音信号中加入特定的谐波成分,以达到增加声音透明度和临场感的目的,从而获得更动听的效果。
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激励器的作用:

①提高声音的清晰度和表现力,使声音更加悦耳动听,降低听音疲劳。

②增加声音图像的立体感,以及声音的分离度,改善声音的定位和层次感。

③提高重放声音的音质,明显改善声音的高频特性,又不会降低信噪比。

④对乐器的声音进行处理,可以强化乐器音色特征,使该乐器(声部)更加突出。

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5.4 均衡器
  • 均衡器是一种用来对频响曲线进行调节的音频设备,即均衡器能对不同频率的声音信号进行不同的提升与衰减。因此它能补偿由于各种原因造成的信号欠缺的成分,也能抑制信号中过多的频率成分。利用均衡器还可以进行音调调节和音色加工。
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均衡器的原意是将传输系统中不平衡的频率特性用相反的特性曲线进行频率均衡,在此基础上增加了音色加工和美化的功能。均衡器的原意是将传输系统中不平衡的频率特性用相反的特性曲线进行频率均衡,在此基础上增加了音色加工和美化的功能。
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均衡器的作用主要如下:

①校正各种音频设备产生的频率失真,以获得平坦响应。

②改善室内声场,改善由于房间共振特性或吸声特性不均匀而造成的传输增益(频率)失真,确保其频率特性平直。

③抑制声反馈,提高系统传声增益,改善扩声音质。

④提高语言清晰度和自然度。

⑤在音响艺术创作中,用于刻画乐器和演员的音色个性,提高音响艺术的表现效果。

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均衡器的种类很多,但基本的工作原理都是相同的。它们都是将音频信号的全频带(20Hz-20kHz)或全频带的主要部分,按一定的规律分成几个甚至几十个频点(也称频段),再利用LC串联谐振的选频特性,分别进行提升或衰减,从而获得所希望的频率校正曲线。均衡器的种类很多,但基本的工作原理都是相同的。它们都是将音频信号的全频带(20Hz-20kHz)或全频带的主要部分,按一定的规律分成几个甚至几十个频点(也称频段),再利用LC串联谐振的选频特性,分别进行提升或衰减,从而获得所希望的频率校正曲线。
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分类:

根据均衡器所使用的电路不同,可分为有源均衡器和无源均衡器;

根据中心频率不同,可分为低频均衡器、中频均衡器、高频均衡器和组合式均衡器;

根据其他参数是否可调,可分为图示均衡器与参量均衡器。

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图示均衡器(Graphic Equalizer)

均衡点固定 均衡点多 Q值固定

  • 参量均衡器(Parameter Equalizer)

均衡点可变 均衡点少 Q值可调