音頻技術教程-第8章音頻信號處理與控制課件

2023/6/7第8章

音頻信號處理與控制

2023/6/7常見的音頻信號處理與控制主要有：◆頻率均衡（如斜坡均衡器、圖示均衡器、參數(shù)均衡器等）◆增益控制（如壓縮器、限幅器、擴展器、動態(tài)處理）◆音頻調整與混合2023/6/78.1頻率均衡器

均衡電路對頻率響應調整的基本類型有三種:◆斜坡均衡器◆圖示均衡器◆參數(shù)均衡器等2023/6/78.1.1頻率均衡器的基本原理

圖8-1基本提升濾波器頻率響應

2023/6/7濾波器的銳度是這樣定義的，即用中心頻率除以帶寬，得到的數(shù)值就是濾波器的Q值。對于中心頻率為100Hz，帶寬為50Hz的濾波器，其Q值是2；而對于中心頻率為10kHz，帶寬為50Hz的濾波器，其Q值是200。典型的提升濾波器的Q值介于1到0之間。8.1.1頻率均衡器的基本原理

2023/6/7圖8-2恒定Q值的提升濾波器頻率響應

圖8-2描述了濾波器的Q值恒定時，響應曲線隨增益的變化情況。曲線描述了每個濾波器增益隨頻率的變化情況。8.1.1頻率均衡器的基本原理

2023/6/7圖8-3波形恒定的提升濾波器頻率響應

8.1.1頻率均衡器的基本原理

2023/6/7在衰減模式下，使用提升特性曲線的鏡像更適合，這樣的響應曲線如圖8-4所示，此時Q值并非恒定。與響應位置的提升模式相比，它的Q值要低得多，這種特性的濾波器稱為倒峰濾波器。圖8-4倒峰濾波器頻率響應8.1.1頻率均衡器的基本原理

2023/6/78.1.2頻率均衡器的類型1.斜坡均衡器2.圖示均衡器3.參數(shù)均衡器4.混合均衡器2023/6/71.斜坡均衡器在專業(yè)應用中，常常需要提升或切除某個所選頻率以上或以下的所有頻率。實現(xiàn)這個功能的濾波器稱為斜坡濾波器。低頻斜坡濾波器的頻率響應、高頻斜坡濾波器的頻率響應如圖8-5所示。

8.1.2頻率均衡器的類型2023/6/7圖8-5斜坡均衡器頻率響應8.1.2頻率均衡器的類型2023/6/7斜坡均衡器的提升或切除幅度由對濾波器正常增益偏離的最大值來定義。斜坡濾波器的頻率特性由翻轉頻率、截止頻率和過渡比率來描述。

翻轉頻率是指在該點處增益在正常增益的基礎上變化了3dB，對于提升型的均衡器來說，它的翻轉頻率是指在該點處增益在正常增益的基礎上提升了3dB。

8.1.2頻率均衡器的類型2023/6/7截止頻率是指在該頻率下增益停止增加或減少，即該點處的增益在最大值以下或最小值以上3dB，分別對應提升或切除。過渡比率是指截止頻率與翻轉頻率的比值，它類似于峰值濾波器的Q值。8.1.2頻率均衡器的類型2023/6/72.圖示均衡器

圖示均衡器之所以這樣命名，是因為該均衡器包含以倍頻程或分數(shù)倍頻程為中心頻率的一組濾波器，而這些濾波器在前面板上的增益控制滑動觸頭排成的位置正好組成與均衡器頻率響應相對應的圖形，如圖8-6所示。

8.1.2頻率均衡器的類型2023/6/7圖8-6圖示均衡器及頻率調整特性8.1.2頻率均衡器的類型2023/6/73.參數(shù)均衡器

參數(shù)均衡器是使用最為靈活的均衡器，它能提供對基本濾波器單元的所有參數(shù)的獨立控制。

8.1.2頻率均衡器的類型2023/6/78.1.3頻率均衡器的技術指標1.中心頻率2.控制范圍3.Q值調整范圍4.中心頻率調整范圍5.轉折頻率6.斜率2023/6/78.1.4頻率均衡器的應用1．滿足不同節(jié)目源特征的需要。2．適應人耳的聽覺特性。3．補償聽音環(huán)境的聲學缺陷。4．調節(jié)音色。2023/6/7以下列出幾種常用節(jié)目源的頻率范圍供參考:（l）電話系統(tǒng)的頻率范圍：300Hz～3.5kHz；（2）調幅（AM）廣播的頻率范圍：150Hz～5kHz：（3）調頻（FM）廣播的頻率范圍：40Hz～15kHz：（4）粗紋唱片的頻率范圍：50Hz～7kHz；（5）密紋唱片的頻率范圍：30Hz～15kHz；（6）普及型卡式錄音機的頻率范圍：150Hz～5kHz；（7）高級卡式錄音機的頻率范圍：30Hz～18kHz；（8）普通錄像機(VHS)的音頻頻率范圍：80Hz～10kHz；（9）Hi-Fi錄像機的音頻頻率范圍：50Hz～18kHz；（10）PCM錄像機的音頻頻率范圍：20Hz～20kHz；（11）CD機的頻率范圍：2Hz～20kHz。

8.1.4頻率均衡器的應用2023/6/7（1）超低音：是指頻率低于50Hz的聲音。（2）低音：它的頻率范圍在50～150Hz范圍內。（3）中低音：頻率中150～500Hz范圍內的聲音。（4）中音：頻率在500～2000Hz之間的聲音。（5）中高音：頻率在2～4kHz范圍內的聲音。（6）高音：頻率在4～8kHz范圍內的聲音。（7）超高音：頻率在8kHz以上的聲音。8.1.4頻率均衡器的應用2023/6/78.2音頻處理設備8.2.1增益控制系統(tǒng)增益是這類設備一個很重要的特征參數(shù)，因此它們的穩(wěn)態(tài)工作情況可以通過如圖8-7所示的輸入輸出的電平關系曲線圖來描述，通常稱為轉移曲線。

圖8-7基本放大器的轉移曲線2023/6/71.壓限器

壓限器是壓縮器與限幅器的總稱。

壓限器的主要作用是：

①壓縮或限制節(jié)目的動態(tài)范圍，防止過載削波失真，保護功率放大器和揚聲器系統(tǒng)等設備；

②產生特殊的音響效果；

③有時還起到“降噪器”作用。

8.2音頻處理設備2023/6/7（1）壓限器的工作原理壓限器的壓縮及限幅特性如圖8-8所示。

輸入信號電平增加的分貝數(shù)與輸出信號電平增加的分貝數(shù)之比稱作壓縮比。常用的壓縮比為2:1至10:l可調，壓縮比大于10:1的稱為限幅器，限幅的表示法為∞:1，即無論輸入電平如何增加．輸出都不變

圖8-8壓限器特性2023/6/7壓限器的電路型式有壓控型和脈沖抽樣型兩種。圖8-9所示是一種壓控型壓限器框圖。它由檢波器和壓控放大器組成。

圖8-9壓控型壓縮器框圖（1）壓限器的工作原理2023/6/7壓控放大器一般都采用壓控可變電阻來控制增益，常用的電路方式有：①場效應管壓控可變電阻；②光電控制型壓控可變電阻。前者適合于小信號電路，而后者適合于較大信號電路，而且線性和頻率特性都比較好。根據(jù)電路結構特點，使用壓控可變電阻構成的壓縮器可分為衰減型和負反饋型。

（1）壓限器的工作原理2023/6/7（1）壓限器的工作原理2023/6/7（2）壓限器的應用技巧壓限器的主要技術特性包括壓限特性和一般電聲特性。壓限特性包括：

①壓縮門限電平調節(jié)范圍；②壓縮動作時間調節(jié)范圍；③壓縮恢復時間調節(jié)范圍；④壓縮比。

2023/6/7壓限器的典型應用主要在以下幾個方面：

①在擴聲系統(tǒng)中接入壓限器，則對于突發(fā)的信號、過強的信號以及誤操作所產生的大信號和聲反饋，壓限器都能自動地將其信號幅度按一定的比例進行壓縮或限幅，使過載問題得到解決，從而使昂貴的功率放大器和揚聲器系統(tǒng)得到保護。②利用壓限器產生一些特殊的音響效果。一般利用壓縮動作時間和壓縮恢復時間這兩個參數(shù)的可調性來制造一些意想不到的音響效果。（2）壓限器的應用技巧2023/6/7③當獨唱演員或演奏者突然改變與傳聲器之間的距離時，則音量不好控制，加入壓限器后可使音量變化平穩(wěn)。④使用壓限器可以使電吉它、電貝司等樂器的音量平穩(wěn)。如電吉它的低音弦要比其它弦的音量大，利用壓限器的壓縮特性可解決這一問題。⑤在壓限器前插入一帶通濾波器（可用EQ代替），濾出入聲中過重唇齒音或樂器的高頻噪聲，它們觸發(fā)壓限器工作，可只對因話筒或調音均衡不當而產生的過重咝聲起限幅作用，作這種用途的壓限器常被稱為去齒音器。（2）壓限器的應用技巧2023/6/72.擴展器擴展器通過使強的信號更強，弱的信號更弱來增加節(jié)目信號的動態(tài)范圍。擴展器除用于降噪系統(tǒng)外，一般多用于恢復經壓縮過的節(jié)目的動態(tài)范圍。

8.2音頻處理設備2023/6/73.噪聲門所謂噪聲門，是安裝在信號傳輸通路中，用信號電平來開啟的門電路。

圖8-11噪聲門轉移曲線與簡化方框圖8.2音頻處理設備2023/6/78.2.2延時器與混響器1.延時器延時器是對音頻信號進行時間延遲的設備。常見的延時器有機械式延時器和電子式延時器兩類，電子式延時器又分為模擬式和數(shù)字式兩種。數(shù)字式延時器是利用數(shù)字技術來產生延時的，其音質好、體積小、功能多、使用方便，為電聲設備中普遍采用。

2023/6/7延時器在廳堂擴聲系統(tǒng)和電影、廣播電視節(jié)目制作中有廣泛應用，其作用為：

①利用哈斯效應，方便地解決聲像一致性，如圖8-12所示是廳堂擴聲系統(tǒng)的應用圖解；

②模擬建聲中近次反射聲，改善廳堂中的聽音條件；

③改善大廳門后區(qū)的聽音條件；

④與混響器相結合組成立體混響系統(tǒng)，采用延時--混響方式去模擬廳堂效果，并人為地造出一些特殊的音響效果等等。

8.2.2延時器與混響器2023/6/7圖8-12廳堂擴聲系統(tǒng)延時器的應用8.2.2延時器與混響器2023/6/72.混響器混響器主要是指電子混響器，其混響功能就是在前述的延時器的基礎上，加上各種形式的處理電路，疊加大量多種延時而實現(xiàn)的。它與機械混響器（如彈簧混響器，鋼板混響器。箔式混晌器等）比，具有電聲特性好，音色效果多、體積小、防振性能好等一系列優(yōu)點，在各種電聲系統(tǒng)中得到廣泛的應用。

8.2.2延時器與混響器2023/6/78.2.3降噪器為了提高信噪比，就必須采用專門的電路來加以抑制，即采用降噪系統(tǒng)（NoiseReductionSystem縮寫為NR，簡稱降噪器）。它是利用壓縮、擴展等信號處理技術來降低噪聲對音樂動態(tài)范圍的影響。

2023/6/71.降噪系統(tǒng)分類常見的降噪系統(tǒng)有以下的分類：

DolbvA型

--互補型DolbyB型

DollyC型降噪系統(tǒng)dbX型(NR）

--非互補型動態(tài)降噪系統(tǒng)（DNR）

8.2.3降噪器2023/6/7杜比降噪系統(tǒng)（Dolby-NR）是由杜比實驗室發(fā)明的一種比較成熟的降噪系統(tǒng)。杜比降噪的依據(jù)是人耳的掩蔽效應。

杜比系統(tǒng)分為A型、B型和C型。

A型是一種性能較完善的降噪系統(tǒng)

B型是盒式錄音機最常用的一種降噪方法

C型是在B型的基礎上改進而成的一種降噪器

8.2.3降噪器2023/6/72.DolbyB型降噪系統(tǒng)DolbyB系統(tǒng)的工作原理框圖如圖8-13所示。

圖8-13DolbyB型降噪系統(tǒng)的方框圖8.2.3降噪器2023/6/73.DNR動態(tài)降噪系統(tǒng)DNR（DynamicNoiseReductionSystem）是美國國家半導體公司推出的一種動態(tài)降噪系統(tǒng)，并已實現(xiàn)集成化。

8.2.3降噪器2023/6/78.2.4聽感激勵器1.聽感激勵器的工作原理圖8-14APHEXⅡ型聲音激勵器電路組成框圖2023/6/72.聽感激勵器的應用技巧聽感激勵器的技術特性包括電聲特性和功能特性兩部分。電聲特性包括頻率響應、噪聲電平、總諧波失真（THD）、最大輸入／輸出電平、工作電平等；而功能特性對不同的型號有不同的特點，可參見用戶使用手冊。

8.2.4聽感激勵器2023/6/7下面是聽感激勵器的一些應用實例：（1）錄音——使各種樂器的音色更加突出和清晰，歌詞更易聽清楚。更具真實感，聲音更具穿透力。在翻錄磁帶時使用激勵器能使所翻錄的磁帶質量提高，接近甚至超過原版的磁帶。（2）劇院、歌舞廳、公共擴聲系統(tǒng)（體育館、場等）——使用激勵器可使聲音具有穿透力，增加覆蓋面積，并且不需要增加重放功率，大大提高了重放聲音的質量，因此亦十分適用于監(jiān)聽系統(tǒng)。此外，激勵器的使用能幫助聲音滲透到所有空間，使聲音在很嘈雜的環(huán)境中清晰可聞。（3）錄制和重放音色豐滿、力度強勁的流行歌曲——人聲和伴奏聲的比例往往是處于“臨界”狀態(tài)的，有時樂隊伴奏的強烈音響和氣氛會有“壓唱”之感，若降低樂隊的伴奏錄聲電平又會影響氣氛。為兩全其美，可用聽感激勵器激勵演唱的聲音，使得在既不降低樂隊的錄音電平，又不提高演唱錄音電平的情況下，獲得把歌聲浮雕般地突出來的效果，歌詞更顯清晰，又保持了樂隊的宏大氣勢。（4）家庭——可增加立體聲音響的活力，使聲音豐滿、清晰、聲像分布均勻。

8.2.4聽感激勵器2023/6/78.2.5反饋抑制器在擴聲系統(tǒng)中，由于環(huán)境或布置的原因，如果將話筒音量進行較大的提升，音箱發(fā)出的聲音就會傳到話筒而引起嘯叫，這種現(xiàn)象就是聲反饋。

2023/6/7用均衡器下拉可產生以下的不足：

一是對調音師的聽音水平要求極高，出現(xiàn)反饋后調音師必須及時、準確地判斷出反饋頻率和程度，并立即準確地將均衡器的此頻點衰減，這對于調音師來說往往是難以做到的。

二是對重放音質有一定的影響，在衰減反饋點頻率的同時，很多有用的頻率成份也會被除掉，這對聲音會造成無法挽回的損失。

三是在調整過程中有可能會燒毀設備，用人耳判斷嘯叫頻率是需要一定時間和豐富經驗的，假如這個時間過長，設備應付由于長時間處于強信號狀態(tài)而損壞。

8.2.5反饋抑制器2023/6/7峰值抑制反饋抑制器是一種自動拉饋點的設備。圖8-15峰值抑制反饋抑制器處理特性8.2.5反饋抑制器2023/6/78.3音頻控制設備音臺(AudioMixingConsole)是電聲系統(tǒng)中最重要的設備之一，又稱為混音控制器。調音臺常被譽為專業(yè)電聲系統(tǒng)的“中樞”，以它為中心，聯(lián)接各種信號源設備和音頻輸出設備，將音頻信號進行調節(jié)、加工以及處理，使音響效果達到高保真，符合藝術性的要求。它基本可分為模擬調音臺和數(shù)字調音臺兩類。

2023/6/78.3.1音頻混合調音臺基本構成混合調音臺是所有音頻設備的中心?；究煞譃閮深悾翰ヒ襞_和制作臺。

1.傳聲器／線路輸入模式圖8-16(b)顯示了用于制作室應用的典型輸入模式。

2.輸出模塊3.監(jiān)聽模塊圖8-16（c）顯示了控制室監(jiān)聽模塊

4.儀表顯示模塊2023/6/78.3.2調音臺的分類1.按輸入信號的路數(shù)來分，有4路、6路、8路、10路、12路、16路、24路、32路和60路調音臺等。2.按使用形式可分為固定式、半固定式和便攜式等。3.按用途可分為錄音調音臺和擴音調音臺(后者包括卡拉OK的調音臺)等。2023/6/74.按結構形式可分為一體化和非一體化調音臺兩大類。所謂一體化調音臺，通常是將調音臺、圖示均衡器、混響器及功率放大器集于一體，并裝在一個機箱內，這種調音臺有時被稱為“四合一”的臺子。5.按使用場合不同可劃分出更多種類，如錄音棚用的大型專業(yè)錄音調音臺；劇場、音樂廳用的大型專業(yè)擴音調音臺；現(xiàn)場采訪或實況轉錄中的中小型移動式便攜式調音臺；歌舞廳用的中、小型娛樂級擴音調音臺等。8.3.2調音臺的分類2023/6/78.3.3調音臺的主要功能通常需設置：（1）前置（傳聲器或電唱機RIAA）放大器；（2）節(jié)目（也稱中間、緩沖或混合）放大器；（3）線路（也稱為輸出）放大器。調音臺對放大器要求是有優(yōu)良的電聲指標，并能與不同節(jié)目源相匹配。

2.混合3.分配

4.音量控制

5.均衡及濾波

6.壓縮與限幅

7.聲像定位

8.監(jiān)聽

9.測試10.通訊及對講

1.放大2023/6/78.3.4調音臺的基本結構圖8-17混音臺框圖2023/6/7圖8-18典型調音臺原理框圖8.3.4調音臺的基本結構2023/6/78.3.5主要技術指標調音臺的技術指標主要有：輸入特性、頻率響應、諧波失真、信噪比、通道均衡特性、通道分離度、輸出特性和附屬功能等等。

2023/6/7型號MC802MC1202MC1602輸入特性路數(shù)8路12路16路全部帶通道插入，3路輔助輸入、2路立體聲效果返回形式低阻(4kΩ)平衡式，高阻(10kΩ)平衡式，輸入靈敏度-80dB頻率響應+1,–3dB(20Hz～20kHz,±3Db,600Ω)諧波失真≤0.1%(20～20kHz,±3Db,600Ω)輸入通道均衡特性高頻±15dB(10kHz)中頻±15dB(350Hz～5kHz，可調)低頻±15dB(100Hz)哼聲和噪聲–128dB(等效輸入噪聲)串音–60dB（臨近通道）輸出特性路數(shù)1對主輸出(立體聲)，3個輔助輸出（單聲道，1路耳機輸出）特性150Ω、+4dB、平衡式（主輸出）或非平衡式（輔輸出）表8-1某系列調音臺的主要技術指標8.3.5主要技術指標2023/6/71.輸入特性。它用來表征調音臺可同時輸入音源的路數(shù)以及輸入形式、輸入阻抗和輸入電平大小的特性。2.頻率響應。調音臺的頻率范圍通常在20～20000Hz，輸出電壓的不均勻度用dB來表示。它表征了調音臺在均衡器的旋鈕均置于0dB時對不同頻率信號的放大性能。3.諧波失真。調音臺輸出電壓中各高次諧波合成電壓的有效值（均方