現(xiàn)代音響與調(diào)音技術(第四版) 課件 第5章 音頻信號處理設備

第5章音頻信號處理設備5.1圖示均衡器5.2壓縮/限幅器5.3電子分頻器5.4效果處理器5.5聽覺激勵器5.6其他處理設備本章小結

音頻信號處理設備(AudioSignalProcessor)是指在音響系統(tǒng)中對音頻信號進行修飾加工處理的部件、裝置或設備。在專業(yè)音響設備中,音頻信號處理設備可以作為調(diào)音臺、擴音機等設備內(nèi)部的一個部件,例如前述調(diào)音臺及擴音機內(nèi)置的均衡電路或混響電路;也可以做成一臺完整的獨立設備,作為擴聲等音響系統(tǒng)的組成部分,例如各種專業(yè)的圖示均衡器、延時混響器等。在劇院、歌舞廳等場所的擴聲系統(tǒng)中,大量使用著各式各樣的信號處理設備,其中不少還進入民用音響領域,它們對聲音信號的音質起著至關重要的作用。

在音響系統(tǒng)中加入信號處理設備通常有兩種目的:一種是對信號進行修飾求得音色的美化,達到更為優(yōu)美動聽或取得某些特殊效果;其次是為了改進傳輸信道本身的質量,以求改善信噪比和減小失真或彌補某些環(huán)境的聲缺陷等。

信號處理設備只有使用正確、恰當,才能獲得良好的效果。

信號處理技術已成為現(xiàn)代音響技術中最活躍的領域之一。

音頻信號處理設備可以有多種分類方法。按照其處理信號的方式,可以分為模擬信號處理設備和數(shù)字信號處理設備兩大類。前者出現(xiàn)較早,目前仍占多數(shù)。如常用的均衡器、壓縮/限幅器等。后者由于其性能優(yōu)良,近年來發(fā)展很快。其中用得最多的是數(shù)字式延時器和多效果處理器。

按照處理設備的基本結構,可分為機械式信號處理設備和電子式信號處理設備。前者如鋼板混響器、金箔混響器和彈簧混響器等。

擴聲系統(tǒng)中常用的有以下幾類:

(1)濾波器和均衡器。

(2)壓縮/限幅器和擴展器。

(3)電子分頻器。

(4)延時器和混響器。

(5)聽覺激勵器。

5.1圖示均衡器

均衡器(Equalizer,簡稱EQ)是將音頻信號分為多個不同頻段,然后通過不同頻段的中心頻率對各頻段信號的電平按需要進行提升或衰減,以期達到聽覺上的頻率平衡的頻率處理設備,即它是一個多頻段的頻響處理設備。均衡器是擴聲系統(tǒng)中應用最廣泛的信號處理設備。

5.1.1頻率均衡處理的意義

1.改善聲場的頻率傳輸特性

改善傳輸特性是均衡器最基本的功能。

2.對聲源的音色結構加工處理

擴聲系統(tǒng)中,聲源的種類很多,不同的傳聲器拾音效果也不同,加之聲源本身的缺陷,可能會使音色結構不理想。通過均衡器對聲源的音色加以修飾,會得到良好的效果。

3.滿足人們生理和心理上的聽音要求

通過均衡器可以有意識地提升或衰減某些頻率的信號,以取得滿意的聆聽效果。

4.改善音響系統(tǒng)的頻率響應

音響設備是由電子線路構成的,而一個音響系統(tǒng)又是由許多音響設備組成的,音頻信號在傳輸過程中會造成某些頻率成分的損失,通過均衡器可以對其進行適當?shù)膹浹a。

多頻段均衡器具有許多用途,和其他信號處理設備配合使用,會收到非常理想的效果,這需要在實踐中深刻體會。

5.1.2多頻段圖示均衡器的基本原理

均衡器是通過改變頻率特性來對信號進行加工處理的,因此必須具有選頻特性。可見多頻段均衡器是由許多個中心頻率不同的選頻電路組成的,而且均衡器對相應頻率點的信號電平既可以提升也可以衰減,即信號電平的幅度可調(diào)。

多頻段圖示均衡器(GraphicEQ)也稱多頻段圖形均衡器,這是現(xiàn)代音響擴聲系統(tǒng)中最常用的一種音質調(diào)節(jié)設備。它把音頻全頻帶或其主要部分分成若干個頻率點(中心頻率)進行提升或衰減,各頻率點之間互不影響,因而可對整個系統(tǒng)的頻率特性進行細致的調(diào)整。由于多頻段均衡器普遍都使用推拉式電位器作為每個中心頻率的提升和衰減調(diào)節(jié)器,推鍵排列位置正好形成與均衡器的頻率響應相對應的圖形,因此稱之為圖示均衡器。

圖示均衡器通常分為：

1.LC型多頻段均衡器

圖5-1為LC型多頻段均衡器原理圖。由運算放大器和多個不同中心頻率的LC串聯(lián)諧振回路(選頻電路)組成,其頻響曲線為鐘形,如圖5-2所示。圖5-1LC型多頻段均衡器原理圖圖5-2均衡器頻響曲線

多頻段均衡器中的LC元件的數(shù)值是由所調(diào)節(jié)的中心頻率決定的。設計時,通常是先根據(jù)要求,確定中心頻率,然后設定電容C值,再計算電感L值,其計算公式為

式中:f0——中心頻率(Hz);

C——設定的電容值(F)。

2.模擬電感型多頻段圖示均衡器

圖5-3為一模擬電感型多頻段均衡器電路示意圖。

模擬電感電路有許多種,圖5-3所示的是常見的一種電路,我們將其虛線框中的部分電路在圖5-4中化簡。圖5-3運放模擬電感多頻段均衡器

圖5-4運放構成的模擬電感

根據(jù)運算放大器的“虛短”、“虛地”原理和電路基礎中的節(jié)點電流分析法,可列出如下方程:

如果在上述電路中的輸入端(圖中A點)再串入一個電容C1,即可組成一個串聯(lián)諧振回路,其諧振頻率為

當回路諧振時,總阻抗為Z=R1,回路Q值為

模擬電感也可以由晶體管電路組成,如圖5-5-所示。圖5-5-晶體管構成的模擬電感

按圖可列出下列方程:

由此可得:

還有一種均衡器設備稱做參量均衡器(ParametricEQ),其原理框圖如圖5-6所示。圖5-6參量均衡器原理框圖

圖5-7給出了某調(diào)音臺參量均衡器的低中頻段原理電路圖5-7參量均衡器原理電路

3.高、低通濾波器

在均衡器設備或其他音響設備中,通常都設有高通或低通濾波器。它們常用二階有源或高階有源濾波器,圖5-8(a)、(b)分別給出了典型的二階有源高通和低通濾波器。

圖5-8二階有源濾波器

4.均衡器的技術指標

作為信號處理設備的多頻段均衡器的技術指標主要有:

(1)頻響。

(2)頻率中心點誤差。

(3)輸入阻抗。

(4)最大輸入電平。

(5)輸出阻抗。

(6)最大輸出電平。

(7)總諧波失真。

(8)信噪比。

5.1.3均衡器在擴聲系統(tǒng)中的應用

1.圖示均衡器實例

美國DOD公司專業(yè)生產(chǎn)信號處理設備,其專業(yè)單、雙通道15-段和31段圖示均衡器產(chǎn)品是擴聲系統(tǒng)中常用的均衡器設備。圖5-9和圖5-10分別給出了“DOD231”型雙通道31段1/3倍頻程圖示均衡器的原理框圖(只給出一個通道,另一通道與之相同)和前面板結構圖。圖5-9“DOD231”的原理框圖

圖5-10“DOD231”前面板結構圖

均衡器的各種控制鍵鈕均設在前面板上,不同廠家的產(chǎn)品在設計上可能有所差異。雙通道均衡器兩個通道的鍵鈕相同且獨立控制,下面我們參照圖5-9和圖5-10介紹均衡器的鍵鈕功能。

1)頻率點電平調(diào)節(jié)電位器

2)輸入電平調(diào)節(jié)電位器(INPUTGAIN)

3)低頻切除濾波器開關(LOWCUT)

4)均衡器切入/切出開關(IN/OUT)

5)輸入信號電平顯示

6)電源開關

2.均衡器在擴聲系統(tǒng)中的應用

可以在調(diào)音臺上并聯(lián)(即將均衡器接于調(diào)音臺輔助和返回端口)一臺多頻段均衡器(最好使用31段均衡器,這樣調(diào)整得更精確),主要用來改善環(huán)境聲場,也就是改善聽音環(huán)境的頻率特性,使其頻響曲線趨于平坦。在調(diào)整均衡器時對各頻率點只作衰減處理,不要提升,此時的均衡器可以稱為“聲場均衡器”或“房間均衡器”(實際上,在均衡器一族中有專門的“房間均衡器”,它只有衰減調(diào)整,沒有提升調(diào)整)。圖5-11給出了某廳堂自然頻率特性及均衡器調(diào)節(jié)曲線,僅供參考。

圖5-11自然頻率特性及均衡器調(diào)節(jié)曲線

其調(diào)整方法如下:

(1)采用音頻信號發(fā)生器等設備,對廳堂的頻率響應曲線進行測定。

(2)對于歌舞廳等業(yè)余演出場所,在沒有測試設備的條件下,可采用聽音的方法進行均衡處理。

為了滿足提高音質、改善音色等要求,通常要在擴聲系統(tǒng)的各擴聲通道中串接多頻段均衡器,將音頻分為幾個主要部分進行調(diào)整。

(1)20~60Hz之間的低頻聲,往往使人感到很響,如遠處的雷聲。

(2)60~250Hz之間的頻段包含著節(jié)奏聲部的基礎音,調(diào)整這一頻段可以改善音樂的平衡,使其豐滿。

(3)250Hz~2kHz之間包含著大多數(shù)樂器的低次諧波,如果提升過高,會導致音樂像在電話中聽到的那種音質,失掉或掩蓋了富有特色的高頻泛音。

(4)如果提升2~4kHz頻段,就會掩蔽說話的重要識別音,導致說話者給人感覺口齒不清,并使唇音“m、b、v”難以辨別。

(5)4~6kHz之間是使聲音具有臨場感的頻段,主要影響語言和樂器等聲音的清晰度。

(6)6~16kHz頻段影響聲音的明亮度、宏亮度和清晰度,然而提升過高,則會使語言產(chǎn)生齒音、s音,使聲音產(chǎn)生“毛刺”。

(7)如果提升16kHz以上頻段,容易出現(xiàn)聲反饋而產(chǎn)生嘯叫。

在擴聲系統(tǒng)中使用均衡器時還應注意以下幾點:

(1)選擇各頻率點時要有針對性和目的性;

(2)高低音頻率的調(diào)節(jié)要有限度;

(3)兩個相鄰頻率點之間的提升和衰減不要出現(xiàn)大幅度的峰谷交錯,一般以不超過3dB為宜;

(4)各擴聲通道不要按同一頻響特性均衡,否則很容易引起其頻譜的不平衡,也無法表現(xiàn)不同聲源的特點;

(5)要注意恰當使用低通濾波器。

5.2壓縮/限幅器

壓縮限幅器簡稱壓限器(Compressor/Limiter),也是音響系統(tǒng)中常用的信號處理設備,它具有壓縮和限幅兩種功能。

5.2.1壓縮/限幅器的功能

壓限器的主要功能是對音頻信號的動態(tài)范圍進行壓縮或限制,即把信號的最大電平與最小電平之間的相對變化范圍加以縮小,從而達到減小失真和降低噪聲等目的。

壓限器還能保護功率放大器和揚聲器。當有過大功率信號沖擊時,此功率可以受到壓限器的限制,從而起到保護功放和揚聲器的作用。

5.2.2壓縮/限幅器的基本原理

壓縮器實際上是一個自動音量控制器,它是由帶有自動增益控制(AGC)的放大電路組成的。當輸入信號超過稱為閾值(Threshold)的預定電平(也稱壓縮閾或門限)時,壓縮器的增益就下降,使得信號被衰減,如圖5-12所示。

圖5-12信號電平的壓縮和提升

圖5-13是一種壓控型壓縮器的框圖,它由檢波器和壓控放大器(VCA)組成。圖5-13壓控型壓縮器框圖

壓控放大器一般都采用壓控可變電阻來控制增益。圖5-14(a)為場效應管壓控可變電阻原理圖。當加在漏極D與源極S之間的信號電壓小于0.1V時,漏、源極之間的等效電阻RDS將隨著上述檢波器檢波電壓得到的柵源負偏壓UGS變化,二者之間的關系如圖5-14(b)所示。圖5-14場效應管壓控可變電阻

壓縮器的壓縮特性如圖5-15-所示。壓縮比連續(xù)變化,壓縮輸入門限(閾值)電壓約為30mV,輸入大于100mV后進入限幅區(qū)。

當壓縮器的壓縮比足夠大時,壓縮器就變?yōu)橄薹?所以壓縮器和限幅器實際構成同一臺信號處理設備——壓縮/限幅器,也稱壓限器,其特性示于圖5-16。圖5-15-壓控型壓縮器的壓縮特性圖5-16壓限器特性

5.2.3壓縮/限幅器的應用

壓限器也是擴聲系統(tǒng)的常用設備之一,特別是在較大型專業(yè)演出場所的擴聲系統(tǒng)中,壓限器是必不可少的設備,有時甚至要使用多臺壓限器。

GC2020BⅡ壓限器的原理框圖和前后面板圖分別示于圖5-17和圖5-18。其主要技術指標為:信噪比>90dB;總諧波失真<0.05%;頻響(20Hz~20kHz)為±2dB;其他指標均在鍵鈕上顯示出來。圖5-17GC2020BⅡ原理框圖圖5-18GC2020BⅡ前后面板示意圖

1.前面板———鍵鈕功能

壓限器各種控制鍵鈕大多設置在前面板上(見圖5-18)。

1)電源開關(powerON/OFF)

這是設備的交流電源開關。

2)立體聲和雙單聲道選擇開關(LINK:STEREO/DUALMONO)

壓限器通常都具有兩個通道,即“通道1”(CHANNEL1)和“通道2”(CHANNEL2)。它們有兩種工作制式,一種是立體聲制式,一種是雙單聲道制式,這個按鍵就是用來進行工作制式選擇的。

3)壓限器輸入/輸出選擇開關(COMPIN/OUT)

這個按鍵是對壓限器中的壓縮/限幅電路的接入與斷開進行選擇控制的。按下此鍵(“IN”位置),壓縮/限幅電路接入壓限器,信號可以進行壓縮/限幅處理,該鍵上方的工作狀態(tài)指示燈亮;抬起此鍵(“OUT”位置),壓縮/限幅電路將從壓限器中斷開,信號繞過壓縮/限幅電路直接從輸出放大器輸出,不進行壓縮/限幅處理,指示燈滅。

4)增益衰減指示表(GAINREDUCTION)

這個指示表用dB表示增益衰減來顯示壓限器處理的信號,共分五擋:0、-4、-8、-16和-24dB。

5)噪聲門限控制與顯示(EXPGATE)

“EXP”是EXPANDER(擴展器)的縮寫,擴展器的功能之一是,當信號電平降低時,其增益也減小,用它可以抑制噪聲。通過旋鈕設置一個低于節(jié)目信號最低值的門限(GATE)電平,這樣,低于門限的噪聲就被限制,而所有節(jié)目信號可以安全通過,這個功能對節(jié)目間歇時消除背景雜音和噪聲尤其有效。從這個意義上講,這個門限就是噪聲門限,

它的作用就是抑制噪聲,所以將“EXPGATE”稱為“噪聲門”而不是“擴張門”

6)壓限器閾值(門限)調(diào)節(jié)旋鈕(THRESHOLD)

這個旋鈕用來控制壓限器閾值的大小,它決定著在信號為多大時壓限器才進入壓縮/限幅的工作狀態(tài)。如壓限器原理所述,閾值設定后,低于閾值的信號原封不動地通過,高于閾值的信號,按壓限器設置的壓縮比率及啟動和恢復時間三個參數(shù)進行壓縮或限幅。

7)壓縮比調(diào)節(jié)旋鈕(COMPRATIO)

閾值確定以后,用這個旋鈕來決定超過閾值信號的壓縮比。壓縮比∞∶1,通常用來表示限幅功能,限制信號超過一個特殊的值(通常是0dB);超高壓縮比20∶1,通常用來使樂器聲保持久遠,特別適用于電吉他和貝司,同時會產(chǎn)生鼓的聲音;低壓縮比2∶1~8∶1,通常用來使聲音圓潤,減少顫動,特別是當說話者或歌唱者走近或遠離麥克風時。

8)啟動時間調(diào)節(jié)旋鈕(ATTACK)

所謂啟動時間是指當信號超過閾值時,多長時間內(nèi)壓縮功能可以全部展開,它與原理中介紹的信號增加時間是一致的,這個旋鈕就是用來調(diào)節(jié)啟動時間長短的,它的調(diào)節(jié)范圍為0.2~20ms。

啟動時間在很大程度上取決于被處理信號的種類和希望得到的效果,極短的啟動時間通常用來使聲音“圓滑”。

9)釋放時間調(diào)節(jié)旋鈕(RELEASE)

與啟動時間相反,釋放時間是指當信號低于閾值時,多長時間內(nèi)能釋放壓縮,它與原理中所說的信號恢復時間是一致的。

與啟動時間相同,釋放時間的控制在很大程度上取決于被處理信號的種類和希望得到的效果,其主要原因是,如果信號低于閾值,壓縮就立刻停止,會造成信號的突變,尤其是當樂器有長而柔和的滑音時。除非有特別要求,一般調(diào)節(jié)釋放時間的長短,應使其包容被處理的信號。

10)輸入電平調(diào)節(jié)旋鈕(INPUT)

這個旋鈕用來控制壓限器的輸入靈敏度,使壓限器能接受寬范圍的信號。

11)輸出電平調(diào)節(jié)旋鈕(OUTPUT)

這個旋鈕用來控制壓限器輸出信號的大小,其控制范圍與“INPUT”相同。

2.后面板———接線端口

壓限器的輸入、輸出端口均設在后面板上。

1)輸入端口(INPUT)

2)輸入電平選擇開關(INPUTLEVEL)

3)輸出端口(OUTPUT)

4)輸出電平選擇開關(OUTPUTLEVEL)

5)壓縮檢測器輸入/輸出端口(DETECTORIN/OUT)

正常使用壓縮器時,請將耦合棒按圖5-18所示方式接入。

5.3電子分頻器

作為音頻信號處理設備的電子分頻器,通常用在大型或高檔次的擴聲系統(tǒng)中。它可以提高音頻功率放大器的工作效率,減少無用功率,降低揚聲器系統(tǒng)的頻率失真度,從而提高揚聲器的還音質量。

5.3.1電子分頻器的功能

如果低音和高音在同一個通道中傳輸、放大、直至還音,會對中高音有一定的損害,往往會對能量比較小的中高音形成一種掩蔽作用,使中高音成分細膩的部分和音色之間細小差異的表現(xiàn)受到限制,降低了音樂的層次感,這也是均衡器調(diào)整中要提升中高音區(qū)和適當衰減低音區(qū)的原因之一。

5.3.2電子分頻器的基本原理

電子分頻器是對全頻帶音頻信號進行分頻處理的,按照分離頻段的不同可分為二分頻、三分頻和四分頻電子分頻器。無論哪種分頻器,要分離音頻,就必須有選頻特性,而且,要有一定的帶外衰減。因此,電子分頻器主要由高階低通、高通或帶通及晶體管或集成運放構成的有源濾波器組成。圖5-19給出了由有源高、低通濾波器組成的高、低二分頻的原理電路,對于三分頻和四分頻只要在其中加入相應的帶通濾波器即可,其工作原理比較簡單,此處不再詳述,讀者可參照有關書籍或資料。圖5-19電子分頻原理電路

1.二分頻電子分頻器

二分頻電子分頻器是由一個高通和一個低通濾波器組成的。它將音頻信號分為低音和高音兩個頻段,設有一個低頻和高頻交叉的頻率點,稱為分頻點,也就是說二分頻的分頻器只有一個分頻點,其頻響特性(即分頻特性)如圖5-20所示。圖5-20二分頻頻響特性

二分頻電子分頻器主要用于二分頻音箱或中高音音箱和純低音音箱的組合,其連接方法分別如圖5-21(a)和(b)所示。圖5-21二分頻電子分頻器與音箱的連接

2.三分頻電子分頻器

三分頻電子分頻器是由一個高通、一個帶通和一個低通濾波器組成的。它將信號分為低音、中音和高音三個頻段,設有低/中和中/高兩個分頻點,其頻響特性如圖5-22所示。圖5-22三分頻頻響特性

三分頻電子分頻器主要用于三分頻音箱或中高音二分頻音箱和純低音音箱的組合,其連接方法分別如圖5-23(a)和(b)所示。圖5-23三分頻電子分頻器與音箱的連接

3.四分頻電子分頻器

四分頻電子分頻器是由一個高通濾波器,兩個不同中心頻率的帶通濾波器和一個低通濾波器組成的。它將信號分為低音、低中音、高中音和高音四個頻段,設有低/低中,低中/高中和高中/高三個分頻點,其頻響特性如圖5-24所示。圖5-24四分頻頻響特性

四分頻電子分頻器主要用于三分頻音箱和純低音音箱的組合或四分頻音箱(這種音箱很少見),連接方法如圖5-25-所示。圖5-25-四分頻電子分頻器與音箱的連接

5.3.3電子分頻器的選型

在實際中選擇幾分頻的電子分頻器,要依據(jù)擴聲系統(tǒng)的要求而定。

一般的中小型歌舞廳為了降低投資成本,選用二分頻電子分頻器,配以二分頻音箱(具有外接分頻端口的音箱,以下同)就可以了,如果想提高檔次,也可配以中高音箱和純低音音箱的組合。

音樂廳、劇院和大型高檔歌舞廳等比較復雜的擴聲系統(tǒng),其主擴聲通道常采用二分頻或三分頻音箱再配以純低音音箱,這時需選用三分頻或四分頻電子分頻器;有些要求更高的系統(tǒng)用于輔助擴聲的音箱也采用二分頻音箱,此時需要增選二分頻電子分頻器,因為輔助擴聲通道較少使用純低音音箱。

至于DISCO舞廳,因為要增加震撼力和節(jié)奏感,通常要使用較多的純低音音箱,除主擴聲通道外,周圍的輔助擴聲通道也要適當增加純低音音箱,這樣就應選用不止一臺的電子分頻器。

必須明確的是,在擴聲系統(tǒng)中使用電子分頻器,調(diào)整分頻點時,要使其分頻點的頻率接近所配音箱的分頻點的頻率。

5.3.4電子分頻器實例

電子分頻器的調(diào)整比較簡單,它的控制鍵鈕均設在前面板上,主要有電平調(diào)整和頻率調(diào)整等。圖5-26是DOD834—Ⅱ型電子分頻器的前面板結構圖。它示出了該分頻器的所有控制鍵鈕。

圖5-26DOD834—Ⅱ前面板結構圖

下面結合圖5-26介紹電子分頻器在不同工作模式下的鍵鈕控制功能。

(1)立體聲模式。兩通道鍵鈕控制完全相同且相互獨立,參照鍵鈕上方標示。

①高通濾波器開關鍵(HIGHPASS):按下此鍵,將40Hz高通濾波器接入分頻器,

指示燈亮;必要時用來消除低頻干擾和噪聲。

②增益調(diào)節(jié)旋鈕(GAIN):調(diào)節(jié)整機信號的增益。

③低頻電平調(diào)節(jié)旋鈕(LOWLEVEL):調(diào)節(jié)低頻段信號電平。

④中頻電平調(diào)節(jié)旋鈕(MIDLEVEL):調(diào)節(jié)中頻段信號電平。

⑤高頻電平調(diào)節(jié)旋鈕(HIGHLEVEL):調(diào)節(jié)高頻段信號電平。

⑥低/中頻率調(diào)節(jié)旋鈕(LOW/MIDFREQUENCY):調(diào)節(jié)低頻段與中頻段之間的分頻點頻率。

⑦頻率調(diào)節(jié)范圍控制鍵(RANGE):按下此鍵,低/中頻率調(diào)節(jié)增加10倍,指示燈亮,頻率可調(diào)范圍為500~5000Hz,抬起此鍵,頻率可調(diào)范圍為50~500Hz,總調(diào)整范圍為50Hz~5kHz,與指標相同。

⑧中/高頻率調(diào)節(jié)旋鈕(MID/HIGHFREQUENCY):調(diào)節(jié)高頻段與中頻段之間的分頻點頻率。

(2)單聲道模式。兩通道鍵鈕合并成一個通道進行控制,有些鍵鈕不再起作用,工作模式由面板最右端模式選擇鍵(MODE)選擇。按下此鍵,進入單聲道模式,指示燈亮,參照圖5-26鍵鈕下方標示。

①高通濾波器開關鍵(HIGHPASS):與前同。

②增益調(diào)節(jié)旋鈕(GAIN):與前同。

③低頻電平調(diào)節(jié)鈕(LOW):與前同。

④低/低中頻率調(diào)節(jié)鈕(LOW/LOW-MIDFREQUENCY):調(diào)節(jié)低頻段與低中頻段之間的分頻點頻率。

⑤頻率調(diào)節(jié)范圍控制鍵(RAGNE):按下此鍵,低/低中頻率調(diào)節(jié)增加10倍,頻率可調(diào)范圍為500~5000Hz,抬起此鍵,頻率可調(diào)范圍為50~500Hz,總調(diào)整范圍為50Hz~5kHz,與指標相同。

⑥低中頻電平調(diào)節(jié)鈕(LOW-MID):調(diào)節(jié)低中頻段信號電平。

⑦高中頻電平調(diào)節(jié)鈕(HIGH-MID):調(diào)節(jié)高中頻段信號電平。

⑧高頻電平調(diào)節(jié)鈕(HIGH):調(diào)節(jié)高頻段信號電平。

⑨低中/高中頻率調(diào)節(jié)鈕(LOW-MID/HIGH-MIDFREQUENCY):調(diào)節(jié)低中頻段與高中頻段之間的分頻點頻率。

10.頻率調(diào)節(jié)范圍控制鍵(RAGNE):該鍵與上述⑤鍵功能相同,只是它對應的是低中/高中頻率調(diào)節(jié)范圍。

11.高中/高頻率調(diào)節(jié)鈕(HIGH-MID/HIGHFREQUENCY):調(diào)節(jié)高中頻與高頻之間的分頻點頻率。

12.工作模式選擇鍵(MODE):按下此鍵為單聲道(MONO)模式,指示燈亮,抬起此鍵為立體聲模式。

5.4效果處理器

5.4.1概述在音頻信號處理設備中,有一類專門用來對信號進行各種效果處理的設備,例如延時器、混響器等,在專業(yè)上通常將這類設備稱為效果處理器。

延時器(Delay)是一種人為地將音響系統(tǒng)中傳輸?shù)囊纛l信號延遲一定的時間聲場的設備,是一種人工延時裝置。它除了能對聲音進行延時處理外,后再送入聲場的設備,是一種人工延時裝置。它除了能對聲音進行延時處理外,還可產(chǎn)生回聲等效果。目前,延時器普遍采用電子技術來實現(xiàn),通稱為電子延時器。

混響器在音響系統(tǒng)中用來對信號實施混響處理,以模擬聲場中的混響聲效果,給發(fā)“干”的聲音加“濕”,或者人為地增加混響時間,以彌補聲場混響時間的不足。

混響器主要有兩大類,即機械混響器和電子混響器。機械混響器主要包括彈簧混響器、鋼板混響器、箔式混響器和管式混響器等,由于它們功能比較單一,音質也不很理想,且存在因固有振動頻率而引起的“染色失真”現(xiàn)象,因此目前很少使用。

近些年來,國外一些音響設備公司開發(fā)出一種稱之為MULTI-EFFECTPROCESSOR,(即多效果處理器)的設備,簡稱效果器。這種設備不僅有上述延時和混響功能,還能制造出許多自然和非自然的聲音效果;而且,它利用計算機技術,將編好的各種效果程序儲存起來,使用時只需將所需效果調(diào)出即可。特別是高檔次設備,還可根據(jù)需要調(diào)整原有的效果參數(shù),即進行效果編程,并將其儲存,以獲得自己想要的效果,使用更加方便,很受音響師們的青睞,現(xiàn)代音響系統(tǒng)普遍采用這種設備進行效果處理。

5.4.2數(shù)字延時器

1.數(shù)字延時器的基本原理

數(shù)字延時,是先將模擬信號轉換成數(shù)字信號,再利用移位寄存器或隨機寄存器將數(shù)字信號儲存在存儲器中,直到獲得所希望的延時時間以后再取出信號,然后將數(shù)字信號再還原成模擬信號送出,此時的模擬信號就是原信號的延時信號。其原理框圖如圖5-27所示。

圖5-27數(shù)字延時原理框圖

2.延時器的應用

延時器在現(xiàn)代擴聲系統(tǒng)中得到了廣泛的應用,它不僅能提高節(jié)目質量,還能產(chǎn)生某些特殊效果。

通常,在一些大型場所,例如大型音樂廳、影劇院和高檔次大型歌舞廳等,擴聲系統(tǒng)中的擴聲通道不止一個,除主擴聲外還有一組或幾組輔助擴聲,使用的音箱較多,這些音箱在廳堂內(nèi)擺放的位置是前后左右錯落有序的,如圖5-28所示。這圖5-28擴聲通道的延時處理

在大型樂隊演出時,各種樂器是按要求在舞臺前后左右排位的,圖5-29所示為交響樂隊演出時的排位。圖5-29樂隊演出的排位

圖5-30所示的是DOD811型數(shù)字式房間延時器前面板示意圖,它只對信號進行延時處理。這種延時器調(diào)整非常簡單,只設有輸入/輸出電平調(diào)整和延時時間(DELAYTIME)調(diào)整。

圖5-30DOD811數(shù)字式房間延時器

圖5-31所示的是DODROS4000數(shù)字延時器前面板示意圖,它是一種常用的帶效果的延時器,由于這種延時器的功能較多,因此調(diào)整時相對繁瑣一些。圖5-31DODROS4000數(shù)字延時器

·SPEED:調(diào)整延時信號的衰減速度。

·WIDTH:調(diào)整空間感的強度(深度、寬度)。

·DELAYTIME:調(diào)整延時信號的延時時間。

·RANGE:調(diào)整第一次反射時間。

·FEEDBACK:調(diào)整延時信號的返回比例。

·MIX:調(diào)整延時信號與原信號的混合比例。

·OUTPUTLEVEL:調(diào)整延時器總輸出信號電平。

·INPUTLEVEL:調(diào)整延時器輸入信號電平。

以上數(shù)字延時器的電路結構如圖5-32所示,圖5-32延時電路結構

·高切:模仿聲反射時高頻成分的丟失狀態(tài)。

·預延時:產(chǎn)生與主聲間隔大于40~50ms的聲音。

·數(shù)字延時:產(chǎn)生多次回聲(產(chǎn)生層次感)。

·反饋支路:先將延時信號返回,再與預延時信號相加,然后進行延時后送出,產(chǎn)生層次范圍,反饋量越大,效果愈強。

·混合器:將延時信號與原信號按比例混合,可輸出帶有回聲等效果的信號。

5.4.3數(shù)字混響器的工作原理

在閉室內(nèi)形成的直達聲、前期反射聲和混響聲中,除直達聲外,前期反射聲和混響聲都經(jīng)過了延時,而混響聲的延時時間最長,并且是逐漸衰落的。為了模擬閉室內(nèi)的音響效果,就需要產(chǎn)生上述不同的延時聲,特別是混響聲。因此首先要對主聲信號進行不同的延時,然后將各信號進行混合,從而模擬出閉室內(nèi)的聲響效果。圖5-33為以數(shù)字延時器為基礎的數(shù)字混響器原理圖。圖5-33數(shù)字混響器原理

經(jīng)數(shù)字混響器處理后,產(chǎn)生的混響聲具有

閉室混響聲的特點,這些特點具體如下:

(1)混響聲與主聲分開,時間間隔在50ms以內(nèi),且逐漸衰落,余音弱而且模糊;

(2)混響聲與主聲結合后產(chǎn)生延續(xù)感;

(3)混響聲能產(chǎn)生明顯的空間縱深感和聲場環(huán)境感;

(4)混響聲在主聲之后,使聲音變得豐滿、圓潤、渾厚、活潑。

5.4.4多效果處理器的應用

近年來出現(xiàn)的多效果處理器設備,以數(shù)字混響器為基礎,不僅有上述數(shù)字混響器所具有的功能(有些高檔產(chǎn)品還有數(shù)字延時器的功能),而且具有產(chǎn)生多種特殊效果的功能,在現(xiàn)代擴聲系統(tǒng)中得到普遍３使用。目前,多效果處理器(以下簡稱效果器)主要分為兩大類:一類是日本型的效果器,它們對音色處理的幅度大,有夸張的特性,聽起來感覺強烈,尤其受到歌星和業(yè)余歌手的歡迎,這類效果器主要用來對娛樂場所的聲音或流行歌曲演唱進行效果處理;另一類是歐美型的效果器,它們的特點是對音色進行真實、細膩的混響處理,可以模擬歐洲音樂廳、DISCO舞廳、爵士音樂、搖滾音樂、體育館、影劇院等的聲響效果,但其加工修飾的幅度不夠夸張,人們聽起來會感覺到效果不很明顯,這類效果器在專業(yè)藝術團體演出時使用較多。

1.YAMAHAEXP100效果器

日本YAMAHA公司生產(chǎn)了多種型號的檔次不同的效果器,EXP100價格適中,滿足一般歌舞廳效果處理的要求。

圖5-34所示為EXP100效果器前面板示意圖,各功能鍵鈕操作如下所述。

圖5-34EXP100效果器前面板

1)電源開關(POWER)

這是一個按鍵,按一下效果器開啟,再按一下則關閉。當處于開啟狀態(tài)時,除非重新設置,否則效果器執(zhí)行上次關機前選擇的效果程序。

2)輸入電平控制(INPUTLEVEL)

該旋鈕用來調(diào)整輸入信號電平,調(diào)整時應使信號顯示器(SIGNAL)常亮,而峰值顯示器(PEAK)不應閃亮或只是偶爾閃一下。

3)記憶狀態(tài)鍵(MEMORY)

此鍵用來控制效果器的記憶狀態(tài),并通過增(▲)減(▼)控制鍵選擇效果項目(1~150),這1~150個效果項目是已存儲在效果器內(nèi)的可執(zhí)行效果程序。

4)恢復鍵(RECALL)

此鍵控制效果程序的執(zhí)行。在記憶狀態(tài)下,用(▲)或(▼)鍵選好所要的效果項目,按下恢復鍵,使該項目對應的效果程序進入實際運行狀態(tài)。

5)參數(shù)狀態(tài)鍵(PARAM)

此鍵控制效果器進入選擇參數(shù)狀態(tài),此時再利用(▲)或(▼)鍵,可以對效果項目的參數(shù)值進行重新編程。

6)MIDI狀態(tài)鍵(MIDI)

此鍵用來啟動MIDI狀態(tài),并可通過(▲)或(▼)鍵選項。在MIDI狀態(tài)下,效果器可以接受外部MIDI信號(如合成器送入的信號)對效果器信號處理系統(tǒng)的控制。此功能主要用于節(jié)目制作。

7)增(▲)和減(▼)控制鍵

在記憶、參數(shù)和MIDI三種狀態(tài)下,此鍵的功能各不相同:

·記憶狀態(tài)下,(▲)或(▼)控制鍵用來選擇效果項目;

·參數(shù)狀態(tài)下,(▲)或(▼)控制鍵用來調(diào)整參數(shù)值,并對所選效果項目進行編程;

·MIDI狀態(tài)下,(▲)或(▼)控制鍵用來進行效果器對MIDI效果項目變化的控制。

8)儲存鍵(STORE)

此鍵用于對效果項目編程后儲存的控制。在參數(shù)狀態(tài)下對效果項目編程后,按儲存鍵可將其存在效果器內(nèi)的RAM中,以便將來選取和恢復執(zhí)行。

9)數(shù)字式顯示器

在不同狀態(tài)下,數(shù)字顯示器的顯示內(nèi)容也不同。

·記憶狀態(tài)下,顯示所選效果項目的序號;

·參數(shù)狀態(tài)下,顯示所選效果的參數(shù)值狀態(tài);

·MIDI狀態(tài)下,顯示MIDI效果的參數(shù)值變化情況。

10)效果/參數(shù)顯示器(EFFECT/PARAM)

該顯示器由8個發(fā)光二極管組成。在不同狀態(tài)下,顯示的內(nèi)容不同。

·記憶狀態(tài)下,顯示所選效果項目的種類,對應顯示器上方標示;

·參數(shù)狀態(tài)下,顯示所選參數(shù)的種類,對應顯示器下方標示。

(1)參數(shù)種類顯示器

在參數(shù)狀態(tài)下進行參數(shù)調(diào)整時,該顯示器指示哪種參數(shù)正在被選取。

(2)MIDI項目和記憶顯示器

MIDI狀態(tài)下,此顯示器指示MIDI效果項目是否工作,其參數(shù)序號在數(shù)字顯示器中顯示。

(3)旁路控制鍵(BYPASS)

按一下旁路鍵,旁路顯示器閃亮,此時效果器進入旁路狀態(tài),輸入信號被直接送至輸出端,不經(jīng)任何效果處理;再按一下旁路鍵,即取消旁路狀態(tài)。

(4)旁路顯示器(BYPASS)

效果器處于旁路狀態(tài)時,該顯示器亮。

圖5-35-為EXP100效果器的后面板(背板)示意圖。圖5-35-EXP100效果器后面板

其中部分端口的功能如下所述。

①DC12VIN——直流電源輸入端。EXP100效果器配有專門的外接直流電源,工作電壓為12V。

②INPUT——輸入端口。EXP100效果器采用單通道輸入方式。

③OUTPUTLEVEL——輸出電平控制。EXP100效果器的輸出信號電平只有兩種固定的選擇,即-20dB和-10dB。

④OUTPUTL/R——輸出端口。EXP100效果器采用雙聲道輸出方式,即左(L)、右(R)聲道立體聲輸出。

⑤MIDIIN——MIDI信號輸入端口。

⑥FOOTSW——腳踏開關(FOOTSWITCH)連接端口。此端口用于接入腳踏板,可實施兩種控制:

·BYPASS——旁路。利用腳踏開關控制效果器的旁路狀態(tài),與前面板的旁路鍵功能

相同。

·TAPTEMPD——敲打節(jié)拍。利用腳踏板控制節(jié)拍。

EXP100效果器預先設置的效果程序很多,其項目清單列于表5-1中,供參考。

2.DSP256效果器

DSP256是一種歐洲型效果器,由Digtech廠生產(chǎn)。這種效果器是一種性能優(yōu)良的專業(yè)多效果處理器,是現(xiàn)代專業(yè)擴聲系統(tǒng)中常用的設備。

圖5-36為DSP256效果器的控制面板(前面板)示意圖,各鍵鈕功能簡介如下:圖5-36DSP256效果器前面板

1)電源開關(POWER)

2)效果內(nèi)容顯示器(LCD)

3)輸入電平顯示器(HEADROOM)

4)程序序號顯示器(PROGRAM)

5)過載顯示(OVERFLOW)

6)旁路顯示(BYPASSLED)

7)程序控制鍵(PROGRAM)

8)參數(shù)控制鍵(PARAMETER)

9)標題鍵控制(TITLE)

10)效用鍵(UTILITY)

11)旁路控制鈕(BYPASS)

12)混合控制鈕(MIX)

13)輸出電平控制鈕(OUTPUTLEVEL)

14)輸入電平控制鈕(INPUTLEVEL)

DSP256效果器端口功能(背板)如圖5-37所示。圖5-36DSP256效果器前面板

現(xiàn)對部分端口的功能作一簡單介紹。

(1)INPUT——效果器輸入端口。

(2)OUTPUT——效果器輸出端口,分左(LEFT)、右(RIGHT)兩聲道輸出。

(3)FOOTSWITCH——腳踏開關接入端口。

(4)MIDIIN——MIDI信號輸入端口。

(5)MIDIOUT/THRU——MIDI信號輸出/通過端口。

5.5

聽覺激勵器

聽覺激勵器(簡稱激勵器)是近年來出現(xiàn)的音頻信號處理設備。它依據(jù)“心理聲學”理論,在音頻信號中加入特定的諧波(泛音)成分,增加重放聲音的透明度和細膩感等,從而獲得更動聽的效果。

5.5.1聽覺激勵器的基本原理

任何音響系統(tǒng)都會使用多種設備,每種設備都有一定的失真,且這些設備級聯(lián)之后,積累的失真相當可觀。當聲音從揚聲器中重放出來時,會失掉不少頻率成分,其中主要是中頻和高頻中豐富的諧波成分。它雖然對信號功率幾乎沒有影響,但人耳的感覺卻大不一樣。這種聲音給人的感覺是缺少現(xiàn)場感和真實感,缺少穿透力和明晰度,缺乏高頻泛音和細膩感等。

聽覺激勵器由兩部分組成:一部分使信號不經(jīng)處理直接送入輸出放大電路得到直接信號;另一部分設有專門的“激勵”電路,產(chǎn)生豐富可調(diào)的諧波(泛音),在輸出放大電路中與直接信號混合。電路結構如圖5-38所示。

由于諧波的電平比直接信號電平低得多,且主要在高頻部分,因此不會增加信號的功率,但聽起來卻感到十分清晰、明亮且有穿透力,效果驚人,這就是“激勵”的含義。圖5-38聽覺激勵器電路結構

5.5.2聽覺激勵器實例

聽覺激勵器是美國AphexSystems公司率先出品的。

Aphex-C型激勵器有兩個相互獨立的通道,可以分別控制,也可用作立體聲的左右聲道。此時應注意兩通道調(diào)整的一致性。各通道的輸入/輸出的額定操作電平是

-10dBm,接線端口設在背板上。其前面板如圖5-39所示,各鍵鈕功能如下所述。

圖5-39Aphex-C激勵器前面板

1)DRIVE———驅動控制

2)TUNE———調(diào)諧控制

3)MIX———混音控制

4)IN/OUT———入/出控制

5.5.3激勵器在擴聲