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专业信号处理设备

发布日期:2019-01-02 浏览量:702次

  专业音响系统与家用音响系统的明显区别是拥有较多的专业信号处理设备,因为主要与调音台连接,故又称他们为周边设备,专业信号处理设备的作用是配合调音台对音频信号进行各种加工变换等,达到美化音色,提高音质,增强各种音响效果和保护后级设备的作用,信号处理设备有频率处理,时间处理和动态处理,都是现代录音或扩声中必不可少的设备,频率处理设备包括频率均衡器,激励器,反馈控制器,滤波器和频谱仪等,时间处理设备用于对声源的音色和空间方位(直接声与反馈声,混响声的比例),以及声场的状况(体积、反馈条件等)进行逼真再现或模拟的声音效果,包括延时器和混响器的动态处理设备,是对音频信号的动态范围进行处理的专用设备,包括压缩器,限幅器,扩展器,噪声门和降噪器等。

   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,换句话说,均衡器能对不同频率的声音信号进行不同的提升或衰减,因此它能补偿由于各种原因造成的信号欠缺的频率成分,也能抑制信号中过多的频率成分,例如均衡器可以抑制频率为60-250Hz的低频交流声,也可以抑制频率为6-12kHz的高频噪声,利用均衡器还可以进行音调调节和音色加工,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,均衡器的作用主要表现在:

   (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,提高音响技术的表现效果,均衡器的种类很多,但基本的工作原理都是相同的,他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(也称为频段),再利用LC串联谐振的选项特性,分别进行提升或衰减,从而获得所希望的频率校正曲线。

   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、中平均衡器、高频均衡器和组合式均衡器,根据其他参数是否可调,可分为图示均衡器和参量均衡器。

图示均衡器是组合均衡器中的一种,它是以中心频率为横坐标,控制电平为纵坐标,滑动电位器摆出的形状就形成了频响曲线,大致反映了所用均衡器的频响特性,操作起来既简单又直观,所以称为图示均衡器(Graphic Equalizer),因为它主要用于弥补厅堂健身特性的不足,故有时又称为房间均衡器(Room Equalizer)。

   图示均衡器根据频率划分的方式不同,可以进一步分为倍频式、1/2倍频式、1/3倍频式、1/4倍频式等多种,所谓倍频式是指相邻频段的频率相差一倍频,1/2倍频式是指相邻频段的中心频率相差1/2倍频,1/3倍频式和1/4倍频式是指相邻频段的中心频率分别相差1/3倍频和1/4被频,对于倍频式的均衡器而言,其中心频率一般设在63Hz、125Hz、250Hz、500Hz、1kHz、2kHz、48kHz、16kHz 9个频点上,所以有时也称为9段均衡器。

   1/3倍频式均衡器,其中心频率一般为20Hz、25Hz、32Hz、40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630Hz、800Hz、1kHz、1.23kHz、1.6kHz、2kHz、2.5kHz、3.15kHz、4kHz、5kHz、6.3kHz、8kHz、10kHz、12.5kHz、16kHz、20kHz。可见它把整个音频范围分为31个频点,因此通常称为31段均衡器。

   通过对9段均衡器和31段均衡器频点划分情况的介绍,可以看出他们各自有其特点,比如9段均衡器的频段较宽,其调整曲线比较粗糙,但操作简便,易于掌握,而31段均衡器的频段较窄,调整曲线精细,但操作复杂,往往要用专用设备监测才能调整好,否则不仅达不到预期效果,反而会使频率失真更为严重,他们的特点不同,适用的范围也不同,9段均衡器适用于音调调整和音响技术创作中,如果用它来抑制声反馈,会造成把一部分重要的音色减去,令音色有所改变,31段均衡器主要用来校正电声设备和房间传输增益的频率失真及抑制声反馈,在工程施工时,借助专用测试设备一次性调好交付使用后,不再在现场随节目的需要而调整。

   图示均衡器的技术指标

   1.中心频率

   中心频率是指均衡控制电路中各谐振回路的谐振频点,即提升衰减频段的峰点或谷点所对应的频率,中心频率的设置有一定的规律,如倍频式、1/2倍频式和1/3倍频式等,图示均衡器的各个中心频率是固定不变的,而参量均衡器则是可调的。

   2.各段频带宽度

   各段频带宽度是指以中心频率点为中心,-3dB点所对应的频带宽度,它与Q值有关,Q值越大,频带越窄,Q值越小,频带越宽,频带宽度的单位为Hz,有时也用OCT(倍频程)表示,图示均衡器各段频带宽度是固定不变的,而参量均衡器则是可调的。

   3.控制范围

   均衡器的控制范围是指均衡器调节钮在中心频率点对所对应音频信号能够提升或衰减的最大能力,用db来表示,常见的有±6db,±12db,±15db的范围。

   4.频率响应

   频率响应是指所有推杆电位器中在中央位置(0dB)时,均衡器频响曲线的不均匀性。

   5.总谐波失真

   总谐波失真是指信号通过均衡器以后,新增加所有谐波成分的均方根值占基波信号的百分比。

   6.信噪比

   信噪比是指音频信号电平与通过均衡器后产生的各种噪声电平的比值,用分贝数来表示。

   7.最大输入/输出电平

   最大输入/输出电平是指正常工作时输入/输出可达到的最大电平,常用的单位有dBm,有时也用dBV。

   8.输入/输出阻抗

   输入/输出阻抗是指输入/输出端的等效阻抗。

   图示均衡器的工作原理

   图示均衡器是由运算放大器和相应的阻容元件组成的多频段精密有源滤波器。其输出由各段电位器控制,调节这些电位器,有关频段带通滤波器的窄带信号将以适当比例分配到后级放大器上,并利用放大器输出端与信号相加或相减,得到该频段的提升或衰减,均衡器的元件经过周密的计算,使得将控制电位器至于正中央时,其增益为1(0db)而将控制电位器置于上、下两个极端位置时,所对应的频段可获得12-15db的提升或衰减,调节均衡器的各个频段控制电位器,可以获得所希望达到的任何频率响应校正曲线。

   图示均衡器由许多连接分段,带宽固定可调的有源滤波器——窄带均衡器组成。窄带均衡器的带宽和中心频率,可由图示均衡器的分段数来确定,例如31段均衡器的带宽为1/3倍频程,在图示均衡器中,每个窄带均衡器的电路程式,结构原理都完全一样,只是电路中电阻、电容取值不同,图示均衡器内部是由带通滤波器组成的,而带通滤波器中的电感和电容是用晶体管或运算放大器模拟的。

   q值的大小决定了频带的宽窄,Q值越大,频带越窄,Q值越小,频带越宽。

   当输入信号频率f=fo时,电路产生谐振,整个串联谐振网络的总阻抗为:Zo=R1。

   IC1为放大级,IC2~ICN组成各频段的模拟电感式的LC串联谐振网络。起选频作用,以IC2组成的第一段为例,输入的全音频信号在此频率上发生谐振,电路简化为图7-3,从图中可以看出,通过移动电位器的动臂Rp,就可以改变放大器的增益,当动臂接在Rp的最上端时,增益最大,即对fo频率信号的提升量最大,当动臂接在Rp的最下端时,增益最小,即对fo频率信号的衰减量最大,通过对电位器动臂的调整,可以实现对fo频率信号的提升或衰减,其它频段的原理及计算方法相同,因此可以实现对整个频段的频率特性进行调整。

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