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| 數字音頻處理器在現代專業音響系統中的應用 |
| 發布時間：2018-3-11 20:59:26 |
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數字音頻處理器在現代專業音響系統中的應用
音頻處理器在音響工程中已經應用非常廣泛了。對于有基礎的人來說，處理器是一個很好用的工具，但對于一些經驗比較欠缺的朋友來說，看著一臺處理器，又是一大堆英文，不免有點無從下手。今天，我們就專門來聊一下數字音頻處理器的合理使用。
本文作者以廣播系統為例，結合其在實際工作中的一些經驗，從音頻處理器的工作原理、設置方法、放置位置、附加功能等進行探索，發表個人的一些見解，歡迎留言探討。
音頻處理器就是廣播傳輸系統環節中的關鍵設備之一，它對播音質量的影響非常大。廣播音頻信號在處理過程中存在很大的非線性，對音頻處理設備來說，它不僅包括對信號的壓縮、限制、削波、擴展等處理方式，而且還對音頻處理設備安裝的位置、引線長短，以及在高電磁場強輻射環境下抗干擾能力等方面都有嚴格的要求。針對這一情況，作者就音頻處理器的工作原理、設置方法、放置位置、附加功能等進行探索，以便采用多種有效措施，使音頻處理器在今后的工作中發揮更大的作用。
1對音頻處理的要求：
(1) 廣播發射用的音頻處理方式比較復雜，主要是對人耳可聽的頻率范圍加以壓縮或限制，在防止它被過調制的同時，又要保證使音頻獲得最好的信噪比和音頻帶寬，使音頻信號在保持原始節目素材特征的基礎上，對其作較大處理，使其成為一個面目全新的、具有特征性的音色，供聽眾接收欣賞。
(2) 在廣播節目中，音頻信號的響度，是通過減小動態音頻中“峰值”對“平均值”的比值(峰/平比值)來提高的。在允許的調制范圍內，調整峰值和平均值的關系，避免音頻信號處理過程中因削波等帶來失真之類的有害副作用，對音頻進行處理，使之符合在峰值調制的限制范圍內，盡量增加主觀感覺的響度效果。
2音頻處理的基本原則
音頻處理設備，主要借助減小動態范圍的方法來抑制噪聲，其中包括對節目信號的壓縮、峰值限制與削波、多頻段壓縮和頻率可選擇的限制及均衡功效。壓縮的主要目的是縮小節目動態范圍，增加聲音的密度，盡量使音頻信號峰點幅度均勻一致。峰值限制是壓縮的一種極端形式，但它壓縮比高，起動和復原時間較快，主要目的是保護后面聲道的傳輸不出現過荷。
峰值削波處理是防止因聲道處理電路過荷而造成的失真，瞬時地“切掉”超過閥值的高電平波峰部分的處理。峰值限制和削波如能完美匹配，將能在音頻節目信號的密度和響度之間，處理好諧波失真和互調失真及信號帶寬的負面影響作用問題。
在音頻處理過程中將音頻頻譜劃分為幾個頻段，并對每個頻段分別進行壓縮和限制。即“多頻段壓縮和可選擇的限制”，如果設置正確、合理，將會有效消除頻譜增益的互調。對于音頻處理中的均衡，其作用是一方面利用均衡器來改變音頻信號整體頻帶中相關頻率的平衡，另一方面是通過改變其中“敏感頻率”的響度來營造某種音響特征，以增加節目的喧染力，另外它還可以用作傳輸系統中的頻響校正。
3合理使用音頻處理器的方法
廣播節目音頻處理成功與否，是由它的實際效果即聽覺效應來判斷的，如廣播的播音效果能被聽眾接受，這種處理方式我們就認為是成功的，否則就是失敗的。對此，我就音頻處理器從其原理出發，結合實際使用情況，充分挖掘其潛在優勢，更有效合理地發揮其效能，應從以下三個方面著手：
(1) 保持信號不失真的傳輸
在中波廣播發射機前端，被音頻處理器高度處理過的音頻信號中，會含有不少類似方波的平頂波形。方波的波形對它所經過的傳輸通路的幅度和相位響應要求是比較高的。原理上講在節目主能量的頻率范圍中，若平坦的幅度和群時延發生偏差，就會使處理過的音頻信號平坦頂部產生傾斜，從而增加了峰值調制電壓，但平均電平并沒有增加。從峰/平比值看，該通路的平均電平減小了，因而響度就會被相應減弱。對此，我們要保持處理后信號波形的原形。首先采用的方法是，在傳輸信號電纜的使用上，盡量選擇質量上乘，性能優良的傳輸電纜，要求其分布參數小、頻帶寬、采用線徑粗、衰耗小，屏蔽好的銅芯傳輸線。這點非常重要，也很有效果。另外，在傳輸連接中，盡量不添加任何附加設備及分支部件，如中間放大器、分配器等，以減小信號波形畸變，保證良好的傳輸質量。
(2) 音頻處理系統設置
1、對音頻處理器來說，它由兩個電路組成，一是慢動的AGC，二是動作與恢復時間適中的壓縮器，對每個頻段根據需要設置調節最佳的時間常數。我們在實際使用中得出結論，適當地將低聲頻段時間常數設置的比高聲頻段慢一些(約200μs左右)，此法在增加節目信號密度上起的作用較大
2、音頻處理器在基本系統中還增加了一些輔助的組件，啟用了音頻處理器裝在慢動AGC與多頻段壓縮器之間的頻率均衡處理組件，來補償中波廣播信號典型存在的音頻頻響不佳的狀況。適當地提升600Hz-1.2KHz聲音能量在整個音頻頻譜中的分布，讓這段聲音在聽覺上變得“較大”(人耳聽覺最靈敏范圍在2KHz-8KHz)。可使聽眾感到聲音變得真實動聽。
3、我們還使用了音頻處理器上稱為的“抵削失真”裝置，用它來提供絕對的負峰值控制，防止了音頻信號溢波，以消除聽眾最可能聽得見的一些頻段中的失真。
(3) 系統中音頻處理器擺放的位置
在系統中對音頻處理器所放置的位置，也是有講究的，為了有效的保護被音頻處理器處理過的峰值限制的波形，使其在傳送到發射機的過程中不發生改變，應將音頻處理器靠近發射機放置，并且是距離越短越好。以免在傳輸過程中因分布參數變化，引起寄生調制峰值，使已處理過峰值限制的波形發生改變，造成音頻信號的波形失真。
4、合理使用音頻處理器的好處1
使用音頻處理器，除具有降低峰值電平，提高平均調制度，增加邊帶波功率以增加響度的優點外，還有以下四方面的好處：
①可以解決由于錄制、交換、不同節目內容及使用不同的錄放設備而引起的節目電平差異較大的問題，而這在人工手動調整節目電平時難以很好解決。
②為建立語言節目和音樂節目之間的音量平衡創造了條件。
③可以對節目低潮時的弱信號進行一定量的放大，使之不被雜音成分淹沒。通常節目中的高音成分的電平值較低，經處理后可得到適量提升，高音頻成分不僅決定著節目的清晰度，而且與響度之間有著心里和生理上的復雜關系，由于清晰度的提高，使聽眾感到響度也增加了。
④立體聲廣播，其覆蓋半徑約為同功率等級發射狀態的單聲道廣播的一半，采用音頻處理器后，因邊帶波功率的增大，使接收載波場略低于要求的地方也有可能收到質量較高的信號，擴大了覆蓋范圍。
據有關資料顯示：加工后的音樂較加工前的音樂的平均功率增大8.2dB，把它同壓縮15dB 的普通限放相比，得到的數值是5.9dB，這個數值實際上等于增大了發射功率的4 倍。用音頻處理器來增加覆蓋范圍，相對于其他方式，可節省大量的電力、設備投資和維護費用，是一種十分經濟可行的方法。當然，音頻處理器對節目內容的壓縮要適量，過大的壓縮會對節目內容產生損傷，影響音樂的藝術效果，會使立體聲廣播失去其應有的特色。
因此，在發射機的節目輸入端，應使用優質的音頻處理器，以壓縮節目的動態范圍，增加響度，擴大節目覆蓋范圍，保證優質的立體聲播出。
（素材來源網絡，由艾維網整編發布。）
——延伸閱讀——
數字聲頻處理器該如何選擇？
目前數字聲頻處理器產品結構和品牌都很多，怎樣選用最適合的產品是十分重要的。
1看通道數
對于小型擴聲系統，如果僅使用全頻揚聲器，只需要輸入、輸出各兩個通道，即2×2的處理器。實際上，單聲道擴聲1×1的處理器就可以了，但沒有這樣的產品，即使2×2的處理器也很少。因此，通常可使用2×4的處理器，這樣如果有低音揚聲器，正好可分頻輸出低音通道。
如果系統設置了返聽揚聲器，通常返聽信號取自調音臺各通道的AUX輔助輸出，返聽信號需要一個獨立通道，這時可選用有3個輸入通道的產品，一般是3×6的處理器，其中返聽通道信號可分配給兩路輸出接功率放大器兩個聲道，驅動兩路返聽揚聲器。對于多功能場所就常常需要用到較多輸入、輸出通道的處理器。例如，一個有報告式和討論式兩種會議形式的會議廳對揚聲器布置的要求不同，因此調音臺主輸出和編組輸出都要將輸出信號進處理器處理后分別到兩組揚聲器；同時，還要將不同的使用場景存儲以便調用。如果多功能場所還有多聲道影視功能，或者系統不使用調音臺，就需要有更多輸入、輸出通道的處理器。
2看功能
數字聲頻處理器基本都具備前面功能參數里提到的各項功能。部分處理器沒有圖示均衡。1/3倍頻程圖示均衡的頻點和頻譜儀一一對應，對于調整系統均衡比較方便。但因為它的頻率和帶寬是固定的，而且帶寬較寬，容易影響附近的頻帶，使得某些頻點不容易均衡好；而參量均衡頻率和帶寬都是可變的，往往更容易均衡好，只是調試要有一定的經驗。同時，參量均衡的段數也不能太少，輸入、輸出通道應各不少于6段，最好能有8段或更多。有些處理器只有4段，最好不要選用，以免系統不能很好地均衡。
少數處理器（例如dbx PA）沒有路由功能，輸入、輸出的連接路徑是固定的，不能改變，可能無法滿足一些多功能場合的應用。如果打算不使用調音臺，就要選用帶傳聲器輸入和幻象電源的處理器，此時現場調控可在計算機界面或外接面板上進行。最好選擇傳聲器輸入帶智能混音的處理器，這樣就有可能做到現場免調控了。
如果希望能夠遠程調試或控制，就要選擇帶網絡接口的處理器，這樣當系統出現某些問題時，不去現場也有可能將問題解決。如果使用了數字調音臺等數字設備，可選擇有AES/EBU等數字聲頻接口的處理器，以便直接用數字傳輸。還有，如果想用外接面板進行現場調控，要選有外接面板功能的處理器。
3看性能
①頻率響應：
20 Hz-20 kHz在±0.5 dB以內就可以了，一般處理器應該都沒問題。
②動態范圍：
前面說過，它表明了噪聲大小，因此這項指標顯得比較重要。揚聲器只要有幾毫瓦功率的噪聲在安靜的環境下就能明顯聽到，所以動態范圍至少達到100 dB，最好在110 dB以上。
③失真：
原則上當然越低越好，但實際上在0.01%以下就可以了。
④共模抑制比：
如果輸入接線不長并遠離電源線等，有40 dB就夠了。但如果接線長而又離電源線比較近，最好能在80 dB以上。
4看品牌
國外數字聲頻處理器比較知名的品牌有d b x、X T A、Symetrix、ASHLY、BIAMP、XILICA等，還有一些綜合擴聲產品制造商如EV、Peavey等也有通用型數字聲頻處理器。其中ASHLY和Peavey的產品沒有圖示均衡。
現在國內數字聲頻處理器品牌很多，實際上許多品牌產品都是由少數有開發能力的企業代工貼牌的。由于國內的數字聲頻處理器上市時間不很長，性能指標和國外品牌產品還有一定差距，而且大多數產品沒有圖示均衡，而參量均衡段數也較少，價格相對較低，但有個別品牌甚至比國外品牌同等功能和性能的產品還高。因此，國內品牌的數字聲頻處理器還不像國產功率放大器、揚聲器等產品有一定市場優勢。
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