扩声系统中的音频设备

2260274471 · 发表于 2009-11-16 12:25:50

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扩声系统是声源和听众在同一个时空里的声音增强的电子系统，这个空间是个大空间，听众听不到直接来自声源的声音，需要通过增强进行传输。这个过程是实时的，并且在一个共用的空间内，譬如，在室内大厅，如音乐厅、歌剧院、戏剧院、多功能厅、会堂、体育馆，在室外典型的是体育场。它区别于有线公共广播系统（声源同听众不在一个空间）、放声系统（其声源是存储在磁带或唱片中的节目信号，非实时的），也区别于会议系统（其发言人和听众是全方位的）。不同的是声学关系，因为扬声器和传声器在同一个时空里，由声信号相耦合而组成一个闭环系统，由于声音的正反馈，当满足系统不稳定条件时，系统出现啸叫，并且在临界点附近的传输会产生失真。
扩声系统的基本组成由传声器、调音台、功率放大器、扬声器以及中间增加了各种信号处理设备（也称周边设备）这样五大功能块，随之数字化和网络化，设备的更新换代，使系统的整合和控制、信号的传输和调整的方式也随之而变，下面来谈谈反映在设备上的变化。
1、传声器
数字化和网络化对传声器没有太多的冲击，从换能原理上仍然是：电容式、电容驻极体式和宽带动圈式，在指向性上有心型、超心型、宽心型，在应用上音质的多样化，也就是对不同的乐器和人声有不同品牌和型号的传声器对应选择，还有，克服传声器接收时的“梳状滤波”失真的压力区（PZM）传声器……都有各自的使用空间。
无线传声器是传声器的特殊分支，它能适应演员在剧场上的大范围的移动。其中，解决接收“死点”、动态范围和频率稳定性问题，仍然是无线传声器的主要技术关键，宽带调制和结合压扩技术的窄带调制是它采用的两种调制方式，它的使用方式有手持式、头戴式和佩带式，克服近讲气流声、手持和衣服的摩擦声是它要解决的通常问题。
当有多个传声器工作时，会增加系统的增益，因此会产生声反馈而啸叫，传声器之间的信号延迟会产生“梳状滤波”失真，现在也有相应的技术和设备自动调节解决这类问题。
现场5.1声道的环绕声拾音的传声器配置组件也提出来了，我们知道，立体声拾音使用多传声器多轨时由调音台中的全景电位器（PanPot）控制声象，而使用主传声器法时传声器的配置有专门的制式如X/Y制、M/S制、A/B制。现在，对5.1声道的主传声器法也有几种制式如ASM(AdjustableSurroundMicrophone)5，INA(德语“理想心形指向性布置”的缩写)等。
对于未来，使用专门算法的传声器阵列技术也可能用于扩声中的传声器。
2、调音台
调音台是音频节目信号的调控中心，其输入可以是多个传声器、各种音源设备（如CD唱机），然后，由调音台统一调配，各路信号可以进行增益调节、相位调正、简单频率均衡、然后进行编组、合成输出。调音台有简单到复杂的各种挡次和价位。
数字式调音台是目前热门的话题，在重要的扩声系统的方案评审中都会有是选用“模拟”的还是“数字”的讨论，数字式的，当然是先进，其客观指标较高，输入等效噪声电平和输入动态指标较优，对调音状态可以存储下来，对大型演出复杂的调音自然方便多了，但录音师会感到使用的界面和操作不习惯，还有两个问题，一个是“死机”问题，另一个是操作过程中的菜单“翻页”，这两个问题应该说已经有许多补救措施，应该说不会出现系统故障，当然还有价格问题。

2260274471 · 发表于 2009-11-16 13:28:46

我认为“模拟”和“数字”会共存很长一段时间，现在还很难预测，数字调音台会还是不会替代模拟式调音台。
5.1声道环绕声调音台。传统的调音台有两路母线（总线），即终端是两路立体声输出，5.1声道环绕声调音台，有至少6路母线，多路输入信号各自的声象需要定位在XY平面上，定位是通过信号的增益调节分配到6条母线上，操作上可以是屏幕显示，摇柄操作。5.1声道环绕声调音台也有“数字”和“模拟”的，模拟的声象需要至少5个类似立体声中的全景电位器，也称声象摇移控制器。在扩声系统中极少使用5.1声道调音台，而5.1声道的电影还音是很普及的事情（当然电影还音不需要调音台），在小型多功能厅只要解决拾音问题，加上5.1声道调音台就可以实现5.1声道的扩声。当然对大的场馆，从观众席的角度判断也不可能设置环绕声。
3、信号处理周边设备和媒体矩阵（MediaMatrix）
在调音台输出到功率放大器输入之间，可以引入一些系统加工设备，压限器（compressors/Limiter）、均衡器(equalizers)和电子分频器(crossovers)、混响、延迟等设备。
压限器由压缩器和限幅器组成，压缩器对大信号和小信号有不同的放大倍数，大信号有较小的放大倍数，从而使信号的动态范围压缩到预定的较小范围内，以适应随后设备的动态范围要求，限幅器限制信号的最大电平，当信号中出现如炮声这样的高电平信号上进行限幅处理，使之不会随后传输时出现削波失真。
均衡器，是进行多频段的频谱均衡，调节系统的频率成分，它可以是1/3倍频程间隔的30段均衡器。
电子分频器是针对扬声器的，也是扬声器管理的一部分，扬声器在频域是分频段工作的，在空间是分区域分配的，所以扬声器的管理有信号的分配和分频，在完成分配和分频后才由各自的功率放大器去完成功率的放大。电子分频是低通、带通和高通滤波器。
模拟设备由一台又一台独立的设备实现每一种功能，对于分布式的扩声系统，这些设备会装满几个机架，还有大量的电缆线用来连接它们。最初的数字设备也是独立的单一功能，除了上述问题，还有每台设备重复的模数和数模变换，累积了量化失真问题。
媒体矩阵（MediaMatrix）由一台设备完成上述所有功能，而且可以多路输入和输出并行工作，扩声系统组网时作为路由器,也可以作调音台使用。它的操作是设计师在屏幕上使用鼠标进行菜单编辑，并完成设计的原理方框图的连接。
媒体矩阵（MediaMatrix）由数字信号处理器（DSP）芯片为核心的硬件系统配以专用版本的软件系统组成，它的网络连接是在以太网（Ethernet）的结构上使用Cabranet协议完成音频信号和控制信号的传送。
媒体矩阵只是美国百威公司的一组产品，其他公司同类产品还有，如美国Symetrix公司的Symnet音频矩阵（AudioMatrix），英国BSS公司的Soundweb系列产品。
4、功率放大器
新一代的功率放大器有三个输入接口：模拟输入、数字（AES/EBU）输入和网络接口，这就是数字化和网络化。

模拟输入就是传统的模拟输入，这同传统功放没有区别。
数字输入，是输入PCM数字信号，即0,1的二进制数字信号，通过数模转换，转换成模拟信号，经前级放大进入功率放大器，功率放大器还是模拟的。它不是现在说的所谓“数字功率放大器”，所谓“数字功放”，最早是D类放大器，它将模拟信号脉宽调制(PWM)的信号，通过一个低通滤波器输出，PWM信号不是我们原先定义的数字信号即PCM信号，后来美国德州仪器（TI）等公司推出由PCM码流转化为PWM的芯片，他们称为纯数字音频放大器（TrueDigitalAudioAmplifier）,这样就叫出来了，其实应该叫“功率型数模转换器”，不是原来意义上的数字信号的“放大”，PWM信号大小就是它的输出功率。这类功放的特点是效率高，电源变压器可以小些，音质不是它的特点。目前还没有看到把它用在扩声系统中。
网络接口是实现对功放的远程调节、分组、控制、监测和开关，调节主要是调节增益，监控是功放温度测定、功放保护状态、负载状态监控、输入/输出状态控制，电源开启、关闭和休眠等，在控制室用一台PC机和专用软件通过功放的网络接口实现操作。
这就是功放的数字化和网络化，如果使用以太网（Ethernet）和Cabranet协议则可以在网上实现音频信号传送和控制信号的监控。
另外，功率放大器还发展了各种保护电路，保护自己不损坏，保护负载扬声器不损坏，而且不会过载停机，以及超高频和射频干扰保护等。
5、扬声器
扬声器的种类、品牌很多，每个品牌都有自己的系列产品，对扩声系统来说，扬声器的分配布置是设计的关键，用EASE软件进行声场仿真时，在场馆体型确定后，扬声器的指向性和它的布置是主要参数，扬声器布置分集中式和分布式，选用的扬声器也不同，扬声器指向性是窄还是宽同远距离投射还是近距离投射有关。这里我只想谈两个问题，也是这次北京国家大剧院的法国设计方案中最有争议的两个问题：①不使用有源扬声器系统②选用线阵列扬声器系统。
有源扬声器系统指的是功率放大器组合在扬声器箱体内，它采用电子分频，每个频段有独立的功放，它整合后，由自己内部解决匹配、频率均衡等信号处理问题，使整体性能更加优化（它完全不同于多媒体有源音箱），国外知名品牌的扩声用扬声器系统如美国MeyerSound公司，德国d&b公司都使用这种技术。如果建议不使用有源扬声器系统，也就是放弃这种优良的技术，提出不使用的原因可能是考虑防火安全，或者是每个扬声器位置需要配交流电源。
线阵列（lineArray）扬声器系统，线阵列扬声器的原理在上世纪60~70年代也曾被广泛应用，后各种号筒扬声器的出现，它逐步退出视线，重新提出是在上世纪90年代后，并在本世纪初达到了高潮，各大知名公司都推出他们的系列产品。它的基本原理是，排列成线列的一列同间距的相同的声源，同相辐射时，它呈现线声源的特性即柱面波传播，它不同于球面波发散，其声压随距离增加一倍减3dB(不是球面发散的6dB),这样可以有更远的传播距离。线阵列扬声器有几个条件参数：
满足柱面波的近场距离，超过这个距离则按球面波发散。

这个距离同波长有关，低频的近场距离短，高频的远，计算该距离时还要考虑一个约束条件，即满足柱面波的允差。
声源单体的间距d>λ/2时,指向性会出现旁瓣。
当声源不满足同相幅射时，而成为相干的有限个脉动球源组成的线列源仍然按球面发散。
当前的线阵列加进了数字信号处理（DSP）,调节波阵面，调节相位等来控制指向特性，加之承受功率大，辐射距离远，覆盖的声场均匀，它被广泛地用于大型的扩声场所，在北京国家大剧院提出这个问题，法国的设计是选用线阵列而排斥其他方案，不同的意见是，线阵列是适用大型的扩声场所，大的空间，而象北京国家大剧院的音乐厅是不适用的，另外，传统的古典音乐，喜欢音箱隐藏的，只有流行音乐、摇滚才有把音箱外露的布置，所以不主张使用线阵列。
上面介绍了扩声系统中的音频设备的近期发展趋势，它只是专业音频设备的一部分，专业音频设备还有：公共广播系统（机场、车站、楼宇），广播录音、监听系统，会议音频系统，同声传译系统，科技馆展览厅的解说播音系统，园林景点展示的解说播音系统（每个点解说词不同，互相又不能干扰），都有专用的技术。也值得我们去关注。

xiaoyao789 · 发表于 2009-11-16 17:35:37

分享,谢谢啊！:victory::victory:

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