均衡器的工作原理分析

4663553 · 发表于 2010-4-17 10:07:58

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均衡器的原理

　　均衡器（equalizer）通信系统中，校正传输信道幅度频率特性和相位频率特性的部件。将频率为f的正弦波送入传输信道，输出电压与输入电压的幅度比随f变化的特性称为幅度频率特性，简称幅频特性；输出电压与输入电压间的相位差随f变化的特性称为相位频率特性，简称相频特性。各种传输信道所传输的信号，一般由一些不同频率的分量组成。在信号频带范围内，若①信道的幅频特性是恒定值；②相位φ随f变化的特性是直线，可写成

　　￠（f）=2πft+θ，t为常数；③θ（称为相截）等于nπ，n=0、±2、±4、……，则信号波形经传输不产生畸变。条件①使不同频率分量经传输后有相同的输出输入幅度比，条件②、③使其有相同的时间延迟。但实际信道常不符合上述条件，因而信号产生畸变。若畸变超过允许量，则要用均衡器对信道特性进行校正。

　　均衡的要求与信号性质有关。由于人耳对相位不敏感，所以在传输模拟电话信号时，只对信道的幅频特性提出要求。在传输电视信号时，对信道的幅、相频率特性都有要求，否则图像就失真。数字信号基带传输时，对幅、相频率特性有要求，因为波形畸变会产生码间干扰而使误码率增大。数字信号载波传输时，不对信道相频特性中的相截提出要求，这是因为接收数字调频信号时不需要相位参考，而接收数字调相信号时可以用载波恢复电路解决相位参考。这样，载波传输时只对幅频特性和时延频率特性提出要求。

　　声音处理中Equalizer（均衡器）的原理

　　均衡器的作用就是调节不同频率的信号的强度。

　　声音作为一种波具有三个要素：幅度，频率，相位。其中幅度决定了声音的大小，频率决定了声音音调的高低。实际的声音往往都不是单一频率的波，而是有各种频率的波叠加而成，从而形成了各具特色的声音。

　　y = Asin（wt+fi）+A0 （单频率声波描述）

　　y = A1sin（w1t+fi1） + A2sin（w2t+fi2） + 。。。（实际的声波描述）

　　声音的不同就在于不同频率的声信号具有不同的强度。而均衡器就是根据这个原理来实现的。

　　均衡器能自动分离不同频率的信号，并采取不同程度的放大或缩小，从而改变声音的效果。目前均衡器既有硬件直接实现（如SAA7709的硬件Equalizer），也有软件的实现方式（如千千静音）。当然从原理上讲既可以有处理模拟信号的均衡器，也可以有处理数字信号的均衡器。

　　均衡器一般把人能听到的频段范围（20Hz-20KHz）分为多个频段，对不同频段的声信号进行不同程度的放大或缩小（增益或负增益）。如千千静音就分成了10个频段。 SAA7709的硬件均衡器有20个硬件单元，采用2X10模式时，可以把声音信号分成10个频段（secTIon），而采取4x5模式时，可以分成5个频段（secTIon）。

　　音效均衡器EQ的原理

　　在音响器材中，均衡器是一种可以分别调节各种频率成分电信号放大量的电子设备，通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷，补偿和修饰各种声源及其它特殊作用，一般调音台上的均衡器仅能对高频、中频、低频三段频率电信号分别进行调节。

　　严格地说应先要根据音响的频响曲线用均衡器来校正成平直的，就是说音响的频率响应曲线本来不是水平的直线，但是为了真实还原声音，我们可以通过均衡器的调节把原来的曲线变成直线。但大多数朋友都没这个条件，不知道耳机或者耳塞的频响曲线，所以我们只能根据自己的听觉来进行调节。

　　首先来看看均衡器分段后的每个部分的作用：

　　1. 20Hz--60Hz部分

　　这一段提升能给音乐强有力的感觉，给人很响的感觉，如雷声。是音乐中强劲有力的感觉。如果提升过高，则又会混浊不清，造成清晰度不佳，特别是低频响应差和低频过重的音响设备。

　　2. 60Hz--250Hz部分

　　这段是音乐的低频结构，它们包含了节奏部分的基础音，包括基音、节奏音的主音。它和高中音的比例构成了音色结构的平衡特性。提升这一段可使声音丰满，过度提升会发出隆隆声。衰减这两段会使声音单薄。

　　3. 250Hz--2KHz部分

　　这段包含了大多数乐器的低频谐波，如果提升过多会使声音像电话里的声音。如把600Hz和1kHz过度提升会使声音像喇叭的声音。如把3kHz提升过多会掩蔽说话的识别音，即口齿不清，并使唇音“mbv”难以分辨。如把1kHz和3kHz过分提升会使声音具有金属感。由于人耳对这一频段比较敏感，通常不调节这一段，过分提升这一段会使听觉疲劳。

　　4. 2KHz--4kHz部分

　　这段频率属中频，如果提升得过高会掩盖说话的识别音，尤其是3kHz提升过高，会引起听觉疲劳。

　　5. 4kHz--5KHz部分

　　这是具有临场感的频段，它影响语言和乐器等声音的清晰度。提升这一频段，使人感觉声源与听者的距离显得稍近了一些；衰减5kHz，就会使声音的距离感变远；如果在5kHz左右提出升6dB，则会使整个混合声音的声功率提升3dB。

　　6. 6kHz--16kHz部分

　　这一频段控制着音色的明亮度，宏亮度和清晰度。一般来说提升这几段使声音宏亮，但不清晰，不可能会引起齿音过重，衰减时声音变得清晰，但声音不宏亮。

　　均衡器上也可以按照听门极限的曲线图来设置，这样让耳朵能最容易的感觉到声音，这样最自然最好！如下图，我们提升低频和高频的DB数。

　　这样让低频和高频能够很自然的被耳朵感受到，也就是说最佳的EQ设置应该和该曲线图吻合。

　　CD在录制的时候是很好的记录了经过编辑的音源信号的，在CD制作的时候就已经调整好了音效的，所以我们可以认为不需要补偿。mp3就不一样，在压缩的时候，高中低频三个部分会有损失，一般来说损失的是高低两端，而中频部分很大程度上保留了下来。所以我采取的办法是通过对CD和mp3文件播放进行比较的方法调整。

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