音响设备之间的匹配与联接

claw · 发表于 2016-6-24 08:39:21

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　　扩声系统各设备之间的匹配与联接不当，会影响整个扩声系统的放音质量，影响扩声设备独特功能的正常发挥，严重时会使整个扩声系统无法正常工作，甚至损坏音响设备。

　　一、设备的匹配

　　1、音箱和功率放大器的选择与匹配

　　目前市场上流行的音响设备品牌很多，而且各种品牌也有不同的档次，其价格差异也较大。所以在进行音响设备的选择和匹配时，应根据实际需要及经济条件来确定。在进行扩声系统设计时，首先应根据实际场所的需要和扩声系统的用途和目的，即是音乐扩声还是语音扩声，或是娱乐场所，来确定音箱的品牌和总功率，从而确定相应的功率放大器的品牌和功率。

　　音箱的总功率确定后，可按比例分配到主扩声通道和辅助扩声通道的左、右2个声道音箱的功率。如体积较小的空间可设计1个辅助扩声通道，体积较大长的空间可设计2个或2个以上的辅助扩声通道，可确定音箱的数量。主扩声通道的音箱功率应适当大于辅助扩声通道的音箱功率，超低音音箱的功率应大于主音箱的功率，且不计入音箱的总功率容量。主扩声通道的音箱一般选用三分频音箱系统，辅助扩声通道的音箱一般选用二分频音箱系统。不同功率和品牌的音箱其用途和音响效果是不一样的，如JBL音箱力度大、穿透力强、中高音强劲，娱乐场所使用得较多；EV音箱音色清晰、透明、自然，语音扩声用得较多；BOSE音箱频响宽、动态大、功率足，语音扩声和娱乐扩声都有使用；PEAVEY音箱音色结构坚实有力、清亮悦耳、低音弹性好、节奏感强，多用于Disco舞厅。

　　对于定阻式功率放大器和音箱的匹配应考虑4个问题：一是功率匹配，二是阻抗匹配，三是音色匹配，四是档次匹配。功率放大器的选择应根据扩声场所的环境、扩声系统的用途和目的以及音箱系统的功率、音色和档次来选择不同类型和功率的功率放大器。以演唱为主的扩声系统，应选用频率响应范围宽、失真度小、信噪比大、音质优美的高品质功率放大器；对于歌舞厅或Disco厅应选择力度大的功率放大器；还要根据音频功率信号的传输距离远近选用定压式功率放大器还是定阻式功率放大器。对于背景音乐或会议扩声等，如果是远距离分散式音箱系统，需选用定压式功率放大器；对于音乐厅、剧院、歌舞厅、Disco厅、学术报告厅等音箱集中分布的近距离扩声系统，应选用定阻式功率放大器。

　　2、声源设备和调音台的选择与匹配

　　声源设备主要有话筒、影碟机、卡座、电声乐器等。其中话筒的选择比较重要，因为不同的话筒指向特性、频响特性和灵敏度等不一定相同。在没有特殊要求的情况下，语音扩声一般选用电容式话筒；演唱扩声一般选用心形或超心形指向特性的动圈式话筒。对于不同频响特性的话筒的选择要参考拾音对象（乐器或歌唱者）的频率特性。通常，话筒产品介绍中均列有其主要用途，以便选购时参考。根据需要还可选用移动式无线话筒或领夹无线话筒，用于活动范围较大场所。

　　调音台是音响系统的核心，有录音调音台和扩声调音台等。在选择调音台时，首先应根据实际需要确定调音台输入通道的路数，然后根据扩声环境确定调音台的输出通道。语音扩声选用6~12路调音台；音乐厅、娱乐场所选用12路以上的带编组输出、矩阵输出和多路辅助输出的调音台。

　　3、周边设备的选择与匹配

　　调音台、功率放大器和音箱可构成一个简单的扩声系统，但要得到完美的音响效果，还得配以音频信号处理设备。首先，效果器和均衡器是一般情况下是都配接的，在专业和大型扩声系统中应选用双31段图示均衡器和专业高档次的效果处理器。其次，还应考虑使用压限器、电子分频器和数字延时器等设备。对于听觉激励器、啸叫抑制器等设备应根据实际需要选用。音响设备的匹配应根据设备的品质而定，而不应只选择同一品牌的设备，因为各厂家都有突出的产品，只有选择品质优良的产品，才能使音响系统有好的放音效果。

　　4、音响组合的选择与匹配

　　对于同一厂家提供的整套音响设备或组合的设备，厂家已充分考虑了各设备间的组合及配接对音质的影响；而对于不同厂家产品组合的音响设备，各设备之间的匹配和配接问题应予以足够的重视，否则会对放音质量产生不良的影响。

　　二、音响系统的配接

　　在扩声系统的设计中，普遍存在设备的互连问题。如果连接不当会使系统指标下降，甚至不能正常工作。所以在配接之前必须考虑各设备之间的阻抗匹配、电平匹配、功率匹配及阻尼系数匹配，以及频带、音色、档次等方面的问题。

　　1、音响系统配接前的考虑

　　（1）阻抗匹配

　　在扩声系统中，几乎所有设备都采用跨接方式，即设备的输出阻抗设计得很小，输入阻抗设计得很大。这是由于在音响系统中，除非信号作远距离传输，一般都当作近距离传输处理。而且传输信号电平低，要求信号能高质量地传输，同时负载的变化基本不影响信号的传输质量。阻抗匹配的目的是提高音响设备的利用率，特别是功率放大器与音箱系统的阻抗匹配。从理论上讲，当负载阻抗和信号源输出阻抗相等时，负载从信号源获得电功率最大。但在音响系统中，作为信号源的设备输出阻抗略小于作为负载的设备输入阻抗，能使设备以及整个音响系统很好地工作，就可认为达到了阻抗匹配。在音响系统中，由于声音信号电平都很低，为了提高传输质量，要求负载阻抗应远大于信号源内阻抗。这是因为信号源内阻抗越小，则信号源内消耗的功率就越低，输出同一电平值时要求信号源的开路输出电压也较低。更重要的是，信号源内阻抗低时，可加大信号的有效传输距离，改善传输频率特性。

　　按照国际和国标规定，一般要求设备的信号源内阻抗（输出阻抗）与负载阻抗之比应为1：5，或者信号源阻抗更小一些。对于视频图像设备系统，作为信号源设备的输出阻抗值与作为负载设备的输入阻抗之比为1：1，此时阻抗匹配。因此，卡拉OK中的电视机、录像机、激光影碟机等的射频和视频的输入、输出阻抗均为75Ω，采用圆形阻抗为75Ω视频传输线。音频功率放大器的标称输出阻抗有4Ω和8Ω两种，即可接4Ω音箱，也可接8Ω音箱。接4Ω音箱时，功率放大器的输出功率比接8Q音箱时大一倍。但采用4Ω负载阻抗时，所要求的传输阻抗比8Ω负载阻抗时的要低一倍。在高质量的扩声系统中考虑适当的储备，4Ω输出时的传输阻抗不得超过0.2Ω（不计放大器内阻），若传输线小于100m，则要求其截面积不小于9mm2，由于只允许传输线有0.2Ω的阻抗，因此还应要求传输线两端的接触电阻更小，选用可靠性高和接触面大的接触件。

　　

claw · 发表于 2016-6-24 08:39:36

　　（2）电平匹配

　　电声设备互联时，电平的匹配也很重要。如果匹配不好，会使激励不足或发生过载而产生严重的失真。这两种情况都会使系统不能正常工作。根据IEC和中国相关标准，音响系统通常都有额定输出电平或额定输入电平、最大输出电平或最大输入电平、最小输出电平或最小输入电平，这些数字都按有效值标注。要做到电平匹配就要在额定信号电平状态下进行匹配，而且在信号出现尖峰时不发生过载。优质系统峰值因数至少应按10dB来考虑。如果电平不能直接匹配，就要采取适当的变换方法，可采用变压器或电阻分压网络，使电平达到匹配，变换时也需要考虑阻抗匹配。实际上，现代音响设备都是按标准设计的，只需在设备选型及系统调音时加以注意，即可满足电平匹配的要求。

　　（3）功率匹配

　　功率放大器与音箱配接时，应考虑他们的功率匹配、阻抗匹配、音色匹配和档次匹配等。功率放大器的额定输出功率应略大于音箱的标称功率，他的输出功率只与负载阻抗（音箱的输入阻抗）有关，如一台额定输出功率100W的功率放大器，他的额定输出阻抗为8Ω，额定输出电压是28.3V（在恒定音频信号输入时），如果配接1只8Ω的音箱，此时功率放大器利用率最高；如果将2只8Q的音箱串联与功放配接，此时功率放大器负载阻抗为16Ω，功放实际输出功率仅为50W，即音箱上真正获得的功率为50W，这样功率利用率只有一半，性价比降低；如果将2只8Ω的音箱并联与功放配接，此时功率放大器负载阻抗为4Ω，若功率放大器实际输出没有4Ω挡，则功放实际输出为200W，属超载工作容易损坏。一般高保真功率放大器要有足够的输出功率裕量。如果音箱的阻抗符合要求，功率放大器的额定功率比音箱要求的功率大，则推动音箱发声所需的功率充足，失真小，更能体现音乐的低频成分。一般音箱设计承受功率比他本身标称功率大2—3倍，如果大得太多，音量开得过大，有可能烧坏音箱。如果功放的额定功率比音箱的标称功率小，虽然两者都能安全工作，但功放的推动功率不够，往往开到饱和状态，仍觉得声音响度不足，低音失落，失真严重，是一种较差的匹配方式。

　　另外，要注意音箱的标称功率并不能视作音箱内各扬声器标称功率的总和。因为对于大多数音频信号，低音和中音的功率能量比例明显大于中音和高音的能量比例。因此，如果音箱是由单只大口径全频带扬声器构成，则音箱的标称功率就是该扬声器的标称功率。如果是组合音箱，其标称功率可简单地认为是低音扬声器的标称功率加上中音、高音扬声器标称功率之和的一半。

　　（4）音箱与功放阻尼系数的匹配

　　现代定阻式音频功率放大器的输出阻抗都很小，以便音频功率放大器能适应音箱系统阻抗的变化，达到优良的瞬态响应。实际上功放的输出内阻对扬声器的发声起着电阻尼的作用，阻尼系数是指功放额定输出阻抗（即负载音箱的标称阻抗）与功放输出内阻抗之比值。阻尼系数的大小会影响音箱放声质量，阻尼系数越大，对扬声器的抑制能力就越强。阻尼系数不是越大越好，而是要适当。不同的扬声器有着不同的值，一般都在15~20。阻尼系数大些好，因为阻尼系数小，扬声器输出声压频率特性（尤其是低频特性）和谐波失真特性就会变坏。为提高阻尼系数值，应减少音箱的接线电阻和接触电阻，所以功放和音箱之间不用转换开关，如果是固定音箱，应采用截面积大、电阻小的多心导线连接，如果是移动音箱，应采用电缆音箱线，50m以上应采用截面积在2.5mm2以上的电缆音箱线。

　　（5）带宽匹配

　　功放的带宽要和音箱的带宽相匹配，这样经功放放大后的音频信号能通过音箱还原成声音。目前专业功放的带宽一般都覆盖整个音频频率范围，带宽匹配主要考虑音箱的带宽结构。如果是单只大口径全频带扬声器构成的音箱，就要看扬声器的频率范围；如果是多个扬声器组合的音箱，就要看其频率的覆盖范围，音箱的覆盖频率越大越好。

　　（6）音色匹配

　　不同的厂家生产的功放和音箱具有不同的音色和特点，用途也不同。所以功放和音箱的音色必须匹配，这样才能充分发挥功放和音箱音色特点。

　　（7）档次匹配

　　如果是专业音箱，必须匹配专业功放。如果是高档专业音箱，必须匹配高档专业功放。如果是家用音箱，就匹配家用AV功放。如果是低档音箱，就匹配一般功放。

　　2、接插件和连接线的选用

　　1、接插件

　　专业扩声系统所用的接插件主要有两大类：一类是XLR形接插件，俗称“卡侬头”接插件，分为K系列和J系列；另一类是1/4英寸直插件，有立体声和单声道两种。

　　(1)XLR卡侬头接插件，有插头、插座之分，多用于调音台及音频处理设备、功放输入、输出之间的连接，是平衡接插件。各脚的接线方法是，①脚(PINl)对信号是接地(Ground)，对音频线是接屏蔽线；②脚(PIN2)对信号是接热端(Hot-signal)即信号“+”极(inphasa)，对音频线是接双芯线中的红色芯线；⑨脚(PIN3)对信号是冷端(Cold-signal)即信号“一”极，对音频线是接双芯线中的另一色芯线。如果将卡侬头接成不平衡接法，将③脚和①脚短接即可。

　　(2)两芯或三芯插头插座。有直径2.5mm，3.5mm，6.3mm三种。可用于话筒输入、外接扬声器输出或耳机输出等。两芯用于单声道或不平衡接法，“尖”(TIP)接信号热端即信号“+”极，“套”(SLEEVE)接信号冷端即信号“一”极。三芯用于双声道（立体声）或平衡接法，用于平衡接法“尖”(TIP)接信号热端即信号“+”极，“环”(RINC)接信号冷端即信号“一”极，“套”(SLEEVE)接屏蔽即接地。用于双声道（立体声）接法，“尖”(TIP)接左声道信号，“环”(RING)接右声道信号，“套”(SLEEVE)接屏蔽即接地。

　　(3)TX型同心插头插座（莲花插），多用于声源设备（影碟机、卡座等）音频电平在1V以上各种音响设备间输入、输出的连接。

　　(4)YC型五芯插头、插座（又称德国DIN标准插件）。一般用于盒式录音机与功放间的配接，作为录音机线路输入输出线路使用。其接法是，单声道①脚录音输入，②脚接地，③脚放音输出，④脚连①脚，⑤脚连③脚；双声道①脚录音（左）输入，②脚接地（接屏蔽），③脚录音（左）输出，④脚录音（右）输入，⑤脚录音（右）输出。对于功率放大器，①、④脚左右输出，③、⑤脚左右输入，②脚接地。

　　

claw · 发表于 2016-6-24 08:39:47

　　2、连接线

　　在专业扩声系统中，连接音响设备的连接线主要有三类：一类是连接功率放大器与音箱的平衡传输线，俗称“音箱线”、“喇叭线”或“金银线”；二类是连接话筒与功率放大器或调音台的单、双芯屏蔽电缆线，内包有一层纺织麻线，俗称“话筒线”；三类是连接其他音频设备的单、双芯屏蔽电缆线，俗称“音频线”。这些线缆都由多股铜合金线组成，在专业上用导线的横截面积衡量线缆的粗细，线缆越粗，阻抗越小，对信号的衰减也越小。

　　(1)音频线。普通信号标准电平传输线，用于电声处理设备间的连接及调音台线路输入信号间的连接。有双芯线和单芯线之分，双芯线用于信号的平衡传输，单芯线用于信号的非平衡传输，选购时线径要大一些，屏蔽网要密一些，并检查是否有短路和断路现象。

　　(2)话筒线。弱信号低电平平衡传输线，用于话筒与调音台或话筒与AV功放间的连接。选购时要注意，其与音频线的差别在于屏蔽网线较密，且带有纺织麻线，不易拉断，比较柔软，质感好。

　　(3)音箱线。高电平大电流强信号音频传输线。用于功放和音箱间的连接。有多芯(50芯、100芯、200芯)等带双层护套的金银线，一般用于固定音箱与功放间的连接，还有电缆音箱线，用于移动功放和音箱间的连接。如果距离大于50m，应选购线径大于2.5II11112的电缆音箱线。线径越粗，阻抗越小，对信号的衰减也越小。因此，在一般情况下音箱线要粗而短，以减少接线电阻和信号的损失。

　　关于音响系统的匹配和配接，也可参考国际IEC268-15《声系统设备部件互联的优选值》和中国GB9031-88《声系统设备互联配接要求和声系统设备互联的优选配接值》等。

　　三、音响系统各设备之间信号的传输

　　音响系统各设备之间的配接，除考虑所用的连接线和接插件外，还必须考虑他们之间的信号传输问题。各设备间的信号传输有两种方式，采用平衡传输方式或不平衡传输方式。一般情况下，小信号采用平衡传输方式，不易受外界干扰；大信号采用非平衡传输方式。

　　1、平衡传输方式

　　平衡传输方式是指一对信号传输线的两根芯线对地相等。而非平衡传输方式是指一对信号传输线，其中一根接地。当有共模干扰存在时，由于平衡接法的两个端子上的干扰信号数值相差很小，且极性相反，在平衡传输的负载上可以互相抵消，所以平衡电路具有较好的抗干扰能力。在专业音响系统（含有调音台的音响系统）中，除扬声器馈线外，一般都采用平衡输入、输出来传输音频信号。而在家用AV音响系统中，为降低成本，往往采用非平衡输入、输出来传输音频信号。平衡电路有的采用传输变压器（带中心抽头接地和不带中心抽头的），也有用差分放大电路的。当非平衡电路与平衡电路连接时，就破坏了传输的平衡，但有时是不得已的。因为有些设备采用非平衡输入、输出方式。当设备的非平衡输出与设备的差分输入相接时，只要不破坏差分放大电路的静态工作点，则双端输入的差分电路成了单端输入的差分电路，可以正常工作。

　　2、非平衡传输方式

　　非平衡传输是采用一根芯线的电缆，芯线作为信号传输线，屏蔽线作为信号零线。这种传输方式成本低，但会影响声音信号的传输质量。如果采用两根芯线的音频信号传输线，则把信号零线与地线（屏蔽线）连在一起，信号线与信号线连在一起。对于大信号或非专业音响设备可采用非平衡传输方式。

　　根据平衡与非平衡关系，音响设备之间的互联主要有下列几种方式：(1)从平衡输出到平衡输入；(2)从平衡输出到不平衡输入；(3)从不平衡输出到平衡输入；(4)从不平衡输出到不平衡输入。

　　四、音响设备之间的互联

　　音响设备如均衡器、压缩限幅器、数字延时器，可并接在调音台上，也可串接在调音台的输出通道中。电子分频器、啸叫抑制器等设备一般都串接在各自需要的通道中。数字效果器、听觉激励器等设备一般都与调音台并接，也可根据实际需要和扩声用途而调整。以数字效果器与调音台的连接为例，说明音响设备以不同方式连接其音响效果也是不同的。数字效果器与调音台的连接通常有以下4种连接方式。

　　(1)利用调音台的辅助输出(AUX)端口与数字效果器的输入(INPUT)端口，以及调音台的立体声返回(RTN)端口与数字效果器的输出(OUTPUT)端口相连，将数字效果器并接在调音台上。这是扩声系统中数字效果器最常用的连接方式，调节使用方便，效果最好。就效果器而言，通常使用一人一出的工作方式，一入双出也行，很少使用双入方式。

　　(2)利用调音台的辅助输出(AUX)端口与数字效果器的输入(INPUT)端口，以及调音台的任一线路输入(LINE)端口与数字效果器的输出(OUTPUT端口相连，将数字效果器并接在调音台上，此时数字效果器成为调音台的一个新声源。这种连接方式，效果器通常采用一入一出的工作方式，一入双出也行，但要占用两路输入通道。需要注意的是，在调音台上接效果器的输入通道与接效果器的辅助输出相对应的(AUX)旋钮应至于关闭状态，否则会把信号送人效果器而形成正反馈，产生啸叫，以至损坏音响系统。

　　(3)利用调音台的插入(INSERT)端口与数字效果器的输出(OUTPUT)端口，以及调音台的辅助输出(AUX)端口与数字效果器的输入(INPUT)端口相连，将数字效果器并接在调音台上。一人一出处理1路话筒，双入双出处理2路话筒，这种连接方式只对话筒歌声进行效果处理，以免影响DVD等已在制作中处理过的伴奏音乐的音响效果。

　　(4)将数字效果器接入扩声系统中，通常接在调音台与均衡器之间，这样通道中全部音频信号都会经过效果器，这种连接方式只用在环境音乐的制作和播放系统中。

claw · 发表于 2016-6-24 08:39:58

　　五、音响系统的屏蔽接地

　　为了安全，音响设备的金属外壳应当妥善接地，接地电阻尽量小，否则会引入干扰噪声。所以音响系统用电，不能与舞台灯光、照明、空调等动力设备共用地线系统，以防止公共阻抗造成的干扰。音响设备应采用一点接地，不能链形接地，更不能环形接地。链形接地会产生公共阻抗干扰，环形接地不仅会产生公共阻抗干扰，还会产生“地环路”。如果空间电磁场穿过“地环路”，按照法拉第电磁感应定律会在“地环路”中产生感应电动势，形成外界干扰。检验音响系统接地是否正常的方法很简单，在设备接地线中串入一节干电池和一个小灯泡，看小灯泡是否发亮，如果发亮，说明有多点接地或有“地环路”存在。另外当设备互连用的信号电缆屏蔽层接地时，应注意尽量避免或减小“地环路”的影响。如对平衡输入和输出，两端接头中只能将屏蔽层在一端接地，可避免由于互连而形成“地环路”。由于输入阻抗大于输出阻抗，故屏蔽层通常在输入的一侧接地，感应噪声较低。当输入和输出都是不平衡时，则应将屏蔽层的两端都接地，这样虽然会产生“地环路”电流，但该电流不流经负载。在工程布线时，为减少干扰，应将传输距离较长的连接话筒的电缆线和连接音箱的馈线穿人金属管道，并且不得与电力线平行。

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