【正文】 . . . . .音響系統(tǒng)與調音補充講義上海大學影視藝術技術學院劉日宇2002年 第一章音響系統(tǒng)用傳聲器把原發(fā)聲場聲音的聲波信號轉換為電信號，并按一定的要求將電信號通過一些電子設備的處理，最終用揚聲器將電信號再轉換為聲波信號重放，這一從傳聲器到揚聲器的整個構成就是音響系統(tǒng)的最基本的概念（），其中傳聲器和揚聲器均稱為換能器。雖然音響系統(tǒng)中的電信號在能量的形式和量綱上與聲波的聲信號不同，但作為信號，它們之間的信息的本質是一致的，即它們的幅度有相對大小的對應關系，它們的頻率也是對應的，因此音響系統(tǒng)中的電信號在頻率上處于20Hz~20kHz的聲音頻率范圍內，稱為音頻信號。音頻信號，這是音響系統(tǒng)的重要特征。 當然上述系統(tǒng)并不是指擴音（盡管擴音也包括在其中），因為從愛迪生發(fā)明留聲機的一百多年前到音響技術飛速發(fā)展的今天，讓聲音跨越時間和空間障礙的聲音記錄和重放一直是音響系統(tǒng)所要完成的首要任務，因此音響系統(tǒng)可分為聲音的制作（記錄）和重放兩大類型。 應當說在聲音的制作和重放之間還有一個聲音的傳播的環(huán)節(jié)，聲音的傳播包括聲音記錄在一定的載體（如磁帶或CD唱片等）上流通或以廣播的無線電電波發(fā)送，但這不屬于音響系統(tǒng)的范疇，因為前者不是電子設備構成的系統(tǒng)，后者不是音頻信號系統(tǒng)。 無論是聲音的制作還是重放均有另外一個重要的任務，即聲音的處理，因為聲音的制作和重放不能機械地再現(xiàn)原始的聲音，不僅要消除原聲音的弊病，也要按一定的審美要求來美化音質，根據(jù)需要甚至要創(chuàng)造原來沒有的聲音，這也是音響系統(tǒng)所要承擔的。 根據(jù)不同的要求和任務以及不同的場合有不同的音響系統(tǒng)，可以從不同的角度來分，從大范圍來分有專業(yè)音響系統(tǒng)和家用音響系統(tǒng)。專業(yè)音響系統(tǒng)可分為制作系統(tǒng)和重放系統(tǒng)，制作系統(tǒng)有音樂錄音制作系統(tǒng)和影視錄音制作系統(tǒng)，無論哪種制作系統(tǒng)有時又可分為前期錄音系統(tǒng)和后期制作系統(tǒng)，此外還有廣播制作（實時或錄音）系統(tǒng)；重放系統(tǒng)有影劇院、體育場館、會場、會議廳（室）擴音系統(tǒng)，歌舞廳、迪斯科舞廳、卡拉OK音響系統(tǒng)等。家用音響系統(tǒng)可分為音樂放音系統(tǒng)和AV放音系統(tǒng)；AV放音系統(tǒng)包括家庭影院環(huán)繞系統(tǒng)和卡拉OK系統(tǒng)等。應當說明上述的制作和重放系統(tǒng)并不是絕對可分的，在制作系統(tǒng)中也有重放功能，如監(jiān)聽部分，而在重放系統(tǒng)中也有錄音制作的要求和手段，如現(xiàn)場實況錄音，之所以這樣來分只不過強調了系統(tǒng)的側重面而已。 專業(yè)制作音樂錄音制作系統(tǒng) 前期錄音系統(tǒng) 后期制作系統(tǒng)影視錄音制作系統(tǒng) 前期錄音系統(tǒng) 后期制作系統(tǒng)廣播與錄音制作系統(tǒng) 實時播出系統(tǒng) 播出錄音系統(tǒng)重放影劇院、體育場館、會場會議室、歌舞廳、卡拉OK等家用 音樂放音系統(tǒng) AV放音系統(tǒng) 家庭影院 卡拉OK 前面已經(jīng)提及，音頻信號就是頻率在聲音頻率范圍中的電信號，音響系統(tǒng)構成的流程就是音頻信號流通和處理的過程。從聲波聲信號經(jīng)話筒轉換成電信號，再經(jīng)過整個音響系統(tǒng)后最終經(jīng)揚聲器重新轉換為聲波聲信號，在這一聲－電－聲的過程中信號的信息本質沒有變，當然電信號本身在其計量方面有其特殊性。 1. 電平 我們知道聲信號的基本形式和單位是聲壓－帕（Pa），但人耳對聲音大小的主觀感覺并不與聲壓的大小成線性的對比，而是與聲壓的對數(shù)值成線性對比關系，為此我們用聲壓級Lp來表示聲音的大小，其定義為 Lp＝20Lg P/Pref dB （式1－1） 式中P為實際聲壓，Pref為參考聲壓，其值為210 Pa，是1kHz時人耳剛察覺的聲音，因此聲音級沒有負值，聲壓級的范圍為0dB～120dB，其中0dB稱為聞閾，120dB稱為痛閾，大于120dB人耳感覺發(fā)痛，不能承受。 一般在電路中信號的基本的形式和單位是電壓－伏（V）、電流－安培（A）、功率－瓦（W），以這些形式來表示電量一是取值和計算不便，二是不利于與聲信號對應，為此我們對電信號的電量取對數(shù)，稱為電平。 電平就是以分貝的形式來表示電信號。 電平是將實際電量與一個基準量作比較而后取對數(shù)，所以電平是一個相對值。基準量定義為在600歐姆（Ω）的負載上得到1毫瓦（mW）的功率作為基準量Pr，根據(jù)功率P＝UI＝U /R＝I R公式，（V），（mA）。有功率電平、電壓電平和電流電平三種： 功率電平Lp＝10Lg P/1m （dBm） （式1－2） 電壓電平Lu＝20Lg U/ （dB） （式1－3） 電流電平LI＝20Lg I/ （dB） （式1－4） 式中P、U、I為實際的功率、電壓、電流的數(shù)值。也可把功率電平、電壓電平和電流電平分別稱為功率級、電壓級和電流級。 功率電平、電壓電平和電流電平在實際意義上是等同的，后兩者是前者的推廣，即 10Lg P/Pr＝10Lg (U 2/R)/(Ur2 /R)＝10Lg (U/Ur) 2 ＝20Lg U/Ur （式1－5） 上式的前提是R相同，同樣也可引出電流電平。 可以用相對電平來表示兩點之間的電平值之差，這兩點可以是設備、單元模塊、或電路間的輸出和輸入點，其相對電平Lu＝Lu2－Lu1（dB），當然Lu1和Lu2在取值時其阻值應當認為是相等的。 無論是設備、模塊還是電路，其輸出和輸入兩點之間的相對電平為正，則它具有增益（Gain），若相對電平為負，則它具有衰減（PAD）。 電平值有正有負，把0dB的電平值稱為線路電平，這是一個基準的量值，音響設備的線路輸入和輸出都設定在線路電平，大多數(shù)情況下音頻信號小于0dB，當信號大于0dB時就要注意可能產(chǎn)生的失真（功率放大器除外），但音響設備在信號為正dB時都有一定的動態(tài)余量。 電平是一個相對值，但也有以1V作為基準電壓的標準，所以后者0dB時相當于1V，對此往往以dBv表示。而有些調音臺的電平計量VU表中刻度為dBvu，相當于dBm的4dB。 2. 計量值 無論是聲信號還是音頻電信號，在對信號的強度計量時有五種計量的方法，即對同一信號用不同的計量值來計量會產(chǎn)生不同的量值，之所以設定不同的計量值，主要是為了使計量充分反映出聲音信號的波形特點，便于在不同場合的應用。這五種計量值分別是峰值、有效值、平均值、準峰值和準平均值，前三個是基本量，后兩者是導出量。 1）峰值Up：信號在一個周期內或一定長時間內的最大瞬時絕對值。其定義式為： Up＝｜U( t )｜max （Tn t Tn+1） （式1－6） 式中U( t )為信號瞬時值，Tn為某一計量時間區(qū)間點。 2）有效值Urms：也叫方均根值，指信號瞬時值平方平均值的平方根值，其意義為該值等同于具有相同功率的直流信號的強度。其定義式為： （式1－7） 式中T為Tn～Tn+1的時間長度。 3）平均值Ua：也叫整流平均值，是指聲音信號瞬時絕對值的平均值。其定義式為： （式1－8） 4）準峰值Uqp：用與信號相同峰值的穩(wěn)態(tài)簡諧信號（如正弦信號）的有效值表示的數(shù)值，由于穩(wěn)態(tài)簡諧信號的有效值等于 /2倍的峰值，所以準峰值的定義式為： Uqp＝ /2Up＝ （式1－9） 即一個信號的準峰值實際上就是其峰值的70%。 5）準平均值Uqa：用與信號相同平均值的穩(wěn)態(tài)簡諧信號的有效值表示的數(shù)值，由于穩(wěn)態(tài)簡諧信號的有效值相當與 /4倍的平均值，所以準平均值的定義式為： Uqa＝ /4Ua＝ （式1－10） 同一信號在用五種不同的計量值去計量時，其數(shù)值是不同的，當這一信號頻率（或頻譜）和波形為確定的，則五種計量值的比例也是確定的，而當信號的頻率（頻譜）和波形改變時，五種計量值的比例也隨之改變，有時甚至差異很大，因為這五種計量值是從不同角度去描述信號的。根據(jù)不同的場合和不同的使用要求，有針對性地去選用合適的計量值，從而來計量聲音信號的強度。在聲學測量中使用的聲級計往往設置峰值、有效值、平均值等幾種指示量值，在音響系統(tǒng)根據(jù)不同的要求則往往選擇設置不同計量值的電平表。 3. 電平表 為了統(tǒng)一在各環(huán)節(jié)中對同一聲音信號的計量，便于聲音信號的傳輸和聲音信號所對應的節(jié)目的交換（信號從一個音響系統(tǒng)變換到另一音響系統(tǒng)），必須要有一個共同的電平標準，因此同一類型的計量電平表除了必須在計量值上統(tǒng)一外，也必須在它的時間特性、頻率響應、阻抗、刻度方式、指示偏差的方面有統(tǒng)一的要求。特別是時間特性，它是反映計量電平表特性的一個很重要的參數(shù)。 從前述的各計量值的定義中可以看出，無論是哪一個計量值都有一個取值的時間問題，或一個周期或一定長的時間內，由于實際的聲音信號是時時刻刻在變化的，其頻率和周期（實際上是一個復合波的頻譜）是一個不確定值，而計量表顯然只能以一個確定的時間參數(shù)來取樣，不能隨著信號的周期來改變時間參數(shù)。這一時間參數(shù)取大和取小對實際的計量有很大的影響，從需要準確地反映聲音信號的強度變化，對信號進行“實時”的觀測分析（峰值、準峰值）的角度，時間參數(shù)應足夠快；從需要了解聲音信號在聽覺上引起的強度感覺角度，時間參數(shù)應滿足人的聽覺的積分特性，適當慢一些；而當需要計量聲音的做功情況時，時間參數(shù)又應足夠慢。此外，計量電平表的指示跟隨信號的增大而增大，當信號突然消失（下降），則指示的下降也有一個時間的問題，也需要考慮。 有兩類正在廣泛使用著的電平計量表，一是VU表（由英文Volume Unit縮寫而來，也叫音量單位表），另一是PPM表（是英文Peak Programme Meter縮寫而來，也叫峰值節(jié)目表。PPM中的M即儀表所以叫PPM表有語病，但習慣上這樣叫）。 1）VU表VU表是一種準平均值計量表（對信號用平均值檢波器并按簡諧信號的有效值確定刻度），其刻度用對數(shù)和百分比數(shù)表示，但基準參考電平值以0VU表示，并以0VU對應100%的刻度，從0VU至滿刻度有3dB的紅色警示區(qū)域，在0VU之下至指針的起點的范圍，有從20VU~0VU（dB）的指示刻度。 VU表的時間特性規(guī)定為：當穩(wěn)態(tài)時達0VU的1kHz簡諧信號突然加入VU表時（信號源的等效內阻為600歐姆），指針達到刻度的99%處所需的時間應為300177。30ms，%，過沖的擺動不超過一次；當信號突然消失后，指針從100%降到1%所需的時間也是300177。30ms。 VU表的VU值也叫音量單位值，對VU值應注意兩點，一是僅從其量值的角度看，VU值的本質上還是dB值，其VU的增減量相當于dB的增減量，并且有時在使用時也可插入所需的衰減器霍霍放大器，則其參考值亦有相應的變化；二是從時間特性看，盡管VU表有一個300ms不算短的積分時間，但它是一個確定值，因此有時還是跟不上信號的實際準平均值電平的變化，所以VU值不完全等同于dB值，故而，VU表不能反映出聲音信號的峰值變化，它基本上反映出聲音信號的聽感強度（所以叫音量單位表），所以在擴音、電臺的廣播中運用較多，但VU值有時也與聽感強度有誤差。 VU表是在電聲過程中應用時間很長（始于1939年）且相當普及的專業(yè)用計量表，但也有在家用音響設備上應用的VU表，這些往往是非標準表，應注意。 2）PPM表PPM表是一種準峰值電平表（采用峰值檢波器并按簡諧信號的有效值確定刻度），從0dB至滿刻度有5dB的余量，以紅色作為警示，從指示的起點至0dB一般有50dB的有效指示刻度，比VU表可指示更大的動態(tài)變化。，因為首先一是準平均值而另一是準峰值，其次對不同信號的準平均值和準峰值其比值是不一樣的，所以在準峰值的刻度上對應的0VU值應是一個約6dB~12dB的范圍（一般聲音信號的準峰值和準平均值之比最大可達9dB，也可能更大），在PPM表上一般標注這一區(qū)域。VU表的指示為指針式，PPM表的指示有光帶式也有指針式，但以前者為多。 PPM表的時間特性規(guī)定為：其指示值的上升時間是1~10ms，非常短，可以準確地反映出突來的強信號包絡變化；（信號下跌20dB所需的時間），相當長，以便于眼睛的觀測。. PPM表指示的是聲音信號峰值的變化，其信號的指示不能直接反映出對此信號聽覺的強弱感，即與信號的響度不一定相對應，但能及時地反映出聲音信號的過載失真情況，故在錄音中往往使用PPM表。 音響系統(tǒng)是由一些電子設備的基本單元按一定的方法組接而成，這些基本單元就是音響設備，音響設備有很多種，每種設備完成特定的功能，在音響系統(tǒng)中需要哪些音響設備并且每個音響設備在系統(tǒng)中處于什么位置，依據(jù)要構成一個怎樣的音響系統(tǒng)和要完成什么任務以及系統(tǒng)的性能要求來確定，但首先我