《第三章 音频系统和电声设备》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 音频系统和电声设备（5页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 音频系统和电声设备第三章 音频系统和电声设备 音频系统及其环境的建立离不开电声设备，电声设备包括音源设备、调控设备、放大设备、重放设备、记录设备等五个部分，它们之间既独立又相互关联。 音源设备：传声或音频信号重放设备，如传声器(话筒)、录音卡座、录像机、CD重放机、LD机等。 调控设备：对声源设备送出的音频信号进行前级放大和混音后处理输出的设备，如调音台、音频处理器、均衡器、分频器、反馈抑制器等。 放大设备：对经过调控设备处理后的信号进行后级功率放大的设备，这里指专业功率放大器。 重放设备：将经过后级功率放大器处理的音频信号进行电一声转换并释放出人耳可听的音频信号的设备，这里指扬声器。
2、 记录设备：指音频信号的记录包保存设备，它常常也是声源设备，如录像机、DvD机、录音卡座等。第一节 音频系统的重要术语 音频系统的整体性能指标和扩声系统的效果优劣，取决于每个设备单元的自身性能的好坏，如果系统中的每一个单元的性能指标都较高，那么系统整体的性能和效果就会很好。掌握下面的专业术语对了解电声设备的性能极为重要。一、频率响应 频率响应(Freqtlency Response)即频响范围，是指频率范围以及声波的幅度随频率的变化关系。扩声系统的调音设备和音频处理设备总体频率响应要求为20Hz20kHz，有的甚至更宽，达10Hz30kHz，但拾音设备和扬声器等则由于电路结构、组件的质量等原因
3、，不能够达到该要求，频响范围要窄一些。一般来说，高档电声设备的频响范围较宽，能更保真地响应和输出音频信号，不过价格比较高。 由第一章已知，人耳能响应的频率范围是20Hz20kHz，而对于频率超过这个范围的声音则听不到。和人的耳朵类似，电声设备也只对在其频响范围内的输入音频信号才能做出不失真的响应，而对其他频率的输入信号则会产生失真或不响应。比如一只话筒的频率响应指标为70Hz16kHz，表示此话筒能不失真地输出70Hz16kHz的音频信号。 频响范围越宽，高、低频响应越好，不均匀度越小，频率均衡性能越好。通常，30150Hz低频使声音有一定厚度，150500Hz中低频使声音有一定力度，过分加强
4、时，声音浑浊，过分衰减时，声音乏力；500Hz5kHz中高频使声音有一定明亮度，过分加强时，声音生硬，过分衰减时，声音飘散；510kHz高频段使声音有一定层次和色彩，过分加强时，声音尖刺，过分衰减时，声音暗淡、发闷。二、信号噪声比 信号噪声比(SN)简称为信噪比，指电声设备输出的信号电平与噪声电平的比例，用来客观评价电声设备的噪声指标大小。 这里的信号指的是来自设备外部需要通过设备进行处理的信号，噪声是指经过该设备后产生的原信号中并不存在的无规则的额外信号，并且该种信号并不随原信号的变化而变化。 信噪比的计量单位是dB，其计算方法是10log(P1P2)，其中P1和P2分别代表信号和噪声的有效
5、功率，也可以换算成电压幅值的比率关系：20log(V1V2)，V1和V2分别代表信号和噪声电压的“有效值”。 信噪比是音响界公认的衡量电声设备质量的一个重要指标，如DVD视盘机的信噪比(SN)优于90dB，而专业录音卡座的信噪比约为70dB左右。所以，信噪比应该越高越好，信噪比越高，说明这个设备的相对噪声越小。三、灵敏度 灵敏度(Sensitivity)也称轴向灵敏度(Axial Sensitivity)，是指馈给扬声器1W功率的电信号，离扬声器轴线1m处产生的声压级。 灵敏度是衡量扬声器系统电声转换效率的重要参数，也是衡量扬声器性能的重要指标。比如：同样功率的扬声器A和B，A的灵敏度比B的高
6、6dB，那么要得到声场中相同的声压，A用一只，B就要用4只；A用一台功放机推动，B就要用同样的4台功放机推动才能达到A的声场效果。 四、失真率 失真指音频信号进入电声设备并被回放后，与原信号相比发生的某些不希望和不需要的(波形、频率等)变化。失真率(Distortion)或失真度是指经过设备处理后输出的音频信号与输入设备的音频信号产生的变化比率，通常用百分数表示，即： 失真率=(输入信号量值一输出信号量值)输入信号量值100音频系统的失真主要有以下几种： 1.总谐波失真, 2互调失真3瞬态失真4晃抖失真五、本底噪声 本底噪声(Noise Level)是指设备本身的原因而给输出信号增添的多余信号
7、，它与系统的电路设计与布线结果、抗干扰能力以及前后级隔离度等都有直接关系，可以说是系统的纯净度。本底噪声一般都会存在，如果是轻微的、完全不影响信号的是可以接受的，但是明显的本底噪声会对弱的信号造成严重影响。六、动态范围 动态范围(dynamic range)的定义是指电声系统能接受的最大音频信号(不失真)的声压级与可能产生的噪音(噪音和)的等效声压级之差，单位也是dB。 动态范围表示的是最大不失真信号与噪声值的比例，此处的噪声指的就是上面的本底噪声。动态范围的测试方法一般是用一60dB1kHz的信号来激励，测量其余频率的噪声及谐波总量。频响要求越宽越好，那么动态范围就是越高越好。从事音频工作的
8、人都希望音频环境能获得较好的动态范围，能清晰地录制和重放尽可能小的声音信号，同时又能不失真地录制和重放尽可能大的声音信号。从理论上说，回放设备的动态范围指标，应该大于输出信号(比如音乐)的动态范围，这样才能获得高保真的重放效果，否则就会出现失真。要实现真正的高保真(HiFi)，提高回放的效果，其保障基础就是：宽广的频响范围，宽幅的动态范围，以及超大的信噪比，超小的失真度。七、立体声串扰 音频系统的立体声系统有左、右两个声道，立体声效果取决于两个方面：立体声平衡度和立体声分离度。 立体声平衡度：立体声平衡度表示立体声音响系统中左、右声道的增益的差别，如果不平衡度过大，重放的立体声的声像定位将产生
9、偏移。一般高品质的音响系统的立体声平衡度应小于1dB。 立体声分离度：表示立体声音响系统中左、右两个声道之间的隔离度，它实际上反映左、右两个声道相互干扰的程度。 立体声串扰(Stereo Crosstalk)是针对左、右两个声道之间的互相干扰情况的。如果两个声道之间串扰较大，那么重放声音的立体感将减弱。但如果是纯数字的音频，这个指标意义并不大，因为数字信号要做到两声道的独立还是很容易的。第二节 音源设备 顾名思义，音源设备指的是产生声音信号的设备，包括传声器(有线和无线话筒)、磁性录放设备(电唱机、录音机及卡座、录像机等)、光盘播放设备(CD、DVD、LD机等)及收音机和各类电子乐器等。由于录
10、像机、DVD、LD机等既是音频设备又属于视频设备，将在后面有关章节叙述。 一、传声器 传声器即我们常讲的“话筒”或“麦克风(mic)”，是声能转换成电能的设备，通过声波作用到电声组件上产生电压，再转为电能。所以说任何一种拾音设备都可称为传声器。但平时我们主要说的还是麦克风，即话筒。 传声器的种类很多，根据换能原理可将其分为：电动式、电容式、电磁式、压电式和半导体式传声器等；按接收声波的方向性可分为无指向性和有方向性两种，有方向性传声器包括心形指向性、强指向性、双指向性等；按传输方式可分为有线和无线等。第二节 功率放大器 音频系统的功率放大器(Acostic Power Amplifier)简称
11、功放。扩声系统中，根据用户对象不同可将功放分为两大系列：专业扩声用的PA(Professional Amplitier)功放,家用高保真(HI-FI)功放和家用(家庭影院和卡拉()K等)的AV功放。它的主要任务是将外部处理单元送来的音频信号进行放大并驱动扬声器放出声音。 音频系统的功率放大器与音源和周边处理设备不同：一方面，它工作于高电压、大电流状态下，特别是PA系统，不仅要及时地有dB的增益以满足动态范围的需要，还要有很大的电流增益；另一方面，功放驱动的扬声器是一种特性复杂的非线性负载，其阻抗在不同的状态下会有很大的变化，要求功放对扬声器有优良的匹配和控制能力，以完美地再现原声。所以，功率放
12、大器是扩声系统中最重要也是技术要求较高的设备。 一、音频功率放大器的分类 音频功率放大器的分类方法有几种，下面分别说明。 1按使用元器件分类 音频功率放大器按使用元器件的不同可分为电子管式放大器、晶体管式功率放大器(包括场效应管功率放大器)和集成电路功率放大器(包括厚膜集成功率放大器)。目前以晶体管和集成电路式功率放大器为主，电子管功率放大器也占有一席之地。 (1)电子管功放(俗称胆机) 电子管功放的生产工艺相当成熟，产品的稳定性很高，而离散性极小，特别是它的工作机制决定了它的音色十分温柔，富有人情味，因而成为重要的音响电路形式。电子管功效的设计、安装、调试都比较简单，仅是输出变压器、电源变压
13、器的绕制工艺稍麻烦一些，其缺点是耗电大、体积大、电子管有一定的使用期限。因此在实际使用中有一定的局限性。(2)集成电路功放 由于集成电路技术的迅速发展，集成电路功率放大器也大量涌现出来，其工艺和指标都达到了很高水平，它的突出特点是体积小、电路简单、性能优越、保护功能齐全等。(3)晶体管功放 目前，大功率晶体管种类很多，优质功放电路也层出不穷，因此晶体管功率放大器是应用最广泛的形式。人们研制出许多优质电路使功放的谐波失真很容易减少005以下。2按输出级与扬声器的连接方式分类 当前经常使用的功率放大器有OTL电路、OCL电路、BTL电路等形式。 (1)OTL电路 它是一种无输出变压器式推挽功放电路
14、，输出级与扬声器之间采用电容耦合，在收音机中见。 (2)OCL电路 该电路是OTL电路的改进型，工作原理和电路结构与OTL电路相同，但它的输出级与扬声器之间采取直接耦合的方式，可进一步改善低频响应和失真度。 (3)BTL电路 它由两对互补对称桥式电路组成，功率大、失真小，工作状态发生变化时容易烧坏。3按输出管的偏置和工作状态分类 (1)甲类(A类) 当输入正弦波信号时，整个周期内输出管总处在导通工作状态，其特点是失真小，但效率低、耗电多。 (2)乙类(B类) 输出管仅导通半个周期，另外半个周期截止，其特点是输出功率大、效率高，但失真较大。 (3)甲乙类(AB类) 输出管导通时间大于半个周期，但
15、又小于一个周期，其特点是效率低于前者，但失真度又小于前者。实际使用乙类或甲乙类功放电路时，都采用两只输出管组成推挽功放电路形式。 (4)丙类和丁类 丙类的管子导通时间小于半个周期，大部分时间处于截止状态。丁类又称为开关式工作状态，即输出管工作于饱和导通和完全截止两种开关状态。 (5)超甲类 新型的放大电路，晶体管不工作在截止状态以减少失真，或是通过晶体管的工作点随信号大小滑动(动态偏置)以提高效率。 二、功放的基本构造 功率放大器由放大电路(前置放大、驱动放大和输出功率放大)、电源电路和保护电路等部分组成。 1功放的放大电 (1)前置放大 前置放大电路处于功放的最前端，所以也叫前级，包括输入接口界面、输入信号放大、音量控制和平衡控制等。前置放大电路对输入的信号进行音量和平衡控制。由于它工作在小信号状态，其性能的优劣直接影响到后级放大电路的效果，因此对其技术规格要
