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  • 如何获得更好的音质之——电平校准打印
  • 2018-5-31 10:29:57

            在电声系统工程搭建完成后,系统工程师总需要对整套系统做出测量校准工作,这就好像您从琴行买了一台钢琴,搬回家后需要专业的调律师重新校准音高、音色等一样。

             电声系统工程从有设计思路到实施扩声过程实际是个减法公式,我们考虑的方面越多、处理得方式越科学,减分数就会越小,保真度就越高。系统工程调试讲究忠实还原,留给调音师更多的创作空间。其中电平匹配校准工作尤为重要,它对声音的影响非常明显。

            在实际调试工作中,大多数工程师都了解电平匹配的重要性,它是系统调试中最先应该做的工作。然而也有部分工程师并没有正确有效地做好电平校准工作,乃至于我们常听到类似于“输入加大点输出压小一点效果一样”之类的说法。那么到底应该怎样去逐级匹配呢?

             我们得从系统的源头说起——音源。
            电声系统的音源分三大类,自然声采集(传声器)、数码回放设备(模拟信号)、数字信号输入。

             先说传声器,如何获得最大有效增益电平?很多调试者认为MIC信号不宜过大所以增益电平给一点点就足够了,却不知这是概念的错位。一支话筒不论动圈或是电容式,都通过振膜的微弱振动产生了微小电平,它们一定要通过调音台的MIC话放??槔椿竦糜行г鲆?。系统工程中需要把这些微弱的电平信号放大至可供系统正常传输处理的0dBu标准。因此调音台充当着类似定标器一样的作用,把各种输入电平整合成统一的线路信号标准往后级传输。多数工程师都清楚地知道,如果输入增益过大,可能导致信号过载,在链路中输出类似于方波信号,危及系统运行安全;但如果有效的输入增益过小,也会影响到声音信号的表现,过低的信噪比直接降低系统动态范围的呈现,后级放大的底噪也将非常明显。


            最佳的电平匹配方案则是输入电平≈输出电平,如果在调音台的前级增益上,我们在推子前就为话筒提供了足够的有效输入电平(0dBu),那么这个信号就不怕过多地受到传输、处理、分配过程失真的影响。良好的增益架构,保证了后级设备对该信号的有效处理,同时也有效避免了小信号串扰的问题。

            传声器如此,线路信号亦同。线路信号源虽不像MIC感应电流那样的微弱,但他们通常也是民用级电平,同样需要通过调音台的Line口提供线路放大,匹配至音响系统标准的0dBu。若是数字信号链路的电平匹配则跟数字采样的比特率有关系了,常见的16bit、24bit即将原始波形振幅采集2的16或24次方(次)。其最大电平为0dBFS是由数字信号“1”和“0”组成的二进制转换为十进制计算结果。(-20dBFS≈0dBu)线路音源设备在输入音响系统时也应该注意自身的输出电平,正常不失真情况下,建议该音源采用最高电平输出送入调音台,人为可控地从源头拉开信噪比值,同样对于传输有效性、后级分配、处理提供正??捎玫挠行У缙?。

            这里还需要特别说明一件事,即是调音台的Gain和Level看起来都是调整音量,实际差异是很大的。Gain可以看做是对输入灵敏度调节的标准建立者,而Level推子则是根据现场需要所作音量的操作性控制。两者定义不能混淆,单纯把增益当做音量调节的做法对系统稳定性、信噪比、扩声质量都会造成很大的影响。

     调音台至处理器的电平匹配

     

             由于信号已经由调音台前级电压放大“定标”至0dBu标准(0.775V),此后在后级放大前的传输应该按照0dBu的输入输出执行,以求最大的信噪比和最有效的信号处理。那么为什么处理器还有输入电平调节和输出电平调节呢?这就要和电声系统中信号的分配路由以及传输损耗,乃至处理手段联系起来解释了。

            模拟系统信号的分配路由终究是对电信号的分流,无论是设备的路由还是人为的线路并接都将给信号电平带来一定的损耗,包括传输距离也是直接损耗有效电平、降低信噪比的一大杀手。除此以外,过分地滥用动态处理器、均衡滤波器对电平信号的影响也是巨大的!

    图片来源于Motivity处理器联机软件

    wwwxml400com www.orlaithross.com         为什么系统本底噪音那么大?它来源于设备、线路、和处理?;蛐砟慊崴当镜自肷钦O窒?,当然它和设备元器件选型时的静噪系数、传输过程的硬损失息息相关,然而我们有什么办法让它变小得以控制呢?答案只有一个:想方设法拉大每一级电平匹配中信噪比值!因此,在信号流经的每一个失真环节都需要实时地补偿回来,这需要系统具备足够的电平补偿切入口。

     为什么是0.775V的电压标准?

            前文不断地提及0dBu,可能很多小伙伴们还没有仔细想过为什么不是0.3、1V之类的吧?这里需要说明一下,0.775V是根据行业应用实测,人为定义的一个标准。这个标准有效信号电压在保障了信号与噪声比值足够拉开的同时,又能满足大多数电器设备的电压匹配,不至于送入下一级设备信号失真?;痪浠袄此?,每个电器设备最大有效信号承载能力或多或少会有差异,例如某调音台最大输出可达1.4V,某处理器最大输入可达1V,那么我们统一约定一个即保证拉开了信噪比,又能保证设备与设备之间正常安全传输的合理电压标准吧。于是我们规定0.775V作为0dBu的电平标准。而各设备间仍留有足够的动态余量,在一些特定需求下不至信号过载。

     

     

     功放需要拧到头么?

              这一直是困扰业界众多工程师们一个饱受争议的话题。具体应该怎么做,还要看我们到底希望解决什么问题来定义了。就电平匹配的合理性、声音的饱和度、清晰度、信噪比来说,其实功放是不一定非要开满的。


    图为Motivity功率放大器

            根据音响系统使用领域在设计中通常就已经融入了电平匹配的概念(功率匹配),例如对音箱以1.2~2倍的功率来匹配放大器。因为这符合音箱三种常规功率测试标准的动态表现(也利于交给非专业的使用者时提供良好安全的系统保障)。多数工程师习惯将功放输入前的DSP关到最小,功放旋钮开满,然后尝试一点点加大功放输入电平。他们会明显的发现,功放输入的电平(功放前输出)没加多少音量,音箱声音就很大了,于是就设定在这个点吧,大约做个压限?;ひ幌?,完成电平匹配,这实际也是有误区的。通过实测发现,往往系统本底的来源与之关系巨大,而其放大出来的声音也是没有紧致感的。

    图为Peavey功率放大器旋钮面板

            造成以上诸多问题的原因是部分工程师还没有真正了解到功放旋钮的含义。目前市面上通用的功放旋钮定义和标示方式有两种:

     1.  控制放大增益型

            功放旋钮并不仅是一个单纯的输出功率衰减控制的电位器,它控制着整个功放的放大增益(放大倍数),表示功率放大在不同倍数状态下的功放最大输出。若前级输入有效信号过小,携带的本底噪声会随着放大旋钮同时被成几何倍数地放大!而低电平的有效声能被放大到变味乃至影响音色也不是没可能的,犹如被白水稀释后的威士忌。

            如何设置为佳?实际需要在保证功放输出功率不变的情况下,利用功放的最小放大倍数进行扩声。设某功放标称功率为8Ω状态下最大额定输出300W信号,可以计算出功放的最大输出电压:√(300*8)≈49V,如果功放旋钮拧到头,此时功放最大放大倍数为63倍。通过实际测量(部分产品资料会提供),我们发现该放大器允许最大输入电平为1.26V,即其在1K赫兹正弦波测试信号达到1.26V信号输入电平下不会过载。所以可得到该放大器的最小放大倍数是:保证最大额定输出功率不变时,该功放放大信号38倍(电平增益31dB)。此时您只用把这一数值对应到放大器旋钮上即可。如此即保证了有效信号的功率放大输出,也极大地提高了系统信噪比。

     2.  控制输入灵敏度型

      

     

     

     

     

    图为Motivity功率放大器旋钮面板

            除了放大增益标注方式外,市面上多数功放也有按照控制输入电压-∞~0dB方式标注的。该设计理念即:保证功率放大倍数不变,通过调整输入电平来获取输出功率,此时功放旋钮设置在0dB时,表示输入0dBu信号,功放将达到标称的最大额定功率输出。届时如何指导信噪比以及音质的调整呢?我们得清楚两个值,一是参数设定值;二是实际电平值。如果设定值大(例如将功放旋钮拧到0dBu状态)而实际输入电压过小,信号占空比就会非常大,经过固定的放大增益后输出信号与噪声比值将很小,信噪比差。此时需要将实际有效电平信号与设定信号的电平匹配起来,即保证功放输入电平接近0dBu状态下,调节其旋钮衰减量有效性明显增高,信噪比得到最优控制。在输入电平*固定的放大增益(倍数)后,获得送给扬声器有效的输出电平。值得一提的是,音箱不会工作在满负荷状态,具体输出多少功率需根据现场情况设定。

            不过,什么场合应该怎样设定还看我们需要解决什么样的问题,在国内扩声领域,专业的终端使用者匮乏的现象较为突出,在那些后期没有专业人员专职保障的系统条件下,笔者更倾向于建议功放开满的做法,虽然不太科学合理,但它保证系统正常安全、更符合现阶段国情。

     

    AVMedia技术中心  苟麒

     

     

    TAG:电平匹配;功放;0.775V的电压标准