基于調(diào)頻廣播響度效果改善的研究

韋志勇

摘 要：針對(duì)調(diào)頻廣播響度效果改善研究展開了討論，并結(jié)合廣播臺(tái)的改善實(shí)例，系統(tǒng)地闡述了音頻處理器系統(tǒng)分析和控制、發(fā)射系統(tǒng)分析和控制、天饋系統(tǒng)分析和控制三方面的內(nèi)容，以期為有關(guān)方面的工作提供借鑒。

關(guān)鍵詞：響度；調(diào)頻廣播；音頻處理器；聲音能量

中圖分類號(hào)：TN948.1+3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.03.113

在實(shí)際工作中，響度是影響調(diào)頻廣播的重要因素之一，所以，工作人員會(huì)從音源、傳輸、發(fā)射和接收等方面合理調(diào)整響度，以提高節(jié)目的質(zhì)量和美感?；诖?，簡(jiǎn)要探討了調(diào)頻廣播響度效果的改善情況，相信能為有關(guān)方面的工作提供幫助。

1 概述

響度（Loudness）是電信號(hào)轉(zhuǎn)化成聲波振動(dòng)時(shí)，度量聲音能量的一個(gè)衡量值，它是人的主觀感受，它與聲音的幅度有關(guān)，與聲音的頻率有關(guān)。在調(diào)頻廣播中，由于音頻信號(hào)的來源不一樣，對(duì)電平規(guī)定的把握不嚴(yán)格，所以，使得響度大幅跳變，最終還原后使得節(jié)目響度難以控制，響度大幅跳變使聽眾對(duì)節(jié)目產(chǎn)生了厭煩。

2 音頻處理器系統(tǒng)分析和控制

眾所周知，音頻處理器是控制響度的重要設(shè)備之一，其主要作用是控制播出節(jié)目的峰值電平并壓縮。OPTIM-FM 2200數(shù)字音頻處理器有5段DSP高速處理器，系統(tǒng)的設(shè)置安裝過程簡(jiǎn)單，具體指標(biāo)是：頻響為15～20 kHz；采樣率為32～96 kHz；動(dòng)態(tài)范圍為數(shù)字144 dB；THD失真為<0.01%（20～1 kHz），<0.05%（15 kHz）；系統(tǒng)隔離度為>55 dB（15～20 kHz）。

2.1 輸出電平

在調(diào)整輸入、輸出通路的參數(shù)時(shí)，根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，音樂節(jié)目聲音的峰值為-9 dBFs，語言要求為-12 dBFs以下。該系統(tǒng)將最末級(jí)限制器的門限降至-10.5 dBFs，采用限制器將瞬態(tài)反應(yīng)最快的峰值信號(hào)控制住后，增加非峰值信號(hào)的調(diào)制度，大大增加了平均輻射功率，進(jìn)而提高了節(jié)目的響度。

在調(diào)試過程中，輸入1 kHz單音頻信號(hào)，通過調(diào)節(jié)8600HD的輸出電平，可以改進(jìn)頻偏分布，使之更飽滿，頻偏值更大，繼而提高FM接收機(jī)的解調(diào)響度。普通節(jié)目要保證調(diào)音臺(tái)輸出節(jié)目的響度夠大，使8600HD音頻處理器的峰值限幅系統(tǒng)頻繁工作，以此定義8600HD音頻處理器的最大輸出峰值電平。將900 ms的峰值加權(quán)作為峰值調(diào)制度的指示，從而在允許的范圍內(nèi)，產(chǎn)生盡可能高的峰值調(diào)制度。

2.2 輸入電平（噪聲門檻）

設(shè)置8600HD噪聲門檻參數(shù)時(shí)，即當(dāng)輸入信號(hào)的門限值達(dá)到所設(shè)定的系統(tǒng)默認(rèn)值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)直接默認(rèn)此信號(hào)為噪聲信號(hào)，并對(duì)此直接進(jìn)行音頻噪聲衰減處理。當(dāng)播音室電平處于0 VU時(shí)，8600HD輸入電平在VU表指示下，應(yīng)保證在-30～-10 dBFs。音頻噪聲衰減參數(shù)可以有效消除和抑制噪聲信號(hào)，信噪比的提高會(huì)增大聽感響度。

2.3 壓縮

壓縮比是一種減小增益的度量，2∶1是指輸入信號(hào)增益超過門限電平時(shí)，輸入增加2 dB，允許輸出電平僅增加1 dB，1∶1等于直通。

8600HD將音頻頻譜劃分為20～60 K、60～250、4～250 K、4～6K、6～15 K5個(gè)頻段，并壓縮和限制每個(gè)頻段，有效消除頻譜增益的互調(diào)。8600HD的均衡可以改變音頻信號(hào)頻帶中敏感頻率（比如600 Hz～1.2 kHz聲音）的幅度，提高響度來營(yíng)造某種音響特征，適當(dāng)設(shè)置低聲頻段時(shí)間常數(shù)（約200 μs）和慢動(dòng)的AGC參數(shù)，增加節(jié)目的信號(hào)密度，補(bǔ)償廣播信號(hào)中音頻頻響不佳的狀況，使得這段聲音聽起來變得更加“強(qiáng)大”。

2.3.1 啟動(dòng)電平

它被設(shè)置為1個(gè)固定的電值，當(dāng)輸入信號(hào)電平低于此值時(shí)，壓限器等于直通；當(dāng)輸入信號(hào)電平高于此值時(shí)，壓限器啟動(dòng)，輸出電平按設(shè)定壓縮比輸出。在啟動(dòng)電平時(shí)，需保證毎個(gè)頻段端口監(jiān)測(cè)時(shí)，紅燈不亮。

2.3.2 啟動(dòng)時(shí)間

啟動(dòng)時(shí)間就是壓限器檢測(cè)到輸入信號(hào)高于啟動(dòng)電平后，它到壓限器開始工作所需要的時(shí)間。在調(diào)整過程中，將分頻頻段啟動(dòng)時(shí)間設(shè)為16 ms、8 ms、2 ms、0.5 ms、0.3 ms。如果啟動(dòng)速度太快，會(huì)稍微影響音樂音頭的動(dòng)態(tài)和力度；如果啟動(dòng)速度太慢，會(huì)影響音樂的自然程度和瞬態(tài)，同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生一定的延遲感和渾濁感。啟動(dòng)速度對(duì)低頻信號(hào)的影響比較大，一般情況下，低音的音頭很快就會(huì)被壓掉，進(jìn)而造成低音發(fā)散，即低音響度降低。所以，如果在感覺高頻的承受能力沒有問題的情況下，要適當(dāng)放慢啟動(dòng)速度，這樣可以得到清晰有力的低音效果。

2.3.3 恢復(fù)時(shí)間

恢復(fù)時(shí)間就是當(dāng)輸入信號(hào)的電平低于啟動(dòng)電平后，壓限器要從工作狀態(tài)恢復(fù)到直通狀態(tài)所需要的時(shí)間。

在恢復(fù)時(shí)間內(nèi)，中低頻是啟動(dòng)時(shí)間的16倍。為了保證音樂節(jié)目的大動(dòng)態(tài)范圍，4～15 K二頻段恢復(fù)時(shí)間需快一點(diǎn)，是啟動(dòng)時(shí)間的8倍。這樣，信號(hào)的起伏就會(huì)較大，會(huì)適量提升節(jié)目中電平較低的高頻成分。高音頻成分決定了清晰度，而清晰度的提高會(huì)增加聽眾感受到的響度。但是，回復(fù)時(shí)間也不能太快，否則，音樂會(huì)產(chǎn)生跳躍感和突兀感，影響下一個(gè)音樂信號(hào)的狀態(tài)。對(duì)于限幅器，其3個(gè)指標(biāo)要遵循“低頻慢啟動(dòng)快恢復(fù)、高頻快啟動(dòng)慢恢復(fù)、中頻居中”的原則。

設(shè)置了以上各項(xiàng)參數(shù)后，傳輸系統(tǒng)既提高了音量、減少了音頻失真，又使音質(zhì)呈現(xiàn)出最佳的效果。

3 發(fā)射系統(tǒng)分析和控制

該系統(tǒng)采用的是HARRIS-ZX發(fā)射機(jī)，其寬帶設(shè)計(jì)理念適合N+1應(yīng)用。數(shù)字輸入模塊的立體聲指標(biāo)如下：限幅可調(diào)范圍限制在0～18 dB之間；預(yù)加重0 μs、25 μs、50 μs或75 μs本地可選；立體聲分離（復(fù)雜波）55 dB；FM信噪比（L或R）低于400 Hz頻率下100%調(diào)制80 dB；立體聲總諧波失真0.005%或更低；互調(diào)失真（L或R）CCIF：0.03%（SMPTE：0.03%）。

3.1 發(fā)射功率

人聽到聲音的響度與電功率相對(duì)增長(zhǎng)成正相關(guān)，當(dāng)電功率變化為10 dB時(shí)，響度才明顯變化。此臺(tái)主機(jī)為HARRIS，功率為5 kW，備機(jī)為EKA，功率為1 kW，現(xiàn)天線中心高度為250 m。以調(diào)頻90 MHz為例，塔相對(duì)高度h1約為150 m，接收天線高度h2約為2 m。利用傳播模型計(jì)算主、備發(fā)射機(jī)距塔10 km、20 km、30 km處的信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)，主機(jī)場(chǎng)強(qiáng)分別為-32.2 dBm、-40.2 dBm、-46.2 dBm，備機(jī)場(chǎng)強(qiáng)分別為-39.2 dBm、-47.2 dBm、-53.2 dBm。對(duì)比兩組數(shù)據(jù)后，在距塔10 km和20 km處，主、備機(jī)的響度難以區(qū)分，只有距塔大于25 km時(shí)，場(chǎng)強(qiáng)大于10 dB，主備響度才有分別。

3.2 調(diào)制度

聲音的響度決定了調(diào)頻頻偏。調(diào)頻指數(shù)mf =△f/F，隨著頻偏△f（調(diào)制度）的增大，mf也在上升，接收門限值變大，使處于門限值左右的發(fā)射近區(qū)S/N下降，接收易受干擾，清晰度降低。調(diào)制度不僅影響立體聲左右兩路的音量，而且還關(guān)系到導(dǎo)頻信號(hào)的大小，決定了立體聲效果——調(diào)制度小，節(jié)目響度小，19 K導(dǎo)頻減小，部分地區(qū)收不到導(dǎo)頻信號(hào)，無法解調(diào)，進(jìn)而出現(xiàn)了單聲道播出的情況。因此，調(diào)制度平時(shí)應(yīng)保持在85%～110%，不能一味地追求響度而調(diào)高調(diào)制度，使聽感響度明顯下降。為了避免節(jié)目的頻偏超過±75 kHz，在調(diào)節(jié)8600HD輸出電平時(shí)，可以使用內(nèi)置的400 Hz單音頻發(fā)生器。

3.3 預(yù)加重與去加重

高音頻成分決定了聲音的清晰度，而且它與響度有心理和生理上的復(fù)雜關(guān)系。在一般的音頻信號(hào)頻譜中，各頻率能量分配為，低頻的頻譜分量振幅大，高頻的頻譜分量振幅小。因此，接收機(jī)輸出高頻端所得的信噪比要比低頻端小很多。采用預(yù)加重衰減低頻端的信號(hào)，相對(duì)就增大了音頻信號(hào)高頻分量的振幅，使聽眾感到響度增強(qiáng)了。

在調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中，一般采用無源式預(yù)失真，時(shí)間為50 μs。預(yù)失真只能在8600HD與發(fā)射機(jī)任意一處完成。因?yàn)楸九_(tái)8600HD與發(fā)射機(jī)不在同一地點(diǎn)，并且輸入為AES信號(hào)，所以，為了方便發(fā)射機(jī)調(diào)試，預(yù)失真參數(shù)在發(fā)射機(jī)激勵(lì)器內(nèi)部設(shè)置，8600HD輸出設(shè)置為平滑輸出（FLAT）。

在此過程中需要注意的是，如果8600HD模擬輸出，需要屏蔽掉發(fā)射機(jī)激勵(lì)器上的預(yù)加重，使用音頻處理器上的預(yù)加重，從而獲得更好的響度感受。

3.4 分離度與信噪比S/N

分離度是衡量立體感的重要指標(biāo)，它決定了聲音定位的正確性，要求接收分離度>40 dB（30 Hz～15 kHz），而現(xiàn)實(shí)中要求調(diào)頻發(fā)射機(jī)的分離度>60 dB。信噪比S/N指標(biāo)要求>60 dB，S/N越大，在相同的接收靈敏度條件下接收的聲音越好。由此可見，2項(xiàng)指標(biāo)對(duì)響度的影響表現(xiàn)為清晰度的高低。

4 天饋系統(tǒng)分析與控制

高的電壓駐波比會(huì)增大反射信號(hào)，使發(fā)射機(jī)放大器工作處于電抗性負(fù)載狀態(tài)，呈現(xiàn)非線性相位和阻抗特性，所以，聲道間的分離度和聲道內(nèi)的噪聲會(huì)受到影響。而反射波會(huì)使接收機(jī)在解碼過程中，由19 kHz導(dǎo)頻恢復(fù)到38 kHz副載波時(shí)“不純”，出現(xiàn)明顯的多徑失真，造成系統(tǒng)分離度下降，從而使播出的節(jié)目特別是音樂節(jié)目明亮感不明顯，聽眾感受到響度下降。

5 結(jié)束語

綜上所述，在廣播電視技術(shù)實(shí)踐過程中，作為工程技術(shù)人員，需要做好響度改善的工作，確保優(yōu)質(zhì)安全播出，使聽眾獲得滿意的收聽效果，不斷提升節(jié)目的收聽率。這樣做，可以幫助我臺(tái)有效地提高社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

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〔編輯：白潔〕