數(shù)字化技術(shù)在演播室音頻及擴(kuò)聲系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】音響效果對于演播室的節(jié)目效果具有重要的影響，現(xiàn)代演播室對于節(jié)目效果有比較高的要求，因此音響工程建設(shè)成為演播室建設(shè)的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)演播室應(yīng)用模擬信號音頻系統(tǒng)以及擴(kuò)聲系統(tǒng)，不僅系統(tǒng)較為復(fù)雜，同時(shí)在使用的過程中也容易受到干擾信號的影響，難以保證演播室的音頻效果。而隨著數(shù)字音頻技術(shù)不斷成熟，數(shù)字化技術(shù)開始應(yīng)用于演播室的音頻以及擴(kuò)聲系統(tǒng)中，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用能夠在很大程度上改善演播室的音頻效果，并促進(jìn)節(jié)目質(zhì)量的提升?；谝陨险J(rèn)識，本文從擴(kuò)聲系統(tǒng)原理以及數(shù)字?jǐn)U聲技術(shù)概述出發(fā)，結(jié)合音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)的常見問題及原因，探討數(shù)字化技術(shù)在演播室音頻及擴(kuò)聲系統(tǒng)中的應(yīng)用，希望該研究能夠?yàn)檠莶ナ乙繇懝こ探ㄔO(shè)提供一定的參考。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化技術(shù)；演播室；音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)；應(yīng)用

中圖分類號：G212? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.08.067

從現(xiàn)代音頻行業(yè)的發(fā)展趨勢來看，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用成為主要的發(fā)展趨勢，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有效解決了傳統(tǒng)音頻領(lǐng)域集中管理與分散使用之間的矛盾，進(jìn)一步提升了音頻系統(tǒng)的可操作性，并保證了音頻的質(zhì)量。音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)作為演播室演出系統(tǒng)的重要組成部分，應(yīng)用數(shù)字化的音頻及擴(kuò)聲系統(tǒng)，能夠進(jìn)一步提升演出效果，并降低系統(tǒng)維護(hù)管理的難度，因此對于數(shù)字化音頻技術(shù)的應(yīng)用需要給予充分的重視。

1. 擴(kuò)聲系統(tǒng)原理分析

擴(kuò)聲系統(tǒng)主要用于放大聲音的響度，并保證聲音的清晰度，確保在一定空間內(nèi)的所有聽者都能清晰地聽到音源所發(fā)出的聲音以及聲學(xué)環(huán)境的相對一致性。在擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，需要充分考慮到擴(kuò)聲設(shè)備、聲場環(huán)境、聲源和周邊環(huán)境對音量以及清晰度的影響，通過聲音接收裝置將聲波信號轉(zhuǎn)化為電子音頻信號，并應(yīng)用放大信號的設(shè)備、處理信號的設(shè)備以及傳輸線路，將放大后的音頻信號傳輸給揚(yáng)聲器，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)聲效果。簡而言之，擴(kuò)音系統(tǒng)就是在特定的空間中，對不同聲源的聲壓進(jìn)行還原和傳輸。擴(kuò)聲系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中需要應(yīng)用一定的聲學(xué)原理，并重視建筑聲學(xué)應(yīng)用，依據(jù)聲音本身的頻率特性來選擇合適的拾音器，確保能夠?qū)崿F(xiàn)一定空間內(nèi)聲音信號的有效收集，并對系統(tǒng)電路進(jìn)行優(yōu)化，保證擴(kuò)音傳聲的質(zhì)量。在擴(kuò)聲技術(shù)的發(fā)展中，最初的音頻信號是通過模擬的電子信號來傳遞的，通過拾音器內(nèi)部薄膜的震動，形成不同聲音的電子信號。

目前來看，現(xiàn)代演播室所應(yīng)用的擴(kuò)聲系統(tǒng)，依據(jù)聲源以及信號源的走向?qū)ρ莶ガF(xiàn)場的人聲以及其他聲音進(jìn)行拾取就屬于制造模擬信號的過程。而CD機(jī)等播放的則屬于數(shù)字信號，這樣的信號在調(diào)音臺的控制下被傳輸?shù)讲煌倪€音裝置里面，但是在這個過程當(dāng)中，數(shù)字信號和模擬信號需要進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)化。模擬信號由電信號轉(zhuǎn)化而來，這種信號缺乏聲音走向?qū)傩缘淖兓?，而聲音設(shè)備之間傳遞的音頻信號本質(zhì)上屬于電信號，因此調(diào)整音頻信號的本質(zhì)是對電信號進(jìn)行調(diào)整。在調(diào)整的過程中，要確保設(shè)備的兼容性，以及設(shè)備電路設(shè)計(jì)的合理性，以防止任何一個環(huán)節(jié)的故障導(dǎo)致音頻信號的損耗。

2. 數(shù)字?jǐn)U聲技術(shù)

數(shù)字化后的擴(kuò)聲裝置能夠?qū)σ纛l信號進(jìn)行一定的修整，通過高精度的數(shù)字—模擬轉(zhuǎn)換器對現(xiàn)場音頻信號進(jìn)行采集，然后將其轉(zhuǎn)換為不同類型的二進(jìn)制數(shù)字信號。數(shù)字信號通過編碼的方式在裝置間傳輸，從原理上講，數(shù)字信號往往有比較高的清晰度，不易受干擾，所以能很好地保留原始信號的品質(zhì)。在符合傳輸標(biāo)準(zhǔn)的情況下，數(shù)字信號不會受到距離、電纜長度、信號畸變等因素的影響。數(shù)字信號在經(jīng)過一系列的數(shù)字效果器處理后，信號本身也會具有一定的處理特征，這一過程實(shí)際上是對聲音信號數(shù)字編碼的調(diào)整，并不是物理意義上的調(diào)整，所以，在數(shù)字?jǐn)U音系統(tǒng)中，若音頻處理相關(guān)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，則不會是模擬信號所特有的“軟”失真現(xiàn)象，相關(guān)的問題主要表現(xiàn)為音頻傳輸線路問題，比如短路或者數(shù)字信號電平衰減，難以識別。

在數(shù)字化的擴(kuò)音系統(tǒng)中，相關(guān)設(shè)備往往有比較強(qiáng)的兼容性，能夠很好地控制信號的變化，由于不同設(shè)備之間都能相互兼容，因此也避免了因模擬設(shè)備問題造成的不穩(wěn)定。擴(kuò)聲系統(tǒng)往往應(yīng)用于大型的晚會、演唱會、音樂會等，相關(guān)場景本身具有一定的復(fù)雜性，存在多種聲音信號，因此現(xiàn)代擴(kuò)聲系統(tǒng)在系統(tǒng)工程方面具有相當(dāng)強(qiáng)的綜合性，在相關(guān)的應(yīng)用場景中，使用數(shù)字化擴(kuò)聲技術(shù)，能夠較好地保證聲音信號的質(zhì)量。

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意有關(guān)設(shè)備的聲音處理品質(zhì)。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，擴(kuò)音系統(tǒng)的裝備也得到了極大的發(fā)展?，F(xiàn)代聲頻處理裝置主要由均衡器、混響器、演示器組成。在仿真均衡器中，利用模擬環(huán)路的方式對電信號進(jìn)行變換，在串聯(lián)諧振電路的晶體管放大器間設(shè)置隔離電容，并在電極和發(fā)射極上安裝聲調(diào)調(diào)整電位計(jì)。在電位儀的中心，用LC串聯(lián)組成諧振電路。其中，中心頻率、控制范圍、Q值調(diào)節(jié)范圍、轉(zhuǎn)折頻率、傾斜度等技術(shù)指標(biāo)都取決于電路的物理性能，所以均衡器的設(shè)計(jì)水平直接關(guān)系到音頻信號的品質(zhì)。在串聯(lián)諧振式均衡裝置中，利用電位計(jì)調(diào)整輸出端的數(shù)目，以解決音頻信號的品質(zhì)問題。

數(shù)字均衡器的作用，就是將模擬音頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，通過不同的算法，將數(shù)字音頻信號進(jìn)行二進(jìn)制編碼。通過應(yīng)用數(shù)字格式，能夠取代電位器、電阻器等電子元器件，同時(shí)也可以省去晶體管放大器和電容等部件，減少了擴(kuò)聲系統(tǒng)對硬件的依賴性，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，從而避免了因?yàn)殡娮硬考g的相互干擾，導(dǎo)致音頻信號質(zhì)量下降的問題。

3. 音頻擴(kuò)聲系統(tǒng)的常見問題及原因

3.1 阻抗問題

阻抗問題是擴(kuò)聲系統(tǒng)中普遍存在的問題，主要表現(xiàn)為匹配或失配問題。阻抗的匹配是指在傳遞音頻信號的過程中，前、后級設(shè)備之間的阻抗呈現(xiàn)一定的比例，而這一匹配關(guān)系對于擴(kuò)音系統(tǒng)的表現(xiàn)具有重要的影響。在將信號傳輸?shù)綋P(yáng)聲器時(shí)，要求放大器與揚(yáng)聲器之間的額定阻抗相匹配，這就是所謂的阻抗匹配。在阻抗匹配的情況下，能夠最大程度地保證聲音放大器的最大功率輸出。

由于普通的拾音器和后期的音頻處理設(shè)備之間的通信要確保將信號盡可能準(zhǔn)確地傳遞給后面的設(shè)備，所以必須保證前后端的額定阻抗相差比較大，這就是所謂的阻抗失配。這種情況在模擬音頻系統(tǒng)中是很常見的，在音頻處理裝置中，第一級可以將信號傳輸?shù)较乱患?，從而產(chǎn)生阻抗不匹配。通常，后端設(shè)備的器件阻抗要比前端設(shè)備器件的阻抗高10～20倍，應(yīng)用這種阻抗調(diào)整策略可以確保系統(tǒng)的信號具有較高的信噪比。當(dāng)功率放大器與揚(yáng)聲器相連接時(shí)，傳統(tǒng)的電子管必須選用與其額定阻抗相近的揚(yáng)聲器，而對于晶體管和D型功放，則不需要，其可以與任意阻抗的揚(yáng)聲器相連，并且不會對聲音信號的質(zhì)量產(chǎn)生影響，只要留意功放容許的最小負(fù)荷阻抗即可。

3.2 電平問題

在音頻系統(tǒng)中，電平主要是指電壓等級，電壓等級=20 lg（U1/U2），以分貝（dB）表示。在連接音頻裝置時(shí)，要特別注意電平的匹配。如果系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，則可能造成電平不匹配、系統(tǒng)電平不足或系統(tǒng)電平過載，擴(kuò)聲系統(tǒng)的嚴(yán)重畸變，甚至有可能降低系統(tǒng)時(shí)效。如果系統(tǒng)長期失真，它就相當(dāng)于功率放大器直接將音頻信號傳遞到揚(yáng)聲器上，會對揚(yáng)聲器內(nèi)部的發(fā)音部件造成損傷。

在電平匹配問題上，必須重視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，必須要根據(jù)設(shè)備的前、后端的設(shè)備的參數(shù)來實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的匹配。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)完畢后，系統(tǒng)調(diào)試工程師要針對系統(tǒng)本身的特性，結(jié)合系統(tǒng)所處的聲學(xué)環(huán)境，對整個系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的調(diào)試和測試，使系統(tǒng)的電平匹配達(dá)到最優(yōu)，從而滿足擴(kuò)音系統(tǒng)的質(zhì)量要求。

3.3 均衡與非均衡傳輸方式

均衡與不均衡傳輸是指音頻系統(tǒng)在信號的傳遞過程中所采用的連接方式，這是音頻設(shè)備連接過程中需要考慮的重要問題。對于擴(kuò)聲系統(tǒng)來說，一臺設(shè)備將終端的輸入端與另一臺具有同樣內(nèi)部電阻的端口相連。在發(fā)送信號時(shí)，兩個端口的數(shù)值相等，但極性相反。在專業(yè)的音頻系統(tǒng)中，音頻信號的傳遞是通過均衡傳輸?shù)姆绞竭M(jìn)行的，而外界的干擾對系統(tǒng)內(nèi)部的兩條信號線造成的共模干擾水平是一致的。在后級裝置的輸入端，通過調(diào)整兩條信號線路之間的共模電壓來互相轉(zhuǎn)化和消除差模電壓，從而消除內(nèi)部的干擾噪音。所以在采用均衡傳輸?shù)姆椒ㄏ?，信號的傳輸線路是不會被外部的電磁噪音影響的。

在多個裝置的連接中，前一級裝置的均衡輸出端和后一級裝置的非對稱輸入端是相連的，如果使用無屏蔽層的雙芯線來進(jìn)行設(shè)備的直接連接，那么在音頻環(huán)路里面就會產(chǎn)生各種各樣的噪音。所以無論是均衡還是不均衡傳輸，都必須采用帶有屏蔽層的雙芯光纜。無論何種接頭屏蔽層都在平衡輸出或者輸出的一端接地，而在非平衡的連接端中，屏蔽層是懸浮的。

4. 數(shù)字化技術(shù)在演播室音頻及擴(kuò)聲系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用

上文對擴(kuò)聲系統(tǒng)的原理以及擴(kuò)聲系統(tǒng)的常見問題進(jìn)行了分析，下文就以面積為670m2的演播室為例，分析擴(kuò)聲系統(tǒng)的實(shí)際設(shè)計(jì)與布置，從而探討擴(kuò)聲系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用。

4.1 方案設(shè)計(jì)

針對演播室的擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)與布置需要考慮到諸多問題，不僅需要合理利用演播室原有的音頻設(shè)備，還需要考慮如何將現(xiàn)有的設(shè)備連接起來，最大限度地使用演播室已敷設(shè)的線纜。在整個擴(kuò)聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，必須認(rèn)識到擴(kuò)聲系統(tǒng)是整個演播室聲學(xué)工程的最后一個環(huán)節(jié)，充分考慮系統(tǒng)的聲壓級、聲場的均勻度、傳輸頻率的特性、相位的對應(yīng)特性、聲頻的覆蓋角等因素。針對音響設(shè)備的選擇，主要結(jié)合演播室的實(shí)際需求以及場地面積，配備了4對Martin-Audio左右聲道線陣列揚(yáng)聲器、一對Martin-Audio左右聲道超低揚(yáng)聲器，并應(yīng)用線陣列原廠吊架、超低頻揚(yáng)聲器原廠吊架放置揚(yáng)聲器，此外還針對觀眾全區(qū)配備了4個Martin-Audio補(bǔ)聲揚(yáng)聲器，再加上現(xiàn)場的輔助揚(yáng)聲器，形成一個整體的聲場，可以滿足不同的表演需求。在舞臺的布置上，舞臺中央的揚(yáng)聲器可以按照需要自由的排列，揚(yáng)聲器分為主揚(yáng)聲器、觀眾補(bǔ)聲揚(yáng)聲器、舞臺流動揚(yáng)聲器、樂隊(duì)反送揚(yáng)聲器、觀眾流動補(bǔ)聲揚(yáng)聲器，確保舞臺的音響效果。在此種情況的信號線、調(diào)音臺、母線設(shè)置以及擴(kuò)聲開關(guān)方面都可以按需求盡量減少，從而避免對已有系統(tǒng)的某些功能造成影響。

在主擴(kuò)聲線的左右兩邊，都要配備一臺超低頻揚(yáng)聲器，這樣既能提高舞臺音響的低頻效果，又能提高擴(kuò)音器的震懾力?？稍谂_唇部安裝一個補(bǔ)音喇叭，確保臺口部聲場的均勻分配。基于哈斯效應(yīng)原理，應(yīng)用臺唇部的補(bǔ)聲音響，能夠有效地消除前部的聲場盲區(qū)，并減輕觀眾的聲響壓力。演播室的音響系統(tǒng)，主要是為舞臺上的演員以及舞臺下的觀眾服務(wù)的，因?yàn)槲枧_上的表演形式十分多元，所以觀眾們的要求也是五花八門，在這種情況下就可以采用流動式揚(yáng)聲器，以滿足不同舞臺演出的要求。

4.2 細(xì)節(jié)布置

在布置演播室擴(kuò)聲系統(tǒng)的過程中，必須要精確的計(jì)算場地的大小、聲場環(huán)境、燈柵設(shè)備的懸垂程度，從而決定主放大陣列的安裝形式，在確認(rèn)了場地原有穿線孔和插孔的位置后，就可以決定擴(kuò)聲系統(tǒng)接線盒以及線框的安裝。

4.3 系統(tǒng)應(yīng)急設(shè)計(jì)

為了保證系統(tǒng)的安全性，針對670m2的演播室的擴(kuò)聲系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了二級安保措施，在應(yīng)用系統(tǒng)的過程中可以通過主調(diào)音臺來實(shí)現(xiàn)主系統(tǒng)與備用系統(tǒng)之間的切換，并且在系統(tǒng)里面安裝了高可靠的主開關(guān)RadialSW-8，這樣可以在主系統(tǒng)發(fā)生故障的第一時(shí)間自動切換到備用系統(tǒng)。在擴(kuò)聲系統(tǒng)中，電源部分往往容易發(fā)生故障，所以在主備信號轉(zhuǎn)換器中都設(shè)置了備用電源適配器。主擴(kuò)聲線采用了多種功率放大器，并采用了多路DSP放大器，以備不時(shí)之需。而且功率放大器還根據(jù)音響的內(nèi)部參數(shù)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，在發(fā)生故障的情況下，可以快速的切換和替換。除主擴(kuò)線外，其它揚(yáng)聲器均采用相同規(guī)格的多路DSP功放，并具有充分的功率裕度，因此能有效地防止放大器因滿載工作而引起的過熱故障，提高了系統(tǒng)的可靠性。

4.4 系統(tǒng)運(yùn)行

由于所設(shè)計(jì)的擴(kuò)聲系統(tǒng)相對簡潔，因此能夠在較短的時(shí)間內(nèi)完成拆舊、清理、懸掛、安裝調(diào)試等環(huán)節(jié)，且該系統(tǒng)所選用的設(shè)備有較高的成熟度，能夠保證運(yùn)行的穩(wěn)定性，并較好地滿足不同節(jié)目以及舞臺分區(qū)的音響效果要求，語言的清晰度更高，音質(zhì)也更好。

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作者簡介：方永平，山東省肥城市，音響錄音師.