音频信号处理设备课件.ppt

1、音频信号处理设备 1 图示均衡器 2 压缩/限幅器 3 电子分频器 4 效果处理器 5 听觉激励器 6 其它处理设备 1 图示均衡器 音频信号处理设备(Audio Signal Processor)是指在音响系统中对音频信号进行修饰和加工处理的部件、装置或设备。在专业音响设备中，音频信号处理设备可以作为调音台、扩音机等设备内部的一个部件，例如前述调音台及扩音机内置的均衡电路或混响电路； 也可以做成一台完整的独立设备，作为扩声等音响系统的组成部分，例如各种专业的图示均衡器、延时混响器等等。在剧院、歌舞厅等场所的扩声系统中，大量使用着各式各样的信号处理设备，其中不少还进入民用音响领域，它们对声音信

2、号的音质起着至关重要的作用。 由于在专业音响系统中，音频信号处理设备通常是围绕调音台连接的，因此也将独立的信号处理设备称为调音台的周边设备，简称周边设备(习惯上，在专业音响中，将除调音台、功放、音箱外的其它设备都可以看成周边设备)。在音响系统中加入信号处理设备通常有两种目的：一种是对信号进行修饰求得音色美化，达到更为优美动听或取得某些特殊效果；其次是为了改进传输信道本身的质量，以求得改善信噪比和减小失真或弥补某些环境的声缺陷等。 信号处理设备是现代音响系统中必不可少的重要组成部分，它充分体现出音响工作具有“艺术”与“技术”相结合的综合性专业特点，给广大的调音师、录音师等音响大师们提供了进行艺术

3、创作的强有力的技术手段，使他们能够在扩声、音乐制作等领域，把主观能动性与客观的技术设备充分结合起来，导演出更多更优美的音响作品，同时也给广大音响艺术和音乐爱好者们提供了更加优美动听的欣赏条件。 当然，信号处理设备只有使用正确、恰当，才能获得良好的效果。如果使用不当或过分滥用，也可能适得其反，反而会破坏原有节目的特色，甚至破坏得无法补救。例如，用均衡器适当提升人声的高音区，能使歌声更加明亮、清晰，但如果提升过度则会使齿音过强而刺耳；与此相似，对乐曲动态范围的适当压缩，可以提高节目的平均电平，从而增加响度，但如果压缩过度则会使乐曲的动态范围过窄，听起来平淡无味。 上述情况有些在事后还可以作某些补救

4、，例如在录音节目制作中压缩器和均衡器的使用都具有某种程度的可逆性；但许多处理过程往往是不可逆的，例如过度的混响量是无法从录音中去掉的。在扩声系统中，例如剧院或歌舞厅的现场演出，调音师操作的效果直接就被全体听众感受到，所以这时的任何错误都是无可挽回的，这对调音师的操作提出了更高的要求。 当前信号处理技术已成为现代音响技术中最活跃的领域之一。国外各大音响公司都集中相当的力量进行这方面的研究和开发，从模拟设备到数字设备，新产品不断涌现。现代声学、电声学、心理声学、音乐声学和电子技术、计算机技术等科学的发展，更促进了信号处理技术的飞跃，甚至使人们在音响技术中的许多传统观念受到很大冲击。例如，对“失真”

5、的概念就出现了很大的变化。传统的观点认为音响设备应该是“高保真”的，就是要求有平坦的频率特性，使重放的节目忠实的再现节目的原貌。 但实践表明，各种优质均衡器的广泛使用，可以有意识地对音乐的某些频段进行提升或衰减，人为的创造一定程度的频率失真，可以获得意想不到的备受欢迎的效果。例如提升钢琴的2.5kHz至5kHz频段，可获得更加逼真的临场感，而提升小号的120Hz至240Hz频段，能使号音的丰满度大大提高。 更令人意想不到的是，非线性失真、谐波失真等这些历来被视为音响设备必须力求避免的大敌，随着人们对音乐声学，心理声学的深入研究发现，在音响作品中适当加入特定的谐波失真(主要是低电平的高中频成分)

6、，不但不会破坏乐曲的音质，反而听起来更感清晰、明亮且有穿透力，这就是近年来脱颖而出的所谓“听觉激励器”之类的处理设备的基本构思。 至于利用延时器、混响器等组成的各种效果处理器，不但可以模仿各种声学环境(剧院、音乐厅、大厅、山谷回响等)的音响效果，而且能够“创造”出各种奇妙的“太空声”、“颤音”以及“幽灵般飕飕声(Swishing)”等自然界所没有的声音。并且还可以把一名演奏员或歌唱者的声音变成许多人的合奏或合唱的效果。音频信号处理设备可以有多种分类方法。按照其处理信号的方式划分，可以分为模拟信号处理设备和数字信号处理设备两大类。前者出现较早，目前仍占多数。如常用的均衡器、压缩/限幅器等。后者由

7、于其性能优良，近年来发展很快。其中用得最多的是数字式延时器和多效果处理器。 按照处理设备的基本结构划分，可分为机械式信号处理设备和电子式信号处理设备。前者如钢板混响器、金箔混响器和弹簧混响器等。目前除少数有特殊用途和特殊效果要求的处理设备外，各种信号处理设备基本上都已实现了“电子化”，并且引入了电子计算机控制技术，使处理设备的自动化程度大大提高。最通常的划分方法是按照信号处理设备的用途来划分。扩声系统中常用的有以下几类： (1)滤波器和均衡器。通过对不同频率或频段的信号分别进行提升、衰减或切除，以达到加工美化音色和改进传输信道质量的目的，并可以对扩声环境的频率特性加以修正。 (2)压缩/限幅器

8、和扩展器。这是一种其增益随着信号大小而变化的放大器。其作用是对音频信号进行动态范围的压缩或扩展，从而达到美化声音，防止失真或降低噪声等多种不同的目的。 (3)电子分频器。这是一种有源分频器，其作用与音箱中的分频器相似，它将宽频带音频信号分成高、中、低等不同的频段，通过不同的音箱达到分频段扩声的目的。 (4)延时器和混响器。通过机械或电子的方法来模拟闭室内声音信号的延时和混响特性，使乐音更加丰富和亲切，并可制造一些特殊的音响效果。利用延时器和混响器并结合计算机技术，构成了具有多种特殊效果的多效果处理器。 (5)听觉激励器。在原来的音乐信号的中频区域加入适当的谐波成分，以模拟现场演出时的环境反射，

9、使信号更具有自然鲜明的现场感和细腻感，并使声音更具穿透力。音频信号处理设备还有诸如可以从任意单声道声源中产生出逼真的假立体声效果的立体声合成器和其它处理设备，读者可以参考有关资料，这里不再一一列举。 在音响扩声系统中，对音频信号要进行很多方面的加工处理，才能使重放的声音变得优美、悦耳、动听，满足人们的聆听需要。均衡器(Equalizer,简称EQ)，它是将音频信号分为多个不同频段，然后通过不同频段中心频率对各频段信号电平按需要进行提升或衰减，以期达到听觉上的频率平衡的频率处理设备，即它是一个多频段的频响处理设备。均衡器是扩声系统中应用最广泛的信号处理设备。 1.1 频率均衡处理的意义 1.改善

10、声场的频率传输特性 改善传输特性是均衡器最基本的功能。任何一个厅堂都有自己的建筑结构，其容积、形状及建筑材料(不同的材料有不同的吸声系数)各不相同，因此构造不同的厅堂对各种频率的反射和吸收的状态不同。某些频率的声音反射得多，吸收得少，听起来感觉较强；某些频率的声音反射得少，吸收得多，听起来感觉较弱，这样就造成了频率传输特性的不均衡，所以就要通过均衡器对不同频率进行均衡处理，才能使这个厅堂把声音中的各种频率成分平衡传递给听众，以达到音色结构本身完美的表现。 2.对声源的音色结构加工处理 扩声系统中，声源的种类很多，不同的传声器拾音效果也不同，加之声源本身的缺陷，可能会使音色结构不理想。通过均衡器

11、对声源的音色加以修饰，会得到良好的效果。 3.满足人们生理和心理上的听音要求 人们对声音在生理上和心理上会有某些要求，而且人对不同频率的信号听音感觉也不一样。通过均衡器可以有意识地提升或衰减某些频率的信号，以取得满意的聆听效果。 4. 改善音响系统的频率响应 音响设备是由电子线路构成的，而一个音响系统又是由许多音响设备组成的，音频信号在传输过程中会造成某些频率成分的损失，通过均衡器可以对其进行适当的弥补。均衡器还可以用来抑制某些频率的噪声或干扰，例如衰减50Hz左右的信号，可以有效地抑制市电交流干扰等。多频段均衡器具有许多用途，和其它信号处理设备配合，会收到非常理想的效果，这需要在实践中深刻体

12、会。 1.2 多频段图示均衡器的基本原理 均衡器是通过改变频率特性来对信号进行加工处理的，因此必须具有选频特性。可见多频段均衡器是由许多个中心频率不同的选频电路组成的，而且均衡器对相应频率点的信号电平既可以提升也可以衰减，即幅度可调。如以前介绍的音调控制器就是一种简单的可变幅度均衡器，所以这里所说的均衡器是有源均衡器，其内部还设置有放大器电路。 多频段图示均衡器(GraphicEQ)也称多频段图形均衡器，这是现代音响扩声系统中最常用的一种音质调节设备。它把音频全频带或其主要部分，分成若干个频率点(中心频率)进行提升或衰减，各频率点之间互不影响，因而可对整个系统的频率特性进行细致的调整。由于多频

13、段均衡器普遍都使用推拉式电位器作为每个中心频率的提升和衰减调节器，推键排成位置正好组成与均衡器的频率响应相对应的图形，因此称之为图示均衡器。 一般常用的专业多频段图示均衡器有单通道15段和31段及双通道15段和31段四种。双通道均衡器两个通道的频率特性独立调整，互不影响。一般15段均衡器和31段均衡器的中心频率分别按2/3倍频程和1/3倍频程选取，各频率点的最大提升和最大衰减因均衡器不同而异，一般多为15dB和12dB。图示均衡器通常分为LC型和模拟电感型两大类，下面分别加以讨论。 1. LC型多频段均衡器 图61为LC型多频段均衡器原理图。由运算放大器和多个不同中心频率的LC串联谐振回路(选

14、频电路)组成，其频响曲线为钟形，示于图62，其工作原理如下所述。图61 L C型多频段均衡器原理电路 图62 均衡器频响曲线 LC串联谐振回路连接在Rp1电位器活动臂与“地”之间，当活动臂向上移动时，串联谐振回路将反馈信号中谐振频率的信号更多地旁路入地，因而运放提升此频率的信号；当活动臂向下移动时，串联谐振回路更多地将输入信号中谐振频率的信号旁路入地，因而运放输出中此频率的信号被衰减。Rp1活动臂移至最上面或最下面分别得到谐振频率信号的最大提升或最大衰减，这样就使谐振频率信号有一定的调节范围。串联谐振回路中的Rp2电位器用来调节电路的Q值，决定提升或衰减的单频频带宽度。有许多均衡器不设此电阻，

15、这样其选频电路的Q值及带宽就是恒定的。 多频段均衡器中的LC元件的数值是由所调节的中心频率决定的。设计时，通常是先根据要求，确定中心频率，然后设定电容C值，再计算电感L值。2201()4LHf C 式中： f0为中心频率(Hz);C为设定的电容值(F)。 电容值可按下列经验数据选取： 中心频率 电容值 2F 40100Hz 20.47F 100500Hz 0.470.1F 5005kHz 0.10.01F 515kHz 0.010.002F 15kHz 9 0 d B ; 总 谐 波 失 真 0 . 0 5 % ； 频 响 2 0 H z 20kHz2dB；其它指标均在键钮上显示出来。图617

16、 GC2020B原理框图图618 GC2020B前后面板示意图 1.前面板键钮功能 压限器各种控制键钮大多设置在前面板上(见图618上)。 1)电源开关(powerON/OFF) 这是设备的交流电源开关。按一次为开(ON)，再按一次为关(OFF)。电源接通后对应指示灯亮。 2) 立体声和单声道选择开关(LINK： STEREO/DUALMONO) 压限器通常都具有两个通道，即“通道1”(CHANNEL1)和“通道2”(CHANNEL2)。它们有两种工作制式，一种是立体声制式，一种是双单声道制式，这个按键就是用来进行工作制式选择的。 (1)抬起此键，为“双单声道”(DUALMONO)制式，此时“

17、通道1”和“通道2”相互独立，这是标准工作状态，该压限器被认为是两个分离的压缩/限幅单元，可以分别处理两路不同的信号； (2)按下此键，为“立体声”(STEREO)制式，此时“通道1”和“通道2”是相关联的，两通道同时工作，并且两通道控制参量是按下列方式联系的： 对两通道设置最低的EXPGATE值和最高的THRESHOLD值。 对两通道设置最短的ATTACK时间和RELEASE时间。 如果一个通道的COMP开关处在抬起(关闭)位置，该通道将不被连接。 在使用立体声制式时，两通道的INPUT和COMPRATIO按钮必须设置在相同数值，只要一个通道有信号输入，两个通道都会产生压缩或限幅作用。此功能

18、特别适用于处理立体声节目。 3)压限器输入/输出选择开关(COMPIN/OUT) 这个按键是对压限器中的压缩/限幅电路的接入与断开进行选择控制的。按下此键(“IN”位置)，压缩/限幅电路接入压限器，信号可以进行压缩/限幅处理，该键上方的工作状态指示灯亮；抬起此键(“OUT”位置)，压缩/限幅电路将从压限器中断开，信号绕过压缩/限幅电路直接从输出放大器输出，不进行压缩/限幅处理，指示灯灭。 4) 增益衰减指示表(GAINREDUCTION) 这个指示表用dB表示增益衰减来显示压限器处理的信号，共分五档：0、-4、-8、-16和-24dB。 5) 噪声门限控制与显示(EXPGATE) “EXP”是

19、EXPANDER(扩展器)的缩写，扩展器的功能之一是,当信号电平降低时，其增益也减小，用它可以抑制噪声。 通过旋钮设置一个低于节目信号最低值的门限(GATE)电平，这样，低于门限的噪声就被限制，而所有节目信号可以安全通过，这个功能特别对节目间歇时消除背景杂音和噪声尤其有效。从这个意义上讲，这个门限就是噪声门限，它的作用就是抑制噪声，所以将“EXPGATE”称为“噪声门”而不是“扩张门”。需要说明，压限器的“EXPGATE”功能与其压缩/限幅功能是独立的，它不影响压限器的压缩/限幅状态。 噪声门限的调节范围与前面板的“INPUT”(10钮)旋钮的设置和后面板的“INPUTLEVEL”(13键)选

20、择开关的设置有关。 (1)“INPUTLEVEL”选择开关置于“-20dB”位时： “INPUT”旋钮设在“0”位，门限调节范围为-24-64dB; “INPUT”旋钮设在中央位置，门限调节范围为-49-89dB; “INPUT”旋钮设在“10”的位置，门限调节范围为-64-108dB。 (2) “INPUTLEVEL”选择开关置于“+4dB”位时： “INPUT”旋钮设在“0”位，门限调节范围为0-40dB; “INPUT”旋钮设在中央位置，门限调节范围为-25-65dB; “INPUT”旋钮设在“10”的位置，门限调节范围为-40-80dB。 噪声门限的调整方法：先把“EXPGATE”旋钮

21、置“0”位，然后接通电源，但不能输入信号；调节“INPUT”旋钮，在一个高到可以听到杂音或噪声的状态下监听输出；慢慢旋转“EXPGATE”钮提高门限值直到噪声突然停止，再继续旋转几度；然后送入节目信号监听，检查门限是否截掉了节目信号中较弱的部分；如果“门”在颤动，并发出“嗡嗡”声，说明门限值过高，弱信号无法通过，应该适当降低门限，直到消除上述问题。当噪声门打开时，“EXPGATE”钮上方的指示灯亮，逆时针旋转“EXPGATE”钮即可解除噪声门。 6) 压限器阈值(门限)调节旋钮(THRESHOLD) 这个旋钮用来控制压限器阈值的大小，它决定着在信号为多大时压限器才进入压缩/限幅的工作状态。如压

22、限器原理所述，阈值设定后，低于阈值的信号原封不动地通过，高于阈值的信号，按压限器设置的压缩比率及启动和恢复时间三个参数进行压缩或限幅。 和“EXPGATE”调节相同，压限器阈值的调节范围也取决于“INPUT”钮和“INPUTLEVEL”开关的位置，同样有两种情况。(1)“INPUTLEVEL”置于“-20dB”位时：“INPUT”设在“0”位，阈值为-4-19dB;“INPUT”设在中央位置，阈值为-4-44dB;“INPUT”设在“10”位，阈值为-19-59dB。(2)“INPUTLEVEL”置于“+4dB”位时：“INPUT”设在“0”位，阈值为+20+5dB;“INPUT”设在中央位置

23、，阈值为+20-20dB;“INPUT”设在“10”位，阈值为+5-35dB。 压限器阈值的大小，要依据节目源信号的动态来决定。“THRESHOLD”旋钮顺时针旋转， 阈值越高，信号峰值受压缩/限幅的影响就越小；但是阈值过高，就有可能起不到压缩/ 限幅的作用。多数情况下，门限控制被顺时针旋转到刻度“10”的位置，这样少数信号峰值被有效地压缩/限幅。 7) 压缩比调节旋钮(COMPRATIO) 阈值确定以后，用这个旋钮来决定超过阈值信号的压缩比。压缩比1，通常用来表示限幅功能，限制信号超过一个特殊的值(通常是0dB);超高压缩比201，通常用来使乐器声保持久远，特别适用于电吉它和贝司，同时会产生

24、鼓的声音；低压缩比2181，通常用来使声音圆润，减少颤动，特别是当说话音和歌唱者走近或远离麦克风时。 8)启动时间调节旋钮(ATTACK) 所谓启动时间是指当信号超过阈值时，多长时间内压缩功能可以全部展开，它与原理中介绍的信号增加时间是一致的，这个旋钮就是用来调节启动时间长短的，它的调节范围为0.220ms。 启动时间在很大程度上取决于被处理信号的种类和希望得到的效果，极短的启动时间通常用来使声音“圆滑”。前已述及，高压缩比可以使电吉它等乐器的声音保持久远，在这种情况下，通常选择比较长的启动时间，启动时间的大小应包容信号的增加时间。 9)释放时间调节旋钮(RELEASE) 与启动时间相反，释放

25、时间是指当信号低于阈值时，多长时间内能释放压缩，它与原理中所说的信号恢复时间是一致的。这个旋钮就是用来调节释放时间长短的，它的调节范围为50ms2s。与启动时间相同，释放时间的控制也在很大程度上决定于被处理信号的种类和希望得到的效果。其主要原因是，如果信号一低于阈值，压缩立刻停止，会造成信号的突变，尤其是当乐器有长而柔和的滑音时。除非有特别要求，一般调节释放时间的长短，应使其包容被处理的信号。 10) 输入电平调节旋钮(INPUT) 这个旋钮用来控制压限器的输入灵敏度，使压限器能接受宽范围的信号。 11) 输出电平调节旋钮(OUTPUT) 这个旋钮用来控制压限器输出信号的大小，其控制范围与“I

26、NPUT”相同。 2. 后面板接线端口 压限器的输入、输出端口均设在后面板上。 1) 输入端口(INPUT) 一般压限器的输入端口有两组，它们是连在一起的(见图617),而且均采用平衡(Balanced)输入，分别使用平衡XLR插件或1/4英寸直插件。 2) 输入电平选择开关(INPUTLEVEL) YAMAHAGC2020B压限器的后面板上设有一个输入电平选择开关键，同时控制两个通道，它有两种选择状态，即“-20dB”和“+4dB”。具体操作视声源信号而定。它与前面板的“INPUT”钮配合，使压限器的输入电平与所接设备的输出电平匹配。 3)输出端口(OUTPUT) 压限器的输出端口也有两组。

27、与输入端不同的是，它们分别从两组输出回路输出(见图617),而且其输出方式也有平衡输出和不平衡输出两种，分别使用平衡XLR插件和不平衡1/4英寸直插件，以方便与下级设备的连接。 4) 输出电平选择开关(OUTPUTLEVEL) 这个开关键与“INPUTLEVEL”开关键相同，也是用来控制电平匹配的。它也有“-20dB”和“+4dB”两种选择。当与前面板的“OUTPUT”钮配合时，使压限器的输出电平与所接设备的输入电平匹配。 5)压缩检测器输入/输出端口(DETECTORIN/OUT) 我们知道，压限器主要由两部分组成，即压控放大器部分和检波电路部分，这里的检测器实际上就是压限器原理中介绍的检波

28、电路部分。检测器输出端口(DETECTOROUT)直接与压控放大器(VCA)的输入端相联(见图617)。取自VCA输入端的信号经耦合棒送入检测器输入端(DETECTORIN)，经处理后控制VCA的增益，从而对压限器输入信号完成压缩/限幅等功能。除输入、输出电平调整外，压限器的压缩比等参数均在检测器电路中控制。 DETECTORIN/OUT还有一个功能，就是同时去掉 两 个 通 道 的 耦 合 棒 ， 将 一 个 通 道 的“DETECTOROUT”与另一个通道的“DETECTORIN”直接相联。在这种情况下，通道2将对输入到通道1的信号作出反应，而通道1对本身的信号或通道2的信号都不做反应。这

29、种功能对讲话者尤其有益。讲话者的话筒信号进入通道1，而音乐信号进入通道2，因此，通道2信号的放大由通道1来控制。通道2的压缩比可被调整至无论何时讲话者说话，通道2中的音乐信号就会及时减弱，使得说话声能清晰地听见。 正常使用压缩器时，请将耦合棒按图618所示方式接入。以上我们讨论了压缩/限幅器的基本原理和使用，可以看出压限器的调整是非常麻烦的，多数情况下是依靠操作者的听觉和经验来调整的，这就要求音响师不但要了解节目的特点，而且还要有十分丰富的实践经验。3 电子分频器 作为音频信号处理设备的电子分频器，通常用在大型或高档次的扩声系统中。它可以提高音频功率放大器的工作效率，减少无用功率，降低扬声器系

30、统的频率失真度，从而提高扬声器的还音质量。 3.1 电子分频器的功能 在一个扩声系统中，通常有相当多的声源，特别是交响乐等高层次大型演出，有时要使用多达几十只的话筒，对各种乐器分声部进行拾音。 这些声源的音频信号通过一个系统进行放大、处理，其音频的传输状态不会很理想，音频及其谐波过于混浊，层次不清。经扬声器系统还音重放时，如果使用全频带音箱送出全频带音频信号，那么，150Hz或200Hz以下的低频声能量要占到全频带声能量的一半左右，尽管它的音乐内容只是在整个音乐中的低音打击乐部分，和弦的基音部分和极低音区，但其能量却很大。因为人耳对低频声音听觉不够灵敏的原因，所以这部分声音送入声场的能量就大了

31、。 也就是说，如果低音和高音在同一个通道中传输、放大、直至还音，会对中高音有一定的损害，往往会对能量比较小的中高音形成一种掩蔽作用，使中高音成分细腻的部分和音色之间细小差异的表现受到限制，降低了音乐的层次感，这也是均衡器调整中要提升中高音区和适当衰减低音区的原因之一。 为了避免上述情况，最好的方法是将中高音频和低音频进行分离放大和传输，用不同的功率放大器分别带动纯低音和中高音扬声器系统，从而增强声音的清晰度、分离度和层次感，增加音色表现力。虽然音箱内本身设有无源分频器和衰减器，分别用来分离高低音单元和能量平衡，但处理效果不及电子分频器。高档的音箱，例如JBL47、48系列，其有些型号的中高音音

32、箱专门设有高频和中频接线端口，可分别用两台功放带动高音和中音扬声器单元，并配以与之配套使用的纯低音音箱；有些音箱还设有低频、中频和高频接线端口，可通过三台功放独立送入低音、中音和高音的音频信号，分别推动低、中、高音扬声器单元。 此时，音箱内部的无源分频器不再起作用。在国外的一些大型音乐会使用的扩音系统中，还常常把每个声部或某些乐器和人声通过单独通道传输，分别用不同的扬声器系统把声音送入声场，互不干扰。这是当前世界上最高层次的演出分频系统，但这种扩音系统跨接十分复杂，有相当难度，且造价昂贵。要想把低音、中音、高音信号分开，进行传输和放大，首先就要把全频带音频信号分离成低音和中高音，或者分成低音、

33、中音和高音，这样就需要有一种高性能的分频器，这就是电子分频器。也就是说，电子分频器具有选择频率点分离音频信号的功能。 3.2 电子分频器的基本原理 电子分频器是对全频带音频信号进行分频处理的，按照分离频段的不同可分为二分频、三分频和四分频电子分频器。无论哪种分频器，要分离音频，就必须有选频特性，而且，要有一定的带外衰减。因此，电子分频器主要由高阶低通、高通或带通及晶体管或集成运放构成的有源滤波器组成。图619给出了由有源高、低通滤波器组成的高、低二分频的原理电路，对于三分频和四分频只要在其中加入相应的带通滤波器即可，其工作原理比较简单，此处不再详述，读者可参照有关书籍或资料。下面我们主要依据原

34、理讨论各类分频器的分频特性及它们在扩声系统中与音箱的连接。图619 电子分频原理电路 1. 二分频电子分频器 二分频电子分频器是由一个高通和一个低通滤波器组成的。它将音频信号分为低音和高音两个频段，设有一个低频和高频交叉的频率点，称为分频点，也就是二分频的分频器只有一个分频点，其频响特性(即分频特性)如图620所示。 二分频电子分频器主要用于二分频音箱或中高音音箱和纯低音音箱的组合，其连接方法分别如图621(a)和(b)所示。 图620 二分频频响特性 图621 二分频电子分频器与音箱的连接 2. 三分频电子分频器 三分频电子分频器是由一个高通、一个带通和一个低通滤波器组成的。它将信号分为低音

35、、中音和高音三个频段，设有低/中和中/高两个分频点，其频响特性如图6-22所示。 三分频电子分频器主要用于三分频音箱或中高音二分频音箱和纯低音音箱的组合，其连接方法分别如图623(a)和(b)所示。图622 三分频频响特性 图623 三分频电子分频器与音箱的连接 3. 四分频电子分频器 四分频电子分频器是由一个高通滤波器，两个不同中心频率的带通滤波器和一个低通滤波器组成的。它将信号分为低音、低中音、高中音和高音四个频段，设有低/低中，低中/高中和高中/高三个分频点，其频响特性如图624所示。 四分频电子分频器主要用于三分频音箱和纯低音音箱的组合或四分频音箱(这种音箱很少见),连接方法如图625

36、所示。图624 四分频频响特性 图625 四分频电子分频器与音箱的连接 无论哪种电子分频器，各分频点在一定范围内是可调的，且滤波器的带外衰减一般为18dB/oct。这是电子分频器的一个重要指标。 此外，在电子分频器中还专门设有一个高通滤波器或低通滤波器，截止频率一般为40Hz或20kHz，用来切除一些不必要的频率成分。 3.3 电子分频器的选型 在实际中选择几分频的电子分频器，要依据扩声系统的要求而定。 一般的中小型歌舞厅为了降低投资成本，选用二分频电子分频器，配以二分频音箱(具有外接分频端口的音箱，以下同)就可以了，如果想提高档次，也可配以中高音箱和纯低音音箱的组合。 音乐厅、剧院和大型高档

37、歌舞厅等比较复杂的扩声系统，其主扩声通道常采用二分频或三分频音箱再配以纯低音音箱，这时需选用三分频或四分频电子分频器；有些要求更高的系统用于辅助扩声的音箱也采用二分频音箱，此时需要增选二分频电子分频器，因为辅助扩声通道较少使用纯低音音箱。 至于DISCO舞厅，因为要增加震撼力和节奏感，通常要使用较多的纯低音音箱，除主扩声通道外，周围的辅助扩声通道也要适当增加纯低音音箱，这样就应选用不止一台的电子分频器。 必须明确的是，在扩声系统中使用电子分频器，调整分频点时，要使其分频点的频率接近所配音箱的分频点的频率。 3.4 电子分频器实例 电子分频器的调整比较简单，它的控制键钮均设在前面板上，主要有电平

38、调整和频率调整等。图626是DOD834型电子分频器的前面板结构图。它示出了该分频器的所有控制键钮。 图626 DOD834前面板结构图 834电子分频器具有立体声和单声道两种工作模式。在立体声模式下，它是一台三分频电子分频器，通道1(CHANNELONE)和通道2(CHANNELTWO)独立控制，可分别接入扩声系统的左声道和右声道；在单声道模式下，它是一台四分频电子分频器，通道1和通道2合二为一，成为一台单通道设备。834电子分频器主要技术指标如下：分频点：立体声低/中 50Hz5kHz中/高 750Hz7.5kHz。单声道低/低中 50Hz5kHz低中/高中 50Hz5kHz高中/高 22

39、0kHz 输入/输出:2组40k平衡输入，7组102平衡输出滤波器：18dB/oct最大输入电平：+21dB输出电平控制：-0dB增益控制：0dB+15dB高通滤波器：40Hz 12dB/oct频响：10Hz30kHz +0/-0.5dB总谐波失真：小于0.03%信噪比：大于90dB 834电子分频器的工作模式通过模式按键开关(MODE)选择。控制键钮对两种工作模式的控制状态有些差异，键钮上方的标示为立体声(STEREO)控制状态，下方标示为单声道(MONO)控制状态。下面结合图626介绍电子分频器不同工作模式下的键钮控制功能。 (1)立体声模式。两通道键钮控制完全相同且相互独立，参照键钮上方

40、标示。 高通滤波器开关键(HIGHPASS)：按下此键，将40Hz高通滤波器接入分频器，指示灯亮；必要时用来消除低频干扰和噪声。 增益调节旋钮(GAIN)：调节整机信号的增益。 低频电平调节旋钮(LOWLEVEL)：调节低频段信号电平。 中频电平调节旋钮(MIDLEVEL)：调节中频段信号电平。 高频电平调节旋钮(HIGHLEVEL)：调节高频段信号电平。 低/中频率调节旋钮(LOW/MIDFREQUENCY):调节低频段与中频段之间的分频点频率。 频率调节范围控制键(RANGE)：按下此键，低/中频率调节增加10倍，指示灯亮，频率可调范围为5005000Hz,抬起此键，频率可调范围为5050

41、0Hz，总调整范围为50Hz5kHz，与指标相同。 中/高频率调节旋钮(MID/HIGHFREQUENCY):调节高频段与中频段之间的分频点频率。 (2)单声道模式。两通道键钮合并成一个通道进行控制，有些键钮不再起作用，工作模式由面板最右端模式选择键(MODE)选择。按下此键，进入单声道模式，指示灯亮，参照图626键钮下方标示。 高通滤波器开关键(HIGHPASS)：与前同。 增益调节旋钮(GAIN)：与前同。 低频电平调节钮(LOW)：与前同。 低/低中频率调节钮(LOW/LOWMIDFREQUENCY):调节低频段与低中频段之间的分频点频率。 频率调节范围控制键(RAGNE)：按下此键，低

42、/低中频率调节增加10倍，频率可调范围5005000Hz，抬起此键，频率可调范围50500Hz，总调整范围50Hz5kHz，与指标相同。 低中频电平调节钮(LOWMID)：调节低中频段信号电平。 高中频电平调节钮(HIGHMID):调节高中频段信号电平。 高频电平调节钮(HIGH)：调节高频段信号电平。 低中/高中频率调节钮(LOWMID/HIGHMIDFREQUENCY):调节低中频段与高中频段之间的分频点频率。 10 频率调节范围控制键(RAGNE):该键与上述键功能相同，只是它对应的是低中/高中频率调节范围。 11 高中/高频率调节钮(HIGHMID/HIGHFREQUENCY):调节高

43、中频与高频之间的分频点频率。 12 工作模式选择键(MODE)：按下此键为单声道(MONO)模式，指示灯亮，抬起此键为立体声模式。其余各键钮在单声道模式下不起作用。 在使用电子分频器时，选择哪种工作模式取决于扩声系统的设计。各分频点频率的设置要与所用音箱的分频点对应，各信号电平的大小要根据系统的聆听效果而定。 电子分频器的所有输入/输出端口均设在后面板上。立体声工作模式下，两通道各有一组输入和高、中、低频三组输出，此时整台设备共有两组输入和六组输出。单声道工作模式下，整台设备只有一组输入和高、高中、低中、低频四组输出。各种端口在面板上均有标示，这里不再详述。4 效果处理器 4.1 概述 在音频

44、信号处理设备中，有一类专门用来对信号进行各种效果处理的设备，例如延时器、混响器等，在专业上通常将这类设备称为效果处理器。 人们都知道在音乐厅等专业场所欣赏音乐节目总是比在家庭、教室、会议室等普通房间里的效果好，这当然有多方面的原因，但声音的延时和混响等效果是重要的原因之一。 我们知道，人们在室内听到的声音包括三种成分：未经延时的直达声、短时延时的前期反射声和延时较长的混响声。特别是混响声，它持续时间(即混响时间)的长短直接影响人们的听音效果。混响时间太短，声音发“干”不动听；混响时间太长，声音混浊不清，破坏了音乐的层次感和清晰度。因而，对于特定的音乐节目，混响时间有一个最佳值。从大多数优质音乐

45、厅场所观察，此值在1.82.2s之间。 由于音乐厅等演出场所充分考虑了声音的延时和混响等效果，因此人们在欣赏演出时可以充分感受到乐队演出的展开感、宽度感、听音的空间感和一定程度的乐音的包围感，也可以笼统地称之为临场感、现场感或自然感，所以十分优美动听。 多年来，专业研究人员不断开发和改进各种音响设备，希望利用这些设备能够在多种场合重现在音乐厅演出的效果。至今已取得了相当大的进展，出现了包括前几节中介绍的多种音频信号处理设备，延时器、混响器等效果处理器类也是其中代表之一。 延时器(Delay)是一种人为地将音响系统中传输的音频信号延迟一定的时间后再送入声场的设备，是一种人工延时装置。它除了能对声

46、音进行延时处理外，还可产生回声等效果。目前，延时器普遍采用电子技术来实现，通称为电子延时器。 电子延时器是把音频信号储存在电子元器件中，延迟一段时间后再传送出去，从而实现对声音的延时。目前常用的有电荷耦合型器件(BBD)延时器和数字延时器两种。BBD延时器结构简单，价格低廉，主要用于卡拉OK机等业余设备，与后者相比，动态范围较小，音质效果欠佳；在各种专业音响设备或系统中普遍采用数字延时器，它是一种理想的延时处理设备。 混响器在音响系统中用来对信号实施混响处理，以模拟声场中的混响声效果，给发“干”的声音加“湿”，或者人为地增加混响时间，以弥补声场混响时间的不足。 混响器主要有两大类，即机械混响器

47、和电子混响器。机械混响器主要包括弹簧混响器、钢板混响器、箔式混响器和管式混响器等，由于它们功能比较单一，音质也不很理想，且存在因固有振动频率而引起的“染色失真”现象，因此目前很少使用。 电子混响器以延时器为基础，通过对信号的延时而产生混响效果，它往往兼有延时和混响双重功能，混响时间连续可调，且功能较多，能模拟如大厅(Hall)、俱乐部等多种声场，并能产生一些特殊效果，使用也十分方便。特别是以数字延时器为核心部件的数字混响器，具有动态范围宽、频响特性好、音质优良等优点，主要用于专业音响系统。 近些年来，国外一些音响设备公司开发出一种称之为MULTIEFFECTPROCESSOR即多效果处理器设备

48、，简称效果器。这种设备不仅有上述延时和混响功能，还能制造出许多自然和非自然的声音效果；而且，它利用计算机技术，将编好的各种效果程序储存起来，使用时只需将所需效果调出即可。特别是高档次设备，还可根据需要调整原有的效果参数，即进行效果编程，并将其储存，以获得自己想要的效果，使用更加方便，很受音响师们的青睐，现代音响系统普遍采用这种设备进行效果处理。 4.2 数字延时器 数字延时不仅是数字混响器的核心部件，在专业音响中还有专门对信号进行延时处理的数字延时器设备。 1.数字延时器的基本原理 数字延时，是先将模拟信号转换成数字信号，再利用移位寄存器或随机寄存器将数字信号储存在存储器中，直到获得所希望的延

49、时时间以后再取出信号，然后将数字信号再还原成模拟信号送出，此时的模拟信号就是原信号的延时信号。其原理框图如图627所示。图627 数字延时原理框图 图中，输入端的低通滤波器用来限制信号中的高频分量，以防止采样过程中的折叠效应；输入信号经模数(A/D)转换后得到的数字信号，通过多个相互串联的移位寄存器，这些移位寄存器使每个数字信号在采样时间间隔内移到下一级，直到经过所希望的延时时间；然后把信号从寄存器中取出并经数模(D/A)转换和低通滤波器平滑，还原为模拟信号送出。延时时间长短的选择则通过存储容量的变换来实现，主同步控制器产生时钟信号使上述所有功能同步。 数字延时是数字延时器设备的基本单元，在有

50、些具有特殊效果的数字延时器中，还要将延时信号(延时声)和原输入信号(主声)按比例混合后作为延时器的输出。这样，既可以听到主声，也可听到延时声，从而得到几种不同的特殊效果。如拍打回声(Slap Echo)、环境回声(Ambitht Echo)、多重回声(Multi Echo)、静态回声(Static Echo)、长回声(Long Echo)、变调效果(Pilch Bend)和动态双声(Dynamic Doubling)等。这种延时器在扩声系统中主要用来产生某些特殊效果。 在专业音响(效果)设备中，还有一类数字延时器，其延时声不与主声混合，不产生特殊效果，只对扩声系统中传输的信号作延时处理，以补偿