现代音响技术设计概论.doc

现代音响技术设计 现代音响技术设计概论1.1现代音响艺术设计概述现代工业革命和信息革命，给音响艺术设计带来了翻天覆地的变化，我国的音响技术起点低，但发展的很快，尤其近10年来有着飞跃的进展，今天的音响技术已经接近或达到国际先进水平。给音响艺术设计带来了无限光明前途。音响技术，是发展最迅速的，其科技含量特别是高科技含量亦越来越高，每一种新技术和新产品的面世和应用，都将推动音响艺术设计的发展产生了质的飞跃。音响技术更新换代如此之快：三年一更新，五年一换代，其速度是各种技术领域中最快的领域之一。数字音响技术在更广泛的设备和系统中逐步取代传统的模拟技术，计算机技术的广泛渗入音响和数字技术的出现，使现代音响艺术设计焕然一新。现代音响，不再仅仅是一台电声产品（调音台、各种放大器、监听音箱等），更是人们精心设计，精心制造的高科技的人性化智能化的艺术品。现代音响，是经典与时尚相结合的设计，将现代音响与生活品位完美结合。现代音响集百年科技成果与现代审美价值于一体，不断开创全新音响体验。时刻运用最新出现的新材料，新技术，实现人类关于现代音响的种种猜想。将现代音响智能网络化、集成化趋向发挥到极致、最大可能地为人们提供便捷、完美、时尚地现代音响。现代音响让度身设计的个性化定制成为现实。现代化的大工业生产是现代音响制造之母，它将人们以单纯使用音响到人们享受现代音响给人们带来的无限快乐。工业化仅仅帮助我们祛除麻烦；而未来的趋势将是通过标准化与个性化的最佳组合，满足人们千差万别的个性需求，创造属于自我的梦想。现代音响的永恒价值在于人与自然的和谐，人与亲情的交互、人对社会的寄托与人对生活的理想，这些也许就是人们对未来音响的构想吧。人们不得不承认，现代音响的出现和发展，是人们对现代音响艺术设计的内涵与所外延得到不断拓展的一个重要原因。从收音机到电视机，从台式音响到组合音响，从简单的音响组合到庞大的音响系统.一部音响的发展史。自从1876年贝尔发明电话以后，人类才开创了将声音传向较远距离的新纪元。1877年爱迪生发明了蜡筒笛声声机，1890年怀特发明了炭粒受话器，1907年德.福露斯特发明了真空三极管、1915年制成了三极管放大器，1920年第一座无线电广播电台在美国开始播音，1923年1月美国商人奥斯邦在上海创办中国无线电公司，并与英文大陆报合作开办了中国第一家广播电台“大陆报中国无线电公司广播电台”。1926年，东北无线电专家刘瀚在丰系当局支持下，建立了中国人自办的第一座广播电台哈尔滨广播无线电台。国民党政府创办的中央广播电台于1928年8月1日在南京开始播音。而由中国共产党创办的人民广播事业则于1940年12月最初诞生于延安，电视则于1958年在北京开播。并逐步由单纯播送语言过度到播出音乐等文艺节目，音乐节目的播送需要采用具有优良性能的音频系统（设备），新型高质量电声器件（设备）不断涌现，促进广播声音质量有了很大提高。调频广播、立体声广播的出现，使声音广播进入了一个新的时代，回顾声音记录的发展历史，崭新的记录方式，其中音频测量技术促进广播质量的提高是功不可磨的。音频测量所有仪器由机械式的、电子式的、模拟方式、数字方式真至用计算辅助方式等工具和手段的更新换代，到音频测量技术在概念上更新，理论上的创新，形成今天的音频测量技术由客观测量和主观评价组成的新概念。众所周知，视听是人类接收外来信息最重要手段，但是，眼睛所看到的景象和人们听到的声音转瞬即逝，因此人类很早就产生记录影像和声音的愿望。但是能够记录声音信息只是近百年的事情。1877年12月6日天才发明家托马斯.阿尔瓦.爱迪生发明了留声机，记录声音信息的载体是敷有锡箔的园柱形腊筒，所以也叫园筒留声机。由于腊筒复制保存困难，所以只能当作科学珍品少量复制保存下来。1887年9月26日埃来尔.贝林纳发明了圆盘留声机，记录载体是在金属圆片上涂有一层腊的圆盘，声音信息被记录在圆盘上刻出的螺旋状的音槽上。由于圆盘唱片能用压制方法批量生产，从而得到迅速发展，唱片和压制的模版就成为保存声音信息的珍贵资料。1934年粗纹唱片的幅频特性已达到30Hz-8KHz，1948年哥伦比亚公司推出密纹唱片（LP）50年代中期又出现了立体声唱片，到了70年代唱片系统中幅频特性可达到20Hz20KHz和声音信号的动态范围可达到65分贝的当时最高水平，登上了模拟时代的音质最高峰。进入七、八十年代时，声音信号的记录方式发生了质的飞跃，1982年诞生了数字化激光方式记录和播放的数字声音信号的CD盘。由于数字记录在性能指标，技术参数、使用功能、保存等方面具有突出的优越性，所以，新产品层出不穷。1996年又出现了数字多用激光盘DVD，实现了声音信号的多声轨环绕声记录方式，1999年投放市场的新一代声音信号高端产品SACD和DVD-AUDIO更可以实现高取样频率（192KHz），高量化比特（24比特）的录放介质和相应的设备，把声音信号的记录和重放又推上了极高的新水平。在磁性记录载体的发展历史上，我们同样可以看到科技进步、推动磁性记录的发展。1935年诞生的纸基的磁带、是磁性记录技术的一次巨大进展。在以后的几十年间虽然带基（由纸质改进用塑料薄膜）和磁层（由针状r-FeO3、Cr02等）并加背面层，在性能上有了很大的提高，但录记原理和记录载体没有根本性的改变。60年代末，数字开盘磁带录音机诞生，1987年数字式小型盒式磁带的R-DAT录音机登场，与此同时计算机技术与数字音频技术相结合，70年代未出现了集记录，处理等多项功能于一身的硬盘录音机和DAW音频工作站的出现，使声音记录的手段更加丰富多彩。当人类进入21世纪时，终端移动设备，如MP3播放器，手机即能通信，又能拍照还能记录声音等功能出现，使得记录原理和载体产生了根本变化，人们期望已久的固态存储器在声音信号记录上会有一个巨大发展。就是人类寻求自我解放的过程。依赖现代科学技术的进步，现代音响的发展进程，绽放出人类智慧心灵的火花，也折射出人类不懈追求现代音响艺术设计的心路历程。100多年前，人类发明了电、电灯、电子管，有了收音机、录音机，音响。100多年后的今天，现代音响梦想可成真了，而人类关于现代音响的梦想，关于现代音响艺术设计的梦想仍在继续。优秀的现代音响的音质应具备多种优秀品质，以下为鉴别音质优劣的几个要点。1、 清晰：语言可懂度高，乐队层次分明。反之模糊、浑浊。2、 平衡：乐曲中各声部的比例协调，高、中、低音配搭得当。反之不平衡。3、 丰满：声音融汇，响度合宜，听感温暖，厚实，有弹性。反之单薄，干瘪。4、 园润：优美动听，有光泽而不尖噪，主要用于评价人声和其他乐器声，反之粗糙。5、 明亮：高、中音充分，听起来明朗，活跃，反之灰暗。6、 柔和：声音松驰，不尖刺，有舒服，悦耳之感。反之尖、硬。7、 真实：保持原有声音的特点。8、 立体效果：声像群构图合理，分布连续，方位基础明确，宽度感、深度感适度；厅堂室感真实、活跃、得体。9、 总体音质效果：节目处置恰如其分，音质变化流畅、自如，气势、色调、动态范围等与作品相符，形成协调、统一的整体。特别提醒，在评价观现代音响的音质时应该选择一套优秀的、内容全面的、国内与国际要求的声源作为声音质量主观评价用节目源。为了能够评价出现代音响的音质优劣，就必须要求评价人员有一副好耳朵，人们称之为金耳。评价人员的金耳，是通过听觉形成训练而获得的，只要经过刻苦的反复的训练金耳的梦想是一定会实现的。1.2.现代音响艺术设计系统中的各种音响设备的特点在现代音响艺术设计系统中的各种音响设备的功能，质量不但是完全满足人们的需求，除了要求音响实用化、大众化、经济化外，更加突出音响的专业化、个性化、人性化的设计。改革开放后的市场化经济，竞争剧烈，音响产品优胜劣汰，音响的新浪潮还蓄势待发，模拟时代建立在硬件模拟基础上的金科玉律和思维模式也在不断地被解体。在当今数字化音响改造基本实现，网络化工作流程成为主流的形势下，音响在不断地尝试在新时期新浪潮下的新模式，新产品，新系统。1、声源信号的拾取设备传声器传声器的种类有：动圈式、铝带式、电容式、无线式等。传声器的用途中又分有：人声传声器、音乐传声器、现场传声器等。传声器的特性中又分有：心型、超心型、全指向型、8字型、无线超心型等。传声器的技术参数有：灵敏度、幅频响应、指向性、振幅特性、瞬态特性、电阻抗、噪声级等。2、声音信号的调整、控制设备调音控制台。调音台的种类有：中小型、大型、连动放型、便携型、广播专用型，数字型调音台、全自动型调音台。调音台使用又分有：直播调音台、播出调音台、扩声调音台、录制调音台等。调音台的技术参量有：增益、幅频响应、信号噪声比、谐波失真、互调失真度、串音、平衡度等。3、声音信号记录设备录音机记录设备又有：磁带录音机，可录光盘记录机、数字磁带录音机、MD软盘录音机、硬盘录音机、音频工作站等。录音乐机种类又有：卡座录音机、CD播/录放机、便携式录音机、数字硬盘录音机、便携式硬盘录音机CD/卡座一体录音机。录音机的技术参量有：机械性能参量和电声性能参量。电声性能参量有：幅频响应、动态范围、总谐波失真、信号噪声比、通道相位差等。4、声音信号处理设备：又称音频效果处理器、混响器、延时器、压限器、活放处理器、动态效果处理器、均衡器、人声处理器、环绕声用音频处理器等。5、声音信号监听设备监听耳机、监听音箱（含监听功放）6、声音信号监视设备VU表（音量单位表）PPM表（峰值表）、相关表（检察立体声左右声道相位差的表）7、数字音频设备(1)数字音频工作站：专业音频工作站、个人音频工作站、广播音频工作站、音乐及声音效果库工作站、效果插件等。(2)数字调音台小型数字调音台中型数字调音台、大型数字调音台、数字混音调音台、数字广播调音台等。(3)数字音频效果处理器数字混响器、数字延时器、数字动态效果处理器、数字均衡器、数字人声处理器、广播专用音频处理器、数字环绕声用音频处理器等。(4)数字录制设备数字磁带录音机DAT、数字硬盘录音机、CD/MP3播放机、数字CD播放机、数字MD录音机等。1.3 现代音响系统框图的构成根据使用方式的不同，音响系统的框图也各有所不同。音响系统中的信号流程，也有相应的政变，在音响系统中各种设备接口电平也会发生变化。1、 节目信号录制系统图1-1 某节目信号录制系统示意图如图1-1所示为节目信号录制系统示意图。它是由声源拾取设备传声器和传声器放大器组成，把拾取的声音信号传送至调音控制台输入端，经调音、控制后的信号再送至记录设备，进行录制，根据节目信号录制时的需要，也可通过声处理设备后，再返送至调音控制台送至录制设备进行节目信号录制。节目信号录制系统又分有：语言录制系统，音乐戏曲录制系统及现场实况录制系统等。2、节目信号播出系统(1)模拟播出系统图1-2某节目信号播出系统示意图声源提供播出用传声器和播出用节目源（如CD机、磁带等）组成，把这些节目信号送至模拟调音台的输入端，经调整、控制的信号再送往主控制室的节目信号模拟交换矩阵，再按安排好的节目单，经模拟文换矩阵，送至传送设备（电缆、光缆、微波、卫星等），再传至到所需要的发射中心，将节目信号发射出去。(2)数字播出系统图1-3某数字播出系统示意图图1-3某为数字播出系统示意图。它是由声源提供设备播出用传声器和播出用节目源（如CD机、磁带机等）组成，把这些节目信号送至数字调音台的输入端，经调整后的信号再送往主控制室的节目信号数字交换矩律，经数字交换矩律，送至数字传送设（光缆、数字微波、卫星等），传送至节目信号发射中心（数字发射台、地球上行站等），将节目信号发射（或发送上星）。节目信号播出模拟或数字系统，根据需要有所不同，规模也相差很远，有的电台只有几套节目，也可省去节目交换矩阵，有的电台规模较大有2030套节目，那就一定要有节目交换矩阵了，对播出系统的安全性要求极高，不能停播，所以，要求每个环节的设备都应有热备份，即在线播出的设备一但出现问题，就立即自动达倒用热备份设备保证正常播出。3、扩声系统图1-4为扩声系统示意图，它是由声源部分，扩声调音台、信号处理设备、压限器、均衡器、功放及扩音箱组成。图1-4扩声系统示意图声源信号送至调音台的输入端后再经声处理设备按现场需要进行恰当的处理后再经调音台送至压限器，均衡器进行再控制，调整，达到满意的效果时，经功放送往扩声音箱，进行扩声。扩声系统的设计特点：可分为两部，声字设计和设备设计。声学设计是很复杂的，它要考虑众多因素对扩声的声音的影响，同时与建筑声学也紧密相关。扩声设备的特点与选择，由于扩声系统属于有反馈系统，即传声器与扬声器同于一个声场内，并且又在同一时间使用，因此，扩声系统非常容易发生自激啸叫。所以选择传声器就显得非常重要。传声器的灵敏度不宜太高，其指向为心型和超心型，演唱者传声器选用近讲型等。扩声音箱的种类繁多，有语言音箱、音乐音箱。音箱的组成又分为二分频、三分频、超低频等。选用高灵敏度的音箱，并且应具有一定的瞬时耐冲击力，根据实际使用要求，选择扩声音箱的频带宽度，频带愈宽愈易引起啸，这点一定要注意。4、数字工作站录音制作系统4.1 如图1-5所示为小型数字录音栅系统，它是由一个数字调音台和一个音频工作站及话筒，话筒放大器及监听音箱组成。图1-5小型数字系音栅系统示意图。 这个小型数字音栅系统，采用全新的数字录音、制作系统、设备简单、占地小 安全可靠，而且让录音后期制作和毋盘制作集中在一个系统中完成。系统提供了大量的硬盘空间并有备份系统，可以长时间制作并能保证数据安全。多轨同时录制，并可以直观后期制作。监听音响接到调音台的监听通道，并可进行选择监听。这个小型数字录音栅系统所用的设备虽然比较小型，但功能还是很强大的，由于设备设计配置合理，安全能够制作出优秀节目，设备小型化是现代音响行业发展的方向。4.2如图所示，为小型数字5.1声道环绕声系统，它是由传声器，多路数字调音台、多轨音频工作站，多功能的数字音频接口兼时钟发生器，毋版刻系机，CD/卡座一体机，5.1声道环绕声扬声器，数字跳线架，模拟跳线架等组成。图1-6 5.1道环绕系统示意图声源可采用低噪声大震膜电子管话筒（多指向，指向性小震膜电容人声系音传声器，专业电容人声录音传声器及动圈传声器等。数字调音台采用16-24路即可，当路数多些工作起来会更方便些，经多路数字音频接口兼时钟生器，把声源信号送音频工作站，进行录音和制作，刻录机把制作好的节目信号刻录成母版，模拟跳线架和数字跳线架为录制工作带来极大的方便。5.1声道环绕声监听音箱组聆听节目制作质量。1.4.现代音响艺术设计回顾与展望20世纪刚刚过去，人类在这个世纪里的发明创造是以往人类所有发明创造的总和。而在对人类社会最具影响的发明创造中，就包括音响，特别是音响艺术设计。音响，特别是音响艺术设计，它不但对社会的渗透力、辐射力和影响力到了前所未有的程度。音响和音响艺术设计与每个人生活深深地融合在一起，并组成为其中的一个重要部分。在现代信息社会里，音响是仅次于图像的重要信息媒体，人类通过音像接收信息，也通过音响传送和交流信息。随着人类社会的进步和科学技术水平的不断提高，音响信号的处理技术包括音响信号的记录、放大、艺术加工、传播发送等也在日新月异地发展和革命。在音响方面，从上世纪末伟大的发明家爱迪生发明留声机开始，近百年来，人类先后发明了电唱机、钢丝录音机、磁带录音机、CD光盘录音机、DAT数字磁带录音机、硬磁盘录音机和DAW数字音频工作站等。音响记录的容量、质量和记录媒体都有飞速的发展。同时，一些与音响相关的设备如传声器、扬声、调音台、各类音效处理器及MIDI设备等都在不断地更新换代。一个优秀的音响艺术设计是音响技术和音响艺术相结合的产物，它不仅要求音响制作者精通各种音响设备的特性及应运用技巧，更要求音响艺术设计者具有很高的音乐艺术修养与鉴赏能力。而这一切除了自己勤奋求实，努力实践修炼之外，还应广泛地去学习和吸取其他人的先进经验和制作技巧。“岁月匆匆，往事已矣”。翻开音响技术发展的历史，一种敬畏由然而生。望着那精巧的老式话筒，最原始的电子管放大器、压缩器，还有老式的调音台和磁带式开盘录音机和古朴优雅的老式录音室。在百姓家中，当时有一台老式电子管收音机就是最好的音响了。后来又有了电子管功率放大器加上只大扬声器音箱又成了当时流行的音响，接着出现了晶体管替代电子管的时代，近年来集成电路又大大地缩小了音响的体积和重量，由随身听到MP3真是目前日新月异，琳琅满目。20世纪末21世纪初，来了一次音响技术大逆转。人们对技术发展历史的新的兴趣表现为对老式装置或在原来技术基础上的新式音响的疯狂热烈的追求。特别是电子管信号处理器、电子管前置放大器、电子管信号功放等等。与现代音响设备相比，别有一番风味，这些电子管的音响系统与以集成电路的音响系统相比，有着其独特的风格，真是耐人寻味，百听不厌。音响技术的发展日新月异，硕果累累。音响艺术设计已从爱迪生时代，进入到电子时代，音响由单声道到立体声，又从立体声到多声道，到5.1声道环绕声。数字时代又给音响带来革命性创新、发展。音响的数字化、集成化，将彻底地改变着音响技术领域，包括录音技术、扩声技术、音响艺术设计。数字调音台、数字音频工作站、MIDI合成与采样、电子乐器、音乐软件、数字信号处理器等新音响产品不断问世，音响艺术设计师开始把录音室搬回家，成为时尚的个人音响艺术设计工作室。这类家庭录音室为新的音乐形式出现提供3个条件，并使音乐家和音响艺术设计师在家里就可以录制、制作自己作品，再把作品在专业的录音室里缩混。数字设计概念，就是建立一个综合系统，通过电脑使音频、视频配音制作中的诸多方面有机地结合起来。也许在不久的将来，正是这一革命，将改变我们的将来。另一突破就是光记录技术。有了光记录技术，就可以通过计算机平台有效地处理交互式图形、音频信号及文本，这项技术日益趋于完善成熟。形成和改善音响技术产生的诸多因素中，就有技术知识和信息传播。大量的商业方面的信息、借助于书籍、商业杂志、综合节目、工作场所和信息网络，正被越来越多的专业人士、发烧友们获得并掌握，并推动着音响事业飞速发展，就让我们向美好的未来进军吧！第2 现代音响系统中信号流程与电平图2.1现代音响系统的基本要求系统中的语言、音乐、戏剧等声音信号的声压和质点振速的波形是千变万化的，对应到电路中的信号电压和电流波形也会是千差万别的。一、 声音信号的时程特点一个声音信号的波形可以从时间延续的角度分成超始、稳定和结束三段时程，即信号的包络可分成增长、稳定、衰减三段过程。有一些声音信号的稳定段是非常短的，以致看不出它有明显的稳定段，另外，还有一些声音信号已经没有稳定段。这些短稳定段和无稳定段的声音则表现明显的瞬态特性；而那些长稳定段声音信号则会有明显的稳态特性。由于声音信号的时程具有稳态和瞬态两部分，因此记录、制作、传送声音信号的电声设备也就必须具备相应的稳态和瞬态要求，许多电声设备的稳态特性与瞬态特性之间是有矛盾的。因此衡量电声设备质量的优劣应从稳定和瞬态两个角度去进行，二者有时是不能互相代替的。二、 声音信号的频谱特点与电声设备的频带要求声音信号可以分成周期信号与非周期信号两大类。周期信号可以分解成一系列单频信号（简谐信号），而非周期信号包含一定频带的所有频率分量。上述两类声音信号对应了线状谱和连续谱两种情况。无论是那一类频谱的声音信号，每一种声音信号都会有它特有的频谱规律，因此如果从统计观点来看，每一个发声体发出的声音也就会有一定的频带（频谱范围）规律。当然歌唱声的频谱无疑会比讲话声频谱要宽一些。但是要完美的记录、制作、传送语声信号（包括讲话与歌唱声），电声设备的频带就需要比电话频带宽得多才成，特别是高频段应该足够宽，从完美的反映语声的角度，电声设备最好能有不窄于80Hz12KHz的频带。而不同的乐器也有不同的频谱特点，那些有调乐器的基本频带的下限频率与音域的下限是有关的，而基本频带的上限频率就与音域没有直接关系了，因此不能把乐器的音域与频谱混为一谈。从完美记录、制作、传送各种乐器声的角度，电声设备的频带下限应扩展到40Hz甚至20Hz以下，而它的频带上限应提高到16KHz甚至20KHz以上。三、 声音信号的音色，电声设备的线性与非线性要求众所周知，不同的人或不同的乐器在发同一音高的声音时，人们会感到它的音色不同，这是因为它们的基频频率相同而其他频率分量的有无和大小比例不同的缘故。从时间特性的角度来看，就是它们的波形具有相同的周期，但具体形状（时程与波形）不同的缘故，对那些连续谱的无调声也类似的音色问题。如果要保持声音信号原有的特殊音色，电声设备除了应足够的频带宽度的要求以便不失去声音信号的频谱成份以外，还要尽量不改变信号频谱中各分量之间的强弱相对关系；同时，电声设备本身也不应制造出多余的频率分量来。电声设备的线性畸变的技术指标有幅频特性和相位频率特性（相频特性）两项。一般人对频谱相位畸变不太敏感，而电声设备幅频特性良好时，对应的相频特性也会良好，所以在电声设备指标中常常只要求有良好的幅频特性，而不再提出相频特性的要求了，对电声设备的非线性畸变的计量，通常用谐波失真系数和互调失真系数这两个参数表示。为了说明电声设备时瞬态突变信号非线性畸变，又提出瞬态互调失真系数。四、 声音信号波形的不对称特点声音信号正负半周波形瞬时值是不对称的，这是声音信号又一个明显的特点。声音信号的波形中正的瞬时值所包围的面积和负的瞬时值所包围的面积是相等。因此声音信号不含直流分量，所以它的平均值为零。由于声音信号一般不含直流分量，所以电声设备一般不必记录、传送直流信号，这给电声设备的生产带来极大的方便。综上所述，由于声音信号的波形频谱特点以及由此带来的对电声设备和电声系统的一些主要要求：幅频特性、相频特性、谐波失真、瞬态特性（瞬态互调失真系数）频带宽度等技术指标参量。2.2声音信号强度的计量特点声音信号大部分是多频谱的，其声压波形有起始（稳定）结果这样的进程特点，因此对它的强弱的计量也不像稳度简谐信号（单频稳定信号）那样简单。计量声音信号的强度必须解决两个问题：其一，用什么计量值表示它们的声压或电压强度；其二，对千变万化的声音信号，计量仪表的时间特性的选择。一、 声音信号强度的计量值，峰值因数与峰平比在声学测量和电声学测量中，为了在计量声音信号强度时能充分反映出声音信号的波形特点，出现了五种计量值来表示声音信号的声压和电压的强度。1、 峰值：它是指信号在一个完全周期或一定长的时间内（非周期信号）的最大瞬时绝对值。2、 有效值（或称方均根值）：它是信号瞬时值平方平均值的平方根值，也即它是用与声音信号相同功率的直流信号强度来代表的数值。3、整流平均值（简称平均值）：它是指声音信号瞬时绝对值的平均值，也即将声音信号进行全波整流后的直流分量数值。声音信号的峰值、有效值和整流平均值实际上都是同一个直流信号与之相比较而得来的有关数值。3、 准峰值：它是用与声音信号相同峰值的稳态简谐信号的有效值表示的数值准峰值表示式为： Uq-p0.707Vp5、准平值：它是用与声音信号相同平均值稳态简谐信号的有效值表示的数值。准平均值表示为：Uq-a1.11Vavg这两个导出的计量值，它是用声音信号的有关数值与简谐信号的有效值相比较而导出的计量值。这两个固定关系只适合简谐信号，而对复杂的声音信号就不适用了。经过人们大量地测量统计发现，有些声音信号的声压波形有特别高的峰尖，以致它们的峰值地其有效值之比，称为峰值因数，可能达到很高数值，对于大多数声音信号来说，其峰值、有效值、平均值之间大致有如下的关系，峰值因数：峰值对其有效值之比 或： 峰平比：峰值对其平均值之比 或 根据它们的定义，不难看出这些计量仪表的检波器类形以及指示值刻度定标方法分别如下：峰值计量表：峰值检测器，按简谐信号的峰值确定刻度；准峰值计量表：峰值检波器，按简谐信号有效值刻度，较峰值低3dB；有效值计时表：平方律检波器，按简谐信号有效值确定刻度；平均值计量表：平均值检波器，按简谐信号平均值确定刻度；准平均值计量表：平均检波器，按简谐信号有效值确定刻度，它比信号实际平均值高约1.1 dB。在声学测量中多用峰值，而在电声工程中多用准峰值，当要了解声音信号引起的听觉强度感觉时，常使用准平均作为听觉强度感的代表，在电声工程也较多地使用准平均值。二、 声音信号声压（或电压）强度计量对于稳态信号来说，只要计量时间足够长，以便对信号能充分的平均运算（有效值、准平均值）或充分地选择（峰值）即可；但对于差不多时刻都在改变波形和频谱的实际声音信号来说，显然计量时间间隔又不能太长，这时计量时间速度应快一些，以便能跟上声音信号的变化。例如当需要了解声音信号在听觉上引起的强度反映时，计量时间计权应该大体符合人的听觉和分特性；若当需要精确计算声音信号的强度变化时，即进行实时分析时，显然计量时间计权应该足够快；若需要计量声音信号做功的情况或做某些统计分析时，计量时间计权又应该非常慢的。因此对于声音信号的计量时间特性也要针对计量目的的有所区别。三、 常用音量表对声信号强度计量的专门仪表称为音量表（也称节目表）。为了统一各环节对同一个声音信号的计量，以便在录音、制作、传输和交换节目时有一个共同的电平标准，所以音量表除了采用相同的计量值外，还必须统一它们的时间特性，同频特性、阻抗、刻度方式、指针偏差以及音量表对电路引入的附加畸变等诸多方面也应该有统一的规定。音量单位表（即VU表），它是采用平均值检波器（二极管桥式整流器）并用简谐信号有效值刻度的，因此它是一种准平均表。不过它的刻度采用对数和百分数表示，并将参考电平（0VU，100%）定在满刻度以下3分贝。标准间坦表（VU表）的0VU（100%）相当于信号准平均值为1.228伏。为过在具体使用时也可插入所需的衰减器或放大器。因此音量表的OVU（100%）的参考值实际上量根据需要决定的，所以音量表上需注明这个参考值。这在使用音量表前应当注意查看。音量单位表的指示特性（时间特性）是这样规定的：当以稳态时太0UV（100%）的1KHz简谐信号突然加入音量表时，指针达到刻度上99%如所需时间应为300±30ms，指针的过冲不得起过稳态值的1.5%，过冲的撮动不应超过一次；当信号突然消失后，指针以100%降到1%时所需的时间也应是300±30ms。图2-1音量表电路图2-1准平均值音量表（VU表）电路如图所示，为音量表（VU）电路，它是由一个合乎瞬态要求的直流表头，四只二极管组成的全波整流器再加一个可调电阻为刻度校准和量程（0dB，+17dB）转换量程器组。采用平均值检波器，直流表头对信号的平均值起反映，而其刻度定标是用简谐信号的有效值确定的。（例如标准音量表的0VU对应差简谐信号的有效值为1.288伏）因此这是一个指示信号准平均值电平音量表。音量单位表（VU）对声音信号的指示值读作“音量单位值”（VU值）有时还是跟不上信号的实际准平均值电平的变化，因此这也不能完全反映出声音信号的听觉响度，更不能反映出声音信号的峰尖幅值情况，这些又是音量表的不足之处。测量声音信号时，不能将VU值与dB值相混淆。但在测量简谐信号时，便可以读成dB了。这又是另外一回事了。针对音量表的不足，又逐渐推广另一种音量表“峰值节目表”又称PPM表，它实际上是准峰值电平表，因为它采用峰值检波器而按简谐信号有效值确定刻度的（是用电平值标示），额定电平（0 dB）到满度一般留有5 dB的余量，峰值表一般有50 dB的有效刻度，标准峰值表的0 dB 相当信号准峰值为1.55伏，但实际使用时0 dB对应电平值可根据具体情况来确定。为了便于峰值节目表（PPM表）与音量单位表（VU表）在使用中的指示对照，特别是为了校准额定工作电平，峰值节目表还在刻度上注明这个电平值。一般峰值节目表在它的-9dB附近（或是从-6dB12 dB）标注这个对应的电平。两种节目表额定电平的校准方法，即VU表指示OVU，PPM表上指示0 dB时，当用准峰平比为1（0 dB）的简谐信号来校准额定电平时，此时VU表的指示为0VU时，在峰值表（PPM表）上即应指示到-9 dB外。此时在音量表上预留9 dB储备，也就是，当实际声音信达到VU表上的0VU时，在峰值表（PPM表）上这个峰尖信号也就会接近0 dB。峰值节目表（PPM0指示的是信号峰尖的大小，所以它是用来监测信号的幅度值动情况的；但是信号峰尖大小并不能直接反映出信号给人的听觉强弱感，因此峰值节目表（PPM）的指示值与声音信号的响应不一定对应，这也是峰值节目表的不足之处。四、 声音信号的动态范围与电声设备的动态阈声音信号的动态范围是指它的最强声音与最弱声的强度差，一般用分贝表示。最强声音信号一般使用有效值和准平均值表示节目信号的动态范围，为了更准确的反映出信号的状态，使用信号的准峰计量信号动态范围的多了起来。如用准峰（或峰值）值声压级（或电平）表示时，声音信号的动态范围数值会比用有效值表示的数值大一些。对应于信号的动态范围，电声系统和设备就有一个动态阈的要求，优良电声系统和设备应强信号不失真；弱信号不被淹没。因此上限受它的非线性畸变的限制；下限就取决于它的噪声电平。动态阈一般也用对数的形式分贝表示。通常只把用准峰值电平表示的系统和设备动态称动态阈，而把用准平均值电平表示的动态称作信号噪声比。为了使高峰信号的峰尖不发生峰尖畸变（被削波压缩），电声系统和设备的最高准平均值电平与信号的最高峰值电平差值应该尽可能预留的多一些。这些根据信号准峰平比来确定的信号最高准平均值电平应比最高准峰值电平降低的数值，称为电平储备。决定动态阈下限的是噪声电平，一般它的准峰值电平约比准平均值电平高6dB左右。电平系统和设备的动态阈与声音信号的信号噪声比不能混淆。图2-2动态阈与信号噪声比的区别如图2-2所示，为动态阈与信号噪比的不同，由声音信号的动态范围来确定电声系统应有的动态阈。电声系统动态阈能有100dB以上为好在整个电声系统中各环节的设备应有一个统一动态阈上限、下限值，否则前后动态阈不一致尽管各环节动态很大，不一定能够得到一个大动态阈的电声系统，这个问题在实际工作应引起足够的重视。2.3现代音响系统信号流程现代音响系统中声音信号分为两种，一种是传统模拟声音信号，还有一种是近年来才有的数字音频信号。音频信号中有语言、音乐、戏曲等。它们的声压和质点振速的波形是千变万化的，而对应成的音频信号的电压和电流的波形也相应是千变万化的。由声音信号的时程具有稳态和瞬态两部分，因此记录、制作、传输这些音频信号的电声音设备也必须满足其相应的稳态和瞬态的要求。一、 节目信号在播出系统中信号流程 交换矩阵 线放 传送设备图2-3节目信号播出系统示意图图2-4节目信号播出系统信号流程在图2-3中节目信号播出系统中有传声器，CD盘节目源，调音台、音频工作站、数字交换矩阵、线路放大器，传送设备电缆、光纤、微波、卫星等）。在图2-4节目信号播出系统中动态阈为传声器是130dB，调音台是110dB，音频工作站为100dB，交换矩阵为95dB，线路放大器为80dB，传送设备为75dB，在这个系统中各环节设备的动态阈有所不同，为了保证系统中信号各环节都不产生失真，就必须严格控制信号在各环节中的动态范围，都不要超出相应环节中的动态阈范围，否则，节目信号不是被削波，就是被噪声音淹没。恰当的压缩、巧妙的控制节目信号幅度，这就是电声工程师的重任务之一，把节目信号的动态范围，控制在各环节设备的动态阈内，使节目信号不再产生新的失真或被噪声所淹没才算是一个优良的电声系统。一、5种计量值是：1、峰值它是指声音信号在一个完全周期内或一定长的时间内的最大瞬时绝对值。以声音信号电压为例，峰值定义为：UP=1U（t）1max2、有效值（或称均方根值）它是信号瞬时值平方平均值的平方根值。它是用与声音信号相同功率的直流信号强度来代表的数值，以信号电压为例有效值定义为：3、整流平均值（简称平均值）指声音信号瞬时绝对值的平均值，即将声音信号进行全波整流（取绝对值）后的直流分量值（取平均值）。定义式如下：4、准峰值用与声音信号平均值相同的稳态简谐信号的有效值表示的数值，用Uq-p表示。5、准平均值用与声音信号平均值的稳态简谐信号的有效值表示的数值，用-a 表示。图1-7简谐信号的五个计量值之间的固定比例关系如图1-7所示，为简谐信号的五个计量值之间的固定比例关系。常用测音响系统中的音频信号大小的仪表有，音量表又称VU表，它采用平均值检波器并用简谐信号的有效值确定刻度，刻度用对数和百分数表示。另一种音量表，用表指示声音信号准峰值电平，称峰值节目表，即PPM表。它是采用峰值检波器按简谐信号的有效值确定刻度，实际上是准峰值电平表。数字音频信号是将连续的模拟音频信号通过采样、量化、编码后变为数字信号，然后再进行记录、处理或传输，具有十分深远的意义，它是音响技术领域正在发生一场巨大的革命。因为数字音频信号具有极高的抗干扰能力，从而保证了声音信号的质量，能够无损伤地记录或复制，因此现代音响系统的数字化是历史发展的必须趋势。二、 音频信号的动态范围与音响系统（或音响设备）的动态阈。音频信号的动态范围：音频信号的最大声压级与最小声压级之差，用dB表示。一般语言信号约有2040dB的动态范围，有些交响乐的动态范围（用准峰计量时）可达80100dB或更高些（动态范围上限准峰值声压级可达130dB或更高、下限约3050dB）。对应信号的动态范围，音响系统和设备就有一个动态阈的要求。优秀的音响系统和设备应使强信号不致过荷失真，弱信号又不致被它们产生的噪声所淹没。可见音响系统和设备的动态阈上限受其非线性畸变的限制，而下限取决于它们的噪声电平。在音响系统中把用准峰电平表示的称作“动态阈”，而把用准平均值示表的动态称作“信号噪声比”。如图2-5所示，为动态阈与信噪声比的不同关系。图2-5动态阈与信噪比的不同关系电平储备（功率储备）：最高准峰值电平与最高准平均值电平之差。在音响系统中查验指标应注意区分“动态阈”与“信号噪声比”的区别。三、 现代音响系统中信号流程1、 节目信号录制系统中信号流程在录制系统中有声源部分（传声器、CD盘等）、调音台、记录设备、声处理设备及监听功放等。图2-6录制系统中信号流程如图2-6所示，为录制系统中节目信号流程，它是由传声器（或其他声源如CD机等）的最高准峰值电平减去约6dB（因为噪声最准峰值电平高于噪声平均值电平约6dB）之后，就是传声器的动态阈，也就是传声器拾取节目信号动态的范围，即为传声器的信号流程。它与传声器的信号噪声比显然不是一回事。因1-8中传声器的动态阈为