现场扩声杂志解析.docx

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现场扩声杂志解析

音频信号分析ok

最近朋友送来一本国外的现场扩声杂志《livesound!

》这是一本很不错的杂志

我决定翻译其中的一篇文章献给大家,此文主要阐述了以下内容：

语言与音乐信号的频谱范围

可懂度与的关系响度

响度与可懂度的关系

信号峰值限制与功放的输出能力的关系

峰值限制练习

二种信号表VU和PPM

后面还有……

配了很多图片

我正在做

估计有4000字

我第一次翻译外国文章

谬误的地方还请大家指正

上集

音频信号分析

----关于带宽、动态范围和正常操作电平

如果我们以倍频程为单位来分析语言信号，见图15-2，这是一位普通成年男人的语言频谱。

频谱显示在250hz处为能量的最大值。

250hz两边都呈下滑趋势。

1khz以上的倍频呈每倍频6dB开始衰减。

图15-3显示了古典音乐与摇滚音乐信号的长期能量谱。

大家有没有注意到，古典音乐与语言的频谱在中频和高频两个范围是相似的。

请比较图15-2与图15-3。

[attach]a34708[/attach]

倍频程与可懂度

见图15-4，在普通的语言能量谱中，完全独立的倍频部分十分有助于语言的可懂度。

语言的可懂度并不意味着声音的听起来真实。

众所周知，我们用电话的时候，我们的语言频率范围被限制在300hz-3000hz之间。

看图，在1khz到4khz之间的频段对可懂度是最有影响力。

这就是为什么在非常嘈杂的环境中，扩声系统一般在这个频段显得不足。

最为理想的是，我们主动的去再生或增强语言信号，以同时获得真实度与可懂度。

在合理的安静的环境中这是很有可能的。

可懂度与环境噪声水平之间的关系

在理想的情况下，本底噪音电平低于语言信号电平（平均值）25dB，以得到真实的语言扩声。

如果噪音电平只低于语言信号15dB，大多数听众对于信息的理解并不感到困难。

不过，此时已有少数人开始抱怨噪音。

如果信噪比继续降低，对于所有的听众来说，字词之间的可懂度就没有了。

激励器可以增加语言信号的响度，然而，处理的量是有限的。

什么时候的语言音量太吵耳？

正常面对面交谈的声压级在60dB-65dB之间。

然而为大多数语言扩声时声压级被定在70-75dB。

当语言扩声超过85-90dB,可懂度的增加就很少了。

并且大多数听众开始抱怨音量太大了。

如果音量继续增加，很多听众确确实实感到难以忍受，“音量太大了！

！

！

”。

图15-5显示显示了声压级与可懂度之间的关系。

这里有一个语言扩声的最佳范例。

例如在非常安静的环境中以65-75dB的声压级来扩声，这简直是完美的。

当噪声不断增加的时候，必须提高信号电平，以保证信噪比至少为15dB。

这里有一种典型峰值，当噪音在60-65dB的范围，于是让系统声压级的峰值在80dB，这样可以得到最好的可懂度。

体育场经常出现人群的欢呼声，声压级范围在85-95B之间。

在这种情况下想让扩声系统发挥作用是根本不可能的。

最好等人群的欢呼声退去之后，再开始播音和讲解。

音频信号分析（中集）

匹配语言信号电平的能力

我们发现被放大的语言电平在实际操作中，一般都被控制在15-20dB这样相当窄的范围。

并且系统就是按照这样的要求设计的。

首先，我们将显示负载为8欧姆，输出功率为100W的功放，它在输出正弦波和方波信号时不同的能力。

注意放大器整个电压驱动边界，可以输出100W的正弦波功率，与此同时方波信号的输出功率可以接近200W。

为什么此时的评估报告中此放大器的输出功率仅为100W？

这是因为所有的放大器的额定功率都是以额定阻抗，输出正弦波信号的最大功率被评估。

正弦波最大功率是怎么得出的？

从图15-6我们可以看出，在正弦波的定义域相对于方波有3dB的峰值系数（peak-to-RMSratio），而方波信号的峰值系数是不变的。

相对来说，音乐和语音信号主要由各种正弦波复合而成。

功率放大器的额定功率是用额定峰值电压乘以0.707这个系数后计算得到的。

比原先的峰值功率低了3dB.

如果我们随意地录20秒典型的讲话信号，信号的音频块看起来十分像图15-7所示。

你看到的盘旋在基线附近的黑色区域大部分是平均值。

伴随着偶然的比较高的峰值，只有少数信号值能达到表格的上下边框。

现在，让我们把这个信号送到额定阻抗8欧姆，输出功率100W的放大器。

如图15-8所示。

我们把放大器的实际输出电压标记在表格左边的轴上，将近似的平均值信号电压标记在表格右边的的轴上。

在图15-8中，清楚地显示了平均值信号输出电压为正负10V。

而实际上放大器的满输出电压为正负40V。

正负10V与正负40V之间有12dB的差异，两者的功率比为16:

1。

两者的不同是显然的。

让我来说说为什么要这样？

为了对输入语言信号提供100W的峰值输出能力。

[b]前面说过了语言信号有15到20dB的动态。

放大器为了解决这样的问题只能对普通语言信号提供6.3W的平均值输出功率。

为了处理偶然的语言信号峰值，放大器只能以输出6.3W的平均值功率运行，否则当大动态信号来临的时候将会发生过载失真。

然而，在实际操作过程中可能出现功率不够的状况。

我们有两种方法解决这个问题。

A，用一台更大功率的放大器。

例如，一台200W的放大器可以提供12.5W的平均值输出功率（12.5W与200W是-12dB的关系）。

这样虽然能完成工作，但这仍旧是一个没有效率的设计。

B，对输入信号进行峰值限制。

为了让峰平比（peak-to-averagesignalratio）低于12dB。

如果我们这样做,这台100W的放大器可以获得比A方案更高的平均值输出功率。

信号峰值限制与调节

图15-9显示了输入信号被压缩3.5dB后的结果。

这样做了以后，随着满输出功率的增加，此刻新的峰值信号可能被抬升。

现在普通的信号电平值为15V。

结果，此时还用100W的放大器，对于普通的节目信号有了14W的平均值输出。

我们可以继续延伸一小步上面的峰值限制处理，在3.5dB的基础上增加2.5dB，对输入信号进行最大值为6dB的限制处理。

结果见图15-10，可以明显的看到中间的黑色区域粗壮了许多。

到此，我们对普通信号电平的可利用功率提高到25W。

如果你研究图15-8、15-9、15-10，你会发现。

在这过程中，总共的有用“信号空间”被有效地加倍。

图中的黑色区域与信号能量是一种正比例关系，并且，它和人耳察觉到响度有直接联系。

与此同时，峰值电平保持一致。

压缩后的信号有一个很明显的特点，那就是他们的峰值变化范围很小，在后面我们将继续介绍。

这时有几个老问题：

压缩处理是否对信号有损害？

你能否听出被压缩处理的声音？

综合答案如下：

一个有经验的听者能够识别出压限后的声音是怎样的效果。

如果处理的合适，声音听起来不会不真实。

压限后声音可以更响，同时可以改进可懂度。

在普通情况下，对于语言信号使用的限制最多为12dB。

对于音乐信号（不是指CD之类的音源信号），习惯上使用更高程度的限制。

加上一定程度的压缩。

压缩与限制是相关联的操作。

两种电平控制方法相互结合可以将原来相当宽的动态范围变小。

在现场扩声中，没有经验的演讲者会使话筒产生高动态范围的电平，这时可以用限制和压缩一前一后的进行处理，使得声音变得平稳。

下集

匹配语言信号电平的能力

我们发现被放大的语言电平在实际操作中，一般都被控制在15-20dB这样相当窄的范围。

并且系统就是按照这样的要求设计的。

首先，我们将显示负载为8欧姆，输出功率为100W的功放，它在输出正弦波和方波信号时不同的能力。

注意放大器整个电压驱动边界，可以输出100W的正弦波功率，与此同时方波信号的输出功率可以接近200W。

为什么此时的评估报告中此放大器的输出功率仅为100W？

这是因为所有的放大器的额定功率都是以额定阻抗，输出正弦波信号的最大功率被评估。

正弦波最大功率是怎么得出的？

从图15-6我们可以看出，在正弦波的定义域相对于方波有3dB的峰值系数（peak-to-RMSratio），而方波信号的峰值系数是不变的。

相对来说，音乐和语音信号主要由各种正弦波复合而成。

功率放大器的额定功率是用额定峰值电压乘以0.707这个系数后计算得到的。

比原先的峰值功率低了3dB.

如果我们随意地录20 秒典型的讲话信号，信号的音频块看起来十分像图15-7所示。

你看到的盘旋在基线附近的黑色区域大部分是平均值。

伴随着偶然的比较高的峰值，只有少数信号值能达到表格的上下边框。

现在，让我们把这个信号送到额定阻抗8欧姆，输出功率100W的放大器。

如图15-8所示。

我们把放大器的实际输出电压标记在表格左边的轴上，将近似的平均值信号电压标记在表格右边的的轴上。

在图15-8中，清楚地显示了平均值信号输出电压为正负10V。

而实际上放大器的满输出电压为正负40V。

正负10V与正负40V之间有12dB的差异，两者的功率比为16:

1。

两者的不同是显然的。

让我来说说为什么要这样？

为了对输入语言信号提供100W的峰值输出能力。

前面说过了语言信号有15到20dB的动态。

放大器为了解决这样的问题只能对普通语言信号提供6.3W的平均值输出功率。

为了处理偶然的语言信号峰值，放大器只能以输出 6.3W的平均值功率运行，否则当大动态信号来临的时候将会发生过载失真。

然而，在实际操作过程中可能出现功率不够的状况。

我们有两种方法解决这个问题。

A，用一台更大功率的放大器。

例如，一台200W的放大器可以提供12.5W的平均值输出功率（12.5W与200W  是-12dB的关系）。

这样虽然能完成工作，但这仍旧是一个没有效率的设计。

B，对输入信号进行峰值限制。

为了让峰平比（peak-to-averagesignalratio）低于12dB。

如果我们这样做,这台100W的放大器可以获得比A方案更高的平均值输出功率。

信号峰值限制,调节

图15-9显示了输入信号被压缩3.5dB后的结果。

这样做了以后，随着满输出功率的增加，此刻新的峰值信号可能被抬升。

现在普通的信号电平值为15V。

结果，此时还用100W的放大器，对于普通的节目信号有了14W的平均值输出。

我们可以继续延伸一小步上面的峰值限制处理，在3.5dB的基础上增加2.5dB，对输入信号进行最大值为6dB的限制处理。

结果见图15-10，可以明显的看到中间的黑色区域粗壮了许多。

到此，我们对普通信号电平的可利用功率提高到25W。

如果你研究图15-8 、15-9、15-10，你会发现。

在这过程中，总共的有用“信号空间”被有效地加倍。

图中的黑色区域与信号能量是一种正比例关系，并且，它和人耳察觉到响度有直接联系。

与此同时，峰值电平保持一致。

压缩后的信号有一个很明显的特点，那就是他们的峰值变化范围很小，在后面我们将继续介绍。

这时有几个老问题：

压缩处理是否对信号有损害？

你能否听出被压缩处理的声音？

综合答案如下：

一个有经验的听者能够识别出压限后的声音是怎样的效果。

如果处理的合适，声音听起来不会不真实。

压限后声音可以更响，同时可以改进可懂度。

在普通情况下，对于语言信号使用的限制最多为12dB。

对于音乐信号，习惯上使用更高程度的限制。

加上一定程度的压缩。

压缩与限制是相关联的操作。

两种电平控制方法相互结合可以将原来相当宽的动态范围变小。

在