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[分享] 数字音频处理器的基本原则是什么?该如何选择?

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发表于 2018-3-10 15:56:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
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数字音频处理器在音响工程中已经应用得十分地的广泛,在很多音响项目工程中都需要用到它,例如公园广播系统、教学系统,以及会议系统等等。而对于有该方面经验和基础的人来说,数字音频处理器的确是一个好东西,可是对于缺乏该方面知识的朋友来说,却是无从下手!下面,就让我们一起来分享一下,数字音频处理器怎么选择和合理使用。

锐顶小学堂

一、数字音频处理的基本原则

音频处理设备,主要借助减小动态范围的方法来抑制噪声,其中包括对节目信号的压缩、峰值限制与削波、多频段压缩和频率可选择的限制及均衡功效。压缩的主要目的是缩小节目动态范围,增加声音的密度,尽量使音频信号峰点幅度均匀一致。峰值限制是压缩的一种极端形式,但它压缩比高,起动和复原时间较快,主要目的是保护后面声道的传输不出现过荷。

峰值削波处理是防止因声道处理电路过荷而造成的失真,瞬时地“切掉”超过阀值的高电平波峰部分的处理。峰值限制和削波如能完美匹配,将能在音频节目信号的密度和响度之间,处理好谐波失真和互调失真及信号带宽的负面影响作用问题。

在音频处理过程中将音频频谱划分为几个频段,并对每个频段分别进行压缩和限制。即“多频段压缩和可选择的限制”,如果设置正确、合理,将会有效消除频谱增益的互调。

对于音频处理中的均衡,其作用是一方面利用均衡器来改变音频信号整体频带中相关频率的平衡,另一方面是通过改变其中“敏感频率”的响度来营造某种音响特征,以增加节目的喧染力,另外它还可以用作传输系统中的频响校正。

二、对音频处理的要求

(1) 广播发射用的音频处理方式比较复杂,主要是对人耳可听的频率范围加以压缩或限制,在防止它被过调制的同时,又要保证使音频获得最好的信噪比和音频带宽,使音频信号在保持原始节目素材特征的基础上,对其作较大处理,使其成为一个面目全新的、具有特征性的音色,供听众接收欣赏。

(2) 在广播节目中,音频信号的响度,是通过减小动态音频中“峰值”对“平均值”的比值(峰/平比值)来提高的。在允许的调制范围内,调整峰值和平均值的关系,避免音频信号处理过程中因削波等带来失真之类的有害副作用,对音频进行处理,使之符合在峰值调制的限制范围内,尽量增加主观感觉的响度效果。

三、合理使用音频处理器的方法

我就音频处理器从其原理出发,结合实际使用情况,充分挖掘其潜在优势,更有效合理地发挥其效能,应从以下三个方面着手:

(1) 保持信号不失真的传输

在中波广播发射机前端,被音频处理器高度处理过的音频信号中,会含有不少类似方波的平顶波形。方波的波形对它所经过的传输通路的幅度和相位响应要求是比较高的。原理上讲在节目主能量的频率范围中,若平坦的幅度和群时延发生偏差,就会使处理过的音频信号平坦顶部产生倾斜,从而增加了峰值调制电压,但平均电平并没有增加。从峰/平比值看,该通路的平均电平减小了,因而响度就会被相应减弱。

对此,我们要保持处理后信号波形的原形。首先采用的方法是,在传输信号电缆的使用上,尽量选择质量上乘,性能优良的传输电缆,要求其分布参数小、频带宽、采用线径粗、衰耗小,屏蔽好的铜芯传输线。这点非常重要,也很有效果。另外,在传输连接中,尽量不添加任何附加设备及分支部件,如中间放大器、分配器等,以减小信号波形畸变,保证良好的传输质量。

(2) 数字音频处理系统设置

1、对于数字音频处理器来说,它由两个电路组成,一是慢动的AGC,二是动作与恢复时间适中的压缩器,对每个频段根据需要设置调节最佳的时间常数。我们在实际使用中得出结论,适当地将低声频段时间常数设置的比高声频段慢一些(约200μs左右),此法在增加节目信号密度上起的作用较大。

2、音频处理器在基本系统中还增加了一些辅助的组件,启用了音频处理器装在慢动AGC与多频段压缩器之间的频率均衡处理组件,来补偿中波广播信号典型存在的音频频响不佳的状况。适当地提升600Hz-1.2KHz声音能量在整个音频频谱中的分布,让这段声音在听觉上变得“较大”(人耳听觉最灵敏范围在2KHz-8KHz)。可使听众感到声音变得真实动听。

3、我们还使用了音频处理器上称为的“抵削失真”装置,用它来提供绝对的负峰值控制,防止了音频信号溢波,以消除听众最可能听得见的一些频段中的失真。

(3) 系统中音频处理器摆放的位置

在系统中对音频处理器所放置的位置,也是有讲究的,为了有效的保护被音频处理器处理过的峰值限制的波形,使其在传送到发射机的过程中不发生改变,应将音频处理器靠近发射机放置,并且是距离越短越好。以免在传输过程中因分布参数变化,引起寄生调制峰值,使已处理过峰值限制的波形发生改变,造成音频信号的波形失真。

四、数字音频处理器该如何选择?

一、看通道数

对于小型扩声系统,如果仅使用全频扬声器,只需要输入、输出各两个通道,即2×2的处理器。实际上,单声道扩声1×1的处理器就可以了,但没有这样的产品,即使2×2的处理器也很少。因此,通常可使用2×4的处理器,这样如果有低音扬声器,正好可分频输出低音通道。


对于多功能场所就常常需要用到较多输入、输出通道的处理器。例如,一个有报告式和讨论式两种会议形式的会议厅对扬声器布置的要求不同,因此调音台主输出和编组输出都要将输出信号进处理器处理后分别到两组扬声器;同时,还要将不同的使用场景存储以便调用。如果多功能场所还有多声道影视功能,或者系统不使用调音台,就需要有更多输入、输出通道的处理器。

二、看功能

少数处理器没有路由功能,输入、输出的连接路径是固定的,不能改变,可能无法满足一些多功能场合的应用。如果打算不使用调音台,就要选用带传声器输入和幻象电源的处理器,此时现场调控可在计算机界面或外接面板上进行。最好选择传声器输入带智能混音的处理器,这样就有可能做到现场免调控了。

如果希望能够远程调试或控制,就要选择带网络接口的处理器,这样当系统出现某些问题时,不去现场也有可能将问题解决。如果使用了数字调音台等数字设备,可选择有AES/EBU等数字声频接口的处理器,以便直接用数字传输。还有,如果想用外接面板进行现场调控,要选有外接面板功能的处理器。

三、看性能

①频率响应:
20 Hz-20 kHz在±0.5 dB以内就可以了,一般处理器应该都没问题。  
②动态范围:
前面说过,它表明了噪声大小,因此这项指标显得比较重要。扬声器只要有几毫瓦功率的噪声在安静的环境下就能明显听到,所以动态范围至少达到100 dB,最好在110 dB以上。
③失真:
原则上当然越低越好,但实际上在0.01%以下就可以了。
④共模抑制比:
如果输入接线不长并远离电源线等,有40 dB就够了。但如果接线长而又离电源线比较近,最好能在80 dB以上。

四、看品牌

品牌这个主要引人而已,例如Rds的(内含链接)DSP 0808S/0808N音频处理器,由于采用了独特的后处理算法,噪声抑制算法可以快速而准确地追踪环境噪声变化的同时,还能保持很好的输出音质。噪声抑制达到-30db,语音几乎完全无失真。

五、合理使用音频处理器的好处

使用音频处理器,除具有降低峰值电平,提高平均调制度,增加边带波功率以增加响度的优点外,还有以下四方面的好处:

①可以解决由于录制、交换、不同节目内容及使用不同的录放设备而引起的节目电平差异较大的问题,而这在人工手动调整节目电平时难以很好解决。
②为建立语言节目和音乐节目之间的音量平衡创造了条件。
③可以对节目低潮时的弱信号进行一定量的放大,使之不被杂音成分淹没。通常节目中的高音成分的电平值较低,经处理后可得到适量提升,高音频成分不仅决定着节目的清晰度,而且与响度之间有着心理和生理上的复杂关系,由于清晰度的提高,使听众感到响度也增加了。
④立体声广播,其覆盖半径约为同功率等级发射状态的单声道广播的一半,采用音频处理器后,因边带波功率的增大,使接收载波场略低于要求的地方也有可能收到质量较高的信号,扩大了覆盖范围。

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