對音頻處理器幾項參數設置的分析

袁新杉

1 中波廣播簡介

中波廣播是我國廣播網的重要組成部分，其優(yōu)點是覆蓋范圍廣，傳播距離遠，頻譜利用率高（帶寬窄），固定接收和移動接收（允許車速1 000 km/h）有相同的質量。但是，它也有明顯的缺點，如很容易受到干擾導致傳輸質量一般。

中波廣播播出的信號流程如圖1所示。對于中波發(fā)射臺來說，要提高播出質量，重點是抓好發(fā)射機和天調系統(tǒng)。當發(fā)射臺建設完成后，發(fā)射機和天線系統(tǒng)也就基本固定了，所以，一線技術人員在日常工作中，都很重視發(fā)射機本身的三大技術指標和天調系統(tǒng)的匹配問題。如果根據實際能夠科學設置音頻處理器，對提高播出質量也大有幫助。

圖1 信號流程圖

2 音頻處理器

電臺播出的廣播節(jié)目既有語言類節(jié)目，又有音樂類節(jié)目，其動態(tài)音頻信號存在很大非線性。一般來說，語言類節(jié)目的動態(tài)范圍約20 dB，普通音樂節(jié)目的動態(tài)范圍約40 dB，而交響音樂的動態(tài)范圍約70 dB。對于發(fā)射臺來說，面臨的問題是，當發(fā)射機最大調幅度為100%時，小音頻電壓將被雜音電壓所掩蓋，而當參考最小音頻電壓定調制度時，大音頻電壓將使發(fā)射機過調制，發(fā)生過電壓、電流和音頻失真。

對于發(fā)射系統(tǒng)來說，既希望能夠準確還原節(jié)目本來的特點，又要確保發(fā)射機不會產生瞬時過調。音頻處理器作為重要的音頻前端設備，其主要作用是進行發(fā)射前的音頻預處理。它主要有動態(tài)壓縮和限幅功能，可以將動態(tài)變化范圍很大的節(jié)目信號壓縮到一個適宜范圍內。同時，優(yōu)秀的音頻處理器還具有音頻預加重功能、削波失真補償功能和非對稱輸出功能，這些功能用于補償收音機的音頻頻響特性，提高廣播播出響度和音質，提升發(fā)射機播出效果。

目前，陜西廣播電視臺第一發(fā)射臺（以下簡稱“我臺”）使用的音頻處理器為Orban公司生產的OPTIMOD-AM 9300（以下簡稱9300），這款音頻處理器是一款優(yōu)秀的音頻處理器。它的核心器件是Motorola DSP56367數字信號處理芯片。實現了全數字化，能夠滿足長波、中波和短波廣播的播出需要。因為在DSP中對音頻信號進行高速處理，所以，輸出的聲音非常干凈，品質好且穩(wěn)定，這是低端音頻處理器所不具備的。

圖2是9300的信號流程圖。從中可以看出，音頻信號經過高通濾波和低通濾波后，經過兩段AGC處理，然后通過均衡器（Equalizer）補償和修飾，并且對高頻信號進行預加重（Pre-emphasize）處理，接下來將信號分成5個頻段分別進行壓縮和限制，經過失真削減和超調補償（overshoot compensator）后，再次進行低通濾波，最后均衡后提供三路輸出。

3 幾項參數的設置分析

在9300中可供用戶設置的參數很多，這些參數也對發(fā)射機的工作及播出效果產生影響。為保護發(fā)射設備，在設置音頻處理器時，一定要將發(fā)射機關機，避免對發(fā)射機造成損害。下面將對幾個比較重要的參數進行介紹和分析。

3.1 截止頻率

截止頻率（Cutoff frequency）是指一個系統(tǒng)的輸出信號能量開始大幅下降的邊界頻率。9300在高頻端和低頻端各有一個截止頻率，分別稱為上截止頻率和下截止頻率。兩個截止頻率之間的頻率范圍稱為通頻帶。

從圖2可以看到，9300包括高通濾波器和低通濾波器。前者參照發(fā)射機指標設置，用以確保發(fā)射機不受意外損壞；后者則根據相應國標進行設置。目前，我臺使用的發(fā)射機Harris 3DX50和3DX100的頻率響應為50 Hz～10 kHz，所以高通濾波器和低通濾波器的截止頻率分別設為50 Hz和10 kHz。需要注意的一點是，有些版本的9300的低通濾波器設置范圍為4.5 kHz～9.5 kHz，所以只能設置為美國NRSC（全國廣播制式委員會）的默認標準9.5 kHz。

3.2 三頻段均衡器

均衡器（Equalizer）是一種可以分別調節(jié)各種頻率成分電信號放大量的電子設備，通過對各種不同頻率的電信號的調節(jié)來補償揚聲器和聲場的缺陷，補償和修飾各種聲源及其他特殊作用。

9300使用參數均衡器，能對低頻、中頻、高頻三個頻段進行調節(jié)，可選擇頻點、增益和頻帶寬度。合理的設置參數可以美化聲音，使音頻顯得豐富多彩，為收聽者提供更好的體驗。詳細的設置可通過軟件完成，如圖3所示。

圖2 9300框圖

圖3 參數均衡器的設置

低頻部分是音頻信號的基礎部分，其能量占整個音頻能量的70%。盡量使聲音顯得豐滿柔和，其增益可設為6 dB，經測試能提高400%的能量。不過要注意的是，超過6 dB后，會使聲音發(fā)悶，明亮度下降，鼻音增強。

中頻部分是最重要的頻段。如果調節(jié)的合適，就能使聲音顯得透徹明亮，不足時聲音朦朧。在目前的技術條件下從采集到傳輸都很好，Orban公司的技術人員建議不做大的修改。

高頻部分穿透力強，使聲音有層次感。可將頻點設置在4.4 kHz附近，用以提升高頻聲音的明亮度。

在傳播中，調幅廣播中的高頻信號會出現急劇衰減（rolloff）的問題，這是由于其的高頻信號在2 kHz開始衰減3 dB，之后最大衰減18 dB左右。所以，均衡器針對高頻專門進行預加重，其目的是用來加重高頻信號，以此改善這一現象。

設置增益控制決定曲線的高度，根據最大衰減情況，一般設置為18 dB。

設置曲線控制來設定響應的能力，設置參數在0～10。0的響應曲線最陡峭，而10比較平滑。具體情況可參考圖4。廠家建議設置為0。這一功能可以按照NRSC標準設置為固定的一階預加重，也可以設成三階可調的可調增益和曲線形狀。一般來說，如果對高頻部分加重的比較多，就要關閉less-more控制以避免失真。

圖4 增益控制響應曲線

3.3 多頻段壓縮處理

最初的壓縮器是全頻段的，即由一個增益控制元件來處理音頻信號。它的缺點是，當削減增益時，整個信號的電平均被降低。例如，當一段音頻信號中帶有噪音的低頻信號，壓縮器就會把當時所有聲音的電平通通降低，這樣會導致高頻信號被壓縮。如果壓縮比過高時，該段音頻就會顯得渾濁沉悶。

而多頻帶壓縮器把音頻信號分離為多個頻帶。音頻信號通過濾波器分頻后，不同頻帶的信號會被導入相對應的壓縮路徑進行加工，經過處理的信號隨后會被再次混合在一起。它的優(yōu)點在于，對某一頻帶中的噪聲信號處理不會導致其他頻帶增益的削減。例如，對低頻信號的噪音進行壓縮時，中頻與高頻信號不受影響。如今的多頻帶壓縮技術，在壓縮器后還設置一個峰值限制器，這樣可有效預防過沖或過量的電平。

9300采用5頻段壓縮處理，并接著完成限幅功能。此外，還包括一個單端動態(tài)降噪系統(tǒng)（DNR，dynamic noise reduction），它能降低信號中的噪聲，同時可以降低系統(tǒng)的本底噪聲，通常降噪量為10～14 dB，建議將其打開。

3.4 失真削減

9300在進行多頻段壓縮處理后，又通過失真削減器進一步減少失真。這是因為分頻后的信號經過混合后，仍會出現互調失真。需要注意的是，出廠設置是確定經過廣泛的實際測試得出的參數，一般情況下不要進行更改。例如，多頻帶削減（Multiband Clipper）和最終削減（Final Clip Driver）的設置，在經過對響度（loudness）和失真度（distortion）兩者進行權衡后，折衷的結果是將其均設為0 dB以取得較好的控制。

4 結語

提高中波廣播發(fā)射質量是一項系統(tǒng)工程，音頻處理器設置正確與否應主要由兩方面決定。一方面，看是否準確還原了節(jié)目，同時確保發(fā)射機無過調；另一方面，要由實際收聽效果決定，為此要兼顧聽眾使用的接收器材和收聽習慣，畢竟聽眾滿意才是根本。同時，我們不應過分夸大音頻處理器對響度和音質的作用。對于調幅廣播，提升發(fā)射功率并匹配好天線網絡，其作用是不言而喻的。隨著廣播事業(yè)的發(fā)展和技術水平的提高，以及對音頻處理器的深入理解，播出質量和播出穩(wěn)定性都會有進一步提高，從而為聽眾提供更穩(wěn)定的節(jié)目信號。

[1]道客巴巴.OPTIMOD-AM 9300 Operating Manual[EB/OL].(2012-06-14)[2018-01-05].http://www.doc88.com/p-215659571621.html.