數(shù)字化技術(shù)在演播室音頻及擴聲系統(tǒng)中的應(yīng)用

梁銳

（浙江廣播電視集團(tuán) 浙江省杭州市 310000）

在信息化的時代當(dāng)中，數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化以及標(biāo)準(zhǔn)化的需求和發(fā)展趨勢逐漸增加，在音頻行業(yè)當(dāng)中，用戶端需要實現(xiàn)集中的管理和分散使用之間的矛盾，從而減少現(xiàn)場化的操作難度，保證無人值守的可靠性。在市場當(dāng)中，出現(xiàn)了很多具有數(shù)字化功能的產(chǎn)品，因此在集成各類產(chǎn)品從而整合出一套完美的音頻系統(tǒng)成為了音頻擴聲系統(tǒng)當(dāng)中的重要難題，因此需要利用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的方式來實現(xiàn)音頻行業(yè)的有效發(fā)展。

1 擴聲系統(tǒng)

擴聲系統(tǒng)，可理解為把講話者的聲音放大對聽者進(jìn)行實時還原的方法，使得講話者和聽者處于同一個聲學(xué)環(huán)境當(dāng)中。在擴聲系統(tǒng)當(dāng)中，需要具備足夠的響度和清晰度，使得聲音可以均勻的覆蓋到聽眾范圍內(nèi)，同時又能不覆蓋沒有聽眾的區(qū)域。在完整的擴聲系統(tǒng)設(shè)計當(dāng)中應(yīng)涉及到音頻擴聲設(shè)備、聲場環(huán)境，聲源和周圍的聲環(huán)境，將聲音轉(zhuǎn)化成為電信號的話筒，放大信號的設(shè)備和對于信號可以進(jìn)行加工的設(shè)備以及傳輸線，可以將信號轉(zhuǎn)變成為聲信號的揚聲器以及聽眾區(qū)域的聲學(xué)環(huán)境。簡單來說，擴聲系統(tǒng)就是對聲壓不同的聲源進(jìn)行一定空間的還原和傳遞。聲音相關(guān)的基本物理屬性在擴聲技術(shù)當(dāng)中，涉及到了建筑聲學(xué)以及拾音技術(shù)當(dāng)中的電路信號知識，對聲音進(jìn)行擴出去的原則基礎(chǔ)是對聲音進(jìn)行拾取，利用聲音自身的頻率特點來進(jìn)行選擇出合適的拾音器進(jìn)行拾音，在擴聲技術(shù)的發(fā)展當(dāng)中，原先的聲音信號主要是由模擬的電信號來實現(xiàn)傳輸，從而引發(fā)拾音器當(dāng)中的振膜產(chǎn)生振動，最終產(chǎn)生電信號現(xiàn)象。

在演播室的擴聲系統(tǒng)當(dāng)中，從聲源以及信號源的走向方面對演播室當(dāng)中的人聲樂器在內(nèi)的現(xiàn)場拾音信號都屬于模擬信號，放音設(shè)備屬于數(shù)字信號，比如CD 等，此種信號在調(diào)音臺的控制下實現(xiàn)信號的分配混合送到不同的還音設(shè)備當(dāng)中，但是在這個過程當(dāng)中需要對數(shù)字信號和模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在電信號所形成的模擬音頻信號當(dāng)中，在信號的走向方面缺乏屬性的改變，在設(shè)備之間進(jìn)行傳送的音頻信號都屬于電信號，在設(shè)備對其進(jìn)行改變的過程當(dāng)中主要是對電進(jìn)行改變。在這個過程當(dāng)中，需要保證設(shè)備之間的兼容性和設(shè)備自身的質(zhì)量問題，避免在任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題造成聲音的損失現(xiàn)象。

2 數(shù)字化擴聲工藝

在數(shù)字化之后的擴聲設(shè)備對于其聲音信號的進(jìn)行做出了改變，利用高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器對模擬的音頻信號進(jìn)行了采樣，之后進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換成為不同種類代碼編寫的二進(jìn)制數(shù)字信號。數(shù)字信號在設(shè)備之間利用代碼的方式進(jìn)行傳播，因此原則上信號屬于相對干凈的，因此在原始信號的質(zhì)量方面可以得到良好的保存。在符合傳輸標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字信號傳輸當(dāng)中，不會受到距離傳輸、線纜長度以及信號失真等影響。在數(shù)字信號經(jīng)過一系列數(shù)字效果器運算之后輸出帶有效果的信號，其屬于描述聲音的數(shù)字，不再是單純的物理意義聲音，因此在數(shù)字?jǐn)U聲系統(tǒng)當(dāng)中，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題導(dǎo)致的不再是模擬信號表現(xiàn)出的信號“軟”失真現(xiàn)象，而是由于傳輸線路等導(dǎo)致的短路無聲現(xiàn)象或者數(shù)字信號電平衰減識別失敗等“硬”失真現(xiàn)象。

擴聲技術(shù)的數(shù)字化方式當(dāng)中，其兼容性相對良好，對于信號的走向變化可以直觀的管理，數(shù)字設(shè)備之間兼容性也大大提升，不會出現(xiàn)模擬設(shè)備的不穩(wěn)定情況導(dǎo)致的信號不穩(wěn)定現(xiàn)象。在擴聲系統(tǒng)當(dāng)中，大部分都會與視頻合作，比如晚會、演唱會、音樂會錄制等，實現(xiàn)擴聲和錄制播出的目標(biāo)，屬于較為龐大的工程，擴聲系統(tǒng)和攝像錄音工程合作的過程當(dāng)中，在音頻和視頻方面利用數(shù)字化技術(shù)方式之后會顯得更加默契高效。

在擴聲常用設(shè)備當(dāng)中，主要是對音頻處理設(shè)備進(jìn)行一下分析。在數(shù)字化的過程當(dāng)中音頻設(shè)備方面的變化最大。在音頻處理設(shè)備當(dāng)中，包含了均衡器、混響器、演示器、移頻器、壓限器、激勵器以及反饋抑制器這幾個部分。在模擬均衡器當(dāng)中，主要是利用模擬電路來實現(xiàn)對電信號的改變，在串聯(lián)諧振式電路晶體管放大器之間利用隔直電容的方式，對于電極和發(fā)射極之間進(jìn)行音調(diào)控制電位器的連接。在電位器的中心位置處利用LC 的串聯(lián)組成的諧振電路。在參數(shù)均衡器的技術(shù)指標(biāo)當(dāng)中，具有中心頻率、控制范圍、Q 值調(diào)節(jié)范圍、轉(zhuǎn)折頻率以及斜率這幾個部分，在電路組成的物理屬性當(dāng)中，對于制造工藝的要求以及電路設(shè)計的水平會對均衡器自身的品質(zhì)產(chǎn)生重要的影響。在串聯(lián)諧振式的均衡器當(dāng)中主要是利用電位器來進(jìn)行電極輸出量進(jìn)行調(diào)整，以此來改善其中的缺點和不便。在數(shù)字式的均衡器當(dāng)中，主要是對數(shù)模轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字音頻信號做出處理，也就是利用處理器在不同的算法當(dāng)中，實現(xiàn)一串二進(jìn)制的音頻信號編碼。在數(shù)字形式當(dāng)中，代替了電位器電阻等電器器件的功能，利用數(shù)字信號代替電信號的方式有效的省卻了晶體管放大器以及電容等原件，對于硬件來說其依賴程度得到了降低，在穩(wěn)定程度方面也相對比較高，避免了電子元件的誤差影響造成失準(zhǔn)的缺點。

3 音頻擴聲系統(tǒng)的常見問題及原因

3.1 阻抗問題

阻抗問題當(dāng)中，主要包含了阻抗匹配或者阻抗失配。阻抗的匹配主要指的是電信號在傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，前級后級設(shè)備之前的阻抗特定的比例關(guān)系，在音頻擴聲系統(tǒng)當(dāng)中具備了廣泛的意義。在放大器向揚聲器進(jìn)行信號輸送的過程當(dāng)中，需要功率放大器和揚聲器的標(biāo)稱阻抗相適應(yīng)，被稱之為阻抗匹配。在系統(tǒng)當(dāng)中處于阻抗匹配的工作狀態(tài)下時，可以最大限度的保障功放的輸出最大功率可以完全的輸出到揚聲器當(dāng)中。

表1：設(shè)備配置表

在常見的拾音器和后期音頻處理的設(shè)備進(jìn)行相互連接的過程當(dāng)中，需要實現(xiàn)信號可以最大限度的傳輸?shù)胶蠹壴O(shè)備當(dāng)中，因此需要保證前后級的設(shè)備標(biāo)稱阻抗的差距相對較大，也就是阻抗失配現(xiàn)象。此種現(xiàn)象在模擬音頻系統(tǒng)當(dāng)中比較常見，對于音頻處理設(shè)備來說前一級可以將電信號輸送給后一級，造成阻抗失配的效果。在一般情況下，后一級的設(shè)備輸入的阻抗對比前一級的設(shè)備輸出的阻抗來說要高出10 到20 倍以上，此種現(xiàn)象的阻抗適配可以保證系統(tǒng)輸出的信號具備足夠大的信噪比。在功率放大器進(jìn)行連接音箱的時候，老式電子管機需要選擇和輸出端的標(biāo)稱阻抗一致或者接近的音箱設(shè)備，在晶體管以及D 類功放放大器方面則不需要，可以連接任何阻抗的音響設(shè)備且配接不會產(chǎn)生影響，只需要注意功放所允許的最小負(fù)載阻抗就可以。

3.2 電平問題

在音頻擴聲系統(tǒng)當(dāng)中，電平主要指的是電壓電平，屬于電壓和參考電壓之比的常用對數(shù)和20 相乘的結(jié)果，也就是即電壓電平 =20lg(U1/U2)，以分貝（dB）為單位。在音頻設(shè)備連接的過程當(dāng)中，需要對電平的匹配進(jìn)行重點關(guān)注。如果不關(guān)注設(shè)備之間的連接質(zhì)量，則會出現(xiàn)電平的不匹配現(xiàn)象，以此來引起系統(tǒng)電平的不足或者系統(tǒng)電平的過載現(xiàn)象，對于音頻擴聲系統(tǒng)來說可能造成嚴(yán)重的失真現(xiàn)象，引起系統(tǒng)的不工作。如果系統(tǒng)本身長期處于失真的現(xiàn)象，則也就相當(dāng)于信號在功率放大器的作用下進(jìn)行放大之后傳輸給音箱設(shè)備，對于音箱當(dāng)中的發(fā)音單元可能會造成損壞現(xiàn)象。

在電平的匹配問題方面，需要系統(tǒng)設(shè)計的重要關(guān)注。在系統(tǒng)搭建的過程當(dāng)中需要配合設(shè)備前后級參數(shù)來對系統(tǒng)電平達(dá)到匹配現(xiàn)象。在系統(tǒng)搭建完成之后，需要系統(tǒng)調(diào)試工程師根據(jù)自身系統(tǒng)設(shè)備的性能特點以及系統(tǒng)的聲環(huán)境，來對整體系統(tǒng)的電平實現(xiàn)統(tǒng)一的調(diào)試和測試，使得電平的匹配程度達(dá)到最佳狀態(tài)，最終滿足音頻擴聲系統(tǒng)的需求。

3.3 平衡與非平衡傳輸方式

平衡和非平衡的傳輸方式主要是指的是音頻系統(tǒng)在信號傳輸過程當(dāng)中的連接方式，屬于音頻設(shè)備相互連接的重要問題。在擴聲系統(tǒng)當(dāng)中，一臺設(shè)備進(jìn)行端子的輸入，和在同一個接地點當(dāng)中具備相同的內(nèi)阻抗的其他設(shè)備輸出的端子進(jìn)行連接。在信號傳輸?shù)倪^程當(dāng)中，線路傳輸兩個數(shù)字值的大小處于相等但是極性相反的信號。在專業(yè)的音頻系統(tǒng)當(dāng)中，音頻信號傳輸主要利用平衡傳輸?shù)姆绞?，其外部的干擾源對于平衡線纜內(nèi)部的兩根信號線所產(chǎn)生的共模干擾電平對于地環(huán)路處于一致的狀態(tài)。在后級設(shè)備的輸入端當(dāng)中，利用兩根信號線當(dāng)中的共模電壓進(jìn)行差模電壓的相互轉(zhuǎn)換和抵消，因此其中存在的干擾噪聲就會消失。因此在利用平衡傳輸?shù)姆绞疆?dāng)中，信號傳輸?shù)木€路不會受到外界的電磁噪聲干擾。

在不同的設(shè)備之間進(jìn)行相互連接的過程當(dāng)中，前級設(shè)備當(dāng)中的平衡輸出端口和后級設(shè)備的不平衡輸入端口處于相連接的狀態(tài)下，如果利用不帶屏蔽層的雙心線纜進(jìn)行設(shè)備的直接連接，其音頻回路當(dāng)中很容易引入各種的噪聲。因此在平衡或者非平衡的傳輸方式當(dāng)中，都需要利用屏蔽層的雙芯電纜來進(jìn)行信號傳輸。各種接頭下的屏蔽層在平衡輸出或者輸出的一端接地，在非平衡的接頭端當(dāng)中，屏蔽層處于懸空的狀態(tài)當(dāng)中，如圖1 所示。

圖1：平衡端與非平衡端連接

4 實際案例

4.1 項目背景

在本文當(dāng)中，主要利用某電視臺的演播廳作為主要的研究對象，該演播室的面積為670 平方米，負(fù)責(zé)各種綜藝節(jié)目的直播或者錄制，其中包含了綜藝、歌舞以及訪談類等電視節(jié)目的制作。在演播廳改造的過程當(dāng)中，提供了真實、自然以及優(yōu)美的聽覺藝術(shù)享受，對于其演播廳進(jìn)行擴聲系統(tǒng)的改造和升級。在新的擴聲系統(tǒng)當(dāng)中，主要是實現(xiàn)多功能的擴聲，滿足綜藝節(jié)目頻道和總臺其他大型的綜藝節(jié)目制作的需求和要求。

4.2 方案設(shè)計

在本文當(dāng)中，需要改造優(yōu)化該廣播電臺當(dāng)中原本存在的擴聲系統(tǒng)，改造過程當(dāng)中涉及到了多個方面的因素，比如和現(xiàn)有設(shè)備的銜接、最大限度的利用現(xiàn)已敷設(shè)的線纜等。在設(shè)計的過程當(dāng)中，需要考慮到擴聲系統(tǒng)是整體音頻系統(tǒng)還音的最終環(huán)節(jié)部分，在擴聲的聲壓級、聲場的均勻程度、傳輸頻率的特點、相位的相應(yīng)特點以及聲頻的覆蓋角度等多方面。在進(jìn)行設(shè)備配置的過程當(dāng)中，主要利用主擴音響和超低頻，兩者一起掛吊的方式，來保證每個聲道可以獨立覆蓋全場范圍，配合觀眾的補聲揚聲器，來形成一個完整的聲場，以此來滿足各種形式的演出。在設(shè)備分布方面，前部區(qū)域的舞臺當(dāng)中音箱可以根據(jù)要求來進(jìn)行流動式的擺放，音箱的分組分為主擴、觀眾補聲、舞臺流動反送、樂隊反送、觀眾流動補聲這幾個方面，其分組分別為2、2、4、2、4，在此種現(xiàn)象的信號線和調(diào)音臺底層母線設(shè)置以及擴聲切換器方面都可以得到最大限度的減少更改，以此來避免對現(xiàn)有系統(tǒng)的部分功能產(chǎn)生影響。

在左右兩側(cè)的主擴聲線陣列當(dāng)中需要配置一只超低頻的揚聲器，可以對擴聲系統(tǒng)的低頻下限以及震撼力的增加起到有效的作用。在舞臺區(qū)域當(dāng)中的臺唇部分設(shè)置補聲揚聲器，保證臺口部分的平均分布。在哈斯效應(yīng)原理的基礎(chǔ)上，利用臺唇部分的補聲揚聲器，來消除前部區(qū)域的死角和減弱觀眾聲像的壓頂感覺的作用。在演播廳的擴聲系統(tǒng)當(dāng)中，主要是服務(wù)于舞臺當(dāng)中的演員，演出形式多變的情況下，其情況也會產(chǎn)生很大的差別，因此需要滿足多方面的使用需求，在揚聲器方面，需要利用流動或者固定安裝的方式來提供整個舞臺的聲場全覆蓋。

4.3 施工

首先在設(shè)備的施工方面，對于音箱和功放選擇了Martin-Audio的系列套組，其具體型號和配置表如表1 所示。

4.4 細(xì)節(jié)環(huán)節(jié)

在施工的過程當(dāng)中，需要對演播室現(xiàn)場的尺寸、聲場環(huán)境、燈柵設(shè)備的懸掛層進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，以此來確定主擴先陣列懸掛的吊點和吊裝結(jié)構(gòu)，對原先的穿線槽以及接口盒進(jìn)行位置的確定之后，才可以對演播廳內(nèi)部的實際穿線位置和接口盒以及線架的安裝位置做出確定。

4.5 系統(tǒng)應(yīng)急

在系統(tǒng)的安全可靠性方面，該演播廳的670 平方米的演播廳新擴聲系統(tǒng)當(dāng)中利用兩級安保措施，采用主備調(diào)音臺信號切換系統(tǒng)和功放備用系統(tǒng)，在系統(tǒng)當(dāng)中進(jìn)行配置高可靠性的主備切換器Radial SW-8，以此來防止主調(diào)音臺出現(xiàn)故障的時候，利用手動切換到備用的調(diào)音臺當(dāng)中。在電源屬于設(shè)備的薄弱環(huán)節(jié)，因此在主備信號切換器當(dāng)中進(jìn)行了備用電源適配器的配備。在主擴聲線的陣列揚聲器和返聽方面利用不同型號的功放來實現(xiàn)，因此需要進(jìn)行額外配置一臺多通道DSP 功放來作為備用。并且功放對于內(nèi)置的對應(yīng)音箱參數(shù)和系統(tǒng)配置做出了預(yù)制，如果其中一臺功放在出現(xiàn)故障現(xiàn)象的時候，可以實現(xiàn)迅速的切換和更換。在主擴線陣列之外的其他音箱都是配備同規(guī)格并且具有足夠的功率余量的多通道DSP 功放來實現(xiàn)，從而可以避免功放由于滿負(fù)荷工作產(chǎn)生過熱，對于系統(tǒng)的可靠性可以得到進(jìn)一步的提升。

4.6 系統(tǒng)運行

新的擴聲系統(tǒng)在三個周的施工期內(nèi)實現(xiàn)了拆舊、清理、懸掛以及安裝調(diào)試培訓(xùn)和測試，各個設(shè)備的工作需要保持穩(wěn)定可靠的現(xiàn)象，滿足不同節(jié)目的分區(qū)返送以及分區(qū)調(diào)試的需求，在語言的清晰程度方面較高，且音質(zhì)也相對良好。

5 結(jié)束語

綜上所述，在擴聲系統(tǒng)音頻系統(tǒng)當(dāng)中，需要在系統(tǒng)設(shè)備和設(shè)備安裝調(diào)試等方面根據(jù)其實際情況來進(jìn)行調(diào)試，保證其平衡傳輸方式和電平匹配以及設(shè)備合理接地。對于系統(tǒng)在使用過程當(dāng)中利用正確合理的系統(tǒng)連接方式使其保持良好工作性能，避免由于各方面外界因素產(chǎn)生的影響。在滿足成本要求的狀態(tài)下，使其音頻設(shè)備以及擴音系統(tǒng)保持正常的運行。