淺析音頻系統(tǒng)原理及應(yīng)用實(shí)踐

陸鵬飛 江衛(wèi)芳

（景德鎮(zhèn)廣播電視臺技術(shù)中心，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

現(xiàn)代電視系統(tǒng)大致地說由視頻和音頻兩大部分組成，從所占帶寬方面來說音頻占比不到10%，但有一句廣告語說得好：沒聲音再好的戲也出不來?？梢娐曇舻闹匾浴１救嗽趶V電行業(yè)工作多年，遇到和解決過此類問題多次，下面就結(jié)合本人的實(shí)踐工作談?wù)剬@方面的認(rèn)識。

一、音頻信號的基本單位及含義

要了解音頻必須要先了解聲音的基本單位：分貝（dB），在音頻領(lǐng)域，我們經(jīng)?？梢钥吹絾挝挥衐BdBVdBudBFS,這么多的單位它們之間有何不同？讓我們來一個(gè)一個(gè)看：

（一）dB基本單位，1924年，AT&T公司與歐洲“長距離電話國際委員會(huì)”決定統(tǒng)一電話音頻傳輸中的損耗標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定功率比例對應(yīng)的指數(shù)，為方便計(jì)算，指數(shù)以10 為底，計(jì)算公式為：

其中P 為末端功率，P0 為原始功率，例如：原始功率為10W，經(jīng)過放大后達(dá)到1000W，那么Lp=20，放大了20 分貝，注意分貝只是衡量比例大小的參數(shù)，是相對值。

（二）dBVV 是電壓單位，由于音量和電壓對等的關(guān)系，所以dBV 能很直觀的反應(yīng)出音量，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定1V=0 dBV，如果某設(shè)備輸出的電壓是4V，那么換算出來就是12 dBV

（三）dBu 這里就得先認(rèn)識一個(gè)古老的設(shè)備：VU 表

VU 表是用來測量音量，防止音量超標(biāo)的，它測量的是功率，起初VU表的0 代表0dBm：

由于當(dāng)時(shí)電話行業(yè)的阻抗為600 歐姆，根據(jù)歐姆定律可以換算出0VU表對應(yīng)的電壓是：

于是：0dBu=0.775v

后來考慮到VU 表本身對電路的影響，修正為0VU=+4dBu ≈1.23V。

（四）dBFS 它出現(xiàn)得比較晚，是音頻數(shù)字化后才有的單位，它表示的是能夠數(shù)字化轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)范圍，它和上述模擬音頻單位的最大不同是它有最大值（0dBFS）但卻沒有最小值，我國廣播電視行業(yè)關(guān)于數(shù)字音頻設(shè)備滿度電平的規(guī)定為：0dBFS 對應(yīng)模擬信號的+24dBu，因模擬信號采用+4dBu 作為0VU，0VU 就對應(yīng)于-20dBFS，那么超過0dBFS 會(huì)怎么樣？-------直接削波！

二、模擬音頻信號的傳輸方式

除了上述音頻單位之外還有一個(gè)很重要的理論點(diǎn)就是音頻的傳輸類型-----非平衡與平衡。

聲波轉(zhuǎn)變成電信號后，如果直接傳送就是非平衡信號，如果把原始信號復(fù)制并反相（相位差為180 度），然后同時(shí)傳送反相的信號和原始信號，就叫做平衡信號。

非平衡信號傳輸只需兩個(gè)端子，即：信號端和接地端，采用同軸電纜傳輸，目的是抗干擾，常見的接口有RCA，BNC,TS 等。由于非平衡方式僅采用了電纜屏蔽層抗干擾，無法抑制共模干擾，所以連接線一般不能超過20 米。

三、數(shù)字化音頻

在模擬系統(tǒng)中，聲音的變化反應(yīng)在電路中是信息變化規(guī)律直接反映在模擬信號的幅度、頻率和相位的變化上，這種方式優(yōu)點(diǎn)十分明顯，那就是電路簡單，電路中大多數(shù)是線性放大電路，而且沒有延時(shí)問題，還具有精確的分辨率，在理想情況下，它具有無窮大的分辨率。它可以對自然界物理量的真實(shí)值進(jìn)行盡可能逼近的描述。所以模擬音頻信號的聽感優(yōu)異。但缺點(diǎn)也同樣明顯，放大電路功耗大，調(diào)試?yán)щy、易失真，抗干擾能力差等等。

隨著電子工業(yè)的快速發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路的應(yīng)用，數(shù)字音頻技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，數(shù)字化音頻是將前端拾取的模擬音頻信號進(jìn)行采樣、保持、量化、編碼等數(shù)字化處理，其中對音質(zhì)影響較大的環(huán)節(jié)是采樣和量化，采樣可以簡單地理解成從時(shí)間軸上對信號進(jìn)行分割，采樣環(huán)節(jié)的采樣頻率越高，那么輸出的信號就越接近原始信號，目前無線電廣播的采樣率為22KHZ,音頻CD 及電腦聲卡一般采樣44.1KHZ,數(shù)字電視高清數(shù)字電視則采樣48KHZ 和96KZH 或更高。

量化則是從縱軸的信號幅度上對信號進(jìn)行分割，并對電壓信號幅度上連續(xù)取值的每一個(gè)樣本轉(zhuǎn)換為離散值表示。其量化過后的樣本是用二進(jìn)制表示的，此時(shí)可以理解為已經(jīng)完成了模擬信號到二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換。通常的精度有8bit，16bit，24bit，32bit 等，數(shù)位越高當(dāng)然質(zhì)量越好。

數(shù)字音頻信號的抗材料本身干擾和環(huán)境干擾的能力比模擬信號強(qiáng)，即使因干擾信號的值超過閡值范圍而出現(xiàn)了誤碼，只要采用一定的編碼技術(shù)，也很容易將出錯(cuò)的信號檢測出來并加以糾正因此，與模擬信號相比，數(shù)字信號在傳輸過程中具有更高的抗干擾能力，更遠(yuǎn)的傳輸距離，且失真幅度小,更重要的是其在多代復(fù)制后，不會(huì)有失真的問題。

四、常用音頻接口類型及定義

（一）卡農(nóng)接口（XLR）

卡農(nóng)常見于各類專業(yè)設(shè)備中，在音頻領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中常用來連接麥克風(fēng)以及設(shè)備間的信號傳輸，由于它有三個(gè)端子，所以一般作為平衡信號的傳輸。其中1針腳為接地端，2為信號正極（熱端），3為信號負(fù)極（冷端）。當(dāng)其作為麥克風(fēng)接口時(shí)，接口信號電平一般是－60dBu 當(dāng)其作為線路LINE連接時(shí)，接口信號電平一般為+4dBu.

（二）蓮花接口（RCA)

蓮花接口廣泛應(yīng)用于各類專業(yè)及民用設(shè)備中，既可以用于傳輸音頻信號也可以傳輸視頻信號，當(dāng)作為音頻接口時(shí)，傳輸?shù)氖欠瞧胶庑盘?，接口的芯線為信號正極（熱端），外殼為信號接地，接口信號電平一般為-10dBV。

（三）6.35 大三芯/大二芯接口（TRS/TS）

此種接口常見于調(diào)音臺或功放等音頻設(shè)備中，其中大二芯為非平衡接口，前面端部為信號正極，外殼為信號接地，一般用于話筒及音頻線路的連接，大三芯一般用于平衡音頻信號或立體聲耳機(jī)的連接。接頭分為三節(jié)，前面端部為信號正極（熱端）或立體聲的左聲道，中間的環(huán)狀為信號負(fù)極（冷端）或立體聲的右聲道，外殼為信號接地。

值得注意的是：接口的類型和信號之間沒有必然確定的關(guān)系，例如：卡農(nóng)接口可以傳輸LINE 線路信號，也可以傳輸麥克風(fēng)MIC 信號，大三芯接口可以傳輸平衡的音頻線路信號，但作為立體聲耳機(jī)接口時(shí)，它傳輸?shù)木褪莾陕贩瞧胶庑盘枴?/p>

五、不同類型接口的轉(zhuǎn)換連接定義

在實(shí)際應(yīng)用中，不同接口間的線路連接轉(zhuǎn)換十分常見，而這也是最容易出問題的環(huán)節(jié)，特別是平衡接口和非平衡接口互連，更是線路連接的故障高發(fā)地帶，下面簡單介紹一下這方面的接線方法（見下表）

由于現(xiàn)在的設(shè)備輸出端基本都采用低阻抗輸出模式，所以在進(jìn)行設(shè)備連接時(shí)無需再考慮阻抗匹配的問題。

有一種特殊情況就是當(dāng)設(shè)備的輸出端采用變壓器耦合平衡輸出方式（老式設(shè)備會(huì)采用），而輸入端采用非平衡方式時(shí)，應(yīng)該把輸出端的冷端（信號負(fù)極）和接地端連接在一起。

六、實(shí)際應(yīng)用中常見故障及解決

在了解了音頻的基本理論和具體連接應(yīng)用方法后，對日常遇到的故障現(xiàn)象就能分析其原因，找出解決方法。

下面列舉幾種常見的問題及解決方法

（一）交流聲干擾

這種現(xiàn)象常見于非平衡式傳輸連接，原因一般是連接線過長；信號線與電源線并行引起干擾；接口的屏蔽端接觸不良等等，音頻信號線在鋪設(shè)中應(yīng)避免長距離與強(qiáng)電線路并行，屏蔽層應(yīng)與設(shè)備的外殼可靠連接。

（二）蓮花輸出直接連線到卡農(nóng)輸入時(shí)，聲音偏小

這是由于蓮花接口的信號電平一般是-10dBV 而卡農(nóng)接口的信號電平是+4dBu兩者相差約12dB，輸入信號幅度遠(yuǎn)低于卡農(nóng)接口要求，所以聲音偏小，正確的連接方式是通過有源的平衡---非平衡轉(zhuǎn)換放大器來進(jìn)行連接。

（三）連接到卡農(nóng)接口的信號過大，嚴(yán)重失真

卡農(nóng)接口既可以連接平衡式音頻線路信號（LINE），也常用來連接話筒(MIC)，在設(shè)備中他們通常共用同一個(gè)接口，并在信號通道中設(shè)置放大器轉(zhuǎn)換開關(guān)，使用時(shí)應(yīng)根據(jù)所接信號類型正確設(shè)置開關(guān)，出現(xiàn)上述情況一般是由于信號來源是(LINE),而開關(guān)位置錯(cuò)誤地設(shè)置為MIC 狀態(tài)，引起內(nèi)部放大器過載產(chǎn)生失真。

七、實(shí)物圖例舉常見開關(guān)設(shè)置

本人在日常工作中所遇到的音頻連接問題中，尤其以攝像機(jī)居多，下面就列舉一款常見的攝像機(jī)，介紹其音頻接口和開關(guān)的正確使用方法。

例、索尼PXW-X280 攝錄一體機(jī)

該機(jī)音頻部分涉及兩處，一處是位于機(jī)身右前部的接口，另一處是機(jī)身左后部開關(guān)設(shè)置。如圖所示：

A:音頻輸入接口

B：信號源選擇開關(guān)

C:信號通道選擇開關(guān)

D:信號增益選擇開關(guān)

E:手動(dòng)增益旋鈕

需要外接話筒時(shí)，將話筒連接線連接至A，先確認(rèn)話筒類型，如果是動(dòng)圈話筒或內(nèi)置電池類話筒，則將B 置于MIC 處，如果是需要幻象供電話筒，則將B 置于MIC+48V 處，然后將信號通道選擇開關(guān)C 置于EXT 處。如采用自動(dòng)音量控制，則將D 置于AUTO 處（此時(shí)E 旋鈕無效），如需手動(dòng)控制音量大小，則將D 置于MANU 處，并通過旋鈕E 調(diào)整音量至適當(dāng)。

使用內(nèi)置話筒時(shí)，則將C 置于INT 處，此時(shí)將通過機(jī)身前部的內(nèi)置話筒拾音。D 和E 設(shè)置同上。

連接線路信號時(shí)，將B 置于LINE 處，C 置于EXT 處，D 和E 設(shè)置同上。

由于市場中機(jī)型種類繁多，這里不能一一列舉，不同機(jī)型或品牌對接口和開關(guān)的表述雖然不同，但功能大致一樣，只需牢記各種接口輸入和輸出的信號電平規(guī)格，進(jìn)行連接時(shí)要保持一致，并采用正確的線路和標(biāo)準(zhǔn)的工藝，這類“小”問題就能迎刃而解。