第3章 调音台.ppt
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1、第3章 调音台,3.1 概述 3.2 调音台的基本原理 3.3 调音台实际应用,3.1 概 述,调音台实际上是一个音频信号混合控制台(Audio Mixing Controler),也称作调声控制台。它是包括录音、扩声等音响系统的控制中心,它不仅是声音信号的调度司令台,而且是各种警示信号、监听信号的控制司令台。通常我们所说的调音,其中一个主要步骤就是根据声源(或者说节目)的特点对调音台进行操作。,调音台可以接受多路不同阻抗、不同电平的输入声源信号,并对这些信号进行放大及处理,然后按不同的音量对信号进行混合、重新分配或编组,产生一路或多路输出。通过调音台还可以对各路输入信号进行监听。,3.1.1
2、 调音台的主要功能 1.放大 调音台的首要任务是对来自话筒、卡座、电子乐器等声源大小不等的低电平信号按要求进行放大。在放大过程中还必须对信号进行调整和平衡,所以信号经放大后有可能还要对其适当加以衰减,然后再次放大,最后达到下级设备所需要的电平。一般,调音台内设置的放大器有:前置放大器,也称输入放大器;,节目放大器,也称混合放大器或中间放大器;线路放大器,也称输出放大器。对调音台放大器的质量要求很高,要求有优良的电声指标(包括频率响应、谐波失真及信噪比等),并要能与不同的节目源(即声源)设备相匹配。,2.混合 调音台具有多个输入通道或输入端口,例如连接有线话筒的话筒(MIC)输入、连接有源声源设
3、备的线路(LINE)输入、连接信号处理设备的断点插入(INSERT)和信号返回(RETERN)等。调音台将这些端口的输入信号进行技术上的加工和艺术上的处理后,混合成一路或多路输出。信号混合是调音台最基本的功能,从这个意义上讲,调音台又是一个“混音台”。,3.分配 调音台通常都具有多个输出通道或输出端口。主要包括:单声道(MONO)输出,立体声(STEREO)主输出,监听(MONITOR)、辅助(AUX)、编组(GROUP)输出等。调音台要将混合后的输入信号按照不同的需求分配给各输出通道,为下级设备提供信号。同时,要求接通或断开某输出通道时,不能影响其它输出通道。,4.音量控制 由于调音台输入和
4、输出都具有多个通道,因此需要对各通道信号进行音量控制,以达到音量平衡,这也是调音台的重要功能之一。在调音台中,音量控制器一般称作衰减器。现代调音台的衰减器通常采用线性推拉式电位器,俗称推子。,5.均衡与滤波 由于放(录)音环境(如建筑结构等)对不同频率成分吸收或反射的量不同,再加上音响元器件或整机设备的电声指标不完善,从而使话筒拾音或扩声系统放音出现“声缺陷”,影响节目的艺术效果;有时,演员或乐器也可能因声部不同而对放(录)音的要求有异。因此,调音台的每一个输入通道都设有均衡器或滤波器,通过调整可以弥补“缺陷”,提高音频信号的质量,以达到频率平衡这一基本要求。在现代音响设备中,还专门配备有多段
5、频率均衡器设备。,6.压缩与限幅 调音台输入声源的信号电平和动态范围各不相同,电声器件也会导致信号的非线性失真。因此,在调音台放大器电路上要采取相应措施,例如在线路放大器上采用扩展、压缩、限幅放大电路等。有些调音台还专门为了平衡动态范围而设置了“压缩/限幅器(Compressor/Limiter)”。现代音响设备中也有专门的压缩/限幅器、扩展器等设备供选择。,7.声像定位 调音台各输入、输出通道都有一个用于声像方位(Panorama)选择的电位器,称为声像电位器或全景电位器。用它来调节信号在立体声左、右声道的立体声分配或制造立体声效果,使声源具有立体声方位感。,8.监听 在对调音台进行调音的过
6、程中,要经常对声源信号和经过加工处理的音色质量进行监测,为系统调音提供依据。一般在调音台上都设有耳机插孔和相应的音量控制电位器,可以单独监听各路输入信号或输出信号,也可以有选择地监听混合信号。有条件时(如在音控室)还可以通过调音台某输出端口用扬声器系统实施总监听。,9.信号显示 调音台上均设有音量表或数字化发光二极管指示光柱,以便调音师在监听的同时,可以通过视觉对信号电平进行监测。利用音量表或发光二极管的指示,并结合音量控制电位器的位置,以判断调音台内各部件是否正常工作。并可以观察按艺术要求对信号进行的动态压缩。音量表一般采用准平均值音量表,即VU表,也有选用准峰值(PPM)表的,较高档的还设
7、有转换开关,可改变两种数值的显示。现代调音台,特别是高档产品,更多地使用数字化发光二极管指示光柱,使视觉监测更加方便。,10.振荡器测试 为了检验音响系统的技术指标及工作状态,有些调音台内部设置了振荡组件作为测试声源,产生音频振荡信号供试机使用。一般调音台提供一个1kHz声源,高档调音台可提供10kHz、1kHz、100Hz、50Hz四个频率的声源,有些高档调音台甚至可以提供试机用的粉红噪声。,11.通信与对讲 调音台上还专门设有一个通信话筒接口,可接入一个动圈式话筒,供音响操作人员与演出单位对讲使用。当开启调音台上的对讲开关时,除接通通信话筒外,同时将其它话筒从节目传送系统转接到通信对讲系统
8、。以上所述的各种基本功能,并非所有调音台都具备,而是根据调音台的档次不同及使用场合不同而定。例如,用于录音制作和剧院演出的大型专业调音台,其具备的功能较多,结构也较复杂,价格昂贵;而一般娱乐用调音台就相对简单一些。,3.1.2 调音台的分类 调音台的种类很多,并且有多种不同的分类方法。按其使用形式可分为大型固定式调音台、中小型半固定式调音台和小型便携式调音台等。按其用途可分为录音调音台和扩音调音台等。通常录音调音台主要用于录音棚的录音制作系统,其功能较多,结构也非常复杂。本书主要讨论用于扩声系统的扩音调音台。,就扩音调音台而言,按其功能和结构不同又可分为普通调音台、编组输出调音台、带混响和功放
9、的调音台。普通调音台结构比较简单,通常只有立体声主输出、单声道输出和辅助输出等,均衡器段数也较少;编组输出调音台的结构相对较复杂,除具有上述输出外,还带有四个以上的编组输出或矩阵输出等,均衡器段数也较多且具有扫频功能;带混响和(或)功放的调音台一般是在普通调音台的基础上增加了混响器和(或)音频功率放大器,是一种混响和(或)功放一体化调音台。,调音台还可按其使用场合不同划分出更多的种类:如录音棚用的大型专业录音调音台;剧院、音乐厅等用的大型专业扩音调音台;现场采访或实况转播用的中小型移动式或便携式调音台;一般歌舞厅用的中小型娱乐级扩音调音台等。还有卡拉OK厅专用的AV混音控制台及家用卡拉OK放大
10、器、卡拉OK伴唱机等,严格说来,这类设备在专业上不能称其为调音台,但它们都具有与调音台类似的混音功能。,3.1.3 调音台的结构 调音台一般都有多个输入端口和多个输出端口,同时还设有与各端口相对应的多个控制旋钮和按键等,从而构成不同的输入/输出通道。因此,习惯上将调音台的基本结构分为两大部分,即由输入组件构成的输入通道和由输出组件构成的输出通道或称主控部分。其中,输入通道部分是指包括单声道输入和立体声输入在内的各路输入通道,主控部分是指包括立体声主输出和辅助、编组等输出在内的各路输出通道,立体声返回通常也设在主控部分,它们都连接在调音台的总体母线(称为总线或母线)上。,此外,调音台各单元组件均
11、采用接插件式。信号通过插座与母线相接,而母线多制作在印刷电路基板上。新型调音台还采用无屏蔽扁平电缆,通过隔离电阻和面板的分配器与输入组件接通,可任意组合调音台的输入通路。各种功能的控制器(即各功能键钮)及接线端口都牢固地安装在面板上,操作轻便,易于观察和调整,并可通过接插件和电缆方便地与其它设备连接。,3.1.4 调音台的技术指标 不同的调音台,其产品说明书中可能会罗列多项指标,其主要技术指标主要是以下几方面的内容。1.增益(Gain)增益一般是指调音台的最大增益,即通道增益控制器置于灵敏度最高位置。其数值应为8090dB。该增益足以满足灵敏度最低的传声器对放大器的要求及调音台约有20dB电平
12、储备值的要求。,2.频率响应(Frequency Response)这项指标是在通道中所有均衡器或音调控制器和滤波器都在“平线”(即任何频段不提升也不衰减,滤波器断开不用)位置时进行测量所得的值。一般调音台要求带宽30Hz15kHz,频率不均匀度小于1dB;高档调音台要求带宽20Hz20kHz,频率不均匀度小于0.5dB。,3.等效噪声和信噪比(Equivalent Input Noise and S/N Ratio)调音台输入通道一般都设有传声器输入和线路输入。传声器输入用折算到输入端等效噪声电平来表示;线路输入则用0dB增益时的信噪比来表示。输入端等效噪声电平等于输出端噪声电平与调音台增益
13、之差。由于调音台噪声主要来自前置放大器,当它的增益一定时,噪声是恒定的。而调音台的音量衰减器是可调整的,这样测得的信噪比也就不一致。但是,输入端等效噪声电平却是不变的,这一指标能比较准确地表明“输入”前置放大器部件的噪声性能,故被采用。,线路输入以信噪比表示其噪声指标,它是单独一路的输入/输出单元的质量指标,一般大于80dB。4.非线性失真(Distortion)非线性失真是指在整个传输频带内的“总谐波失真”,一般调音台都小于0.1%,较高档的调音台小于0.05%。5.分离度(Impedance)或串音(Crosstalk)分离度或串音指相邻通道之间的隔音度。高频隔音度往往比低频隔离度差,一般
14、要求6070dB以上。有些产品还标明总线之间的分离度,它应比通道之间更严格,一般在7080dB以上。,3.2 调音台的基本原理,调音台具有多个输入通道和输出通道,而且它的基本功能之一就是要将多路输入信号混合后重新分配到各输出通道。因此,调音台的信号流程是多向的,其基本原理框图及电平图如图31所示。,图31 调音台基本原理框图和电平图(a)方框图;(b)电平图,3.2.1 信号输入 调音台每路输入通道都设有低阻抗话筒(MIC)输入端和高阻抗线路(LINE)输入端,分别用来连接传声器和有源设备。现代调音台大多将话筒输入和线路输入结合起来,使用同一路前置放大器。该放大器实际为差动(平衡)输入运算放大
15、器,其原理示意图如图32所示。由于传声器信号很微弱而有源设备信号电平较高,因此,要求放大器应有较高的增益调节范围,通常在6070dB以上。,输入信号经电平提升后,再送到电平调整器(实际上是一个衰减器)控制信号强度。这种先将信号电平提升再进行电平衰减调整的方式,是为了降低通路中固有噪声对声音信号的干扰,以保证信号在通路中能有足够高的信噪比。如果直接对传声器等输入的弱信号进行电平调整,则电平调整器引入的感应噪声、放大器本身的热噪声以及调节噪声的影响势必增加。,图32 前置放大器原理示意图,通常,调音台的输入端口都是平衡式的,而后面的电路是不平衡的,因此输入信号要经过平衡/不平衡转换才能送入后面的电
16、路。调音台之所以采用平衡式输入(多数为浮地式平衡),是为了减少各信号源向调音台送信号时感应噪声和它们的信号互串。关于平衡/不平衡方式,在第2章中已讨论,此处不再赘述。,现代调音台各输入端口与信号源之间采用跨接方式连接,即调音台输入端口的输入阻抗远大于(至少五倍)对应信号源的输出阻抗,这是为了保证各种信源能有较高技术指标而采取的措施。例如,某调音台话筒(MIC)输入端阻抗1.8k(通常也称低阻输入端),线路(LINE)输入端阻抗10k(也称为高阻输入端)等。,3.2.2 频响控制 调音台各输入通道还设置有进行频率特性调整的频响控制电路,以便对某些有频率特性欠缺的信号进行频响校正。或借助频响控制电
17、路有意识地改变信号的音色,达到某种特殊的效果。普通调音台的频响控制电路一般只对信号的高频分量、中频分量和低频分量进行提升或衰减,通常称为音调控制,也可将其看成一个三段均衡器。其典型电路及频响控制曲线如图33所示,调整电位器Rp1、Rp2、Rp3,即可分别提升或衰减高频、中频、低频对应中心频率点及其带宽内信号的电平,从而达到改变音色或音调的目的。,图33 音调控制电路和频响控制特性曲线(a)音调控制电路;(b)频响控制特性曲线,图33 音调控制电路和频响控制特性曲线(a)音调控制电路;(b)频响控制特性曲线,高档调音台的频率控制电路通常采用四频段以上的多频段均衡器,这种电路将音频全频带或其主要部
18、分分成多个频率点进行提升和衰减,而且有些频段的中心频率点还可以调整,各频率点间互不影响,从而可以对音色进行更细致地调整。有关多频段均衡器的原理将在第6章中详细讨论。此外,有些调音台的输入通道还设有高、低频频带限制电路,也就是高、低通滤波器,以供某些特殊音色或消除高、低频噪声及干扰的需要。,3.2.3 电平调整 调音台各输入通道和输出通道均设有电平调整器,也就是音量控制器。输入通道的电平调整器通常称为分电平调整(简称分调),它只能控制对应输入通道送至信号混合电路的电平,输出通道的电平调整器设在节目放大器之后,称为总电平调整器(简称总调),用来调整混合以后的信号送到输出端口的总电平(见图31)。,
19、调音台大多采用无源式电平控制器,它是利用电位器分压原理来实现的,如图34所示。电位器可采用旋转式或推拉式结构。由于调整方便且直观,现代调音台多数采用直线推拉式电位器作电平控制器,对信号实施衰减调整,从而控制信号电平以改变音量。因此习惯上将电平控制器称为电平(或音量)衰减器。调音台对这种电位器的质量要求很高,必须调整平滑(即电位器线性要好)、噪声小、寿命长。,新式调音台的电平控制还采用了先进的有源电子衰减器,它实际上是一个放大电路,从外部控制直流电压来调整通道信号电平,称为压控放大器(Voltage Controlted Amplifier,简称VCA),如图35所示。,当改变电平调整电位器抽头
20、位置时,即改变了场效应管的栅极偏压,从而使漏源两极等效电阻随之改变,运算放大器的负反馈量也发生变化,达到电平调整的目的。由于电子衰减器不是用电位器去直接控制信号,因此能消除调节时的滑动噪声,而且便于实现先进的遥控和自动调整功能。例如,最新的YAMAHAPROMIX01型数码程控调音台就采用了自动化衰减器推子;高档家用组合音响的音量控制器也是采用电子衰减器来实现遥控的。,图34 电平控制器原理电路,图35 电子衰减器电路,3.2.4 声像方位控制 调音台各输入通道都专门设有一个方位控制器(Panorama Potentiometer,简称PANPOT),它是由一只同轴电位器构成的,如图36(a)
21、所示。其作用是将对应输入通道的单声道输入信号按一定比例分配到立体声输出的左声道和右声道上,获得听觉上不同声像位置的效果,从而使听众能够感觉到不同声源的位置。这实际上就是把各单声道输入信号合成为具有立体声效果的节目输出。,图36 声像控制电路简图和声像控制特性曲线(a)声像控制电路简图;(b)声像控制特性曲线,图36(a)中,当电位器动臂置于中点位置时,送至左右两声道的信号大小相等,声像方位在正中央;当改变电位器动臂位置时,就会使输入通道送至左、右声道的信号比例不同,从而使声像方位向左或向右移动,使听者感觉到该通道的声源偏左或偏右,这 就是所谓的立体声声像方位。声像控制特性曲线如图36(b)所示
22、。对于民用立体声扩音机、卡拉OK机等立体声设备,左右两个声道相对音量输出的调整,是通过平衡控制(Balance Control)电位器进行的,如图37所示。,图37 平衡控制,3.2.5 信号混合 调音台输入信号经各自的分电平调整器控制电平和电平比例,然后混合在一起,按要求送到各路输出。信号混合是通过混合电路来完成的。调音台的混合电路就是将输入信号合成为节目所需的声道信号(单声节目为一个声道,立体声节目为两个或四个声道等)的电路。按照混合方式,混合电路可分为电压混合(高阻混合)电路、电流混合(低阻混合)电路和功率混合(匹配混合)电路。,1.电压混合电路 电压混合电路是在节目放大器为高输入阻抗时
23、的混合电路。为了使混合电路既起到混合信号又不致影响前面电路的正常工作(包括使前面电路的工作负载符合要求,并且隔离各路输出端),信号混合时应在每一输入路的输出端接入一个高阻值的电阻r(混合电阻),如图38所示。由于电压混合电路的混合总阻抗较高,其本身的热噪声大,而且抗干扰能力差,一般调音台是不采用的,它多用在简单的民用电声设备上。,图38 电压混合电路,2.功率混合电路 功率混合电路是调音台使用的一种混合电路,其原理框图如图39所示。为了既混合信号又隔离各路输出,需要在该电路每一输入路的输出端设置混合电阻r,其阻值应使每一输入路的输出端与后面节目放大器的输入端达到阻抗匹配。由于功率混合电路有匹配
24、的要求,其混合电阻的阻值必须满足下列匹配关系式,(31),图39 功率混合电路,式中:为阻抗匹配点的匹配电阻值,即前面输入路的输出阻抗和后面节目放大器的输入阻抗值;r为混合电阻的阻抗;n为混合路数。因此,混合电阻值 这种混合电路会引起每一路信号电压的衰减。对于每一路信号,经混合后其电压传输系数为,(32),可见,混合路数越多,每一路输入信号的混合衰减量越大,这就意味着降低了后面节目放大器的输入信号电平,对节目放大器输入处的信噪比指标不利。因此,这种功率混合方式不宜在混合路数较多的电路使用,通常限制混合路数不超过10路(即n10)。,3.电流混合电路 现代调音台广泛使用电流混合电路。电流混合电路
25、是使用低输入阻抗节目放大器时的混合电路,它实际上是一个加法运算放大器电路,如图310所示。这里的运算放大器也就是后面的节目放大器。由于这时的混合电路包括放大器,因此又称为有源混合电路。根据负反馈原理,这种电流混合电路的每一路信号的传输系数(连同放大器)K应取决于混合电阻r和负反馈电阻RF的比值:,(33),混合衰减量(连同放大器)N为,(34),通常,反馈电阻RF已在放大器内预置。因此控制混合电阻r的数值即可达到所需的衰减量。当前面输入路的输出端需要阻抗匹配时,混合电阻r可取值为所需的匹配阻抗值。当然,这时的混合衰减也就随之固定下来。若需更改混合衰减量,就必须变更放大器反馈电阻RF的数值。,由
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