数字化技术在扩声领域的应用

浙江传媒学院 章舟航

数字化技术在扩声领域的应用

浙江传媒学院 章舟航

在录音与扩声的技术领域自从上世纪末开始经历了一场重大的技术变革，在由模拟时代进入到数字时代后，现场扩声及录音工程有了重大变化。从音频数字化后设备的转变到现场的使用在此做一个浅述。

模拟；扩声系统；数字化；变革

说到扩声先把扩声系统的基本概念阐述下，扩声系统通常是把讲话者的声音对听者进行实时放大的系统，讲话者和听者通常在同一个声学环境中。成功的扩声系统必须要具有足够响度(足够的声增益)和足够的清晰度(低的语言子音清晰度损失百分率)，并且能使声音均匀地覆盖听众，而同时又不覆盖没有听众的区域。扩声系统包括扩声设备和声场组成，主要包括声源和它周围的声环境，把声音转变为电信号的话筒，放大信号并对信号加工的设备、传输线，把信号转变为声信号的扬声器和听众区的声学环境。

简单地说扩声系统的功能就是将声压级不够的声源在一定空间中准确的还原和传递声音信息。由于声音的基本物理属性扩声技术牵扯到建筑声学及拾音技术中的电路信号的相关知识，首先想要把声音扩出去就要对声音进行拾取，通过对声音频率特点的把握选择合适的拾音器进行拾音，在扩声技术发展中在声音拾取上以及建筑声学上已到达一定技术高度在此不再赘述。但原来的声音信号都是由模拟的电信号来传输。就是声源发声产生空气波动带动拾音器上的振膜振动产生弱电，这种弱电形成的电信号通过话筒放大器，效果器等设备处理形成可用的高质量的信号，再将信号送至功率放大器以及扩声音箱。这样的工艺流程形成了模拟时代的扩声技术。下面具体来讲述下现场扩声系统的具体构造，从声源或信号源走向上来讲在舞台上包括人声乐器在内的所有现场拾音的信号全部是模拟信号，CD等放音设备是数字信号，这些信号通过调音台进行信号分配混合送向不同的还音设备。但其中就牵扯到数字信号与模拟信号之间的转换问题，前文提到由电信号形成的模拟音频信号，在信号的走向上来说没有对其进行属性上的改变。也就是说在各个设备间传送的音频信号全部是电信号，这些设备对其的改变是对电的改变，这就有一个问题各个设备间的兼容性和设备自身的质量问题，其中任何一环出现问题都会造成声音的损失。即便不出现问题由于电信号的传播不稳定，电压、介质、制作工艺等因素都会对其产生影响。所以拿一个技术参数来说设备的本底噪声会随着连接设备的数量累积。电信号通过的设备越多积累的本底噪声就越大，连接的多了这种噪声将会严重影响信号的质量。再加上模拟设备之间的兼容性不好，设备使用要求高所以模拟向数字化过度是必然趋势。

以上既然讲到了模拟时代信号及设备有着的缺点那么再来讲讲数字信号及设备，数字化后的扩声工艺在声音信号上做了改变，通过高精度的数模转换器将模拟的音频信号进行采样转换成由二进制代码编写的数字信号。数字信号在所有设备间以二进制代码的形式被传播，所以在理论上来讲信号是非常干净的，没有任何本底噪声，初始信号得到了很好地保存。并且既然声音变为了数字信号不论什么距离的传输都极其方便，不用担心线缆长度及信号损失。当数字信号经过一系列数字效果器进行运算后输出的带有效果的信号这个信号依然在理论上讲没有产生任何不必要的噪音。最重要的一点是当声音信号成为数字信号后它就是一段描述声音的的数字，不再是直观的物理意义上的声音，所以在数字扩声系统中任何环节出现问题导致的不再是像模拟信号表现出的信号软失真不容易发觉而是硬失真造成的是声音的严重变形或者干脆断路没声。所以从这里可以看出数字化后的扩声系统虽然有很多优点在技术工艺上有所提高但在线路设计，现场操作上难度已有一定增加。再讲讲数字系统的其他优点，扩声技术数字化以后兼容性更加好了，可以直观的看出信号的走向变化，数字设备间的兼容性也大大提高，不会出现模拟设备工作不稳定的情况。并且扩声在很多情况下要与视频合作，比如说演唱会音乐会的录制，不光是要扩声还要摄像录音，是一个非常庞大的工程。一场好的演唱会还要制作专辑发行，所以扩声系统要和摄像和录音工程通力合作，在音频和视频都数字化后这种合作显得更默契更高效。

下面从一些扩声常用的设备浅谈一下。主要讲音频处理设备，在数字化过程中这一部分变化最大。音频处理设备主要包括均衡器、混响器、延时器、移频器、压限器、激励器、反馈抑制器。首先来讲均衡器对于作用就不再赘述了，其作用是均衡器设计的出发点和归宿，也是选择和使用均衡器的依据。在模拟时代的均衡器是由电路对电信号进行改变，一般是串联谐振式电路晶体管放大器通过隔直电容，在电极和发射极之间接有音调控制电位器。在电位器中心接有一个由LC串联组成的谐振电路。评价均衡器的技术指标有中心频率、控制范围、Q值调节范围、转折频率、斜率，由于是电路组成物理属性对制造工艺的要求以及电路设计的水平直接影响了其均衡器的品质，在串联谐振式均衡器中通过电位器改变电极的输出量时低频调节电感太大，相应带来诸多缺陷和不便。而数字式均衡器则是对已经经过数模转换后的数字音频信号进行处理处理，换言之它就是一台计算机依靠不同的算法如常模算法（CMA）和判决导引最小均方算法（DD-LMS）等进行运算，运算结束后还是一串二进制的音频信号编码。所以以数字的形式代替了电位器电阻等电子器件，用数字信号代替电信号省略晶体管放大器，电容等原件，降低了对于硬件的依赖，显得更加稳定并且没有类似模拟均衡器的电感不平均的缺陷，可以做到非常精准。再来讲其他效果器也是类似比如压限器等一系列动态效果器，至于其他数字效果器从模拟时代进入数字时代后的改变也如上所说，由于效果不同在电路设计和程序编写的算法不同，但其本质都是二进制编码计算。计算速度以及效果都依赖于效果器内的DSP芯片，换言之DSP就是硬件数字效果器效率的保证。

在声音信号由模拟信号转化为数字信号时经过数模（AD/DA）转换器以后就转化为数字信号，技术手段就是采样量化，但我们必须清楚数模转换后声音信号的属性发生变化，经过所有数字设备不再是像模拟信号般遵循模拟信号的属性，从最直观的方面说就是时间同步，以往模拟时代时不存在数字处理的时间差，由于转换以及编码的运算会产生些微的延迟，信号通过的数字设备不尽相同产生的延迟也千差万别很难做到同步。所以在音乐录音时需要字时钟发送时钟同步信号给每一个数字设备在信号汇总进入录机前将所有信号同步。在现场扩声时如是使用模拟设备将不必太过担心延迟的问题，但一旦数字化在偌大的场地和多种数字效果器的加载延迟问题将非常严重。扩声系统的庞大必须有完善的字时钟同步系统，无论是乐手的监听，舞台返听，以及后场的补偿都需要字时钟提供精确的同步，这样才能在扩声技术中将数字化的优势发展到最大，尽可能规避数字技术的缺陷，或者说将数字技术完善。

由于扩声与在录音棚内进行的录音还是有差别的，从话筒的摆放到型号的选择都要根据现场的具体情况随机应变灵活运用。扩声环境复杂多变要应对各种声反射衍射。不好好处理就会造成现场的扩声声场混乱，声音浑浊啸叫等问题。要使数字设备扩声能达到高水准应尽量选择高品质的数字设备，数字设备不比模拟设备一旦出现问题就是完全无声，所以任何一台数字设备的信号出现问题都导致后级设备无法识别音频信号，但如果信号通畅则理论上是不存在任何音质损耗的。在数字设备日渐完善的今天扩声领域已经逐渐形成了数字扩声系统的操作模式，随着设备的更新换代，数字设备的优势越来越大功能完善。但设备只是设备还是要靠人去运用它。无论是数字或是模拟都只是技术手段扩声系统必须由扩声师因地制宜灵活运用技术与设备才能做到高水准的扩声效果。