数字化技术在演播室音频及扩声系统中的应用

梁锐

（浙江广播电视集团 浙江省杭州市 310000）

在信息化的时代当中，数字化、网络化、集成化以及标准化的需求和发展趋势逐渐增加，在音频行业当中，用户端需要实现集中的管理和分散使用之间的矛盾，从而减少现场化的操作难度，保证无人值守的可靠性。在市场当中，出现了很多具有数字化功能的产品，因此在集成各类产品从而整合出一套完美的音频系统成为了音频扩声系统当中的重要难题，因此需要利用数字化、网络化的方式来实现音频行业的有效发展。

1 扩声系统

扩声系统，可理解为把讲话者的声音放大对听者进行实时还原的方法，使得讲话者和听者处于同一个声学环境当中。在扩声系统当中，需要具备足够的响度和清晰度，使得声音可以均匀的覆盖到听众范围内，同时又能不覆盖没有听众的区域。在完整的扩声系统设计当中应涉及到音频扩声设备、声场环境，声源和周围的声环境，将声音转化成为电信号的话筒，放大信号的设备和对于信号可以进行加工的设备以及传输线，可以将信号转变成为声信号的扬声器以及听众区域的声学环境。简单来说，扩声系统就是对声压不同的声源进行一定空间的还原和传递。声音相关的基本物理属性在扩声技术当中，涉及到了建筑声学以及拾音技术当中的电路信号知识，对声音进行扩出去的原则基础是对声音进行拾取，利用声音自身的频率特点来进行选择出合适的拾音器进行拾音，在扩声技术的发展当中，原先的声音信号主要是由模拟的电信号来实现传输，从而引发拾音器当中的振膜产生振动，最终产生电信号现象。

在演播室的扩声系统当中，从声源以及信号源的走向方面对演播室当中的人声乐器在内的现场拾音信号都属于模拟信号，放音设备属于数字信号，比如CD 等，此种信号在调音台的控制下实现信号的分配混合送到不同的还音设备当中，但是在这个过程当中需要对数字信号和模拟信号进行转换，在电信号所形成的模拟音频信号当中，在信号的走向方面缺乏属性的改变，在设备之间进行传送的音频信号都属于电信号，在设备对其进行改变的过程当中主要是对电进行改变。在这个过程当中，需要保证设备之间的兼容性和设备自身的质量问题，避免在任一环节出现的问题造成声音的损失现象。

2 数字化扩声工艺

在数字化之后的扩声设备对于其声音信号的进行做出了改变，利用高精度的数模转换器对模拟的音频信号进行了采样，之后进行编码转换成为不同种类代码编写的二进制数字信号。数字信号在设备之间利用代码的方式进行传播，因此原则上信号属于相对干净的，因此在原始信号的质量方面可以得到良好的保存。在符合传输标准的数字信号传输当中，不会受到距离传输、线缆长度以及信号失真等影响。在数字信号经过一系列数字效果器运算之后输出带有效果的信号，其属于描述声音的数字，不再是单纯的物理意义声音，因此在数字扩声系统当中，任何环节出现的问题导致的不再是模拟信号表现出的信号“软”失真现象，而是由于传输线路等导致的短路无声现象或者数字信号电平衰减识别失败等“硬”失真现象。

扩声技术的数字化方式当中，其兼容性相对良好，对于信号的走向变化可以直观的管理，数字设备之间兼容性也大大提升，不会出现模拟设备的不稳定情况导致的信号不稳定现象。在扩声系统当中，大部分都会与视频合作，比如晚会、演唱会、音乐会录制等，实现扩声和录制播出的目标，属于较为庞大的工程，扩声系统和摄像录音工程合作的过程当中，在音频和视频方面利用数字化技术方式之后会显得更加默契高效。

在扩声常用设备当中，主要是对音频处理设备进行一下分析。在数字化的过程当中音频设备方面的变化最大。在音频处理设备当中，包含了均衡器、混响器、演示器、移频器、压限器、激励器以及反馈抑制器这几个部分。在模拟均衡器当中，主要是利用模拟电路来实现对电信号的改变，在串联谐振式电路晶体管放大器之间利用隔直电容的方式，对于电极和发射极之间进行音调控制电位器的连接。在电位器的中心位置处利用LC 的串联组成的谐振电路。在参数均衡器的技术指标当中，具有中心频率、控制范围、Q 值调节范围、转折频率以及斜率这几个部分，在电路组成的物理属性当中，对于制造工艺的要求以及电路设计的水平会对均衡器自身的品质产生重要的影响。在串联谐振式的均衡器当中主要是利用电位器来进行电极输出量进行调整，以此来改善其中的缺点和不便。在数字式的均衡器当中，主要是对数模转换之后的数字音频信号做出处理，也就是利用处理器在不同的算法当中，实现一串二进制的音频信号编码。在数字形式当中，代替了电位器电阻等电器器件的功能，利用数字信号代替电信号的方式有效的省却了晶体管放大器以及电容等原件，对于硬件来说其依赖程度得到了降低，在稳定程度方面也相对比较高，避免了电子元件的误差影响造成失准的缺点。

3 音频扩声系统的常见问题及原因

3.1 阻抗问题

阻抗问题当中，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电信号在传输的过程当中，前级后级设备之前的阻抗特定的比例关系，在音频扩声系统当中具备了广泛的意义。在放大器向扬声器进行信号输送的过程当中，需要功率放大器和扬声器的标称阻抗相适应，被称之为阻抗匹配。在系统当中处于阻抗匹配的工作状态下时，可以最大限度的保障功放的输出最大功率可以完全的输出到扬声器当中。

表1：设备配置表

在常见的拾音器和后期音频处理的设备进行相互连接的过程当中，需要实现信号可以最大限度的传输到后级设备当中，因此需要保证前后级的设备标称阻抗的差距相对较大，也就是阻抗失配现象。此种现象在模拟音频系统当中比较常见，对于音频处理设备来说前一级可以将电信号输送给后一级，造成阻抗失配的效果。在一般情况下，后一级的设备输入的阻抗对比前一级的设备输出的阻抗来说要高出10 到20 倍以上，此种现象的阻抗适配可以保证系统输出的信号具备足够大的信噪比。在功率放大器进行连接音箱的时候，老式电子管机需要选择和输出端的标称阻抗一致或者接近的音箱设备，在晶体管以及D 类功放放大器方面则不需要，可以连接任何阻抗的音响设备且配接不会产生影响，只需要注意功放所允许的最小负载阻抗就可以。

3.2 电平问题

在音频扩声系统当中，电平主要指的是电压电平，属于电压和参考电压之比的常用对数和20 相乘的结果，也就是即电压电平 =20lg(U1/U2)，以分贝（dB）为单位。在音频设备连接的过程当中，需要对电平的匹配进行重点关注。如果不关注设备之间的连接质量，则会出现电平的不匹配现象，以此来引起系统电平的不足或者系统电平的过载现象，对于音频扩声系统来说可能造成严重的失真现象，引起系统的不工作。如果系统本身长期处于失真的现象，则也就相当于信号在功率放大器的作用下进行放大之后传输给音箱设备，对于音箱当中的发音单元可能会造成损坏现象。

在电平的匹配问题方面，需要系统设计的重要关注。在系统搭建的过程当中需要配合设备前后级参数来对系统电平达到匹配现象。在系统搭建完成之后，需要系统调试工程师根据自身系统设备的性能特点以及系统的声环境，来对整体系统的电平实现统一的调试和测试，使得电平的匹配程度达到最佳状态，最终满足音频扩声系统的需求。

3.3 平衡与非平衡传输方式

平衡和非平衡的传输方式主要是指的是音频系统在信号传输过程当中的连接方式，属于音频设备相互连接的重要问题。在扩声系统当中，一台设备进行端子的输入，和在同一个接地点当中具备相同的内阻抗的其他设备输出的端子进行连接。在信号传输的过程当中，线路传输两个数字值的大小处于相等但是极性相反的信号。在专业的音频系统当中，音频信号传输主要利用平衡传输的方式，其外部的干扰源对于平衡线缆内部的两根信号线所产生的共模干扰电平对于地环路处于一致的状态。在后级设备的输入端当中，利用两根信号线当中的共模电压进行差模电压的相互转换和抵消，因此其中存在的干扰噪声就会消失。因此在利用平衡传输的方式当中，信号传输的线路不会受到外界的电磁噪声干扰。

在不同的设备之间进行相互连接的过程当中，前级设备当中的平衡输出端口和后级设备的不平衡输入端口处于相连接的状态下，如果利用不带屏蔽层的双心线缆进行设备的直接连接，其音频回路当中很容易引入各种的噪声。因此在平衡或者非平衡的传输方式当中，都需要利用屏蔽层的双芯电缆来进行信号传输。各种接头下的屏蔽层在平衡输出或者输出的一端接地，在非平衡的接头端当中，屏蔽层处于悬空的状态当中，如图1 所示。

图1：平衡端与非平衡端连接

4 实际案例

4.1 项目背景

在本文当中，主要利用某电视台的演播厅作为主要的研究对象，该演播室的面积为670 平方米，负责各种综艺节目的直播或者录制，其中包含了综艺、歌舞以及访谈类等电视节目的制作。在演播厅改造的过程当中，提供了真实、自然以及优美的听觉艺术享受，对于其演播厅进行扩声系统的改造和升级。在新的扩声系统当中，主要是实现多功能的扩声，满足综艺节目频道和总台其他大型的综艺节目制作的需求和要求。

4.2 方案设计

在本文当中，需要改造优化该广播电台当中原本存在的扩声系统，改造过程当中涉及到了多个方面的因素，比如和现有设备的衔接、最大限度的利用现已敷设的线缆等。在设计的过程当中，需要考虑到扩声系统是整体音频系统还音的最终环节部分，在扩声的声压级、声场的均匀程度、传输频率的特点、相位的相应特点以及声频的覆盖角度等多方面。在进行设备配置的过程当中，主要利用主扩音响和超低频，两者一起挂吊的方式，来保证每个声道可以独立覆盖全场范围，配合观众的补声扬声器，来形成一个完整的声场，以此来满足各种形式的演出。在设备分布方面，前部区域的舞台当中音箱可以根据要求来进行流动式的摆放，音箱的分组分为主扩、观众补声、舞台流动反送、乐队反送、观众流动补声这几个方面，其分组分别为2、2、4、2、4，在此种现象的信号线和调音台底层母线设置以及扩声切换器方面都可以得到最大限度的减少更改，以此来避免对现有系统的部分功能产生影响。

在左右两侧的主扩声线阵列当中需要配置一只超低频的扬声器，可以对扩声系统的低频下限以及震撼力的增加起到有效的作用。在舞台区域当中的台唇部分设置补声扬声器，保证台口部分的平均分布。在哈斯效应原理的基础上，利用台唇部分的补声扬声器，来消除前部区域的死角和减弱观众声像的压顶感觉的作用。在演播厅的扩声系统当中，主要是服务于舞台当中的演员，演出形式多变的情况下，其情况也会产生很大的差别，因此需要满足多方面的使用需求，在扬声器方面，需要利用流动或者固定安装的方式来提供整个舞台的声场全覆盖。

4.3 施工

首先在设备的施工方面，对于音箱和功放选择了Martin-Audio的系列套组，其具体型号和配置表如表1 所示。

4.4 细节环节

在施工的过程当中，需要对演播室现场的尺寸、声场环境、灯栅设备的悬挂层进行准确的测量，以此来确定主扩先阵列悬挂的吊点和吊装结构，对原先的穿线槽以及接口盒进行位置的确定之后，才可以对演播厅内部的实际穿线位置和接口盒以及线架的安装位置做出确定。

4.5 系统应急

在系统的安全可靠性方面，该演播厅的670 平方米的演播厅新扩声系统当中利用两级安保措施，采用主备调音台信号切换系统和功放备用系统，在系统当中进行配置高可靠性的主备切换器Radial SW-8，以此来防止主调音台出现故障的时候，利用手动切换到备用的调音台当中。在电源属于设备的薄弱环节，因此在主备信号切换器当中进行了备用电源适配器的配备。在主扩声线的阵列扬声器和返听方面利用不同型号的功放来实现，因此需要进行额外配置一台多通道DSP 功放来作为备用。并且功放对于内置的对应音箱参数和系统配置做出了预制，如果其中一台功放在出现故障现象的时候，可以实现迅速的切换和更换。在主扩线阵列之外的其他音箱都是配备同规格并且具有足够的功率余量的多通道DSP 功放来实现，从而可以避免功放由于满负荷工作产生过热，对于系统的可靠性可以得到进一步的提升。

4.6 系统运行

新的扩声系统在三个周的施工期内实现了拆旧、清理、悬挂以及安装调试培训和测试，各个设备的工作需要保持稳定可靠的现象，满足不同节目的分区返送以及分区调试的需求，在语言的清晰程度方面较高，且音质也相对良好。

5 结束语

综上所述，在扩声系统音频系统当中，需要在系统设备和设备安装调试等方面根据其实际情况来进行调试，保证其平衡传输方式和电平匹配以及设备合理接地。对于系统在使用过程当中利用正确合理的系统连接方式使其保持良好工作性能，避免由于各方面外界因素产生的影响。在满足成本要求的状态下，使其音频设备以及扩音系统保持正常的运行。