第2章 音频系统

§2 音频系统§2.1 音频系统的组成一个完整的音频系统由音频信号源、音频效果处理与合成和记录或播出三个单元组成，在实践中音频系统可以根据使用环境情况、设备情况进行灵活配置。

音频系统的音频信号可通过两个途径获得：一是现场采集，也就是在音频节目制作现场采用具有声一电转换功能的话筒将音频节目所需的各种声音转换成为电信号；二是用MD、CD、DVD及磁带录音机等音频播放设备播放事先录制好的音频素材。

在实际操作过程中，往往可以多种方式并用，例如，图2.1中音频信号源既有各类话筒，也有各种音频素材播放设备，它们输出的音频电信号可以直接送往调音台进行声音的合成与效果处理。

对于非直播类的音频节目制作，也可以在拍摄现场将话筒采集到的声音信号先由录音机、录像机等设备记录下来，后期编辑合成时再用相应的播放设备播放出来，并传输给编辑系统或调音台。

图2.1 音响系统的组成框图音频效果处理与合成单元一般是以调音台为核心组成，其功能是对音频信号进行诸如电平调整、频率均衡、放大等各种必要的调整、混合处理，再将合成为节目的音频信号输出。

均衡器的任务是对各个音频频段分别进行调节，分别控制各个频率点的增益，以达到调整音效的目的。

为了使操作人员实时监控声音效果，调音台一般都设有监听装置（监听耳机或监听音箱）。

记录或播出单元是音频系统与听众直接接触的部分，从音频效果处理与合成单元输出的信号一般用于3种场合：一是记录，由记录设备将其与视频画面一起记录在存储介质上；二是广播，实时音频广播播出或是与视频图像信号一起实时播出（现场直播）；三是扩声，提供给现场扩声系统（如：会议室），以及现场观众欣赏或乐队返听（监听）。

§2.2音频信号的采集与处理2.2.1 音频信号的采集设备音频信号的采集过程就是将声波（机械波）转换成为电信号，并以一定的形式记录在存储介质上的过程。

用于音频信号采集的设备主要包括声电转换设备及录音设备。

1、声—电转换设备话筒是一种将声音信号（机械波）转换成为电信号的设备．也称为麦克风（MIC）或传声器。

其基本工作原理是，话筒内安装有一个对声波的空气压强变化非常敏感的振动膜片，当有声音传来时，声波的空气压强变化推动振动膜片随之振动，其振动频率与幅度取决于声波的频率和强度。

与此同时，安装在振动膜片上的电信号形成元件（机械振动转换为电信号的能量转换装置）将振动膜产生的振动转换为电能并输出。

图2.2 a动圈式话筒结构原理b电容式话筒结构原理（1）话筒的分类①按能量转换的物理效应可将话筒分为动圈式话筒与电容式话筒动圈式话筒的基本结构是，固定在磁场之中的导电线圈粘接在振动膜片上，当有声音传来时，声波的空气压强变化推动振动膜片随之振动．进而带动导电线圈做切割磁力线运动，从而在线圈内感应出与声音的频率和幅度相对应的电流，完成了声—电转换过程。

动圈式话筒结构简单、成本低、使用方便．被广泛地应用于专业和业余录音。

电容式话筒的核心部件是一个平板电容器，其前极板作为振动膜片，后极板是固定不动的。

当给两个极板上外加直流电压时，电容器上就会保持一定数量的电荷。

当有声音传来时，声波的空气压强变化推动作为振动膜片的前极板随之振动，这时，两个极板之间的空间距离也将随之发生变化，从而引起电容量发尘变化，若电容上接有负载，则电容将会通过负载进行充放电，并产生与声波的频率和幅度相时应的电流，完成了声—电转换过程。

与动圈式话筒相比，电容式话筒灵敏度高、信噪比大、体积小，而且有很好的频率响应特性，其频率响应范围可达到20Hz－20kHz，且频响特性曲线平坦。

因此，该话筒适合于高质量的录音，尤其是电视节目制作场合。

②按指向性的不同，话筒可分为无指向性话筒、双指向性话筒、心形指向性话筒及锐心形指向性话筒✧无指向性话筒，顾名思义，就是指话筒的拾音范围不受话筒方向的限制，换句话说，该话筒的拾音范围是以话筒为中心的球形范围，拾音效果只跟声源和话筒之间的距离有关，而与方向没有关系。

✧双指向性话筒也称为8字形话筒，其拾音范围是以话简为中心的前后两个方向，即8字形范围。

✧心形指向性话筒也称为单方向性话筒，其抬音范围为话筒正前方的一个像“心”一样的较宽的区域。

✧锐心形指向性话筒也称为超指向性话筒，其拾音范围为话筒正前方的一个很窄的区域，这种活简可以在复杂的环境中对特定对象进行采访。

需要说明的是，话筒的指向性主要是对中、高频信号而言的，在低频段无明显的指向性。

③按话筒与音频处理设备的连接方式可将其分为有线话筒和无线话筒有线话筒通过电缆与其他音频处理设备相连接，其特点是传输信号信噪比高，抗于扰能力强；无线话筒以电磁波的形式将信号传输给相关的音频处理设备，由于它不用连接电缆，所以抬音时话筒的摆放位置灵活，机动性强，适合于演讲、演唱等边移动边拾音的场合。

（2）话筒的主要性能指标①灵敏度灵敏度是表明话筒声电转换效率的指标，其定义是话筒在单位声压激励下输出电压与输入声压的比值，单位是mV／Pa。

为与电路中电平的度量一致，灵敏度也常以分贝值表示。

早期分贝多以单位dBm和dBV表示，其换算关系为0dBm＝1mW／Pa，即把1Pa输入声压下给600Ω负载带来的1mW功率输出定义为0dB。

0dBV＝1V／µbar，把在1µbar输入声压下产生的1V电压输出定义为0dB。

现在的分贝则以单位dBµ表示，即0dBµ＝0.775V／Pa，即将1Pa输入声压下话筒的0.775V电压输出定义为0dB（这样就把话简声压一电压转换后的电平度量，统一到电路中普遍采用的0dBµ＝0.775V这一参考单位）。

话筒的灵敏度越高，表示其对微弱信号的拾取能力越强。

②最大输入声压级最大输入声压级是话筒所能承受的达到0.5%总谐波失真的最大声压级的度量，它与声压的关系为0 dB SPL＝2×105Pa （2－1）最大输入声压级限定了话筒与声源之间的距离。

③最大输出电平最大输出电平是指话筒在最大输入产压级下的输出电平。

最大输出电平决定了与话筒相连的音频处理设备（如调音台）的输入工作电平。

④频率响应话简在进行声电转换时对不同频率的声波表现出的灵敏度是各不相同的，这种特性称为频率响应特性。

频率响应常用频率响应特性曲线来描述。

⑤阻抗阻抗是指负载匹配时话筒的输出电压与电流之比值。

为了使话筒输出的微弱信号电流最大限度地传输给它的负载（如录音机、磁带录像机、计算机声卡及音频混合设备等）。

要求话筒必须和它的负载实现阻抗匹配。

2、录音设备（1）磁带录音机磁带录音机是最基本的录音工具之一，包括盒式和开盘式两种。

由于录音机只能记录声音信号，无法保证与画面的同步，因此，在音频节目制作场合只用于采集人工拟音、音乐等与画面同步要求不高的声音信息，其中盒式磁带录音机使用盒式磁带，它体积小，操作简单，使用方便，因而被普遍用于教育及家庭娱乐。

在音频节日制作领域。

常用微型盒式磁带录音机进行现场采音。

开盘式录音机使用盘式磁带，这种录音机的带速比盒式磁带录音机高，磁带宽度也比盒式磁带大，因而其频率响应等指标优于盒式录音机，因此主要用于专业影视制作场合的各种采音。

这种录音机的缺点是体积大，操作复杂，它需要人工绕带，必须由专业技术人员来操作使用。

（2）磁带录像机磁带录像机的声音记录原理同磁带录音机一样，属于磁性记录设备，其电路处理过程也与录音机类似。

所不同的是，磁带录像机可以进行声音与画面的同步记录，这时在拍摄现场采集同期声来说是非常重要的。

在后期制作环节，磁带录像机的声音录放磁头与视频录放磁头是分开的，而且有独立的音频磁迹，因而图像和声音以分别录制，这就给录音、配音工作带来极大的方便。

一般来说，编辑录像机都具有两个独立的声道，1声道和2声道，并且可以分别录音。

磁带录像机录音的主要缺点是音质较差，由于录像机的带速较低（U－matic 3／4英寸录像机的带速只有9.53cm／s，而专业盘式录音机的带速可高达19.05cm/s、38.1cm／s，最高的可达76.2cm ／s，音频磁迹宽度也比较小，这些不足将导致录像机直接制作的声音技术指标低于专业录音机。

因此，一些录像机将音频录放磁头与视频录放磁头一起安装在旋转磁头鼓上，使声音记录时的头带相对速度大为提高，从而展宽了记录频带，提高了音质。

（3）数字录音机（硬磁盘录音机）硬磁盘录音机是以计算机硬磁盘存储技术为基础，将数字音频信号存储在类似于计算机硬盘的磁性存储介质上。

实际的硬盘录音机除了内置硬磁盘外，还可外接硬磁盘，有些还拟采用全数字磁卡媒介进行录音和放音，与上述磁带存储介质相比，其使用的方便程度和可靠性都大为提高。

此外，用这种录音机不仅可以进行节目存储，还可以对声音信号进行编辑剪接或复制，可以说这种录音机也是一种小型的音频工作站系统。

2.2.2 音频信号的采集1、设备的准备与连接采集音频信号所用到的主要设备是具有声—电转换功能的话筒。

因此在录音前，首先要根据录制对象的特点（如：男声、女声、音乐等）、节目的类型（如新闻采访、音乐会等）以及录制环境的不同（如演播室、会议室、室外等）科学合理地选择话筒。

例如，要在嘈杂的环境中拾取特定对象的声音，就要选用指向性高的话筒；要清晰地抬取活动对象（如一边舞蹈一边说唱的演员）的声音则应选用可佩带的无线话筒；在会议室，应选用灵敏度高的并带有支架的电容话筒。

同时，不同种类、不同型号的话筒有着不同的音响特性：电容话筒的音响特性比较中性，其灵敏度高，频带宽；拾取的声音干净、失真小；动圈式话筒声音比较浑厚，富有温暖感，但缺少中性特点，抬取声音不够于净．中频部分频响平直。

因此，可以利用这一特点来进行音频节目的音频创作。

还要注意话筒结构及指向性对音质的影响。

同类话筒，大振莫（直径比较大）低频特性比较好，声音浑厚宽广，小振膜较为中性。

动因压力式话筒（无指向性）要比同类有指向性话筒音质好。

另外，由于话筒仅仅是一个声一电转换设备，由它输出的电信号必须送往相应的音频处里设备进行必要的处理或送给录音设备进行记录。

连接设备时，必须使用专用的音频屏蔽电缆馈送话筒输出的微弱音频信号，并尽可能地缩短电缆长度，且阻抗要匹配，以减小信号传输过程中的损耗及电磁于扰引起的信噪比的下降。

在传输方式上；应尽可能选择平衡传食方式，使于扰信号相互抵消；对于无线话筒来说，要正确安装接收设备，并尽可能避免环境带来的各种电磁干扰．以保持良好的信噪比和音质。

2、拾取音频信号当话筒和其他相关音频处理设备连接就绪时；接下来的工作便是用话筒拾取声源发出的声音。

由于话筒是采集音频信号的关键设备，也是音频音响制作系统的最前端设备，因此正确使用话筒是成功抬取声音的关键．也是保证高质量音频音响效果的关键所在。

由于不同种类及性能的话筒有着不同的使用要求，因此，首次使用话筒应该根据使用说明书的要求正确操作，在具体拾音操作过程中还要特别注意以下几点。