音频信号处理技术

回路(选频电路)组成，其频响曲线为钟形。
如下图所示：
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运算放大器
结构：
运算放大器 LC串联谐振回路(选频电路)
原理：
Rp1活动臂移至最上面或最下面
分别得到谐振频率信号的最大提
LC 型多 频段 均衡 器原 理图
升或最大衰减，使谐振频率信号
有一定的调节范围。
选频电路
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设计LC元件时的参数计算：
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4.1.1 频率均衡处理的意义
2.对声源的音色结构加工处理
通过均衡器对声源的音色加以修饰。
3.满足人们生理和心理上的听音要求
通过均衡器有意识地提升或衰减某些频率的信号，取得满意
聆听效果。
4. 改善音响系统的频率响应
音频信号在传输过程中会造成某些频率成分的损失，通过均
衡器可以对其进行适当的弥补。
6
(7) 提升14kHz以上频段：
容易出现声反馈而产生啸叫。
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使用均衡器注意以下几点：
(1)选择各频率点要有针对性和目的性；
(2)高低音频率的调节要有限度；
(3)两个相邻频率点之间的提升和衰减不要出现大幅度的 峰谷交错，一般不超过3dB为宜； (4)各扩声通道不要按同一频响特性均衡，否则很容易引 起其频谱的不平衡，也无法表现不同声源的特点；
三分频电子分频器与音箱的连接
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3. 四分频电子分频器
结构： 由一个高通滤波器，两个不同中心频率的带通滤波器
和一个低通滤波器组成的。
原理： 将信号分为低音、低中音、高中音和高音四个频段，
设有低/低中，低中/高中和高中/高三个分频点，其频响特性如 图所示：
四分频频响特性
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与周边设备连线方法：
用于三分频音箱和纯低音音箱的组合或四分频
图4―11 自然频率特性及均衡器调节曲线
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提高音质、改善音色
声音的频响特性： 150～500Hz频段：影响语音的清晰度
2～4kHz频段：影响人声的明亮度（敏感频段）
低频段衰减：丰满度下降 高频8kHz衰减：影响音色的明亮度 125Hz以下和8kHz以上对音色的影响不大：人耳难以分辨，但对 高层次的音乐有要求： 125Hz以下不足：音质欠丰满
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图4―19 电子分频原理电路
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1. 二分频电子分频器
• 结构：由一个高通和一个低通滤波器组成的。 • 原理：它将音频信号分为低音和高音两个频段，设有一个低频
和高频交叉的频率点，称为分频点，也就是二分频的分频器只有 一个分频点，其频响特性如图：
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与周边设备连线方法：
主要用于二分频音箱或中高音音箱和纯低音音箱的组 合，其连接方法如图所示：
可以改善音乐的平衡，使其丰满； 过高地提升此频段，会产生“隆隆”；
强之则音色丰满
弱之则音色单薄 过强则产生隆隆声
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提高音质、改善音色
(3)250Hz～2kHz：
包含大多数乐器的低次谐波， 提升过高，会导致音乐像在电话中听到的那种音质， 失掉或掩盖了富有特色的高频泛音。 提升500Hz～1kHz频段时，会使乐器的声音变成喇 叭似的声音；
输 入 信 号 电 平 显 示
频率点电平调节电位器
均衡器切入/切出开关
输入电平调节电位器
低频切除滤波器开关
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4.1.3
均衡器在扩声系统中的应用
校正频率失真，获得平坦响应
改善室内声场
抑制声反馈 提高语言清晰度 衰减噪声频带以改善系统信噪比
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“声场均衡器”或“房间均衡器”
作用：对各频率点只作衰减处理，不提升 改善环境声场，使其频响曲线趋于平坦。
混响时间的长短直接影响听音效果：
1. 2. 混响时间太短，声音发“干”不动听； 混响时间太长，声音混浊不清，破坏了音乐的层次感和清晰度。
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设备简介：
1.
延时器：是一种人为地将音响系统中传输的音
频信号延迟一定的时间后再送入声场的设备，是一
种人工延时装置，还可产生回声等效果。
电子延时器：
两种： BBD延时器：结构简单，价格低廉，主要用于
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(6)最大输出电平
最大输出电平是均衡器输出端能够输出的最大信
号电平(平衡/不平衡)。
(7)总谐波失真
均衡器电路的非线性会使传输的音频信号产生谐 波失真，总谐波失真越小越好。
(8)信噪比
信噪比用于衡量均衡器的噪声性能，信噪比越大，
说明均衡器噪声影响越小。
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图6―10 “DOD231”前面板结构图
满振幅
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4.3 电子分频器
4.3.1 电子分频器的功能 将中高音频和低音频进行分离放大和传输，用不 同的功率放大器分别带动纯低音和中高音扬声器系统， 增强声音的清晰度、分离度和层次感，增加音色表现 力。
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4.3.2 电子分频器的基本原理
1、种类：二分频、三分频和四分频电子分频器。
2、结构：由高阶低通、高通或带通及晶体管或集成运 放构成的有源滤波器组成。
卡拉OK机等业余设备；
数字延时器：专业上用。
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2.混响器：
第5章 音频信号处理技术
4.1 均衡 4.2 压缩/限幅
4.3 分频
4.4 效果
4.5 激励
4.4 其它
1
音频信号处理设备
作用： 修饰，音色美化 改进传输质量，弥补声缺陷
指在音响系统中对音频信号进行修饰和加工处理 的部件、装置或设备。 在专业音响系统中，音频信号处理设备通常是围 绕调音台连接的，简称周边设备(除调音台、功放、音
箱外的其它设备都可以看成周边设备)。
2
音频信号处理设备功能简介
(1)均衡器。对不同频率信号分别进行提升、衰减或切除，达
到加工美化音色
(2)压缩/限幅器。对音频信号进行动态范围的压缩或扩展， 从而达到美化声音，防止失真或降低噪声等多种不同的目
的。
(3)电子分频器。将宽频带音频信号分成高、中、低等不同的 频段，通过不同的音箱达到分频段扩声的目的。 (4)延时器和混响器。制造一些特殊的音响效果。 (5)听觉激励器。使信号具有现场感和细腻感，更具穿透力。
(5)要注意恰当使用低切滤波器。
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4.2 压缩/限幅器
压缩限幅器简称压限器 4.2.1 压限器的功能 • 抑制信号幅度，保护扩声系统 • 产生特殊的音响效果 • 使音量变化平稳
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4.2 压缩/限幅器
原因： 节目源信号的动态范围很宽（130dB）,而音频系 统设备的动态范围很小（不大于80dB）,为防止信号失 真，需对音频信号进行压缩或限幅。
√
√
1 1 f0 2 L0C1 2 R1R2C1C2
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图6―5
晶体管构成的模拟电感
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3. 高、低通滤波器
在均衡器设备，通常都设有高通或低通滤波器。
常用二阶有源或高阶有源滤波器。
图4―8
二阶有源滤波器
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(a)二阶高通有源滤波器；(b)二阶低通有源滤波器
4.均衡器的技术指标
(1)频响。音频范围内各频率点处于平线位置(不提 升也不衰减)时，均衡器的频率响应，此时的频响曲线 越平坦越好。 (2)频率中心点误差。各频率点实际中心频率与设
音箱连接方法如图所示:
四分频电子分频器与音箱的连接
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4.3.3
电子分频器的选型
小型歌舞厅，KTV：
为了降低投资成本，选用二分频电子分频器。
音乐厅、剧院和大型高档歌舞厅：
主扩声通道采用二分频或三分频音箱再配以纯低音音箱；
需选用三分频或四分频电子分频器；
DISCO舞厅：
要增加震撼力和节奏感，通常要使用较多的纯低音音箱， 除主扩声通道外，辅助扩声通道也要增加纯低音音箱，这 样就应选用不止一台的电子分频器。
提升1～2kHz频段时，则会出现像铁皮发出的声音。 这段频率输出过量时，还会造成人的听觉疲劳。
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提高音质、改善音色
(4) 2～4kHz频段：
提高：会掩蔽说话的重要识别音，导致声音口齿不清， 并使唇音“m,b,v”难以辨别。
尤其是3kHz处提升过高，会引起听觉疲劳。
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提高音质、改善音色
(5)4～4kHz之间：
二分频电子分频器与音箱的连接
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2. 三分频电子分频器
结构：由一个高通、一个带通和一个低通滤波器组成的。 原理：将信号分为低音、中音和高音三个频段，设有低/中
和中/高两个分频点，其频响特性如图所示。
三分频频响特性
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与周边设备连线方法：
主要用于三分频音箱或中高音二分频音箱和纯 低音音箱的组合，其连接方法分别如图所示：
由所调节的中心频率决定的。 步骤如下： 1. 确定中心频率 2. 设定电容C值 3. 再计算电感L值
电容值可按下列经验数据选取： 中心频率 电容值 <40Hz >2μF 40～100Hz 2～0.47μF 100～500Hz 0.47～0.1μF 500～5kHz 0.1～0.01μF 5～15kHz 0.01～0.002μF >15kHz <0.002μF
8kHz以上缺乏：欠缺色彩与细腻的魅力
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提高音质、改善音色
在扩声系统中串接入多频段均衡器，将音频分为几个主要部
分进行调整。
(1)20～40Hz之间的低频声：
使人感到很响
给音乐以强有力的感觉 但过多地提升会造成清晰度不佳
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提高音质、改善音色
(2) 40～250Hz之间的频段：
包含节奏声部的基础音；
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4.2.2 压缩/限幅器的基本原理
压缩器实际上是一个自动音量控制器，由带有自 动增益控制(AGC)的放大电路组成的。
输 出 电 平
K>1扩张
K=1无压缩 K<1压缩
当压限器的压 缩比超过10： 1，就可看作 限幅器。
输入电平
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限幅器特点：
1. 大多数限幅器都有10∶1或20∶1的比率，有的比率 甚至可高达100∶1。 2. 大都用在录音系统，以避免信号的瞬间峰值达到的
置正好组成 与均衡器的频率响应相对应的图形 ， 称为图示均衡器。
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图示均衡器种类：
单通道15段
单通道31段 双通道15段 双通道：两个通道的 频率特性独立调整， 互不影响
双通道31段
图示均衡器分为
LC 型 模拟电感型
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1.
LC型多频段均衡器
由运算放大器和多个不同中心频率的LC串联谐振
定频率的相对偏移，通常用百分数表示，此值越小误
差越小。
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(3)输入阻抗
输入阻抗是指均衡器输入端等效阻抗。为了满足与 前级设备的跨接要求，均衡器输入阻抗很大，并且有平 衡和不平衡两种输入方式。
(4)最大输入电平
最大输入电平是均衡器输入回路所能接受的最大信
号电平(平衡/不平衡)。
(5)输出阻抗
输出阻抗是指均衡器输出端等效阻抗。为了满足与 后级设备的跨接要求，均衡器输出阻抗很小，并且有平 衡和不平衡两种输出方式。
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4.4 效果处理器 4.4.1 概述
专门用来对信号进行各种效果处理的设备，例如
延时器、混响器等，在专业上通常将这类设备称为效
果处理器。
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对于特定的音乐节目，混响时间 最佳值 。此值 在1.8～2.2s之间。
室内声音包括三种：
1. 未经延时的直达声
2.
3.
短时延时的前期反射声
延时较长的混响声
4.1.2 多频段图示均衡器的基本原理
均衡器是通过改变频率特性来对信号进行加工处理 的，因此必须具有选频特性。
基本原理:
多频段均衡器是由许多个中心频率不同的选频电路
组成的，对相应频率点的信号电平既可以提升也可以衰 减，即幅度可调。
7
什么是图示均衡器？
由于多频段均衡器普遍都使用推拉式电位器作
为每个中心频率的提升和衰减调节器，推键排成位
3
4.1 均衡
什么是均衡？
对不同频率的声音进行不同的提升
和衰减。
4
4.1.1 频率均衡处理的意义
1.改善声场的频率传输特性
建筑结构、容积、形状各不相同，不同的厅堂对
各种频率的反射和吸收的状态不同。某些频率的声音 反射得多，吸收得少，听起来感觉较强；造成了频率
传输特性的不均衡。
通过均衡器对不同频率进行均衡处理，才能使这 个厅堂把声音中的各种频率成分平衡传递给听众，以 达到音色结构本身完美的表现。
具有临场感的频段，影响语言和乐器等声音的清晰度。 提升，使人感觉声源与听者的距离显得稍近一些； 衰减混合声中的5kHz分量会使声音的距离感变远；
如果在5kHz左右提升4dB，则会使混合声的能量好像增加
了3dB。
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提高音质、改善音色
(6)4～14kHz频段：
声音的明亮度、宏亮度和清晰度
提升过量，会使语言产生齿音、s音，使声音产生“毛 刺”。
1 L 2 2 (H ) 4 f 0 C
f0为中心频率(Hz)
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2. 模拟电感型多频段图示均衡器
使用由晶体管或集成运算放大器组成的模拟电感来 代替电感线圈。
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模拟电感组成的谐振回路，具体分析如下：
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原理：由集成运算放大器组成的模拟电感来代替电感线圈。
“模拟电感”： 把电容C2“转换”成一个 电感。 电感量：L0=R1R2C2 改变R1,R2和C2的数值即 可得到不同的电感量。 组成一个串联谐振回路 （即选频网络），其谐振 频率为: 图 6―4 运放构成的模拟电感