音频处理技术

音频处理技术（共11篇）

音频处理技术 篇1

0 引言

随着教育信息化的普及,多媒体课件已经成为教师必不可少的教学工具。教师可以根据自己的创意,将音视频文件、文本文件、动漫图画等素材融合在一起,向学生呈现更加丰富的教学内容,从而加深学生的印象。通过启发式教育,借助多媒体技术,调动学生的兴趣,培养起想象力,以提高教学效果。在课件的制作中,基于数字音频处理的有关技术,给课件配上背景音乐、解说和音响效果,不仅可以为学生营造一个轻松愉快的学习气氛,激发学生的学习兴趣,而且还可以加深学生对课件内容的理解。本文以音频处理软件Adobe Audition 3.0为例,介绍在多媒体课件制作中的音频处理方法。

1 声音媒体在多媒体课件中的呈现形式

解说音、背景音乐以及音响效果是多媒体形式课件中声音媒体的主要形式。将这三种音乐融为一体,应用于课堂教学的课件中,对课堂教学将起到良好的促进作用。

1.1 解说音

解说音的目的在于进一步阐述课件的主题,让学生深刻的体会所讲授内容的精髓。在此过程中,需要考虑在适当的时候暂停、播放或者循环播放解说词。关于解说词,要求能够概括所要讲授的内容,并结合具体细节呈现不同的语调,在此基础上做到言简意赅、通俗易懂。解说音制作方面,要注意语调语速,以柔和的声音给学生以启迪。一般情况下,语速过快,学生会让学生赶到紧促,来不及记录相关内容。语速太慢的话,学生会感觉平淡、单一,从而失去兴趣。因此,正常情况下,解说因的语速控制在180-200字 / 分钟,并在教学内容重点、难点部分做适当调整,从而引起学生的注意,促发学生的思考。在正式录音的时候,选择安静的环境,消除不必要的噪声。调整话筒与解说者的距离,以屏蔽鼻音的影响,让解说音更加柔和、圆润。

1.2 背景音乐

在多媒体课件中,背景音乐所起的作用是营造学习气氛、表现某一教学主题、调节学生的心情。在选择背景音乐时,应根据教学内容所表达的基调和节奏的需要选择不同的乐曲,以表达不同的意境。每一章的教学内容都应有一首与之适配的主题旋律,不同章节的基调可以有所不同,但整个课件各章节的旋律要彼此协调,形成统一的音乐曲式。课件中的背景音乐要尽量轻柔、舒缓,音量不能太大,否则会喧宾夺主。心理学的研究结果表明,一段舒缓的背景音乐可以缓解课堂的紧张气氛,有利于学生主动地思考问题。当完成某一章节的教学内容后,播放一小段轻松舒缓的背景音乐作短暂的休息,有助于调节学习过程中的张驰节奏。

1.3 音响效果

教学音响设备的作用是在教学过程中 :(1) 模拟或再现真实的环境声音 ;(2)转换知识点时进行提示。相关音响设备而已帮助教师更好的呈现教学内容,增强学生对于教学内容的理解,促发学生的联想和思考。举例来说,在课件的页面,设置一个热键,鼠标点击的时候,不但进行页面文字、图片的重新布局、呈现,而且能够通过音响输出相匹配声音,可有效吸引学生的注意力。

2 音频处理软件 Adobe Audition 3.0在课件制作中的应用

对声音媒体的处理主要包括录音、编辑、降噪、频率均衡、添加混响和动态处理。目前有很多音频处理软件都能够完成上述处理功能,本文介绍的Adobe Audition 3.0是一款专业的一体化音频处理软件,集录音、混缩、编辑、效果处理和母带制作于一身,提供直观的控制按钮和易用的操作环境。

2.1 Audition3.0 的工作空间和界面

Adobe Audition 3.0提供了统一的、可自由定义的工作空间,可以对各个面板(panel)进行自由移动或结组。Audition软件的主窗口为应用程序窗口(application window),各个面板在主窗口中有顺序的排列称为软件的工作空间。默认的工作空间包含结组的面板和独立的面板。可以通过拖曳面板的方法设置最适合当前工作需要的工作空间。可以建立并保存多个工作空间,以满足各种创作工作的需要。

Audition提供了3种专业的工作视图界面,其中包括编辑视图(Edit View)、多轨视图(Multitrack View)和CD视图(CDView)。这3种视图分别针对单轨编辑、多轨合成与刻录音乐CD。这3种视图虽然为不同的工作阶段而设计,但其工作界面却拥有一些相同的基本元素,其中包括菜单栏、工具栏、快捷方式栏、文件 / 效果器列表、音轨显示区、基本功能区、电平显示区和状态栏等。

2.2 Audition3.0 的工作流程

在Audition中进行音频编辑的工作中包含了多个环节,这些环节共同组成了一条工作流程。Audition 3.0提供了编辑视图、多轨视图和CD视图,每种视图均为不同的工作流程而优化。

●在编辑视图下,只能对单个音频文件进行编辑处理。

●在多轨视图下,可以对多个音频文件进行混音,以创作复杂的音乐作品。

●在CD视图下,可以进行与CD唱片有关的整体编辑、母带制作等工作。

Audition 3.0可以通过视图切换按钮方便快捷地在3种视图间切换,通过界面的任意切换和工作空间的自由组合定义,将不同的工作流程无缝地整合衔接起来,从而形成一条能够适应不同工作目标需求的完整的工作流程。在多媒体课件制作中,主要采用单轨编辑,在编辑视图下,可以对单个的音频文件进行编辑与存储,其基本工作流程大致包括以下步骤。

(1)打开或创建一个音频文件

打开一个待编辑的现有音频文件或建立一个空白文件用于录音或粘贴音频文件。

(2)录制声音

1) 将麦克风插入声卡输入孔,设置麦克风为音源。双击Audition3.0快捷键,打开该软件,单击工具栏上的“Edit View”按钮,弹出单轨编辑界面。

2) 单击界面上方菜单栏中的“文件”,再单击“新建”命令,出现“新建波形”的对话框,然后对采样频率、声道数、量化位数进行适当设置,最后单击“确定”。

3) 单击界面上的“录音”按钮,进行解说音的录制。

(3)编辑音频

音频的编辑,包括选取、裁剪、删除、混合、粘贴等动作,下面分别作阐述。

4) 波形的选取与删除 :选择需要编辑的音频文件,然后在编辑区域选中一段波形,呈高亮状态,直接手动按delete键便可删除选中区域。

5) 波形的裁剪 :裁剪波形是指针对一段音频,保留一部分,去掉一部分。这种裁剪功能,在需要截取音频某一段的情况下使用。方法是,拖拽鼠标选中音频文件的某一段,单击菜单栏中的“Edit”,然后选中“裁剪”,便可以完成预期动作。

6) 混合粘贴 :混合粘贴的作用是将以下内容两两融合 :a) 播放头后新的内容 ;b) 剪贴板中的波形内容 ;c) 音频文件中的波形内容。方法步骤是,首先复制一段波形,然后选中将要进行混合粘贴的波形,单击“编辑”,再单击“混合粘贴”,会弹出对话框“混合粘贴”,看到“混合”和“来自剪贴板”两个按钮,选中它们,并单击确定,便完成了混合粘贴的操作步骤。

(4)音效处理

音效的处理,需要借助专业软件,本文以Adobe Audition 3.0为例,进行阐述,以说明各种音效的处理方法。

7) 音量调整 :Adobe Audition中的“音量标准化”命令,可以弥补麦克风和声卡配置相对偏低的缺陷,输出高质量的声音。首先打开单轨编辑界面,找到菜单栏中的“效果”,在下拉菜单中单击“振幅和压限”,右侧子菜单中单击“标准化”命令,会在屏幕中弹出“标准化”对话框。对话框中,将“标准化至”选项设置为100%,单击“确定”按钮。经过上述操作,解说者的声音波形振幅会加大,音量和音效都会增强。

8) 降低噪声 :给课件配以解说词的同时,不可避免会载入环境噪声。在消除录音时的噪声之前,需要先录一段环境噪声,步骤如下 :

9) 打开Adobe Audition3.0 ;

10) 选中一个音轨,单击按钮“R”;

11) 单击“录音”按钮,录音5秒左右。

由于环境噪声贯穿始终,且变化不大,录制上述纯粹的环境噪声之后,便可以着手降低噪声,步骤如下 :

12) 打开Adobe Audition3.0,打开单轨波形编辑界面 ;

13) 选中录制的环境噪声,单击菜单栏“效果”,再单击“修复”,再单击“降噪器”;

14) 在弹出的对话框中,设置傅里叶变换值为4 096,其余选项采纳默认值 ;

15) 选中需要做降噪处理的波形段,重复步骤b),弹出“降噪器”对话框,然后单击按钮“确定”;

16) 声调变化效果 :变调的目的是改变声音的音调。具体步骤是 :

17) 首先在菜单栏中选择“效果”菜单,然后在下拉菜单中选择“时间和音调”,在右侧菜单中选择“变速”,继而弹出对话框 ;

18) 对话框中,将“流畅变速”选项,对“初始”比率值和“结束”比率值进行设置,预设值选择“Helium”。界面提供了试听功能,可以根据试听的效果,进行适当调整。

3 结束语

随着教育信息化的普及,在多媒体课件中,呈现教学内容的媒体信息越来越丰富,视觉媒体由文本、图片扩充到动画和视频,听觉媒体也由语声扩充到音乐和音响效果等。正确合理地运用声音媒体,可以起到突出教学主题、烘托课堂气氛、激发学生学习兴趣的作用,从而达到提高教学效果的目的。本文简单地介绍了在多媒体课件制作中运用音频处理软件AdobeAudition 3.0进行音频处理的基本方法。

摘要：在多媒体课件制作中,合理的运用数字音频处理技术,给课件配上背景音乐、解说和音响效果,不仅可以为学生营造一种轻松愉快的学习气氛,激发学生的学习兴趣,而且可以加深学生对课件内容的理解。本文以Adobe Audition 3.0音频处理软件为例,介绍在多媒体课件制作中的音频处理方法。

关键词：多媒体,课件制作,音频处理软件

音频处理技术 篇2

第一，课件的易操作性。具有交互性，教师与课件交互，学生与课件交互，并能实时反馈。这样才能吸引学生，调动学生的积极性。

第二，音、视频的插入是为了教学服务的，不要为了多媒体而画蛇添足，喧宾夺主，如过多使用音、视频，有时会影响学生对教学内容的注意力。

第三，课件中要注意让画面上的字、图、声、动画等媒体的混合协调，要使学习者产生美感。

第四，对于课件中音、视频的设计要能根据教学实际，可以重复播放，增强学生对相关知识的理解。

第五，课件制作中要注意信息量不能超量，展示时速度不要过快，音响效果不能对学生的思考造成干扰。

总之，一个好的多媒体课件在视音频的设计与处理上不仅要做到内容丰富，还要所占的存储空间少，因此，制作多媒体教学课件时要选择合适的格式。如背景音乐用MIDI文件，音频用MP3格式文件，视频选择V较为理想。

视频和音频在多媒体教学课件中所传递的丰富的信息是其他媒体不可替代的，在实际教学中视音频信息的作用是非常大的，它对教学的效果有着多方面的影响。不断研究视音频技术并充分发挥其特长，对提高多媒体教学的课堂教学效果有着重要的意义。

音频处理技术 篇3

【中图分类号】TN912.3 【文献标识码】A 【文章编号】1672-5158（2013）03-0109-03

1前言

在中短波调幅广播中采用音频处理器提高发射机的平均调幅度，可以增加边带功率，扩大广播覆盖，改善收听效果。音频处理器的电路结构虽然是多种多样，但音频加工的基本方式可分为电平加工，能量加工，频谱加工和相位加工等。其音频加工处理的原理如下图所示。

2 OPTIMOD-AM 处理

从我们机房改造以来一直使用美国orban公司的OPTIMOD-AM音频处理器，OPTIMOD-AM的处理在模拟信号时有七个重要阶段，在数字信号时五个重要阶段。

第一阶段是立体声增强：这项操作仅处理有失真的立体声和没有进行折中处理MONO传送。

第二阶段gentle AGC，AGC平常用于slowly ride gain，保持长期平均激励电平到下一多波段压缩阶段常数。经过处理后信号被分解为：analog AM 和HD AM独立处理。

第三阶段是分部的均衡器，可以进行低音，中音和高频均衡。也可以进行EQ （in dB），bandwidth，the center frequency的设置

第四阶段是一个五波段压缩器配有Orban专利的多波段去除失真削波器。

第五阶段是：智能削波器（模拟信号处理）

第六阶段是安全削波器和过辐射补偿器，可以准确地控调制峰值而无需加波段外频率，像削波器一样简单。

第七阶段是：过辐射补偿器为每个输出设定发射均衡，设定决定低频均衡器修正的最大数值控制器设定频率，在该频率上延迟均衡器开始加周相移动以修正发射机和天线系统的非连续性延迟。控制器设定频率，在该频率上高频均衡器开始复制高频响应以补偿发射机和天线系统的过辐射。

3 ORBAN9300功能键说明

ORBAN9300音频处理器目前是我们机房所使用的音频处理器，由于按键和菜单都是英文，为了便于我们熟悉掌握其功能，我们先从按键进行说明（如下图所示）：

Screen Display 标注四个屏幕按键，提供控制设置的信息。显示各个菜单功能项。

Contrast 键调整液晶屏幕显示最佳效果。按此键转动调整对比度。

四个软按键 分别对应显示屏四个显示区域，不同显示区域对应不同的功能菜单项，按动后进入其对应的功能菜单项。

Next和Pre键有的屏幕有许多页面，用来显示更多的页面，向前或往后翻动页面，在修改数据时，也可以用这两键字符间的位置Control 旋钮用于改变数据。

Escape 键回到先前的屏幕，重复按动则回到主屏。

Recall 键显示当前的预设和下一个预设（可以通过转动控制旋钮改变）。要使用不同的预设播音，转动控制旋钮找到需要的预设，然后按RECALL NEXT屏幕按键。

Modify 键出现的屏幕用于修改LISS-MORE，EQ 和所有当前播音的预设控制参数。

Setup 键出现的屏幕用于修改系统设置。

4 ORBAN9300的系统设置

为了使ORBAN9300能在播音中起到关键的作用，对其进行运行前的设置也是很关键的，其步骤如下：

1） 确定发射机没有被连接

因为是刚开始设置参数，所以先不要连接到发射机，等到完全调整好参数后再连接发射机

2） 加上电，9300开始自检，并初始化

3） 按动前面板SETUP键

4） 按动显示屏幕上“QUICKTAME SETUP”对应的软按键，就进入到了快速安装的菜单画面，按动NEXT和PRE键就可以前翻和后翻菜单项。

5） 设定时间、日期、（夏时制的时间）：

按 NEXT 键，出现设置时间的画面

按住对应的软键，转动KNOB键设定小时、分、秒，并

定好准确的秒钟，以确保时间的准确性。

按 NEXT键，出现设置日期的画面

按住对应的软键，转动KNOB键设定日期、月份、年份

按 NEXT键进入夏时制的开始和结束的日期时间

6） 设定输出带宽

按 NEXT键，出现设置低通滤波器带宽的画面低通滤波器是十分重要的参数，直接关系到发射射频信号的带宽，设定值一定要符合国家的要求规范。

设置范围是：4.5khz --9.5khz，步进为：0.5khz，系统默认的是：NRSC。按住对应的软键，转动KNOB就可以改动数值。

7） 设置高通滤波器

设置范围是：50hz—100hz，步进为：10hz，默认是：50hz

按住对应的软键，转动KNOB就可以改动数值了

8） 设置外部AGC模式

假如连接有外部AGC设备，如：Orban 8200ST

OPTIMOD-Studio，464A Co-Operator，则在NEXT出现的画面中选择”YES”； 如没有则选择“NO”，系统将启用9400自身的AGC

9） 设置首要音频输入的信号源状态（数字还是模拟）

三个选项：digital，digital +j17，analog . 模拟的选择模拟

数字的一般选择digital

10） 设置立体声、MONO模式

设置声音处理模式。供选择的模式有：STEREO（立体声），Mono L，Mono R，Mono L+R输入为数字信号一般都选择立体声模式，选择MONO模式时，应选择MonoR+L；输入为模拟信号时，如果只有单声道（L或R）则选择Mono（L或R），如果L，R都有则选择MonoR+L

11） 设置输入电平值

根据输入的信号，这项功能分为两个选项：ANALOG（模拟）和digital（数字）设置的办法是：按住相应的软键不放，同时转动KNOB键进行调整数值，调整的范围都是：10DB

12）设置数字信号的采样率

Set the digital output sample rate. 可提供的数字信号的采样

率为：32，44.1，48，88.2，96KHZ

如输入为模拟信号则不会出现这项功能设置项

13）准备设置输出电平

按动“NEXT”，出现是否要使用”TONE”的选项

选”YES”是进入到“TONE”（自动调音状态）

选“NO”是进入到“program material”（节目素材状态）

14）设置数字输出电平

Set the digital output level.此项为设置数字输出的电平，转

动KNOB键，就可设定相匹配的输出电平值。如选择模拟

输出则跳过此项。在快速设置中，都是默认设置第一路的

信号输出，如果要想用第二路输出，那将在快速设置完后

再到相应的设置项中进行设置

15）设置模拟输出电平

Set the analog output level.此项为设置模拟输出信号的电平

值，如果使用的是数字输出，则可跳过此项。在快速设置中，都是默认设置第一路的信号输出，如果要想用第二路输出，那将在快速设置完后再到相应的设置项中进行设置。

说明：快速安装，只对一些基本的或是重要的参数做了设置，是完成输入输出节目处理的最基本的一些设置。如果用户需要定制一些个性化参数，或是需要做一些更为细致，专业的设置，就需要进行一些专项的设置了。

5 ORBAN9300模拟和数字 I/O设置

这部分主要说明有关9300 I/O方面的一些参数设置。具体的操作步骤如下：

1）确定没有连接发射机

在修改参数时，不要连接到发射机，以免发生错误。

2）临时设置外部的AGC为“no”

操作：按SETUP键 >按NEXT >按NEXT >进入到EXT

AGC，设置为：no

如果使用了外部扩展的AGC如：8200ST，你将要在这项

设置完成后，再将AGC设为“yes”

3） 输入选项参数设置

操作：按SETUP键 >选择IO CALIB对应的软件> ANLG

IN/DIG IN. 选择输入信号的性质（模拟还是数字），在没

有数字信号输入时，系统默认是模拟输入

4）调整模拟参考输入电平

调整范围9dBu 到+13dBu （VU），或者–2 to +20dBu （PPM）]

步进0.5 dB （如为数字信号输入则跳过此步）

5）调整右声道平衡度

这项设置旨在调整右声道的平衡度，已达到左右声道的相对

平衡。设置范围是：-3 dB t到+3dB]，步进0.1 dB这项设置对模拟和数字信号处理都有效，如果设置的是MONO模式，则将看不到这项设置，如果设置的是：MONO+L/R模式，则能出现这项设置。

6） 调整数字输入参考电平和右平衡度设置

在 3）中选择数字输入后，就进入了数字电平设置界面和右

平衡度设置，和模拟时设置一样。

7） 设置输出带宽和高通滤波频率

这项设置可以以下几项参数：

lowpass filter cutoff frequency（低通滤波频率），lowpass filter

shape（低通滤波波形调整），highpass filter cutoff frequency（高通滤波频率），positive peak threshold （asymmetry）（非对称的正峰值设定），six transmitter equalizer con-trols.（六种发射机均衡器设置）

A、设置低通滤波频率

操作：按住显示屏中lowpass所对应的软键，转动KNOB键选

择所需要设定的owpass filter cutoff frequency值；其范围是：4.5

kHz to 9.5 kHz （NRSC） 步进0.5 kHz . 这项设置要和所在国的相关规定相匹配

B、设置lowpass filter shape（低通滤波波形调整）

操作：按住显示屏中LPF SHAP 所对应的软键，转动knob键

确定输入的低通滤波是否在设置的低通滤波频率上下降0.1db，3db或是6db。

C、设置高通滤波频率

操作：按住显示屏中HIGH PASS 所对应的软键，转动knob键，选择合适的highpass filter cutoff frequency值；设置范围：50到100Hz 步进10Hz . 默认为50 Hz.

D、发射机的均衡设置

操作：按ESC键；

按住屏幕中显示的需要设置的发射机参数设置项所对应的

软键；设置方式和上面的步骤相同；

8） 配置模拟输出

操作：按SETUP 键>按IO CALIB对应的软键> 按

OUTPUT对应的软键> ANALOG1，按动NEXT键将会显示出

此菜单下所有的参数设置项

设置节目源特征，选项有：AM PROC，HD PROC和ONITOR，AM PROC是指所选择的输出处理是为模拟发射机的；HD PROC是指所选择的输出处理是为HD Radio或是其他的数字传输频道，比如：netcasts； MONITOR则为监控所用。

如果需要使用第二模拟口输出，则进行如下操作

SETUP > IO CALIB > OUTPUT > ANALOG2

其他设置和ANALOG1 一样

9） 配置数字输出

操作：按SETUP键 >按IO CALIB所对应的软键> 按OUTPUT所对应的软键> DIGITAL1. 按动NEXT键将会显示出此菜单下所有的参数设置项设置节目源特征，选项有：AM PROC，HD PROC和MONITOR

A、设置数字输出PRE-EMPH（预加重）到J.17 或者FLAT（平滑）几乎所有的系统都要求平滑输出（即flat），J.17仅仅在驱动一个使用了J.17预加重的STL，默认选择FLAT

B、设置the DO1 RATE to 32，44.1，48，88.2，or 96 kHz（声音采样频率）

C、设置数字输出的格式AES3 or SPDIF一般设为：AES3

D、设置output WORD LGTH （word length）（输出字长度）

有如下几项：[14]，[16]，[18]，[20]，和[24]，单位为bit

E、设置抖动DITHER IN OR OUT

如果设置为IN，9300将在任何输出字断裂处加上高通抖动。如果节目源已经经过去抖动校正处理，这项设置可以设为OUT；使用Noise Reduction feature（噪声降低特性）也有显著的效果，但是处理器有时能够消弱输入信号抖动，将导致信号偏弱不足以进行输出去抖动校正。这时，应该加入9400内部去抖动的功能。

E、设置the DO SYNC（时钟同步）

选项为：INTERNAL（输出采样同步采用9300内部时钟，EXTERNAL（输出采样同步采用外部时钟，即采用AES3输入信号的时钟）

F、假如需要使用第二路输出口，则进行以下操作

按 SETUP键 > IO CALIB > OUTPUT > DIGITAL2其他的参数设置和DIGITAL1 一样

6 音频处理的一些概念

响度和覆盖可以通过降低音频的峰值与平均值之比来提高。如果降低峰值，平均值可以在调制允许的范围内提高。这个效果可以实现而无讨厌的副作用（如修剪失真），这是提高音频处理效果的最好的单一措施。

密度是短期音频幅度变化图峰值的RMS振幅均衡化的范围（以动态幅度为代价）。具有大量短期动态幅度的节目的密度低；高度压缩的节目密度高。压缩降低柔合声音与喧闹声音之间的电平差别以更有效地利用峰值电平的限制，从而主动地提高柔合声音的响度。它不会使喧闹声更大。压缩以类似于“驾驭增益”的方式相对缓慢地降低动态幅度，限幅，修剪，另一方面降低音频短期峰值与平均值的比。限幅提高音频密度。密度提高会使喧闹声好像更大，但是也会产生不引人注意的，忙碌，密集和缺乏动态的声音。当设置会影响处理声音的密度的控制器时，必须意识到密度过大所带来的负面的主动性副作用。另一方面，当存在实质噪音时，高密度处理可以改善清晰度，因为那些通常会以低于噪音电平复制的语音波型的低能量部分会被放大而可以听到。因此高密度节目内容听起来可以很好或者不引人注意，这取决于接收条件！

数字音频调度系统故障处理 篇4

随着数字技术不断的成熟 , 节传机房在音频传输方面采用了数字音频调度系统软件 , 基本上实现了数字自动化 , 质量可靠 , 运行安全 , 大大提高传输给发射机房的音频质量 , 能满足未来数字广播的需要。但是由于新设备、新软件 , 运行过程还会出现这样或那样的问题 , 需要加强维护和应用 , 才能保证高质量的传输和监听。数字音频调度系统由接收系统、数字音频调度系统、电源系统、监听系统和网管系统组成。实时监视数字音频调度系统各个设备的运行状况及信号传输情况 , 出现异常现象时提供报警。节目运行图在节传网管计算机运行图编辑界面编辑好后 , 通过监控软件编辑完成后提前下载到接收机存储器中 ;运行图存入接收机后 , 即便接收机出现断电 , 节目运行图也不会丢失。本文结合工作实际 , 对数字音频调度系统GPS时钟与本地时钟时间不一致产生的问题及处理进行探讨。

1 故障现象

数字音频调度系统监视屏出现GPS时钟与本地时钟时间不一致。框图出现 :中央五套1主 , 设备通信故障 ;中央五套2备 , 设备通讯故障 ;省台 , 设备通讯故障 ;音频选择控制模块有告警指示 ;TX指示灯会闪 , RX指示灯不会闪 ;数字音频调度系统与pc机交互出现故障 , 不能交换以致串口服务器不工作 , pc机闪烁灯不闪 , 不能接收和发送数据。机器其他的设备一切正常 , 节目源正常输出到发射机房。正常情况是设备显示正常 , 数字音频调度柜中四选一数字接口模块正常 , 电源模块正常。

2 故障判断

产生这种问题 , 主要有七种可能 :数字音频调度系统监控软件出故障 ;音频调度系统与pc机之间的数据传输线故障 ;pc交换机故障 ;音频选择控制模块损坏 ;数据接口模块损坏 ;网线接触不良 ;串口服务器出问题。

3 故障处理

首先 , 保障节目信号正常输送到发射机房。由于运行图在节传网管计算机运行图编辑界面编辑好后通过监控软件编辑完成后提前下载到接收机存储器中。当运行图存入接收机后 , 即便接收机出现断电 , 节目运行图也不会丢失。这样在保障节目信号正常输出到发射机房 , 确保安全播出情况下 , 作应急处理。

其次 , 在音频调度系统监控软件上校对GPS时钟与本地时钟。发现校对不了 , 数字音频调度控制模块还不停地报警 , 可能是该模块损坏。在主用优先且C波段正常播音情况下 , 对该模块进行更换 , 发现仍不能解决出现的问题 , 情况照旧。这种情况 , 只能待节目播出完检修处理。

然后 , 在第一次播音结束后重启起电脑。当前播音任务完成后 , 及时重启监控软件 , 看是否能正常。虽数字接收机可存储运行图且能自动播出节目 , 为了保障其它节目可靠和准确 , 在重启电脑时 , 仍然要注意做好数字与模拟节目源倒换工作 , 以防万一。同时让发射机房也做好数字与模拟信号源的转换工作 , 目的是确保其它节目播出万无一失。因为 , 在这当前节目播音结束时间一到 , 不知道数字接收机时间与GPS时钟是否相一致。如果不一致 , 当前节目就不能按照运行图自动切断节目源 , 仍有当前信号播出 , 照成人为多播事故。只有一到关机时间在音频四选一上执行应急操作 , 立即切断当前节目源 , 并通知发射机房关机 , 然后关机重启电脑和监控软件。一般情况下 , 重启电脑和监控软件后 , 故障会消除 , 只要再重新校验接收机运行图和同步接收机时钟即可。

最后 , 如果重启电脑和监控软件 , 故障仍不能消除 , 就要再续查是不是网线或交换机有故障等其他原因。

4 故障原因

数字音频调度系统的监控软件有问题 , 引起系统时间无法校对 , 接收机时钟和GPS时钟不一致 , 要执行的运行图不能按当前运行图运行时间运行。会照成人为多播 , 少播或停播事故。

处理完故障后 , 认真分析 , 可以发现采用数字音频调度系统的优点较多 , 更能保证节目安全播出。一是具有广播级音频指标。可同时进行多路专业音频的处理 , 拥有多种功能模式 , 面板标识清晰 , 操作简单 , 直观易于维护。二是质量可靠 , 运行稳定。采用数字音频电缆传输信号 , 抗干扰能力强 , 设备运行出现异态可通过声音和指示报警 , 让人很直观知道故障的出处。三是具有直观的网管系统 , 使用方便。可实时监控各个设备的运行状态 , 同时网管系统能自动上载运行图至各个设备 , 接收设备一旦被上载运行图后 , 整个调度系统即可脱离网管独立运行 , 任何时候都有传输音频信号的能力 , 节目传输有保障。四是节目运行图是通过监控软件编辑完成已提前下载到接收机存储器中 , 数字接收机是按预先存入接收机中的节目运行图自动播出节目。主要是由于数字接收机具有存储功能, 可存储已编制的节目运行图, 即使断电也不会丢失 , 不受干扰的准确执行。同时 , 数字接收机本身内部有高精度时钟 , 不需要外部电源具有实时性 , 时钟不会因为断电而丢失。

即便这么先进的数字音频调度系统 , 但也会出现使GPS时钟与本地时钟不一致问题 , 可能导致多播或少播问题。在实践中 , 为了保证播出准确和可靠 , 还必需通过系统给它校时。数字音频调度系统的监控软件出问题, 使GPS时钟与本地时钟不一致 , 而且不可以校正 , 分析这个故障产生的原因是接收机的时钟是本地时间 , 而本地时间存在与GPS时间不一致的可能 , 势必影响运行图运行时间。

5 故障防范

为了杜绝这种情况发生 , 一方面 , 值班员在上班时就要查看接收机内部的时钟和当前运行图 , 若发现时钟或运行图不正确 , 就应执行同步接收机时钟或校验接收机运行图。平时开展应急演练 , 提高操作技能 :一是熟练音频调度系统电脑操作 , 定时给电脑系统监控刷新 ;二是熟练设备运行不正常倒换备份操作 ;三是熟悉接收机可通过串口进行设置 , 也可通过面板手动设置操作。此外 , 值班员要加强巡视 , 做到看、听、闻 , 及早发现及时处理保证节目不间断的播出。

另一方面 , 数字音频调度系统生产商对软件进行改进 , 使显示器上能出现两个小指示 :一个是显示数字接收机的时间 , 如有与GPS时间不同可快速校对 , 就像校对GPS与本地时间一样 ;另一个是显示在播音当中 , 数字接收机按预先存入运行图运行与现在正常播音的运行图是不是相一致。有了这样的指示 , 值班员巡视设备的时候就可迅速发现和处理 , 在播音中发现不是当前的运行图也可立即校验接收机运行图 , 同步接收机时钟 , 保障节目源的可靠性和准确性。

摘要：本文结合工作实际, 对数字音频调度系统GPS时钟与本地时钟时间不一致产生的问题及处理进行探讨。

蓝牙技术在音频网关中的应用 篇5

关键词：音频网关（AG） 蓝牙 Bluestack协议栈 耳麦

蓝牙是一种近距离无线通信技术规范，用来描述和规定各种电子信息产品相互之间是如何用短距离无线电系统进行连接的。蓝牙技术的主要用途是取代电缆。由于蓝牙具有比802.11b、HomeRF、红外等无线技术高得多的性能价格比，蓝牙技术应用具有非常广阔的前景。

目前已有不少公司生产出高集成度的蓝牙芯片组，例如朗讯的W7020+W7400芯片组、飞利浦的LMX3162芯片、Atmel的T2901和AT76C551芯片等。利用这些芯片可进一步方便地进行蓝牙产品的开发、同时，也有许多公司还开发出了高层协议栈及相应的API。开发者基于这些高级协议栈，可不必对蓝牙技术作深入的研究就可以方便地开发基于蓝牙的应用。本文讨论一个基于CSR的BlueCore01b芯片和CCL的BlueStack协议栈的嵌入式音频网关的实现实例。

(本网网收集整理)

音频处理技术 篇6

关键词：广播电视；数字音频；工程；技术

中图分类号：TM938 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 18-0000-01

广播电视是常见的信息传播媒介，加快广播电视工程的发展对于和谐社会的建设有非常重要的作用，如可以强化监督舆论、社会经济活动，提高国民科学文化水平及宣传党的政策、方针及路线等[1]。本文结合实践經验对广播电视工程中应用数字音频技术的相关问题进行了探讨，旨在促进广播电视事业的进一步发展。

一、数字音频技术概述

数字音频技术指的是保证数字信号与模拟信号之间能够实现相互转换的一种广播电视工程技术。该技术具有高效存储管理信息、精确剪辑音频及扩充音频轨道等优势，因此能够有效提高广播电视工程的建设质量。调制脉冲编码是数字音频技术实现信号转换的基本原理，调制脉冲编码的主要步骤包括采样、量化及编码。（1）采样。传输的语言信号或视频信号不同，所使用的采样频率也存在一定的差异。DVD-Audio的采样频率为96kHz，DTA及DVD-Video为48kHz，MP3及CD为44.1kHz；如仅需要传输语音信号，则采样频率一般为32kHz。（2）量化。量化指的是测量采样值幅度，如存在量化误差，则会影响到音频传输过程，并引起量化噪声。将采样频率提高是减小量化误差的有效途径，量化阶数越高，则量化误差越小，2n个量化阶=n个比特数[2]。（3）编码。编码指的是将量化值转化为计算数，编码与量化工作通常需要同时进行，编码时的信号码率=采样频率×量化位数。如需要将信号码率降低，则需要对量化位数进行压缩或降低量化精度。

二、数字音频技术在广播电视工程中的应用

（一）数字音频嵌入技术。数字音频嵌入技术已经在广播电视工程中得到了广泛应用，这对于广播电视节目制作、传输及处理效率的提高有非常重要的作用。在应用嵌入技术时通常需要结合SDI（数字分量串行接口）技术。由于广播电视工程中存在分量方式与复合方式模拟信号，在转换以上两种信号时也需要采用串行、并行两种数字拾取方式。拾取数字信息时需要在辅助数据中嵌入数字音频，即将信号嵌入到SDI信号当中，以便能够同时传输不同形式的信号。在应用嵌入技术时应注意把握以下关键点：（1）在视频信号中的场同步脉冲中插入音频信号，在插入后检查数字分量与视频信号是否能够同步传输。对于视频消隐信息及场消隐信息，则串行数字分量无需取4：2：2，同时也不需要采用特殊的取样形式，只需要在数字视频分量之间的空隙插入辅助数据即可。（2）数字音频取样单位子帧可取32比特，对于视频则主要取10比特，如需要将32比特的视频转化为音频，则直接取3个单位的10比特，同时将20比特取样的音频数据去除，并传输AES/EBU及CH通道信息、奇偶校验码的具体信息。（3）如在传输视频或音频的过程中无需单独的后期伴音，则传输视频时可以同步传输伴音，如数字音频原有取样频率并不相同，则在嵌入的过程中也可以同时传输所有音频取样数据。

（二）数字水印技术。由于采用水印技术处理过的音频信息具有较好的的隐藏性，能够有效保护音频信号的版权，因此在广播电视工程领域中常被应用于处理音频数据。在应用水印技术时只需在音频原始数据中嵌入具有防伪作用的水印信息即可，嵌入水印后不会对音频传输质量造成影响，同时还能有效防止音频信息被篡改。在广播电视工程领域中应用水印技术时，一般采用以下信息处理流程：（1）同时将水印与密钥嵌入到音频数据当中，随后采用嵌入算法处理音频数据，得出含水印的音频数据后，再次嵌入原始数据及密钥。再次嵌入原始音频数据及密钥的目的在于对数字水印进行提取及验证，以便保证在接收到音频信号之后能够有效还原原始水印与音频数据。（2）如需在广播电视工程中应用不可见的水印技术，则可以采用两种实现方法，即变换域实现方法与空间域实现方法。如采用变换域实现方法，则需要对音频信号进行离散余弦转换、Z变换、小波变换等，随后在经过变换处理的音频信号中嵌入水印即可。在采用空间域实现方法时，需要修改信号值，确保信号值符合时域内的传播特征。

（三）音频对比技术。在广播电视工程的监测系统中通常会使用到音频对比技术，对比技术指的是采用音频的频域特征或时域特征对两段音频的序列进行分析，以便找出音频序列所具有的相似点，从而为广播电视节目的播放序列调整提供依据。在广播电视工程中应用音频对比技术时，可以按照以下流程：（1）采用多路采集卡采集待处理的音频序列，在采集的过程中要处理好增益补偿及滤波补偿等问题。采集好音频序列之后便可以转换音频信号模数，同时压缩数字信号。完成数字信号的压缩处理工作之后可对信号属性及特征参数进行提取。（2）提取属性及参数特征后，可对提取的信息进行比较，以便找出音频信号或视频信号当中的相似之处，同时计算出相似度，在对音频或视频信号相似或相同的情况进行判断时，需要依据相似度。（3）对比技术当中的预处理工作，如增益补偿处理及滤波处理等可以将音频当中存在的传输干扰因素消除，如平衡音频电平差、干扰脉冲及噪声等。压缩音频的主要目的在于有效控制不相关或相关性不大的传输参数，从而使音频处理效果得到有效改善。提取属性及参数的过程中应注意保证数据的全面性，一般而言提取的参数应包括音频能量参数、带宽参数、振幅、音高、Mel倒谱系数、均方根及质心等。

三、结束语

综上所述，数字音频技术是推动广播电视工程实现进一步发展的重要动力。因此在实际工作中要重视深入探讨数字音频技术的应用方法，从而保证数字音频技术得到有效推广。

参考文献：

[1]李洪超.浅谈计算机技术在广播电视后期制作及广播电视发射监控中的应用[J].计算机光盘软件与应用，2012（05）：64-65.

音频信息的采集和处理 篇7

关键词：CD光盘,磁带,转换,音频信息

多媒体计算机进行音频信息处理技术使人们在媒体制作、学习和娱乐等方面可以采取较为灵活的方式,但如何处理音频信息,使计算机能使用CD光盘、磁带等各种介质上的音频信息来帮助人们的学习,如何对CD光盘、磁带等的音频信息进行相互转换,本文对此提出一种应用方法和技巧。

1、CD光盘转换为磁带信号

1.1 CD光盘信息转换为计算机音频文件

CD是音轨,跟数据光盘不同,AudioCD没有数据光盘的文件定位信息,无法作为文件直接保存到硬盘上。为保证抓取后音频的声音质量,采用Exact Audio C o p y软件抓取C D光盘上的音频信息,Exact Audio Copy(缩写为EAC)软件最大的特点使可以精确捕捉音轨,EAC使用时无需安装,直接双击E A C图标打开,对语音信息来说,音频质量要求不高,直接保持默认状态即可;如果是C D音频,则需进行设置,“E A C的安全、快速和爆发三种读取音频数据模式的质量从高到低,其速度也是从快到慢。在安全模式下,由于E A C需要多次读取数据,速度将非常慢。在安全模式下,E A C会对每一帧的音频数据采取多次读取的方法来提高准确性,既然我们是要制作高品质的数字音乐,所以安全这项当然是首选的了”[1]。可以使抓取的音频信息实现高保真。

如图1所示,使用EAC抓取的CD音乐光盘,将光盘信息抓取为W A V和M P 3的声音文件;点击将“光盘转换为WAV”或将“光盘转换为MP3”的图标,且选择文件保存位置即可实现将CD光盘信息转换为“W A V或M P 3”的音频文件。

1.2 将音频文件录制到磁盘上

将计算机声卡的输出端L I N E O U T(或SP)接录音机或卡座的输入端(LINE IN或REC),放好需要录制的磁带,按下录音键和暂停键,准备好录音机。

计算机播放音频文件采用Foobar软件,Foobar软件的特点是在播放MP3和WAV音频文件时,音质效果的层次感比较分明。输出噪声也较小,无论是在高音区还是中低音区,音质都更加厚实[2]。适合听各种音乐和甚至不需要环境的音效场合。声音的效果当然和你使用的声卡性能有关。使用Foobar时,只要在计算机中按照提示安装即可,启动后利用“播放列表/打开/打开转换好的音频文件并设置顺序播放”。

点击Foobar播放按钮,同时将松开收录机的暂停键,开始录制声音,在录制过程中注意监听,并对录音电平加以调节,当录制好一面后,停止Foobar的播放,翻转磁带后再继续录制其余另一面。

2、将磁带信号转换为光盘信息

2.1 将磁带信号转换为计算机声音文件

将录音机的输出端(LINE OUT)接计算机声卡的信号输入端(LINE IN),同样准备好录音机。录音时使用的软件我们采用Total Recorder。

Total Recorder也叫网络录音机或者万能录音机,可以把各种音源的声音录下来。它具有“软件”(即网络)“声卡”两种录音模式,其中的“软件”录音模式最具特色,这个模式下它的录音策略是直接录取网络或者是播放器软件发出的数据包,因为Total Recorder的“软件”录音模式直接记录网络或者软件播放器发出的数据包,理论上相对声音源没有任何的失真。也就是说原来的声音源质量有多高,录出的声音质量也就有多高[3]。

设置录音方式为声卡录音,且调整声卡为线路输入(L I N E I N),选择“声卡”录音模式。先按Total Recorder主界面上的“录音源及其参数设置”按钮,将录音源从“软件”改成“声卡”,然后“确定”。回到主界面后按录音钮即可开始录音,录音时注意录音电平的调整,保证录音的声音质量。同时注意监听,当第一段录制完毕,出现间隔,按下录音机暂停键,并将Total Recorder也暂停,选择“文件/保存”,把刚录制的保存为计算机音频文件(若保存为MP3文件,在保存时根据对信号的要求程度不同,可选择“声音格式选择”列表MP3的三个选项:MP3接近高品质、MP3中等品质和MP3低品质)[3]。随后将Total Recorder关闭,再次启动,在录制第二段,这样避免录制信息的前后干扰,其余的部分同样在录制完成后保存音频文件,再次关闭、启动Total Recorder完成其余部分的录制。

2.2 将音频文件刻录到光盘

利用常用的计算机光盘刻录软件如“Nero Burning ROM”、“Clone”等软件,将音频文件刻录到光盘上即可在计算机以及C D光盘放音机上使用。

3、总结

本文提出了应用多媒体计算机进行音频信息处理的一些技巧,对于媒体制作而言,该方法简捷,失真小,效果较好。如何很好地实现高保真、高品质、低损耗,快捷有效的音频信息处理,在方式方法、应用技巧及软硬件选用等方面都有待进一步的探究。

参考文献

[1]数字音频文件的制作与播放.http://www2.beareyes.com.cn/bbs/5/91.htm

[2]音频之王争霸战:Winamp和Foobar.http://www.52z.com/Articleview/2004-10-8/article_view_11470.htm

异地节目的音频处理要点 篇8

一各测量仪表说明

由于各收发端设备种类型号繁多, 且音频的测量设备也各不相同。所以, 下面先介绍一下经常使用的音频测量设备及其相应的音频单位指示关系。我们现在一般分模拟音频单位指示器, 如VU表, PPM表, 和数字音频指示器, 如Wholer指示器。

1. VU表和PPM表

当初制定此仪表是要他们在可接受的限制范围内去取得个动态范围。音量单位 (VolumeUnit;VU) 是节目响度 (Loudness) 的变化单位, 1mW即是等于0dB, 然而这么小的功率不是很容易地就能去量度的, 但电压却能容易地去量度到数值, V=0.775伏的参考标准。当把它当作是“零电平位准”时, 这就是常写成的“0dB”, 针对于简单化我们在此赋予它为0dB。VU指示表的对照0VU的实质有效电平位准是+4dBm (1.228V) , 它指示出主观上节目之不同的片段部分, 内容是有多响, 在这点它做得非常好, 但由于机械动作的来回迟滞, 它不能做到对于任何实际有效讯号电平位准达到即时指示, 相对地缓慢积成时间漏掉非常多的瞬时现象。从–20到0以及再从0到+3。这个0是没有失真时读出的最大额定正常标准值指示。越过0的刻度是标示为红色的, 在红色区域的音量指针读数, 是告诉你只允许可瞬间短暂地指示到Hot区域, 当在表上Hot区域读取时, 我们说为过多溢出的, 当在表上的读数平均是–20时, 我们说为不清晰, 无法使用。

PPM在英文是Peak Program Meter。PPM是峰值指示装置的仪器, 它有能力正确地显示讯号暂态过程 (暂态现象) , 它具有非常短的起动时间, 且视觉能看到那些峰值。PPM的刻度标示是对数标示的, 这授予整个标示刻度范围去做精确的讯号电平位准量测, 整个标示刻度范围由七个标记点组成。从1到7每个分割表示分配区分4dB的电平位准改变, 中间的那个标记点是PPM 4, 它是设定去指示在0dBm或0dBu, 常态工作运转的最大讯号极限是PPM 6, 或称为+8dBu。我们知道, PPM表比VU表较为优越, 因此更贵。

2. 数字音频指示器

这个设备最关键的是“0”dBFS, 即满刻度的数字音频参考电平, 称:数字满刻度电平。是指在数字域的音频系统中, 对最大值所对应的A/D或D/A变换器, 所能转换的模拟信号不被削波时的信号电平。“满刻度”是指:转换器可能到达“数字过载”之前的最大峰值电平, 满刻度电平值是由转换器内部设计所决定的, 是一个固定电平值。“0”dBFS对应+24dBu, 曾是我国的广播电影电视行业标准。其最大可能编码的电平值, 用与其相对应的模拟信号电平值表示。几乎所有的数位设备皆是配备dBFS的表头, GY/T192-2003《数字音频设备的满度电平》是这样规定的, 电声系统的“工作电平”为15dBu, 最高峰值电平为24dBu (尚符合现在国标的规定) 。

3. 数字电平 (d BFS) 与模拟电平 (0VU) 的换算关系

一般, 用于节目信号测量时的准平均值为+4dBu (1.228伏) 即0VU:是声音信号的“参考电平值”。模拟电平 (VU) 、峰值电平 (PPM) 与数字音频信号编码电平 (dBFS) 的关系如下:

二应用举例说明

有观众反映某卫视频道开路接收声音非常响。而该频道的大多数节目是由上海播出机房传给异地播出机房, 再通过此异地机房播出传输, 经异地地球站上星的。经比较, 发现开路接收比上海播出机房的输出音频要大很多, 而当源的音频本身就很大时, 接收下来的声音有时会有失真。为了查找原因以便解决该问题, 我方组织了相关测试。由于上海和此地相距甚远, 其中有很多环节和多设备, 而且已经在播, 所以需要在测试中不断协调各方, 调整测试内容。

1. 测试设备

测试设备见表1。

2. 异地音频测试表

异地音频测试表见表2, 其中A、B、C点如图4所示。

3. 说明

由于C点最大表头是3, 所以从-21.5dBFS开始向小的电平方向测量数据;B点最大表头是12, 因此从-12dBFS开始向小的电平方向测量数据。而由于时间有限, 就B点测量了一些数据, 找到规律后就不测了。因此, 对测量数据进行了推测。斜号字是为了比较而推测出来的数据。宋体是实际测出来的数据。

表3为读表的对应关系, 各自成线性关系。

4. 测试结论

异地机房入口处A无增益, B即播出机房出口处无增益, C光缆链路增益6.5, 说明编码链路增益了2.7。如图4所示。

异地播出机房调节光发板, 观察输出变化;

异地地球站调节光收板和编码器的输入音频的增益, 观察输出变化。

经双方协调测试, 由异地机房调整了以上设备, 最终开路信号音频与播出机房音频增益几乎为零, 感官上几乎无差异。

三可调节增益的音频设备及方法

在实际情况中, 有很多设备都有音频增益调节设置。如编码器、解码器、数模转换、模数转换、加解嵌器、光收发设备。根据实际测试, 发现同一品牌收发设备默认设置能做到0dB增益, 但不同收发设备需要进行调试, 且有些设备的默认设置已经被更改。而很多情况下, 收发两地是各自调试各自的品牌设备, 联调时容易忽视音频, 建议在一套系统正式使用之前, 先进行测试调整。分别按设备原标准校准单机设备的工作电平, 以便使每一个设备都能充分发挥其原设计指标范围内。然后根据各自工作电平的标准, 采取相应措施实现电平适配, 再来进行系统总体的校准, 使系统输出符合标准规定的指标, 最好是整个系统的音频电平为0增益。

具体传输系统工作电平校准方法如下:将设备的所有模拟音频输入端和所有输出增益调节器都置于额定位置。逐一给设备的每一个模拟输入端送入频率为1kHz, 幅度为0dBu的稳态正弦波信号。逐一给每一个数字输入端送入频率为1kHz, 数字电平为-20dBFS的数字音频信号。找到并调节设备内部的输入增益调节装置, 如用外接的音频电平表测量设备所有模拟输出端, 模拟输出电平应该为0dBu, 如用外接的数字峰值表测量该设备的所有数字输出端, 数字输出电平应该为-20dBFS。

四结束语

随着各地电视台业务的不断发展, 其间的相互合作也越来越深入, 为保证声音的高质量, 我们必须重视相关的声音处理。由于异地传输的节目经过的环节多, 设备类型及品牌复杂, 加上两地的沟通等问题, 我们需要收发双方的通力合作, 特别是所用测量仪器的不同, 要经过换算, 才能再进一步地调整。作为工程师, 我们必须本着节目质量为先的原则, 精益求精, 为观众提供一流的节目。

摘要：随着各地电视台跨省合作的不断深入, 在异地电视台间传送电视节目已日益普及。为了保证音频质量, 即两地音频的响度的一致性, 我们需要对收发两地的设备进行调整。本文先介绍了几种测量音频的仪器, 同时指出了它们之间的换算关系, 接着详细阐述了某个音频实例的调整过程, 最后说明了可调节增益的音频设备及方法。

关键词：PPM表,VU表,Wholer指示器,增益

参考文献

[1]GB/T17311-1998《机电式音量表》

[2]GB/T17182-1997《峰值节目电子表》

[3]GY/T192-2003《数字音频设备的满度电平》

嵌入式音频处理基础(一) 篇9

本文共包括三个部分,在第一部分中,我们将探讨数据是如何从各种音频转换器(DAC和ADC)传送给嵌入式处理器的。在这之后,我们将探讨一些经常用于连接音频转换器的外围接口标准。

模拟与数字音频信号之间的转换

采样

所有的A/D与D/A转换都应该遵循Shannon-Nyquist采样定理。简言之,该定理规定了模拟信号在被采样时的速率(Nyquist采样率)必需等于或超过它的带宽(Nyquist频率)的两倍,以便可以在最后的D/A转换中进行信号重构。低于Nyquist采样率的采样将产生混叠,而这种混叠是那些超过Nyquist频率的频率分量在低频区的镜像叠影。如果我们取一个带宽限制在0-20kHz范围内的音频信号,并在2×20kHz=40kHz频率下进行采样,那么Nyquist定理就能确保我们可以对原来的信号进行完美重构而不会有任何信号损失。但是,对这个0-20kHz带限信号用任何低于40kHz的采样率进行采样时,将会由于混叠而产生失真。图1示出低于Nyquist采样率的采样如何使信号表示得不正确。在40kHz频率下采样时,20kHz的信号被正确地表示(图1a)。但是,同样的20kHz正弦波,当在30kHz频率下采样时,实际上看起来像是原始正弦波在一个较低频率上的混叠(图1b)。

然而,没有一个实际系统是正好用两倍的Nyquist频率进行采样的。例如,把一个信号限制于一个指定的频带内要使用模拟低通滤波器,但这些滤波器从来就不是理想滤波器。因此,通常用来还原音乐的最低采样率是44.1kHz而不是40kHz,而且许多高质量系统是用48kHz进行采样的,以捕捉到0-20kHz范围内更加逼真的听觉感受。

由于语音信号只是我们可以听到的频率范围的一小部分,所以4kHz以下的能量就足以使还原的语音信号能够听得懂。基于这个原因,电话应用中通常只使用8kHz的采样率(=2×4kHz)。表1归纳了我们所熟悉的一些系统的采样率。

P C M输出

音频信号最常用的数字表示是P C M(脉冲编码调制)信号。在这种表示中,对每个采样周期内的一个模拟幅度用一个数字量进行编码。这样得到的数字波形是一个用来近似地表示输入模拟波形的由抽取点组成的矢量。所有A/D转换器的分辨率都是有限的,所以转换器引入了数字音频系统所固有的量化噪声。图2示出模拟正弦波的PCM表示(图2a),它是用一个理想的A/D转换器进行转换的,图中的量化操作显现为一种“阶梯效应”(图2b)。您可以看到,较低的分辨率导致了对原始波形的较差的表示(图3c)。

作为一个数值例子,让我们假设用一个24位A/D转换器对一个模拟信号进行采样,而这个模拟信号的范围从-2.8 2 8 V到2.828V(5.656的峰峰值)。24位有224(16777216)个量化等级。因此,有效的电压分辨率为5.656V/16777216=337.1nV。在本文的第二部分,我们将看到编解码器的分辨率如何影响音频系统的动态范围。

P W M输出

脉宽调制(P W M)是不同于P C M的另一种调制方法,它可以直接驱动输出电路而无需任何DAC的帮助。这在需要低成本的解决方案时特别有用。

在P C M中,对每个采样周期内的幅度进行一次编码,而在P W M信号中描述幅度的是占空比。PWM信号可以通过通用I/O引脚产生,或者可以用许多处理器中都有的专用P W M定时器来直接驱动。

为了使P W M音频达到相当好的质量,P W M的载波频率应该至少1 2倍于信号的带宽,而且定时器的分辨率(即占空比的间隔时间)应该有16位。由于载波频率的需求,传统PWM音频电路曾经被用于窄带音频,比如超重低音。但是,利用目前的高速处理器,就可以扩展到更宽的音频谱。

PWM流必须经过低通滤波,以去除高频载波。这通常是用驱动扬声器的放大器电路来完成。D类放大器已经被成功地用于这种结构。当不需要放大时,一个低通滤波器就足以用作输出级。在一些低成本应用中,声音的品质不是那么重要,就可以把PWM流与扬声器直接相连。在这样的系统中,扬声器纸盆的机械惯性充当了滤除载波频率的低通滤波器。

音频转换器的简要背景

音频A D C

完成A/D转换可以有许多种方法。一个传统的方法是逐次逼近的方案,该方案使用一个比较器对模拟输入信号与一连串中间D/A转换输出之间的比较结果进行检测,然后得到最后的结果。

但目前的大多数ADC都是Σ-∆转换器。这种转换器不是使用逐次逼近的方法来产生很高的分辨率,而是使用了1位的ADC。为了对这个减少了的量化等级数进行补偿,这些转换器在比Nyquist频率高得多的频率下进行过采样操作。把这些过采样的1位样点流转换成一个较低速率、较高分辨率的样点流是使用这些转换器内部的数字滤波模块完成的,目的是为了适应传统PCM流的处理。例如,一个16位44.1kHz的Σ-∆ADC可以用64倍的过采样率,产生一个速率为2.8224MHz的1位样点流。然后用一个数字抽取滤波器把这个超级采样的样点流转换成一个速率等于44.1kHz的16位样点流。

由于对模拟信号的过采样操作,Σ-∆ADC放宽了对用来限制输入信号带宽的模拟低通滤波器的性能要求。这些转换器还具有将输出噪声分布在比传统转换器更宽的频谱内的优点。

音频D A C

传统的D/A转换方法有加权电阻器、R-2R梯形网络和零点交叉失真等。正如A/D中的情况那样,Σ-∆设计统治了D/A转换的领域。这些转换器可以接受16位44.1kHz的信号,然后使用插值滤波器把它转换为2.8224MHz的1位样点流。然后用1位的DAC把这些超级采样的样点流转换成模拟信号。

一个典型的嵌入式数字音频系统可以使用一个Σ-∆音频ADC和一个Σ-∆DAC,因此,在PCM信号和过采样流之间的转换要进行两次。由于这个原因,Sony与Philips(NXP半导体)已经在它们的Super Audio CD(SACD)格式中引入了一种与PCM不同的格式,被称为直接流数字(DSD)。这种格式用1位的高频(2.8224MHz)Σ-∆流来存储数据,因而绕过了P C M转换。它的缺点是,D S D流不像P C M那样直观,而且需要一套独立的数字音频算法。

连接至音频转换器:一个A D C的例子

好了,我们有了足够的背景知识。现在让我们看一下实际的转换器连接的例子。对于低成本音频ADC的很好的选择是ADI公司的AD1871,它使用Σ-∆技术以96kHz的速率进行24位的转换。图3a示出了AD1871的功能框图。这个转换器有左(VINLx)和右(VINRx)两个输入声道,这其实就是能够处理立体声数据的另外一种说法。数字化的音频数据是通过数据端口串行流出的,通常流到信号处理器的一个相应的串行端口(如Blackfin处理器上的SPORT接口)。另外还有一个SPI(串行外围接口)端口,利用该端口,主处理器可对AD1871通过软件命令进行配置。这些命令包括设置采样率、字长、声道增益和静音等的方法,还有其他一些参数的设定。

正如图3b中的框图所指出的,AD1871ADC与Blackfin处理器可无缝连接。电路的模拟部分被简化了,因为在这个讨论中只有数字信号才是重要的。AD1871的过采样率由外部晶振提供。图中的处理器有2个串行端口(SPORT)和一个SPI端口,用于连接AD1871。被配置成I2S模式的SPORT是与AD1871进行数据连接的端口,而SPI端口用作控制连接。

I2S协议是由Philips(NXP半导体)为音频信号的数字传输而开发的一个标准。该标准使音频设备制造商所生产的器件可以相互兼容。

确切地说,I2S是一种用于传输立体声数据的3线串行接口。正如图4a中所示,它规定了位时钟(中)、数据线(下)和左右同步线(上),而左右同步线用来选择当前正在传送的数据帧是左声道的还是右声道的。

从本质上讲,I2S是一个带有两个活动声道的时分复用(TDM)串行流。T D M是一种通过一条物理链路传输超过一个声道(比如左声道与右声道)的方法。

在AD1871电路结构中,当对SPORT时钟(R S C L K)和帧同步(R F S)线进行驱动时,ADC可以降低它从外部晶振接收到的12.288MHz采样率。该配置保证了采样和数据传输是同步的。

SPI接口,如图4b所示,是Motorola为了使主处理器可以与各种数字器件相连而设计的。这个在SPI主设备与SPI从设备之间的接口由一条时钟线(SCK)、两条数据线(MOSI和MISO)和一条从设备选择(SPISEL)线组成。其中一条数据线由主设备(M O S I)驱动,而另一条由从设备(MISO)驱动。在图3b的例子中,处理器的S P I端口是无缝地与AD1871的SPI模块相连接的。

带有独立S P I控制端口的音频编解码器允许主处理器在运行中修改A D C的设置。除了静音和增益控制外,其中一个确实很有用的A D C(如AD1871)设置是对节电模式的设置能力。对于电池供电的应用来说,这通常是一个本质功能。

D A C与编解码器

将音频DAC与主处理器相连接与我们才讨论过的与ADC连接的过程完全一样。在一个同时使用A D C和D A C的系统中,同一个支持双向传输的串行端口可以同时连接这两者。

但是,如果您正在考虑全双工音频,那么您最好采用一个可以同时完成模拟数字转换和数字模拟转换的单芯片音频编解码器。这样的编解码器的一个很好的选择是ADI公司的AD1836,它有三个立体声DAC和两个立体声A D C,而且可以通过多种串行协议进行通讯,包括I2S。

嵌入式音频处理基础(二) 篇10

动态范围与精度

您也许已经见到过dB的规范，这是在目前市场上用于描述各种产品而随处可见的。表1列出了几种产品以及它们的信号质量，以dB为单位。

那么，这些数值究竟代表什么意思呢?让我们从确定一些定义来开始。把图1作为对下列基本规范的“仿制数据手册(cheatsheet)”的一个参考信号。

人耳的动态范围(最响的信号电平与最安静的信号电平之比值)约为120dB。在存在噪声的系统中，动态范围被描述为最大信号电平与本底噪声之间的比值。这就是说，

动态范围(dB)=峰值电平(dB)—本底噪声(d B)

纯模拟系统中的本底噪声来自系统本身的电特性。建立在模拟系统之上的数字音频信号也会从ADC和DAC中获得噪声，而且还可以从模拟数据采样过程所产生的量化误差中获得噪声。

另一个重要的术语是信噪比(SNR)。在模拟系统中，信噪比的意思是标称信号对于本底噪声的比值，其中的“线电平”是标称工作电平。对于专业设备，标称电平通常为1.228 Vrms，这可以转换为+4 dBu。余量是标称电平与峰值电平之间的差值，峰值电平指开始出现信号失真的电平。数字系统中的SNR定义有些不同，即SNR被定义为动态范围。

现在，有了对动态范围的理解，我们就可以开始讨论动态范围在实际中有怎样的用途。不做冗长的推导，让我们简单介绍一下什么是6 dB规则。这个规则是动态范围与计算字长之间关系的关键所在。完整的公式推导在式1中说明，但这里使用了简便的表示法，意思是每增加1位的精度，将使动态范围增加6 dB。应该注意，这个6 dB的规则并没有考虑到音频设计中的模拟子系统，所以，输入端和输出端的传感器的非理想性必须另作考虑。

动态范围(d B)=6.02n+1.76≈6n dB

其中n=精度位的数目

式1:6 dB规则

“6 dB规则”指出，使用的位数越多，我们能获得的系统质量就越高。但实际上，只有少数几个真正可用的选择。大多数适用于嵌入式媒体处理的器件有三种字长形式：16位、24位和32位。表2总结了这三类处理器的动态范围。

由于我们在讨论6 dB规则，所以有必要对语音信号中常被使用的非线性量化方法进行一些讨论。电话质量的线性PCM编码需要12位的精度。但是，我们的耳朵对小幅度时音频信号变化的敏感度要超过大幅度时。因此，电话通讯中使用的线性PCM采样方法的位数用得过多。A律和μ律压扩标准中使用的对数量化只用8位精度就达到了12位PCM的质量等级。为了使我们的生活更加方便，有些处理器厂商已经把A律和μ律压扩标准做到了器件的串行端口中。这使处理器内核无需进行对数计算。

在查看了表2之后，我们又一次回想起人耳的动态范围约为120 dB。基于这个原因，16位数据的表示法对于高质量音频并不是太合适。因此，供应商引入了对16位系统的动态范围进行扩展的24位处理器。这些24位的系统从C编译器的观点来看有点不标准，所以近年来的许多音频设计使用了32位的处理方式。

选择了正确的处理器并不是万事大吉了，因为一个音频系统的总体质量是由“达到最低质量”元件的等级所决定的。除了处理器外，整个系统还包括像话筒和扬声器这样的一些模拟元件，以及使信号在模拟域与数字域之间变换的转换器。模拟域超出了这次讨论的范围，而音频转换器则涉及到了数字域。

假设您想使用AD1871进行音频采样。转换器的数据手册中把它解释为一个24位的转换器，但它的动态范围不是144 dB，而是105 dB。其原因是转换器不是一个完美无缺的系统，而供应商只给出了有用的动态范围。

如果您真的想把AD1871与24位处理器相连，那么，您整个系统的SNR将为105dB。本底噪声将达到144dB-105dB=39dB。图2是这一情况的图形表示。但是，在数字音频系统中还有另一个组件我们还没有讨论：处理器内核内的计算。

使数据经过处理器的计算单元会潜在地引入各种误差。其中之一就是量化误差。这种误差可以在一连串导致数据值被截取或舍入(向上或向下)的计算中产生。例如，一个16位处理器可以对一个16位数据组成的向量作加法，然后把结果存入一个扩展字长的累加器中。但是，当累加器中的数值最终被写入到一个16位数据寄存器中时，其中的有些位会被截去。

可以看一下图3，看看计算误差是如何影响到实际系统的。对于一个理想的16位A/D转换器(图3a)，信噪比应该是16 x 6=96 dB。如果不存在量化误差，那么，16位计算足以把SNR保持在96 dB。而24位和32位系统将分别把8位和16位置于本底噪声以下的动态范围中。从本质上看，这些额外的数位是被浪费掉了。

但是，所有的数字音频系统都确实要引入舍入和截取误差。如果我们可以量化这个误差，如确定为18dB(或3位)，那么很清楚，16位计算对于维持96dB的系统SNR是不够的(图3b)。解释这一点的另一个方法是，有效的本底噪声被提高了18dB，因而总的SNR就降低到了96dB-18dB=78dB。这导致的结论是，在本底噪声以下的额外数位有助于解决量化中出现的麻烦事。

音频的数据格式

在处理器内部有许多种表示数据的方法。音频处理中使用的两种主要的处理器架构是定点与浮点。定点处理器设计成用整数和分数进行运算，通常固有地支持16位、24位或32位的数据。浮点处理器提供非常好的性能，并固有地支持32位或64位的浮点数据类型。但是，这些浮点处理器一般成本比较高，而且比相应的定点处理器消耗更多的功率，因而所有的实际系统都必须在质量和工程成本之间寻求一个平衡点。

定点运算

执行定点运算的处理器一般对信号使用二进制补码表示法。定点格式可以表示有符号和无符号的整数和分数。在定点处理器上使用有符号的分数格式是在数字信号处理中最常见的。整数与分数格式的差别在于二进制小数点的位置。对于整数，二进制小数点是在最低位的右边;而对于分数，通常把它们的小数点放在符号位的右边。图4a表示了整数和分数的格式。

虽然定点的规则简化了数值操作且节省了存储器，但同时也存在动态范围和精度之间的折衷。在需要保持很高分辨率同时又要使用很大数值范围的应用场合，就需要使用一个可以根据幅值和指数而移动的小数点。

浮点运算

使用浮点格式就可以在同一系统中表示非常大和非常小的数。浮点数与有理数的科学记数法十分相似。浮点数是用尾数和指数描述的。尾数确定了精度，而指数控制着动态范围。

有一个标准管理着数字机的浮点运算。这个标准叫IEEE-754(图4a);对于32位浮点数可以归纳如下。第31位(MSB，最高位)是符号位，它的0表示符号为正，它的1表示符号为负。从第30位到第23位是表示2的整次幂的指数字段(exp_field)，并以127作为偏移量。最后，第22位到第0位表示分数的尾数(mantissa)。隐藏位一般是指在小数点的左边有一个1。

32位的IEEE浮点数的值可以用下面的等式来表示：

依靠8位的指数和23位的尾数，IEEE-754达到了动态范围和精度之间的一个平衡。而且，IEEE浮点库还包括了对于像??、0和NaN(不是一个数)等附加特性的支持

表3表示了从常用的浮点和定点类型可以达到的最小数和最大数。

在16位架构上的仿真

正如我们在前面解释的，16位处理并不能为高质量音频提供足够的SNR，但这并不是说您不应该选用16位处理器作为音频系统。例如，用一个32位的浮点机把一个算法编写成保持原来32位数据风格的程序，是比较容易的;但一个16位处理器也可以通过非常低成本的仿真而保持32位的完整性。图5示出了为一个嵌入式算法选择数据类型时的一些可能性。

在本节的余下部分,我们将描述如何在一个16位定点机上实现浮点和32位扩展精度定点格式的功能。

在定点处理器上的浮点仿真

在大多数的16位定点处理器上,IEEE-754浮点功能是通过对C/C++或汇编语言的库调用而提供的。这些库通过使用定点乘法和运算逻辑而对所需的浮点处理进行仿真。这种仿真需要额外的处理周期来完成。但是,当定点处理器内核的时钟进入到500 MHz-1GHz范围时,在对符合IEEE-754的浮点运算进行仿真时需要的额外周期就不那么重要了。

为了降低计算的复杂性，可以使用IEEE-754的“松弛”版。这意味着浮点运算并不会实现像?和NaN这样一些标准特性。

进一步的优化是对尾数和指数使用一个更为本机化的类型。举个例子，ADI公司的Blackfin定点处理器架构具有一个由十六个16位寄存器组成的寄存器组，而这个寄存器组还可以用作8个32位寄存器。在这种配置下，每个内核时钟周期内，两个32位寄存器可以从全部四个半寄存器中获取操作数。为了优化Blackfin寄存器组的使用，可以使用一种双字的格式。这样，一个字(16位)被保留为用作指数，而另一个字(16位)则保留给分数部分使用。

双精度定点仿真

对于许多应用来说，16位定点数据是不够的，如果使用仿真浮点运算，那么计算量又太大。对于这些应用，扩展精度定点仿真也许足以满足系统的要求。使用一个高速定点处理器将确保有效降低所需的计算量。音频中两个常用的扩展精度格式是32位和31位定点表示。

32位-精确仿真

32位运算是16位定点处理器的自然软件扩展。对于那些32位寄存器组可以分为16位的两半而进行存取的处理器来说，这些两半的寄存器可以合起来用于表示一个32位定点数。Blackfin处理器的硬件结构允许单周期32位加法和减法。

例如，当一个32位乘法采用累加器迭代操作时(像我们马上就要讨论的有些算法情况)，我们只需用3个周期内的16位乘法就可以实现32位的精度。两个32位操作数(R0和R1)中的每一个都可以分为16位的两半(R0.H/R0.L和R1.H/R1.L)。

从图6可以容易看出，在使用16位乘法器的指令组合来对32位乘法R0 x R1进行仿真的时候，我们需要下面的操作：

*四次16位乘法以产生四个32位结果

*三次操作以保持在最终结果中数位的位置(符号>>表示右移)。由于我们正在做分数运算，所以结果是1.63(1.31 x 1.31=2.62，带有一个冗余的符号位)。在大多数情况下，这个结果可以截取到1.31，以便装入一个32位数据寄存器。因此，乘法的结果应该以符号位为基准，或者以最大有效位为基准。这样，那些最右边的最小有效位可以在截取操作时被安全地截取。

一个32位乘法的最终表达式

((R1.L x R0.L)>>32+(R1.L x R0.H)>>16)+((R1.H x R0.L)>>16+R1.H x R0.H)

在Blackfin架构中,这些指令可以并行执行,以实现在三个周期内完成一次32位乘法的有效速率。

31位-精确仿真

我们可以把最高要求31位精度的定点乘法的计算时间减少到2个周期。这个技术对于音频系统特别有吸引力,因为音频系统通常至少需要24位的表示法,而32位的精度也许有些过分。使用“6 dB规则”,31位的精确仿真仍然保持了大约186 dB的动态范围,即使考虑了所有的量化效应之后,这仍然具有非常充裕的余量。

从图6中的乘法框图来看,很明显的一点是,最小有效位半字的乘法R1.L x R0.L对最终的结果没有太大的贡献。事实上,如果把结果截取为1.31,那么这个乘法只影响到1.31结果的最低位。对于许多应用来说,由这一位引起的精度损失是通过减少一次16位乘法、一次移位和一次加法以加速32位乘法而得以平衡的。

31位精确乘法的表达式为

((R1.L x R0.H)+(R1.H x R0.L))>>16+(R1.H x R0.H)

在Blackfin架构中,这些指令可以并行执行,以实现在2个周期内完成一次32位乘法的有效速率。

音频系统中的噪声及处理 篇11

关键词：音频系统,噪声,电源系统,信号系统接地,设备配接,电磁干扰

音频系统搭建和使用中, 噪声往往会不可避免地出现, 这常常也是令音频工作人员最头疼的事。如何避免、查找、消除和削弱音频系统中的噪声, 笔者认为这一定也是音频技术人员经常思考和探索的问题。下面, 笔者将谈一谈在实际工作中学习和掌握的一些经验和方法, 与大家共勉, 并请大家批评指正。

一般来说, 对于模拟系统, 噪声可产生于系统的各个环节, 而数字设备, 噪声窜入的薄弱环节总是设备中的A/D、D/A转换部分。但不论是数字还是模拟音频系统, 产生噪声不外乎以下几个方面:配电系统、信号系统、设备配接、电磁干扰等。

一电源系统

音频系统的供电多为单相三线制 (火线、零线、地线) , 一些用电量较大的音频系统也常采用三相五线制 (三条火线、零线、地线) 分配供电。在实际工作中, 有些工程人员往往零线、地线关系混淆, 不明白其作用, 要么地、零接法不规范, 要么地线弃置不用, 这都是不正规、不安全的做法, 并且种下了系统噪声的隐患。

在电力系统中, 零线是参考0电势电流回路线, 即中性线, 它在电网前端接地;而地线是可重复多点接入大地的安全保护线, 在工程操作中, 对于一套音频系统, 应当就地做独立的接地, 不能与电网共用接地。接地要按照电工操作规范施工, 不能简单地以自来水管、暖气管等作为接地点, 这样做不但起不到可靠接地的作用, 而且往往会引起很大的噪声干扰。

一般来说, 低压供电电网都十分规范, 大都采用三相四线制输电至局部电网。对于一套音频系统, 尤其是固定使用的系统, 如演播室、录音棚等环境, 在局部电网加保护地线, 变为三相五线或单相三线供电 (如图1) ;若是移动演出的音频系统, 电网采用三相四线供电, 且又受环境限制不方便加保护地线, 此时也要保证系统地线可靠相连, 并将系统地线与电网中性线连通, 以消除因地线开路, 在设备机壳产生感应电压而引起交流噪声的隐患 (如图2) 。

当系统配电做完后, 我们可以对系统接地做一下检查。用万用表测一下设备机壳与电源地线及地线与零线之间的电压, 若这一电压为零或很小, 则保护接地或保护接零良好。若测出的电压在几十伏到一百多伏之间, 那一定存在接地不良, 这一电压是由于设备外壳接地电阻与零线或地线接地电阻大小相当, 当出现接地故障时, 设备外壳的带电电压为:

相电压220V, 所以我们测出的漏电电压多为相电压的一半左右, 即漏电电压100V左右。由此我们也可作为系统接地状况判断的依据:当测得设备机壳与地线间存在百伏左右的电压、或者肌肤接触系统相关金属部件时发生电击, 可判定存在系统设备接地不良、或设备间存在接地方式不统一的现象。

在流动演出中, 容易出现设备接地方式不统一的现象, 因此, 在工作中应避免带电插拔设备, 防止因为机壳带电毁坏设备或受到漏电电击。

另外值得注意的是, 在同一系统中, 不可同时存在图1和图2两种接地方式, 也就是说, 不能有一些设备接地, 另一些设备保护接零的状况存在, 这是因为如果接地设备出现接地故障, 外壳带有浮电时, 会导致采用接零方式的设备外壳也带电或设备间产生压差, 造成安全和噪声隐患。

有时我们会碰到一些没有接地端的两指插头的设备, 或者有些电源接插板就是没有接地空的, 这样有时会引起因为电源相位不统一及设备供电方式不一致 (变压器供电、开关电源供电, 冷底板、热底板等) 而引起的电源交流噪声, 这时, 试着一个一个地插上插头, 当插上某一个插头时产生了噪声, 则将其拔下调转180°插入, 以调整电源相位, 消除噪声。

二信号系统接地

信号系统的接地是指将整个系统的信号传输参考电位统一。屏蔽线应在一点接地:信号接地不同与电力系统接地。信号系统接地不能像电力系统那样, 可多点重复接地;对于信号系统来说, 接地点就是信号系统0电势参考点, 由于大地各点电势不同, 两点或多点接地, 就存在接地点间的电势差, 这一电势差, 就成为了干扰源。

首先, 我们先分析一下为什么要对信号屏蔽线一点接地。

设US为某系统前级输出电平, RS为其输出电阻;RL1为信号芯线等效阻抗, RL2为屏蔽线等效阻抗;Rin为后级输入电阻;UG和RG分别为两节地点的电势差和大地阻抗。如图3所示。

由图3 (a) 可知, A、B两个接地点的间的电压为:

由于RG<

那么UAB≈UG,

由此, 加在Rin上的干扰电压:

Rs、Rin又因远大于RL1、RL2,

所以, 干扰电压:

通常, 音频设备的输出阻抗和输入阻抗分别为600Ω和10kΩ, 则干扰电压为:

由此可见, 绝大部分的干扰信号都加在了后级电路上, 产生共模干扰。

若将A接地点断开不接地, 相当于在A点与地之间加了一个阻值非常大的电阻RX, 如图3 (b) 所示, 此时, A、B两个接地点的间的电压:

RL2与RX大小悬殊, 比值趋于0, 则电压UAB趋于0, 干扰电压URin也趋于0。

这种现象常常存在于两套系统的连接过程中, 例如电视晚会的现场扩声系统与录音转播系统的连接中, 常常存在两套系统各自存在信号接地现象:场内设备接地了, 场外的转播车也做了接地, 不管二者是否是同一供电来源, 此时就会形成两点接地的闭环回路干扰, 所以在这种情况下二者之间要加一个信号隔离变压器或断开其中一端的信号地。

专业工程中涉及的“地”有几种:一是电源地, 二是系统信号地, 三是高要求音控室接地端子。其中, 电源地是电气工程中埋设的, 用以保护人身安全, 音响系统最好不要借用;信号地是系统的零电平参考点, 各设备连接起来后, 其信号地就是屏蔽层;音控室的接地端子是在要求较高场合或有强电干扰时, 音响工程中专门埋设的地线, 其对地电阻不能大于4欧姆。这几种地的意义不同、作用不同, 不能混淆, 否则, 接地系统的混乱带来的问题要比设备带来的问题更难解决。闭环回路 (图3 (a) ) 的产生一是由于多条信号线两端都有接地, 二是由于屏蔽层与电源地形成的。一旦形成闭环电路, 电磁场干扰就会在屏蔽层上产生感应电流, 给音响系统带来噪声干扰。解决的办法有:屏蔽层一端接地 (一般在信号末端) ;设备背板上的接地开关置于悬浮挡, 并判断设备后背的接地线柱是否与外壳相通, 若相通就不用, 若不相通即将它们集中于调音台的接地线柱上, 最后接入音控室的真地。当然, 如果没有电磁场干扰, 闭环回路也不会带来噪声, 但作为规范的施工, 应尽量避免闭环回路。另外, 音控室或录音棚是否需要单独设置抗干扰接地端子, 要看环境是否允许以及是否有较强的电磁场干扰, 因为电磁场干扰是通过闭环回路产生作用的, 与系统是否接入音控室的接地端没有关系;而对电磁场的干扰, 就要求屏蔽层接入抗干扰接地端子, 其抗干扰作用才会显示出来。

信号“地”又称参考“地”, 就是零电位的参考点, 也是构成电路信号回路的公共段。信号地通常分为:

直流地:直流电路“地”, 零电位参考点;

交流地:交流电的零线。应与地线区别开;

功率地:大电流网络器件、功放器件的零电位参考点;模拟地:放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点;

数字地:也叫逻辑地, 是数字电路的零电位参考点;

“热地”:开关电源无需使用变压器, 其开关电路的“地”和市电电网有关, 既所谓的“热地”, 它是带电的;

“冷地”:由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离;又由于其反馈电路常用光电耦合、既能传送反馈信号又将双方的“地”隔离;所以输出端的地称之为“冷地”, 它不带电;

保护“地”;保护“地”是为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器, 另一端与大地作可靠连接。

不同地线的处理方法主要有:

数字地和模拟地应分开:在高要求电路中, 数字地与模拟地必需分开。即使是对于A/D、D/A转换器同一芯片上两种“地”最好也要分开, 仅在系统一点上把两种“地”连接起来;

浮地与接地:系统浮地, 是将系统电路的各部分的地线浮置起来, 不与大地相连。这种接法, 有一定抗干扰

一点接地:在低频电路中, 布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路, 采用一点接地;

多点接地:在高频电路中, 寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路, 采用多点接地。地与电 (信号) , 接地, 通常是指用导体与大地相连。可在电子技术中的地, 可能就与大地毫不相关, 它只是电路中的一等电位面。如收音机、电视机中的地, 它只是接收机线路里的一电位基准点。接地, 在电力和电子技术中, 既简单, 又复杂, 而且还必不可少。按接地的作用, 可分为工作接地、保护接地、过压保护接地、防静电接地、屏蔽接地、信号地等多种。

三设备配接与抗干扰

在达到系统需求, 使用合理的条件下, 系统构成越简单, 发生故障、产生噪声的几率就越小, 系统性能越好, 也越成功。

系统的最前级, 信号的拾取是十分重要的一个环节。

首先, 我们来谈一谈线材的选用。对于音频信号线, 不论是平衡还是非平衡, 其结构都是有芯线和屏蔽线组成, 屏蔽线要遵循上面所讲的应在一点接地的原则。

信号线有话筒线和线路音频线之分。话筒线一般用于话筒等低电平音频设备, 当然也可用于线路电平信号的传输;在要求较高的场所, 如话放的前级输入以及较强电磁干扰的场所, 不能以线路信号线代替话筒信号线。这是因为, 话筒等低电平信号比线路电平信号要小几十分贝, 高质量话筒线的抗噪性能是普通线路音频线性能的3到5倍, 而且, 高质量的话筒线都采用4芯星绞的结构, 话筒线的分布参数也比一般音频线要小许多。一两支话筒时这一差别也许不明显, 但在使用话筒较多、做高品质母带处理等环境, 这两个级别的线材的差异就显得较为突出了。

另外, 话筒有高阻抗与低阻抗之分。高阻抗的数值约1000Ω～20000Ω, 它可直接和放大器相接;面低阻抗型为50Ω～1000Ω, 要经过电路匹配后, 才能和放大器相接。高阻抗话筒的输出电压略高, 但引线电容所起的旁路作用较大, 使高频下降, 同时也易受外界的电磁场干扰, 所以, 话筒引线不宜太长, 一般以10m～20m为宜。低阻抗输出无此缺陷, 所以噪音水平较低, 传声器引线可相应地加长, 有的扩音设备所带的低阻抗传声器引线可达100m。如果距离更长, 就应加前级放大器。

在我们的日常工作中, 遇到的线间干扰主要是电力线对信号线缆的干扰。在移动演出活动中, 常常存在此类电磁噪声干扰。例如, 大型演出中, 从舞台到音响控制台, 电力线与信号缆线往往是近距离并行几十米。对于单相电流10A以下的电力线, 这样几十米的并行, 对于无质量问题的单根信号线缆的干扰噪声电平一般在-80dB以下;若是10kW左右, 甚至几十千瓦的大功率电力线, 这种干扰就显得较为突出, 尤其是对于信号线中的话筒低电平信号, 这样的干扰是难以忍受的。测试表明, 2kW的电力线, 若与一根4芯星绞的结构的信号线平行10m, 当两者间距大于20cm, 其感应的噪声电平小于-93dB。电力线线载功率、平行距离、间距三者相对噪声电平近似呈对数关系, 也就是说, 三者其一, 每增大或减小一倍, 噪声电平相继增、减或减、增 (对于间距而言) 3dB。

图5可作为一般室外或非穿管布线时, 信号线与电力线之间距离的参考。若是演播室或录音棚应当采用金属管穿管布线的方式, 这样, 相互干扰会降低, 而且, 穿管布线可适当减小信号线与电力线间距, 相应地, 同等条件下, 电力线功率容量和并行距离都增大。

说到电力线对信号线的干扰, 就不能不说说灯光对音响的干扰。我们都知道, 演出系统中, 灯光、音响两工种的用电要做到独立、分开, 也就是说, 两路用电须出自两个电力变压器。灯光对音响的干扰主要是来自于灯光的硅箱, 由于灯光可控硅的调控信号是频谱很宽的脉冲信号, 这一信号很容易通过电力线串扰到音响系统之中, 而且是各种滤波设备难以滤除的。所以, 除了做到与灯光用电分开, 也应该避免音响电源线与灯光电源线长距离、近距离并行。有时我们会遇到这样的现象, 虽然灯光、音响供电独立, 而且走线规矩, 但是灯光一开, 噪声就产生了, 这是一定存在音频信号线或电力线的接地线或屏蔽线断开或开焊的故障, 导致系统抗干扰能力下降。有些演出环境中, 受条件限制, 音频系统不得不与灯光用同一电力变压器输出的电源, 此时应当与灯光师协调, 将音频系统的用电至少是调音台等前级设备的用电与灯光的非硅控设备压在同一相电上, 例如电脑灯、低功率追光灯等, 并做好接地。当然, 能做电源的隔离净化最好, 但一般的电源隔离变压器、电源净化器承载功率大都不高, 只能用在系统的前级或小型演出系统中。

下面谈一谈音频系统中常用到的有抑制和消除噪声作用的设备。

a.音频隔离变压器

音频隔离变压器的工作频率范围一般是10Hz～20000Hz。它主要用于系统间或设备间的音频信号传输, 可以完全隔离两个系统间的电位差, 避免由于接地问题造成的交流声干扰, 防止过高的电位差对设备输入级的损害, 实现音频信号的安全传输的音频设备。一般用于系统间或设备间的隔离连接, 对消除或抑制噪声有良好的效果。其原理是将隔离变压器初级的信号耦合到次级, 为平衡输出, 使从初级串入的干扰噪声在次级成为对地等幅、反相的一对共模信号, 在后级电路中相互抵消, 达到消除、抑制噪声的作用。差模干扰在两导线之间传输, 属于对称性干扰;共模干扰在导线 (hot) 与地 (ground) 之间传输, 属于非对称性干扰。在一般情况下, 差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小;共模干扰幅度大、频率高, 还可以通过导线产生辐射, 所造成的干扰较大。不是共模信号, 隔离变压器是隔离不了的。若是前级输出设备因为自身故障而使其输出的信号中有噪声成分, 此时隔离变压器对这类噪声是不起隔离作用的, 这也是判断产生系统噪声故障的一个小窍门。

b.D.I box

D.I box (Direct Input box) 从电路原理上相当于调音台的线路输入的前置放大器部分。它分为输出变压器型和差动电路输出型两种形式。输出变压器型是将输入信号利用变压器的耦合作用和阻抗变换作用辅以电路的工作原理, 它有极高的共模抑制比、输入输出完全隔离、无直流、无地线引起的交流声、接成非平衡时, 反向输出端接地, 增益无变化。它的缺点是优质的平衡变压器造价较高, 频响较难做到平直, 频带相对较窄。而差动电路输出型是将信号直接由差动放大器变换输出, 这类转换器的共模抑制比一般不会高于其电路的供电电压 (约正负15伏) , 有可能因重复接地引起交流声, 接成非平衡输出时, 反向输出端 (信号线的3脚或“-”端) 必须悬空不能接地, 接成非平衡输入时, 反向输入端 (信号线的3脚或“-”端) 必须接地不能悬空。

有些设备, 例如电琴、电吉他、贝斯、合成器、声卡等, 一般均为非平衡输出模式, 而且, 这类设备都有较高的输出阻抗、增益可调节范围较小, 这些因素的存在, 使得信号不宜做长距离传输, 电平不宜匹配, 从而容易引入噪声, 产生相位及幅度等失真。

D.I box的作用:

将非平衡输出转换为平衡输出;

阻抗变换 (将高阻抗输出调整为标准输出阻抗) ;

增益调整 (调整传输电平, 获得较好的电平匹配) ;

带通选择, 前后级隔离。

基于以上几点, D.I box能够使设备获得良好的传输性能, 有效地降低干扰, 抑制噪声。

c.音分

音分的作用就是在阻抗匹配的条件下将信号分为多路送出。因此, 我们先谈一谈音频系统的阻抗匹配。

有电路常识的人都知道, 阻抗匹配是指当前级设备的输出阻抗等于后级设备的输入阻抗时, 后级负载可获得最大功率。当然, 这是指功率传输。对于音频非功率信号的传输, 这样的匹配并不适用。如图7, US和RS为前级设备的输出电压和输出阻抗, RO、RL1、RL2分别为后级设备输入阻抗、传输线阻抗。RO、RS远大于RL1、RL2。

后级输入阻抗RO上获得的信号电压:

要是RO上获得较高的信号电压, 则应使RO>>RS。同时又要满足一定的功率传输, RO与RS又不宜相差太悬殊, 因此, 业内定为RO与RS之比为5:1。

当一路信号分送多路, 例如, 一个话筒信号分送多个调音台, 多台功放或有源音箱用同一信号串接时, 势必会使后级阻抗因多台设备并联而降低, 从而使得信号的长距离传输性能下降, 频响劣化, 抗噪性能降低。此时应当使用音分或线路驱动设备, 将信号分为多路。分别送出。

音分一般有无源音分和有源音分两种。无源音分大多是变压器输出型, 但由于变压器输出存在损耗和功率衰降, 此类音分的输出一般都少于四个, 由于是变压器型, 无源音分也可作为隔离变压器使用;有源音分因为可在电路上作增益调整, 消除损耗, 因此可做到较多的输出端。

d.噪声门

利用噪声门消除噪声也是较为常用的方法。利用噪声门可以在一定程度上消除或抑制话筒拾取的环境噪声以及线路传输中的本底噪声。

其原理不必多言。但门限电平的设定、门限的打开及释放时间的设定, 都与噪声电平及信号电平息息相关。使用噪声门和设定参数时要十分小心, 当门限打开时, 噪声与有用信号一起通过。因此, 只有在有足够大的信噪比时, 才适宜使用噪声门消噪。

另外, 无线话筒的正确使用, 将由于无线设备引起的断频、干扰等消除, 也是十分重要的。

避开广播、通讯频段, 防止同频干扰;

正确设定话筒频率。一般来说, 厂家生产出的话筒, 都预先设定了若干编组和频道, 同一场合, 一个频段内只可使用一个编组, 同一编组内的可同时使用的话筒数量由频道数决定;厂家设置这些频点都经过严格测试, 都是在频带范围内, 按照带宽要求, 避开了差频干扰、谐波干扰, 满足电磁兼容而设定。所以, 尽可能按照厂家设定的频点设置话筒;

正确使用天线和天线放大器。不论是手持话筒还是领夹话筒, 其发射天线都是1/4波长单极天线, 发射条件也都相似, 这里就不作讨论了。现在的无线话筒大都是双天线接收, 对于安装在接收机上的一对天线, 应对称与地面成45度角放置, 以防止两天线接收条件过于相似, 达不到双接收的效果;并且置于两米左右的高度, 以减弱地面衰耗。对于有方向性天线 (如八木天线、对数天线等) , 要保证天线主波瓣对着无线话筒的活动范围。天线放大器是用于补偿馈线损耗或远距离接收, 并不是加了放大器接收效果就一定好, 放大器的增益也不是越高越好, 应为信号太强会引起射频自激, 也会使噪声信号被放大, 是接收机噪声门限失效。以SHURE 810A天线放大器来说, 当馈线长度在5米左右时, 应设置放大器增益为3dB, 当馈线长度在25米左右时, 应设置放大器增益为10dB;

设置接收机噪声门限。开启其他话筒, 关掉将要调节的接收机所对应的话筒, 现将接收机噪声门限调到最低, 此时应会听到噪声或者是接收机场强表有显示, 然后逐步调高噪声门限, 直到恰好听不到噪声或接收机场强表无显示时, 再略将门限调高一点, 此时为最佳;

尽量避免将多支开着的无线话筒放在一起, 因为这样容易引起差频干扰。这是因为无线话筒接收机的解调电路都存在一中频 (例如:10.7MHz) 、二中频 (455kHz) 等, 多品牌无线话筒、或多支未按厂家设定频点的无线话筒在一起时, 无线信号相互作用, 产生的差频有可能刚好与某一接收机的频段相近或与某一中频频段相近, 这样就产生了差频干扰。不要将开着的无线话筒放在接收机上, 因为这样会使较强的射频信号直接作用于接收机电路上, 从而引起自激或干扰;避免将无线发射设备 (如无线耳机返送发射机) 与接收机近距离放在一起或装在同一机柜里。