专业音响系统的构成
专业音响系统的构成并不复杂,其实就那么几大类东西:由信号源设备、调音台、信号处理设备、功率放大器、音箱这五大类设备和信号线及音箱线这两类连接线组成,接下来咱们分别简单介绍一下各类设备。
信号源设备 (Source)
信号源设备是给系统提供需要处理的音频信号的设备统称,也叫音源设备,它分为换能型、人工合成型和重放型三类。
换能型:这类设备是用于把自然界或人类社会中的声音或乐器琴弦振动转换为音频电信号的设备统称。用于把声音转换为电信号的是各类话筒 (简称MIC), 用于把乐器琴弦振动转换为电信号的是电声乐器,比如电吉他、电贝司、电小提琴、电二胡之类的。
话筒按照换能元件的形式分为动圈式和电容式。按照信号传输形式分为有线传输(有线话筒)和无线电载波传输(无线话筒)两种。按照使用方法分为手持的、领夹的、头戴的等几种。
电声乐器一般是内部有一个电磁感应器,利用琴弦振动切割磁力线感应出电流来把振动转换为电信号的,也有通过压电 陶瓷把琴身的振动转换为电信号的,至于怎么转换,那是属 于搞乐器的人研究的,咱就不研究了。
人工合成型:这类就是指类似电子琴、电钢琴、音乐合成器、电鼓这类通过一些电子电路人工合成模拟出各种乐器 的声音信息并以音频电信号输出的电子乐器。要注意,它们可不是电声乐器,是电子乐器。
重放型:这类设备就是把已经保存在储存介质比如CD 片、 MD 光盘、磁带或者电脑硬盘、闪存上的声音信息,通过设备 内部的电路再转换为音频电信号的设备统称,包括CD 机、DVD(还有画面信息)播放机、 MD光盘录放机、录音卡座、媒体播放器(包括MP3 等)这类设备。
调音台 (Mixing Console)
调音台是把信号源设备提供的音频电信号进行前期放大、修整后按照节目内容的要求混合成为一个完整的节目信号,然后按照使用者的要求分配到不同的输出通道(简称ch), 再把节目信号交给下级设备处理的设备, 是前置放大器的一种。 一般有多个信号输入通道和多个信号输出通道,功能模块上具有信号放大、均衡补偿、信号混合、信号分配、信号指示这几大块,电路结构上是一种矩阵 (matrix)结构。
什么叫矩阵结构?就是一种可以把任意一个输入通道的信号分配到任意一个输出通道的电路结构。比如你要 把某个通道的信号分配到主输出 (MAIN OUT)或者编组 (GROUP OUT) 上,你只要按下对应的信号分配按键 (L/R 或者对应编组按键GROUP1/2/3/4 或SUB1/2/3/4)并推起这个通道的音量电位器(推子),这路信号就分配到主输出或者编组输出上了。或者你想把这路信号分配到AUX 辅助输出上,那么你只要打开这路通道上对应的AUX 旋钮,这路信号就送到AUX OUT或AUX SEND输出上了。怎么分配,就看实际需要了,后面会再做详细介绍。
调音台根据输入输出通道的数量来区分大、中、小型,大型的调音台多具有40个以上的输入通道,般用来做演唱会的现场实况扩声使用。中型的调音台一般有16~32个输入通道,经常用在一些中等规模的演出或工程项目中。16路以下的为小型调音台,一般用于一些比较小规模的工程或演出项目。输入通道的数量就是我们经常俗称的“路数”,比如有12个输入通道的调音台就称为12路调音台。
调音台上用于对于由音源设备输入进来的信号进行放大或衰减,使输入信号的强度达到正常工作水平的电路部分称之为输入增益控制 (GAIN)。
用于对信号进行修整的部分叫做均衡器 (简称EQ), 一般由3段或者4段音调控制电路组成,用于针对音源设备输入的信号的频响特性缺陷进行均衡补偿或美化处理,让音源设备发出的声音达到能够满足使用要求的目的。
调音台用于信号混合的部分是由多个混合放大器电路组成的,每个输入通道对应一个混合放大器,通过各路的增益控制电位器来控制各个通道信号电平,这个电位器就是俗称的“推子”,英文为FADER。调音台的信号输出一般有主输出或叫总输出,标志为MAIN OUT或者MIX OUT, 也有叫做L/R OUT的。通过主输出信号通道接口 (MAIN OUTPUT), 提供完整的节目信号给下级设备进行处理。
有的调音台带有编组功能 (GROUP 或SUB), 通过按下不同号码的编组按键,可以把不同输入通道的信号编为一组或几组,混合成为一个新的信号进行集中控制。
调音台除了主输出通道和编组输出通道外,还有辅助输出通道 (AUX SEND), 采用单独的辅助输出电平增益(电位器)旋钮控制输出电平。调音台是音响系统的信号中枢,负责节目信号的完成及承上启下。调音台的操作水平决定你的系统的节目质量,这就要求你不光需要懂一些技术方面的事情,还得有点儿音乐素养,比如说,针对一个乐队,里面有吉他、贝司、键盘和鼓,什么乐器应该是什么声音,哪个应该强一点儿,哪个应该 弱一点儿,就要看你对声音和音乐的理解能力了,在后面我们会穿插进行调音台的使用介绍。
音频处理设备 (Processor)
音频处理设备是针对音响系统的中的设备特性以及工作状态,或者针对音频信号的状态,分门别类按照设备要求或使用要求进行调节处理的设备统称,俗称周边设备。分为状态控制类和效果控制类两大类。
状态控制类: 这类设备包括电子分频器、均衡器、延时器、压缩及限幅器、噪声门等。状态控制设备就是可以根据你的需要来改变你要处理的信号状态或者信号结构的设备。
效果控制类: 这类设备就是效果器和激励器这类东西,效果控制类的设备一般是不会改变原始信号的状态,而是在原始信号之上附加一些经过处理的效果,达到美化主观感觉或掩饰一些缺陷的目的。音频处理设备在音响系统中的作用很关键,它们是保证整个系统正常工作并达到良好效果的基础。如果这些设备设置不当,轻则影响系统效果的发挥,重则引起系统安全问题。一套好的设备,如果使用不正确,往往就不能够提供好的效果;同样,一套差的设备,如果正确使用并正确控制,就会制造出不错的效果。
功率放大器 (Power Amplifier)
简称功放,这东西其实就是一个电压放大器,用于把前面设备输送过来的信号电压只有零点几伏到几伏的比较微弱的音频电信号,放大成几十伏甚至上百伏的比较强的音频电信号,用于推动音箱发出声音。电功率=电压的平方÷负载的电阻。同一负载(音箱)时,当信号电压被放大后,信号电功率也被放大,所以这种东西就叫做功率放大器了。
专业音响上用的功率放大器从电路结构上分AB 类、 H 类和 D类几种, AB 类和H 类电路属于模拟放大电路, D 类属于数字放大电路。三种放大电路的主要差别在于电源利用率不同, AB类的电源利用率最低,大约50%,也就是说耗费1000 W 的电量,只能提供500 W 左右的音响输出功率; H 类的电路电源利用率为60%~70%;D 类的电路电源利用率在80%以上。
从音质的角度上说,同等级别的功率放大器, AB 类的最好,H 类其次,D 类最差。
专业音响上用的功率放大器一般有两个信号通道,也有四个通道的产品,还有不同的工作模式,这些东西到后面咱们用上它的时候再介绍。
音箱 (Loudspeaker)
音箱是一种换能设备,负责把输入给它的音频电信号(电能)通过内部的换能元件也就是喇叭 , 也叫扬声器或者单元转换为声音(声能)。音箱是音响系统的最后一个环境,也是这个系统的喉舌,音箱自身的品质对整个系统的效果有直接的影响。
作为一种换能设备,它把输入的电能不单单是转换为声能,喇叭这种东西的电声转换效率是很低的,一般只能把输入的电能的大约10%转换为声音,剩下的约90%的能量大部分都转换为热能了,不信你把音箱弄响了,等一会拆开了摸摸喇叭看看热不热。
在实际应用中,音箱一般根据它能够重放的声音的频率范围分为全音频音箱和超低音音箱这两大类,此外还有一些叫做中高频音箱的产品。接下来咱们主要介绍一下全音频音箱和超低频音箱。
全音频音箱 : 一般是指音箱可以重放的声音频率范围 不窄于100~15000 Hz的音箱产品,简称全频音箱。比如一只音箱可重放的声音的频率范围是70~18000 Hz, 那这只音箱就是全频音箱;如果一只音箱可重放的声音的频率范围是200~18000 Hz, 那这只音箱就属于所谓的中高频音箱了。
一般来说,很少有单只喇叭能够靠自己播放100~15000 Hz这么宽的频率范围,所以一般全频音箱多采用几只喇叭相互衔接频率范围的形式,比如一只可以较好重放较低频段的低音喇叭和一只能够较好重放高频的高音喇叭组合起来,通过内部的由电感线圈和电容等元件组成的滤波器把 输入进来的全音频信号分割成两段,较低的频段分配给低音喇叭,较高的频段分配给高音喇叭,两个喇叭共同完成全音频的声音播放,这种形式就叫做二分频(2-Way) 的全频音箱,还有一些采用高、中、低三种喇叭组成的全频音箱,这种就叫做三分频(3-Way)全频音箱。
电感线圈和电容等元件组成的滤波器网络就叫做功率分频器 (Crossover或X-Over), 由分频器对全音频信号进行分割的频率点就叫分频点 (Crossover Point)。内部采用分频器的音箱叫做内置分频或者叫功率分频、被动分频、无源分频 Passive)。
有些全音频音箱内部没有分频器,需要通过外部的电子分频器把全音频信号分割好,再交给对应的功率放大器放大了以后再给对应的高音或者低音单元的音箱的分频形式就叫做外置分频、主动分频、有源分频 (Active或Bi-Amp)。
需要注意的是,音箱是几分频的不是按音箱内的单元数量确定的,而是根据把全频信号分成了几段来确定的。 一只音箱中的低音部分或者高音部分可能不止一个喇叭单元,如常见的有两个低音单元的全音频音箱加上高音单元一共有三个单元,如双15寸或者双12寸全频音箱。虽然这种全频音箱有三个单元,但是它仍属于两分频音箱。
全音频音箱的另一个组成部分是高音单元上的号角(Horn),这是用来控制这只音箱的高音覆盖范围的,不同的号角对声波传输有不同的扩散特性,也就是所谓的指向性(DISPERSION)。号角的指向性越窄,音箱的高频覆盖面越小。因为专业音箱不同于家用的音箱,不是在家庭这种小空间近距离使用,而是往往都要用来负责远距离扩声。给高音加一个号角控制它的覆盖范围,可以让声音传得更远而不会很快散射掉。
这个道理跟我们喊远处的人的时候把手捂在嘴边形成一个号角一样,让声音只往你需要的方向传递。
音箱的指向性角度的概念是什么呢?我们都知道,我们如果站在音箱的号角轴线上,听到的音箱发出的声音是最大的,当我们往外侧水平移动的时候,听到的声音就会变小。当我们一直移动到某个位置,并且在这个位置上听到的声音比在轴线上听到的声音减小四倍(-6dB) 的时候,这个点和音箱中点就会形成一个连线。在对称的方向上也会有一个这样的点,跟音箱中点形成一个连线,这两条连线之间形成的夹角就是这 只音箱在水平或者垂直方向上的指向性角度。当然,超出这个角度范围不是听不到音箱发出的声音了,只是声音更小而已。全频音箱除了几分频这种分类方法,还有一种分类方法就是近射程、中射程和远射程。其实不管是什么射程,都是描述音箱对声音的扩散控制范围的,或者说是形容音箱的扩散角度或覆盖角度的。
所谓远射程,一般是指单只音箱的扩散角度比较窄,覆盖面比较小。一般远射程音箱的扩散角度在水平40°、垂直40°以内。同时,单只音箱的输入功率也比较大,可发出的声压级也比较高,能适合远距离声音传输的要求。
远射程的音箱一般都用于室外演出场合,投射的距离一般都能超过60 m。 由于远射程音箱单只覆盖面积比较小,因此要覆盖较大面积,需要多只组成阵列使用。
近射程(或者叫近场)音箱, 一般是指单只音箱扩散角度比较宽、覆盖面积比较大的产品,其扩散角度一般在水平60°、垂直40°以上。近射程音箱由于不需要提供远距离的声音传输,因此一般的输入功率都 不是很大,提供的声压级也相对较低, 一般实用的投射距离都在30m 以内。
中射程音箱,则取远射程和近射程音箱扩散范围的中间值, 一般是指单只音箱扩散角度为水平60°、垂 直40°左右至水平40°、垂直40°之间的产品。这类音箱一般提供30~60m 的投射距离。
远射程和近射程的概念可以参照灯光上的追光灯和舞台云灯。追光灯打出的是一个扩散角度很小的光柱,所以可以传得 比较远,但只能照出一个面积不大但亮度比较高的光斑;而云灯,照射面积很大,但距离稍微远一点,亮度就大大降低了。
要让音箱发出的声音传得更远,扩散角度是一个关键因素,同时音箱能够提供的声压级输出也是关键因素。声压级输出越高,扩散角度越小的音箱,扩散面越小,其射程越远。而音箱能提供的声压级大小,又和两个因素有关,即音箱的灵敏度和可承受的电功率。 一般来说,作为室外演唱会使用的远射程音箱,在距离音箱1 m 的地方,单只音箱最少要能够提供不少于135 dB的连续声压级输出。
全频音箱的介绍先说到这里,其他相关内容在后面用到的时候再讲,接下来,咱们介绍一下超低频音箱。超低频音箱 (Subwoofer Loudspeaker): 超低频音箱就是俗称的低音炮,低音炮这个概念来自于美国BOSE 的一种管状低音音箱。它看起来好像一根大炮的炮管,被当初的一些民用玩家形象地称为低音炮,这种叫法属于民间叫法,做专业的还是应该把这种音箱称为超低频音箱或超低音音箱。
所谓超低频音箱也是根据它的频率重放范围来确定的,这类音箱一般最多只能较好地播放200 Hz以下的声音,专业上的超低音音箱多采用大口径的低音喇叭单元,比如18英寸的,口径越大的喇叭单元一般来说重放的频率下限也越低,所以超低音音箱是用来播放比较低的声音的。常见的超低音音箱从结构上可以分为倒相式、号角式和带通式三种,下面分别简单介绍一下各自的特点。
倒相式 (Vented): 也叫直射式或直接辐射式,这种音箱的喇叭单元直接安装在音箱面板上,在面板上还有一些开孔,也就是所谓的倒相孔,用于把音箱内部喇叭单元纸盆后方的声音能量转换相位(这就是倒相)后和喇叭纸盆前方的能量相叠加,提高音箱的效率。这种音箱的特点是效率较高、可重放的下限频率较低、结构比较简单、通用性比较强,是最常用的的超低音音箱形式。
号角式 (Horn Loading): 由于其内部结构较为复杂,因此被人称为迷宫式。这种音箱的喇叭单元在音箱外部是看不见的,是藏在音箱内部的。喇叭纸盆前方有一 个号角结构,纸盆后方是一个密闭的结构。 由于号角的作用,这种音箱的效率最高。但是由于背后的密闭腔限制了这种音箱的重放频率下限,所以这种形式的音箱可以重放的频率下限较高(一般不低于50 Hz)。由于它的效率很高,声压大,所以很适合做一些需要强劲低音的场合,比如DISCO。 同时,由于号角的作用, 这种音箱可以把声音传送到较远的地方,也就是所谓的远程,因此比较适合室外演出。
带通式 (Band Pass): 也叫双调谐式。这种音响在外面也看不到喇叭,它在内部用隔板分割成两个容积不同的腔体,而喇叭就装在这块隔板上。这类音箱通过内部两个腔体的容积来调整这只音箱的重放上限频率和下限频率,转换效率低,但是低音效果最好,故一般用于一些以音乐欣赏为主的场合。
专业音响的组成
专业音响通常由音源、功率放大器、音箱以及其他配件组成。
音源:音源是专业音响系统的核心部分,它可以是CD机、MD播放器、调频调幅广播的接收与转播、电脑音频等重放器材和设备。音源的质量直接影响到整个音响系统的音质。
功率放大器:功率放大器在专业音响系统中起着非常重要的作用,它能够将音源输出的信号进行放大,然后传递给音箱。功率放大器的性能直接影响到音箱的输出音质。
音箱:音箱是专业音响系统的最终输出设备,它将功率放大器传递过来的信号转换成声音。音箱的质量和性能直接影响到整个音响系统的音质和听音效果。
其他配件:专业音响系统还包括其他一些配件,如均衡器、混响器、压限器、反馈抑制器等。这些配件能够改善音响系统的性能和音质。
除了以上组成部件,专业音响系统通常还包括调音台等设备,调音台是整个音响系统的核心部分,它能够将音源和其他配件的信号进行调节和处理,保证整个音响系统的音质和听音效果。
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