音响技术第6章+音频处理器.ppt

第6章音频处理器,6.1混响处理器6.2卡拉OK处理器6.3环绕声处理器思考题与习题,6.1混响处理器,混响处理器,简称混响器,是一种利用人工延时器产生混响效果的装置。人工混响器的作用有:对某些声音信号进行加工,使之增加空间延时效果;在房间混响时间不足时,可用来增加混响时间,并可根据乐曲的风格和个人爱好而随意增减;,可以人为地造成许多特殊的效果,如模拟山谷,山间,大厅等的空间效果,模拟立体声和环绕立体声效果,以及模拟多重唱,合唱和合奏的效果,还可以模拟余音,颤音,风雨声,雷电声等具有特殊色彩的音响效果。人工混响器的种类很多,常见的有弹簧混响器,钢板混响器,箔式混响器和电子延时混响器等。,6.1.1电子延时器常用的电子延时器有斗链式电荷耦合器BBD(BucketBrigadeDrice)和数字式两种。前者结构简单,价格低廉,但音质效果不及后者。1.BBD电子延时器BBD电子延时器由频带限制滤波器,BBD延时线,时钟滤波器和时钟信号发生器等4部分所组成,如图6-1（a）所示。BBD延时线的内部等效电路如图6-1（b）所示。,图6-1BBD延时器与BBD器件,延迟时间(s)的长短与时钟频率fcr(Hz)的高低和BBD器件的位数N多少有关,其值为,(6-1),BBD延时器与数字式延时器的性能基本相同,只是动态范围要小一些。,2.数字式延时器数字式延时器把模拟音频信号经A/D转换成数字信号,然后将这些数字信号存入存贮器中,直到获得设定的延迟时间后才读取出来,经D/A转换还原为模拟信号。图6-2所示是移位寄存器方式的数字延时器结构框图。,图6-2数字式延时器结构框图,3.电子延时器的应用（1）电子延时器在扩声系统中消除回音干扰电子延时器主要用来提高扩音系统的清晰度。如图6-3所示,声音信号经电子延时器处理后,再送给扩音系统放大输出。精确地调整各组电路的延迟时间,就能使声源的声音差不多同时到达听众,从而获得清晰度良好的扩声效果。,图6-3电子延时器扩声系统,（2）对信号加以润色如图6-4所示,直达声之后紧接一个延时声,若使延迟时间恰当,声音信号就会在清晰度不受明显影响的前提下,明显地改善声音的厚度和力度感。,图6-4电子延时器对信号加工润色,6.1.2电子混响器利用电子技术模拟封闭空间内混响效果的人工混响器,称为电子混响器。电子混响器在音响系统中可使演出者的声音在时间上与空间上获得延续与扩展。一方面使声音更加丰满浑厚,另一方面还能传递环境空间大小的信息,通过反射声波的时序和方位给听众以立体感。,图6-5BBD电子混响器,图6-5（a）是利用BBD器件构成的电子混响器方框图。它是根据混响声由许多逐次衰减的反射声形成的声学原理模拟而成的,对于一定位数的BBD器件,可以通过调节反馈量的大小来调节混响时间的长短,也可以通过调节时钟脉冲的周期CP来调节混响时间,其不同的调节效果如图6-5（b）所示。,6.2卡拉OK处理器,6.2.1概述卡拉OK（Karaoke）起源于日本,意思是“无人的管弦乐队”,实际上是指通过音响设备播放伴奏音乐进行自娱自唱的活动方式。,卡拉OK系统包括音源载体和音响设备两部分,即所谓的软体和硬体。其中,软体主要有录音带,录像带,激光唱片和激光影碟等,可分为标准卡拉OK型和游戏学习型。卡拉OK设备的基本功能是混合和延时混响。,歌声消除功能它是将音源载体中已录制的原唱歌声在播放时消去,只剩下伴奏声或背景伴唱声。自动伴奏功能不需要任何形式的声音载体来重放伴奏音乐,而是直接将演唱者的歌声转换成伴奏音乐,从而实现自动伴奏。轮唱功能播放卡拉OK游戏学习软体时,通过自动检测电路检测演唱者是否在演唱。变调功能可将伴奏音乐升调或降调,以适应演唱者的嗓音特点。,听觉激励功能在原来信号的中频区域加入适当的谐波成分,以模拟现场演出环境对声波的反射,从而改变声音的谐波结构,恢复自然鲜明的现场感和细腻感。,6.2.2卡拉OK电路常用的卡拉OK设备的原理框图如图6-6所示。其中,图6-6（a）是家庭业余型,图6-6（b）是专业型。目前卡拉OK设备已从单一的音响系统发展成为音像结合的综合AV（AudioVideo）系统。当使用卡拉OK录像带或激光影碟时,除了音频处理电路外,还需增加视频处理电路以及音频视频同步切换等电路。下面介绍卡拉OK设备中的歌声消除和听觉激励电路。,图6-6卡拉OK设备方框图,图6-6卡拉OK设备方框图,1.歌声消除电路普通的音像制品录制时的声像定位规律是将歌唱演员的歌声同时平衡地记录在左,右两个声道上;低音乐器一般定位在中间位置,左,右声道比例一致;大多数伴奏乐器则定位在不同位置上。显然,在左,右声道中每种乐器的成分能量均有不同。图6-7所示是一个实用的歌声消除电路。,图6-7实用歌声消除电路,2.听觉激励电路随着特别音响技术的发展,心理声学方面的研究发现,在音乐信号中加入一定的失真,即谐波成分,可以增加重放音乐的透明度和接近感,从而获得更加动听的效果。利用这一方法的音频处理称为听觉激励。,听觉激励就是根据心理学原理,结合原来的声音信息,再生出新的谐波,也就是说创造出原信号中没有的高次谐波成分。因此,听觉激励与均衡之间有根本的区别,不可混同。图6-8所示是一种听觉激励器的电路框图。,图6-8听觉激励器电路框图,6.2.3卡拉OK设备实例图6-9是一个家庭卡拉OK机方框图。这种卡拉OK机可以满足一般家庭的需要。演唱声从话筒输入,经过放大后,分成两路,一路为直达声信号,直接送到后级混合放大器,另一路经BBD电路延时后,送到后级混合放大。BBD延时电路由集成电路MN3007和MN3101组成,它们的内部结构如图6-10所示。家庭卡拉OK机的电路如图6-11所示。,图6-9家庭卡拉OK机方框图,图610MN3007,MN3101内部结构,图6-11家庭卡拉OK机电路,6.3环绕声处理器,6.3.1环绕立体声所谓环绕立体声（Surroundsound）,通常是指与双声道立体声相对而言的一种立体声,其重放声场,除了保留原信号声源方向感外,还增添了环绕感和扩大感的音响效果。,日本电子机械协会（EIAI）在1985年制定的技术标准（STC-2-020）中,将环绕立体声系统分为两种,一种是仅有声音的A（Audio）环绕立体声系统,另一种是把音频（Audio）,视频（Video）信号结合在一起的AV环绕立体声系统。在STC-020技术标准中,环绕立体声系统按照传输和重放方式,又可分为如图6-12所示的3种类型。,图6123种类型环绕立体声系统,型,可将原信号原样不动地传输与重放,即节目源信号声道数,传输声道数和重放声道数相同,这种方式在高清晰度电视HDTV（HighDistinctTelevision）的伴音3-1方式(指左,右和前中3个主声道和后方一个环绕声道的环绕立体声方式),四声道立体声和AC-3(将在6.3.3节中介绍)环绕立体声系统中获得应用。,型,可将信号如实地传输,但重放时用环绕处理器进行处理,使之产生环绕声所用的附加信号,并提供给环绕声道,从而使重放声道数多于节目源信号的声道数。这种类型可利用现有的两声道立体声,经过处理产生模拟环绕声效果,本章将着重介绍。型,将节目源信号经过编码后以较少的声道数传输,而在重放时先经过解码,再以多声道重放。这些声道各自具有不同的重放声像特点。电影用的杜比环绕声系统即属于这一类型。,6.3.2环绕立体声系统环绕立体声,一般使用模拟四声道系统,即在原有双声道立体声设备的基础上,在听众背后再设两个音箱,与专用的环绕立体声处理器相连接。具体实现方式有下列几种。,1.矩阵方式所谓矩阵方式,是指从原双声道,即前方主通道的左（L）,右（R）信号中各取出一部分,通过矩阵电路的差运算形成（L-R）差信号,分别送入后方两个扬声器,处理为环绕声放音。对于节目中的演唱者歌声,由于左,右声道信号基本相等,因此后方环绕声道中的信号几乎为零,其声像仍位于前方正中间。对于掌声和节目中的背景声,因左,右声道中的信号呈随机变化,差信号也呈随机变化,故差信号在后方环绕声道仍有输出,从而产生环绕感,使听众获得类似于演出现场的临场效果。,图6-13扬声器矩阵式环绕立体声,最简单的矩阵方式可采用如图6-13所示的扬声器矩阵来实现。只要将后方两扬声器串联接到前方左,右扬声器的正端上,利用两个后方扬声器相反的相位,得到由左,右两路信号之间的任何差别形成差信号电流,通过后方两扬声器的放音效果,使听众感受到来自后方扬声器的环绕声。,2.杜比环绕声处理系统杜比家用环绕声系统如图6-14(a)所示。它也是从左右主通道中产生（L-R）差信号的,通过延时电路将差信号延时2050ms,然后再经过7kHz低通滤波器和杜比B型降噪处理,送往环绕声道放大器,作为后方环绕声道信号放音。杜比专业逻辑环绕声系统如图6-14(b)所示,其编码和解码方式如下:原始的四声道信号分别为L（前左）,R（前右）,C（前中）和S（后方环绕）,并将它们编码成为两通道信号L-T和R-T进行传输。,图6-14杜比环绕立体声系统,其中,LT=L+0.7C+j0.7S,RT=R+0.7C-j0.7S,而解码器则从L-T和R-T两通道信号中恢复四声道信号,即:L=LT=L+0.7C+j0.7SR=RT=R+0.7C-j0.7SC=0.7(LT+RT)=0.7L+0.7R+CS=0.7(LT-RT)=0.7L-0.7R+jS(6-2)后方环绕声道S实际上是单声道信号。,3.声场扩展式的环绕立体声系统如图6-15所示,利用声场扩展原理,将两路立体声信号原封不动地作为前方左,右声道信号,而将差信号（L-R）经延时和反相串音后形成两路信号,作为后方环绕声信号。这种方式形成的声场具有强烈的空间感,对来自四面八方的音响感觉明显,而且容易实现。,图6-15声场扩展式环绕立体声,6.3.3AV环绕立体声系统随着高保真音响设备和高清晰度大屏幕电视的出现,音像并存的AV环绕立体声系统已成为高级音像系统的发展方向。此处主要从扬声器位置的配置来介绍不同的AV环绕立体声方式。,环绕声系统中,环绕声道信号一般均经过延时,低通滤波等处理,有时还对动态范围作某些限制,以突出左,右主声道,因此环绕声道扬声器并不要求很宽的频响和很大的功率。一般环绕声道可选用小型书架式音箱,可以摆放在书架上或挂在墙壁上。图6-16是AV环绕立体声系统音箱的摆位与高度示例。图6-17是3-1方式四声道立体声系统的音箱标准配置立体图。,图6-16AV环绕立体声音箱位置,图6-173-1方式系统音箱配置立体图,图6-18是THX-AV环绕立体声系统框图。其追求的目标是在家庭环境中得到与电影院相同的临场感受。图中超低音扬声器提高低音的声压,使听众得到更为强劲的低音享受。该系统的声压级与频率的关系如图6-19所示。,图6-18THX-AV系统环绕声系统,图6-19THX-AV系统声压级与频率关系,另外,近年来在THX-AV系统的基础上,又发展出一种新的环绕声系统,即所谓AC-3系统。这种系统仍采用5个声道加1个超重低音通道的方式,因其低音通道只是很窄的一段频率带宽,即30120Hz,所以只能算是0.1个声道,故称为5.1声道。与THX-AV系统不同的是,AC-3系统中的每个声道均为独立声道,而且都有20Hz20kHz全通带频响,并要求5个声道的音箱为统一规格,从而在声场宽度和电影对白的表现上,比THX-AV系统更胜一筹,整个空间声像及音响效果更加逼真活现。,AC-3系统是多声道数字音响系统,采用高压缩率的编码方式,将被遮蔽和淹没的次要信号删掉,以减少对记录空间的要求。AC-3系统的数字编码,可以运用到LD（LaserVisionDisc）激光影碟,但却不能用于CD（CompactDisc）激光唱片和VCD(VideoCompactDisc)激光小影碟等数字记录媒体中。,AC-3已被确定为美国HDTV和卫星通信的伴音制式,另外DVD（DigtalVideoDisc）也使用AC-3作音频编码。DVD(数字视频唱片)仍采用激光束拾取信号,但光束直径小于CD机的规格,在与CD唱片同样大小的光盘上,可以读取多达8G位的信息,且取样频率高