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            專業音響解密:頻率均衡器作用和種類

            2020年10月13日 09:53  來源:中國數字視聽網  字體【   

            【數字視聽網訊】在劇場、會堂、歌舞廳等的專業音響設備中,除了節目源設備、放大器、調音臺之外,還使用許多信號處理設備,以美化音色、提高音質、增強各種音響效果。所以,這些信號處理設備廣義上說都是效果器。   

            所謂信號處理,就是對聲音信號進行加工、變換等。在專業音響中,信號處理或加工主要有如下方面。    

            ①幅度處理。側重于幅度處理的設備有壓縮器、限制器、擴展器、噪聲門、降噪器等。     

            ②頻率處理。側重于頻率處理的設備有均衡器、激勵器、反饋抑制器、變調器、分頻器等。     

            ③時間處理。側重于時間處理的設備有延遲器、混響器等。      

            在信號處理設備中,還經常遇到數字信號處理器(DSP),它是采用數字技術的信號處理設備,可以看作卜述幾方面的綜合處理,并常以數字程序方式存儲。通常,人們習慣上所稱的效果器往往是指混響器或數字信號處理器。

            一、頻率均衡器的作用和類型 

            頻率均衡器在廳堂擴聲中應用很多,其主要作用如下。      

            ①校正音響設備產生的頻率畸變,既能補償各種節目信號中欠缺的頻率成分,義能抑制過重的頻率成分。      

            ②校正室內聲學共振特性產生的頻率畸變,彌補建筑聲學的結構缺陷。     

            ③抑制聲反饋,改善廳堂擴聲的質量。     

            ④修飾或美化音色,提高音質和音響效果。 

            例如,在廳堂擴聲系統安裝完畢后,由于廳堂聲學共振而使擴聲系統(包括傳聲器、放大器、音箱、房間的傳輸特性)的頻率特性曲線起伏很大,這時就可借助頻率均衡器(房間均衡器),通過提升(或衰減)由于廳堂對某些頻率而造成的谷點(或峰點),使總響應特性趨十平坦,這就是所謂的鏡像均衡。對于存在聲反饋的擴聲系統,在均衡處理之前,要使擴聲系統穩定,最大增益只能大到使頻響曲線中的最大峰點接近自激之處。此時,除最大峰點附近很窄的頻段外,人部分頻段內的擴聲增益都很低,常常不能滿足使用要求。借助頻率均衡器處理后,大的峰點被消除,頻率特性變均勻了,使所有頻率點的擴聲增益都有相當大的提高。至于利用頻率均衡器來修飾音色、提高音質是大家所共知的。


            四種類型頻率均衡器曲線

            均衡器按頻率特性形狀可分為四種類型,如圖所示。圖(a)為斜坡型(Shelving)均衡器的頻率特性,這類均衡器又稱架形均衡器,用于在寬的頻率范圍內對高頻和低頻進行提升或衰減,即通常所說的音調控制。它的特性變化較平緩,不適于對音色進行細微調節。峰谷(Presence)型均衡器的基本形式是單峰諧振特性,用于對某一頻帶進行提升或衰減,通常使用若干個諧振頻率,如圖(b)所示,可用來進行較細致的音色調整。      

            圖(c)為圖示均衡器的頻率特性,它的面板裝有一排推拉式電位器,每個電位器對應一個中心頻率。整個音頻范圍(從低頻到高頻)一般分為9—31個中心頻率,它調整的頻響曲線可以從推拉電位器推桿所處的位置直觀地顯示出來,因此稱為圖示均衡器。      

            圖示均衡器按頻率劃分可分為倍頻程( oct)式、1/2倍頻程式和1/3倍頻程式等幾種。常見的是倍頻程式和1/3倍頻程式兩種。所謂倍頻程式,是指相鄰頻段的中心頻率相差一倍,即ƒ2/ƒ1=2n 。1/3倍頻程式是,n= 1/3,即ƒ2/ƒ1=21/3 。國際卜對倍頻程與1/3倍頻程的各中心頻率都有規定(參見第二章表2-1):倍頻程式的中心頻率一般設在63Hz、125Hz,250Hz、500Hz、lkHz、2kH、4kHz、8kHz和16kH共9個頻率卜,所以有時也稱為9段均衡器。1/3倍頻程式的中心頻率定為20Hz、25Hz. 31.51Hz、40Hz、50Hz、63Hz、80Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz. 400Hz、500Hz、630Hz. 800H、lkHz、1.25kHz、1.6kHz、2kHz、2.5kH、3.15kHz、4kHz、5kH、6.3kHz、8kHz、10kHz、12.5kHz、16kHz、20kHz,即把整個音頻范圍(20Hz~20kHz)分為31個頻率點,因此通常稱為31段均衡器。有時將其兩端頻率(如20Hz、25Hz、31.5Hz、20kHz)省掉幾個,就成為27段或30段的均衡器。顯然,對于房間特性均衡用的頻率均衡器,頻段劃分越窄,越有利于進行房間特性補償,但頻率點增多。目前最常用的是27~31個頻率點的1/3倍頻程頻率均衡器。

            上述均衡器都是中心頻率固定而調整各點的提升或衰減的幅度。還有一種均衡器,如圖(d)所示,其中心頻率、Q值(對應于該中心頻率的帶寬)和提升(或衰減)幅度三種參數都分別可調,所以稱為參量均衡器。這種參量均衡器的頻率點較少,但它可在整個音頻范圍內方便、精確地進行各種節日信號的均衡處理,也可用來對某些頻帶大幅提升以形成特殊音響效果,或者用來大幅抑制某一頻率點以濾除特定的干擾或噪聲,又盡可能少地損失有用信號。近來,調音臺中也大量采用參量均衡器或半參量均衡器方式。 


            圖所示為31段圖示均衡器的控制曲線示意圖

            二、均衡器的主要技術指標 

            (1) 頻率點數(段數)      

            均衡器的中心頻率設置如前所述,是有一定規律的,例如倍頻程、1/2倍頻程和1/3倍頻程等。通常,頻率點數越多,其頻帶寬度越窄,Q值越高。   

            (2) 均衡量      

            亦即控制范圍,它是指均衡器對中心頻率所對應信號的最大提升量或最大衰減量,常用分貝表示。其規格有±6dB、±12dB、±15dB、±18dB等。數值越大,表示控制能力越強。 

            (3) 諧波失真      

            通常要求諧波失真應不大于0.1%。  

            (4) 等效輸入噪聲級      

            這是與信噪比相對應的指標。其值越小,信噪比越好。通常要求等效輸入噪聲不大于-90dB。     

            (5) 對于參量均衡器還有Q值和中心頻率調整范圍      

            Q值又稱品質因數。Q值越高,均衡器提升或衰減曲線越尖銳,帶寬(頻帶寬度)也越窄;反之,Q值越低,帶寬越寬。Q值調整范圍通常在0.3~20之間。參量均衡器各中心頻率調整都可以在一定范圍內變化。通常頻率點分得越多,其對應的中心頻率范圍越小,Q值越大,并且各頻段之間應有過渡(或稱相互交叉)的頻率點。      

            頻率均衡器常見的專業級名牌產品有美國的UREI、ART、DOD,英國的Rebis、KLARK-TEKNIK,法國的SCV,日本的YAMAHA等。下面介紹日本公司生產的兩種均衡器產品。

            1.日本YAMAHA的Q2031A型雙通道頻率均衡器      

            它是在20Hz~20kHz音頻范圍內的31段1/3倍頻程立體聲圖示均衡器,其系統框圖如圖所示。各通道都有斜率為12dB的高通濾波器,截止頻率為20~200Hz可調。開機后自動靜噪3~5s,防止瞬間沖擊對功放或音箱的損害。Q2031A型雙通道頻率均衡器的主要性能如下。      

            頻響:20Hz~20kHz,±0.5dB。     

            諧波失真:<0.1%。 

            噪聲級:-96dB(EQ平直,位于0dB)。

            增益控制范圍:±12dB或±6dB。    

            專業音響

            YAMAHA的Q2031A型雙通道頻率均衡器系統框圖

            2.日本SONY公司的SEQ-9型立體聲圖示均衡器      

            SEQ-9型圖示均衡器為雙通道9段均衡器。該機可有多種節目源輸入。輸入靈敏度為 245mV(-10dB),輸入阻抗為5kΩ。9個頻率點為63Hz、125Hz、250Hz、500HZ、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz、16kHz。它適用于劇場、會堂、歌舞廳等使用。SEQ-9型立體聲圖示均衡器的主要參數如下。      

            頻響:20~20000Hz,(-1.5~0dB)。     

            諧波失真:<0.05%。     

            噪聲級:85dB。      

            增益控制范圍:±10dB或士5dB兩擋。 

            下面以YAMAHA 2031型均衡器為例,說明圖示均衡器的使用方法。

            YAMAHA 2031型均衡器的系統框圖如上圖所示(只畫出一路),其前面板如下圖所示。 


            YAMAHA2031型均衡器的前面板

            各控制鍵說明如下。      

            (1) 電源開關鍵POWER ON/OFF。按下后,電源接通,相應的指示燈亮。再按一次,電源斷開,指示燈熄滅。   

            (2) 范圍選擇鍵RANGE。用來選擇圖示均衡器的控制范圍。該鍵在正常位置時,控制范圍為±12dB。按下該鍵后,控制范圍縮小,但控制精度提高。     

            (3) 高通濾波器開關HPF。用來選擇是否在圖示均衡器之前加入高通濾波器。在正常(抬起)位置時,高通濾波器斷開,輸入信號直接進入圖示均衡器。按下該鍵后,高通濾波器接通,輸入信號經過高通濾波器后再進入圖示均衡器,這時左邊的指示燈點亮。      

            (4) 均衡開關EQ。用來選擇是否接入均衡器。該鍵在正常位置時,均衡器斷開,輸入信號不經均衡處理而直接輸出,或者說均衡器被旁路。按下該鍵后,均衡器接通,輸入信號經過均衡器的均衡處理后才輸出,這時左邊的指示燈亮。該鍵可以幫助我們比較均衡前后的效果有什么不同,或者需要迅速取消某種特殊的均衡效果時也是十分有效的。      

            注:有時該鍵的英文標記是:IN/OUT或BYPASS(直通)。

            (5) 輸入電平控制鈕LEVEL。用來調整本機的輸入靈敏度,以適應不同信號源的輸出電平。輸入信號電平太低會降低信噪比,而輸入信號電平太高又會導致過激失真。調節該鈕,以峰值指示燈PEAK偶爾閃亮為佳。      

            注:有時該鍵的英文標記是GAIN。      

            (6) 高通濾波器HPF。用來調節高通濾波器的轉折頻率,本機的轉折頻率在20~200Hz范圍內連續可調,低于所選轉折頻率的信號將以每倍頻程12dB的斜率迅速衰減。      

            該功能的作用如下。      

            ①可以用來消除房間中的低頻駐波。      

            ②消除演唱時的氣流或風在傳聲器中引起的低頻噪聲。     

            ③減小各種原因引起的交流噪聲。 

            (7) 提升/衰減控制BOOST/CUT。用來控制各自對應中心頻率處信號的提升或衰減幅度。置于中間時,對該頻率的信號不提升也不衰減,向上推動該電位器,就會將其對應頻率的信號加以提升;反之,向下拉電位器就是將信號加以衰減。事實上,這31個電位器所形成的曲線形狀就是該均衡器此時的頻響曲線。 

            后背板如圖所示,各插口和開關說明如下。


            YAMAHA2031型均衡器的后背板

            ①輸入插座INPUT。包含兩個平衡式的卡儂插座和兩個非平衡式的大二芯插座,可選用其中的一組輸入。輸入電平為+4dB/-20dB,輸入阻抗為15kΩ。 

            ②輸入電平選擇INPUT LEVEL。有+4dB和-20dB兩擋可供選擇。根據前面所連設備的輸出電平來設定,通常應設在+4dB擋上。      

            ③輸出插座OUTPUT。包含兩個平衡式的卡儂插座和兩個非平衡式的大二芯插座,可選用其中的一組輸出。輸出電平為+4dB/-20dB,輸出阻抗為150Ω。   

            ④輸出電平選擇OUTPUT LEVEL。有+4dB和-20dB兩擋可供選擇。根據后面所連設備的輸入電平來設定。     

            ⑤、⑥是8腳輸入變壓器的插座和旁路開關,是專門為美國和加拿大機型設計的。     

            三、均衡器的使用

            應用均衡器能美化人聲或樂器聲的音質,因此正確使用均衡器顯得十分重要。為了正確使用均衡器,不僅需要掌握各類均衡器的性能和特點,還要熟悉音頻各頻段的音質特點,以及各種聲源的基本頻率范圍。均衡器的不同頻段對音質或聽感的影響不同。根據試驗和人們的經驗,一般可將頻段與聽感的對應分成以下六個部分。 

            (1)  16~60Hz(超低音) 

            提升這一頻段,給人以強有力的感覺。提升20Hz以下,可增加(如Disco)空氣振動感;提升60Hz,可強化聲音的力度,給人以震撼感,但過于提升會使樂器聲渾濁不清。 

            (2)  60~250Hz(低音) 

            節奏聲部的基礎聲,決定音樂的平衡,使其豐滿或單薄。提升過多會出現“隆隆”聲。其中提升100Hz可產生逼真的低音提琴重放效果。但對語言聲,在100Hz以下衰減6~12dB可增加語言的清晰度。100~250Hz頻段影響聲音豐滿度,但過多會使樂聲渾濁,增大疲勞感。

            (3)  250Hz ~2kHZ(中音) 

            包含有大多數樂器的低次諧波,影響音色。其中l~1.5kHz提升4~5dB,聲音的亮度與層次均有所增進,音色既明亮又滑爽,對男聲尤為明顯。其中提升300~500Hz可增加音樂的力度,可使還原的人聲更逼真,尤其330Hz給人以聲音的堅實感,使低音柔和豐滿。但330Hz提升過多,會產生“嗡嗡”的“浴室效應”。500Hz對力度影響很大,提升2~4dB便好像湊到聽者面前發聲一樣,給人以親切感和縱深感。提升1000—2000Hz,會發出金屬聲。 

            (4)  2—4kHz(中高音) 

            是人耳最靈敏的聽覺范圍,對聲音明亮度影響最大,此段提升2~4dB,能增加人聲的亮度,但提升過多時,特別是3000Hz會產生聽覺疲勞,對中高頻的層次感有所破壞。 

            (5)  4~6kHz(高音) 

            該頻段為臨場感段,可增加語言和樂器聲的清晰度。適當提升該頻段能使聲音明亮突出,有利于提高聲音的清晰度和豐富層次。4.5kHz具有穿透力。5~6kHz以上如有明顯衰減,會使聲音暗啞無色彩。該頻段響度過大會產生使人難以忍受的刺耳聲。 

            (6)  6~16kHz(特高音) 

            該頻段能整體控制聲音的明亮度和清晰度,特別是在12kHz處,但過于強調該頻率,會使語言產生齒音。該頻段提升太多,易產生咝聲,使聲音刺耳。 


            常用樂器與聲音的均衡頻率

            總之,如果將整個聲音頻段的聽感分為三段,則低頻段重在渾厚與豐滿度,中頻段重在明亮度,高頻段重在清晰度。一些常用樂器與聲音的均衡頻率如表所示。

            以上介紹的主要是在錄音、調音或節目錄制中的均衡器使用方法,下面介紹均衡器在聽音和放聲中的使用方法。由于家庭影院和組合音響的發展與普及,本來用于專業音響的均衡器(如圖示均衡器)也廣泛用于家庭影院、錄音機和組合音響中。圖示均衡器或多頻音調控制器在聽音和放聲中的使用一般如下。 

            ①收聽調幅廣播時,由于調幅廣播的頻帶較窄,其高頻最多只能放送到5~6kHz,因此適當地衰減100Hz以下和6kHz以上的頻率分量,可以改善信噪比。 

            ②收聽調頻廣播時,由于調頻廣播節目的頻帶寬、信噪比高,此時圖示均衡器各頻段推鈕宜放在中央平直位置或適當地提升高、低頻,以充分發揮調頻廣播音質好的特點。 

            ③播放音樂節目時(如管弦樂曲),可將低頻(如60Hz或100Hz)和高頻(如10kHz或15kHz)提升到最大,lkHz中頻點不提升或稍微衰減,而300—500Hz及3~5kHz適當提升一些。從面板上推鈕連成的圖形來看,多頻段圖示均衡器的推鈕呈“V”形,這樣放出來的音樂層次分明,聲音明亮,低音豐滿。 

            ④播放獨唱、合唱歌曲時,可將高頻端置于正中位置,3~5kHz頻段稍微衰減,100Hz和1000Hz頻段稍微提升,300Hz頻段提升至最大,這樣可突出歌曲的基礎聲部,使歌曲聽起來增加了一定的力度和清晰度。若要使歌唱演員主音鮮明,主要調節1000Hz附近的頻率,這可使主音有一種深度感。 

            ⑤播放語言節目時,一般與播放音樂節目時的調節相反,即1000Hz頻段提升,300~500Hz和3~5kHz頻段適當提升些,低頻段和高頻段一般不提升或稍微衰減,即從面板卜推鈕連成的圖形上看呈倒“V”形。這是因為語言的頻譜集中在300~4000Hz,故卜述調整可提高語音的清晰度,并使背景顯得安靜。 

            ⑥播放磁帶節目時,圖示均衡器一般放在平直位置,或適當提升高頻、低頻分量。如果磁帶噪聲較明顯,可適當降低高頻段,以減少磁帶本底噪聲。 

            當然,以上調節還要看節目的內容和各人的愛好而定,此外還要考慮音響設備和音箱的特性以及聽音房間環境的聲學特性的補償等。

            (編輯:bingjiling)

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