智能型音頻處理器的原理和應用

　　目前節目源的形式和來(lái)源都非常廣泛，有自制的，有來(lái)自衛星，還有從外面直接交流來(lái)的。這就使得節目源聲音大小很不一致，加之后期制作的設備檔次不一，有些不經(jīng)加工直接播出，導致了整個(gè)系統的播出過(guò)程聲音大小不一，影響收聽(tīng)效果。對于上述問(wèn)題，需要在后期播出前進(jìn)行彌補。對于使用切換臺或調音臺的系統，可以通過(guò)控制臺上的音量調整部分進(jìn)行輔助調節，但人工調節很麻煩，且很難實(shí)時(shí)有效地跟蹤聲音大小的變化。因此，在音頻播出通道中使用智能型音頻處理器來(lái)解決上述問(wèn)題應該是理想的選擇。

　　傳統的音頻處理器一般由壓控放大器，音頻信號整流電路等組成。通常利用壓控放大器增益隨控制電壓變化的特性，實(shí)現對電路增益的控制。由于時(shí)間控制電路不能很好兼顧起限時(shí)間和恢復時(shí)間，在壓縮和恢復信號的過(guò)程中可能會(huì )對信號的動(dòng)態(tài)范圍和清晰度產(chǎn)生不利影響，這也是一些音頻處理器在語(yǔ)言和音樂(lè )切換時(shí)噪聲明顯增大的原因。

　　智能型音頻處理器對輸入音頻信號進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，并由微處理器對信號的峰值電平、平均電平等進(jìn)行分析，以"快壓縮、慢恢復”算法實(shí)現對語(yǔ)言、音樂(lè )等音頻信號的幅度控制。它對音頻信號本身的動(dòng)態(tài)范圍和信號頻譜沒(méi)有損傷。信號極低或超出AGC控制范圍或無(wú)信弓時(shí)，原增益保持不變，不會(huì )使噪聲得到放大。由于采用專(zhuān)用增益控制芯片，失真極低，音質(zhì)清晰、明亮，實(shí)現了信號的高保真處理。智能型音頻處理器還具有峰值限制、峰值削波補償功能和分頻段壓縮及均衡功效。峰值限制是壓縮的一種極端形式，其特點(diǎn)是壓縮比高，啟動(dòng)和復原時(shí)間也較快，它保護后面聲道的傳輸不致于過(guò)荷，故可保證安全播音。峰值削波處理是在于防止由于該聲道處理電路過(guò)荷而造成的失真，用于捕捉任何可能逃過(guò)峰值限制器的節目峰值，瞬時(shí)地“切掉”超過(guò)閾值的高電平波峰部分。峰值限制和削波如能完美匹配，將能在音頻節目信號的密度和響度之間，處理好諧波失真和互調失真及信號帶寬的負面影響。另外，音頻處理器還將入耳可聽(tīng)的頻率范圍即音頻頻譜劃分為幾個(gè)頻段，并對每個(gè)頻段分別進(jìn)行壓縮和限制，即“多頻段壓縮和可選擇的限制”，如果設置正確、合理，將會(huì )有效消除頻譜增益的互調，保證獲得最好的信噪比和音頻帶寬。對于音頻處理中的均衡，其作用是利用均衡器來(lái)改變音頻信號整體頻帶中相關(guān)頻率的平衡，有時(shí)也用來(lái)營(yíng)造某種音響特征，增加節目的聲染色或作為傳輸系統的頻響校正之用。智能型音頻處理器可以在不改變原始信號源素材音質(zhì)并保留原始信號源素材動(dòng)態(tài)結構的前提下，壓縮信號的動(dòng)態(tài)范圍并給出精確的最大電平限制。

　　1 智能型音頻處理器的工作原理

　　智能型音頻處理器的原理框圖如圖1所示。它由音頻差分輸入/輸出電路、信號處理電路、微處理器、高速A/D轉換器、監控電路、狀態(tài)顯示電路、專(zhuān)用數字音頻增益控制器件和控制鍵盤(pán)等組成。

　　音頻信號經(jīng)過(guò)平衡，非平衡變換和緩沖放大后，送人音頻增益控制芯片;高速A/D轉換器采樣輸出信號，送微處理器進(jìn)行處理，經(jīng)過(guò)特定算法運算后輸出控制碼給音頻增益控制芯片進(jìn)行增益控制?？刂奇I盤(pán)和顯示電路用于設定和顯示當前工作狀態(tài)。

　　2 控制軟件

　　智能型音頻處理器依據一種多回路原理進(jìn)行工作。系統的壓縮時(shí)間和恢復時(shí)間是可變的，與輸入信號的變化情況相對應。這里采用了快壓縮，慢恢復”的控制方案，即根據信號幅度的不同變化區域，采用不同的響應時(shí)間。這就允許在穩態(tài)信號下使用相對較長(cháng)的上升時(shí)間，但也允許在輸入信號中存在脈沖瞬態(tài)時(shí)使用極短的上升時(shí)間。通過(guò)對參數分析得出的控制數據，由微處理器控制的音頻處理芯片實(shí)現對音頻信號的增益控制，控制軟件框圖如圖2。

　　基本算法是以幀為單位對采集的數據進(jìn)行處理，可在20-40ms之間選取1幀信號。為了滿(mǎn)足對音頻信號的處理要求，對不同情況下信號幅度的變化采取不同的處理方法。對輸入信號最大幅度達到飽和值時(shí)迅速增大輸入通道的衰減量，對信號進(jìn)行壓縮以防通道過(guò)載;當輸入信號較小并持續較長(cháng)一段時(shí)間時(shí)，便減小輸入通道的衰減量，提升信號電平。但應注意恢復時(shí)間不能太快，否則易使信號本身結構受到破壞。

　　3 智能型音頻處理器合理使用

　　廣播節目動(dòng)態(tài)音頻信號的處理過(guò)程存在很大的非線(xiàn)性，對音頻處理設備來(lái)講，它既包括了對信號的壓縮、限制、削波、擴展等處理方式的要求，還包括音頻處理設備安裝的位置不同，引線(xiàn)長(cháng)短，造成信號的衰耗、畸變，以及在高電磁場(chǎng)強輻射環(huán)境下工作時(shí)抗干擾能力等，這些影響都不可小視。針對一系列情況，根據智能音頻處理器的工作原理，為使音頻處理器在使用性能上變得更加優(yōu)越，發(fā)揮更大的效能。主要采取了如下方法：

　　1)保持信號不失真的傳輸

　　在廣播發(fā)射機前端，被智能型音頻處理器高度處理過(guò)的音頻信號中，會(huì )含有不少類(lèi)似方波的平頂波形。方波的波形對它所經(jīng)過(guò)的傳輸通路的幅度和相位響應要求是比較高的。原理上講，在節目主能量的頻率范圍中，若平坦的幅度和群時(shí)延發(fā)生偏差，必將造成已處理過(guò)的信號平坦頂部?jì)A斜，從而只增加了峰值調制電壓，此時(shí)平均電平并不增加。從峰，平比值看出，將意味著(zhù)減小了該通路的平均電平，因而響度就會(huì )被相應減弱。對此，要保持處理后信號波形的原形，首先采用的方法是，選擇質(zhì)量上乘，特性?xún)?yōu)良的傳輸電纜，要求其分布參數小、頻帶寬、采用線(xiàn)徑粗、衰耗小，屏蔽好的無(wú)氧銅芯傳輸線(xiàn)。實(shí)踐證明這點(diǎn)非常重要，很見(jiàn)效。其次，在傳輸連接中，不添加任何附加設備及分支部件，如中間放大器分配器等，以減小信號波形畸變，保證良好的傳輸質(zhì)量。

　　2)智能音頻處理器在系統中擺放的位置

　　對智能型音頻處理器所放置的位置，是有講究的。為了有效地保護被智能型音頻處理器進(jìn)行了峰值限制的波形，盡可能不在智能型音頻處理器連接到發(fā)射機的過(guò)程中發(fā)生改變，應將智能型音頻處理器越靠近發(fā)射機放置越好。否則因分布參數變化，引起偏離了的平坦度和相頻直線(xiàn)性必將產(chǎn)生寄生調制峰值，造成已進(jìn)行過(guò)峰值限制的波形被改變。這些峰值雖對平均調幅度沒(méi)有增添什么，而為了容納這些峰值成分平均調幅度卻要被迫降低，造成音頻信號的波形失真。另外，應將音頻處理器良好接地，可以有效地屏蔽高電磁場(chǎng)，往往會(huì )取得意想不到的效果。

　　4 結束語(yǔ)

　　總之，只要熟練掌握智能型音頻處理器的原理及其合理有效地使用，就能充分挖掘其潛在的優(yōu)勢，更有效合理發(fā)揮其效能。