埃威姆淺談如何獲得更好的音質(zhì)之——電平校準

　　在電聲系統工程搭建完成后，系統工程師總需要對整套系統做出測量校準工作，這就好像您從琴行買(mǎi)了一臺鋼琴，搬回家后需要專(zhuān)業(yè)的調律師重新校準音高、音色等一樣。

　　電聲系統工程從有設計思路到實(shí)施擴聲過(guò)程實(shí)際是個(gè)減法公式，我們考慮的方面越多、處理得方式越科學(xué)，減分數就會(huì )越小，保真度就越高。系統工程調試講究忠實(shí)還原，留給調音師更多的創(chuàng )作空間。其中電平匹配校準工作尤為重要，它對聲音的影響非常明顯。

　　在實(shí)際調試工作中，大多數工程師都了解電平匹配的重要性，它是系統調試中最先應該做的工作。然而也有部分工程師并沒(méi)有正確有效地做好電平校準工作，乃至于我們常聽(tīng)到類(lèi)似于“輸入加大點(diǎn)輸出壓小一點(diǎn)效果一樣”之類(lèi)的說(shuō)法。那么到底應該怎樣去逐級匹配呢?

　　我們得從系統的源頭說(shuō)起——音源。

　　電聲系統的音源分三大類(lèi)，自然聲采集(傳聲器)、數碼回放設備(模擬信號)、數字信號輸入。

　　先說(shuō)傳聲器，如何獲得最大有效增益電平?很多調試者認為MIC信號不宜過(guò)大所以增益電平給一點(diǎn)點(diǎn)就足夠了，卻不知這是概念的錯位。一支話(huà)筒不論動(dòng)圈或是電容式，都通過(guò)振膜的微弱振動(dòng)產(chǎn)生了微小電平，它們一定要通過(guò)調音臺的MIC話(huà)放模塊來(lái)獲得有效增益。系統工程中需要把這些微弱的電平信號放大至可供系統正常傳輸處理的0dBu標準。因此調音臺充當著(zhù)類(lèi)似定標器一樣的作用，把各種輸入電平整合成統一的線(xiàn)路信號標準往后級傳輸。多數工程師都清楚地知道，如果輸入增益過(guò)大，可能導致信號過(guò)載，在鏈路中輸出類(lèi)似于方波信號，危及系統運行安全;但如果有效的輸入增益過(guò)小，也會(huì )影響到聲音信號的表現，過(guò)低的信噪比直接降低系統動(dòng)態(tài)范圍的呈現，后級放大的底噪也將非常明顯。

　　最佳的電平匹配方案則是輸入電平≈輸出電平，如果在調音臺的前級增益上，我們在推子前就為話(huà)筒提供了足夠的有效輸入電平(0dBu)，那么這個(gè)信號就不怕過(guò)多地受到傳輸、處理、分配過(guò)程失真的影響。良好的增益架構，保證了后級設備對該信號的有效處理，同時(shí)也有效避免了小信號串擾的問(wèn)題。

　　傳聲器如此，線(xiàn)路信號亦同。線(xiàn)路信號源雖不像MIC感應電流那樣的微弱，但他們通常也是民用級電平，同樣需要通過(guò)調音臺的Line口提供線(xiàn)路放大，匹配至音響系統標準的0dBu。若是數字信號鏈路的電平匹配則跟數字采樣的比特率有關(guān)系了，常見(jiàn)的16bit、24bit即將原始波形振幅采集2的16或24次方(次)。其最大電平為0dBFS是由數字信號“1”和“0”組成的二進(jìn)制轉換為十進(jìn)制計算結果。(-20dBFS≈0dBu)線(xiàn)路音源設備在輸入音響系統時(shí)也應該注意自身的輸出電平，正常不失真情況下，建議該音源采用最高電平輸出送入調音臺，人為可控地從源頭拉開(kāi)信噪比值，同樣對于傳輸有效性、后級分配、處理提供正?？捎玫挠行щ娖?。

　　這里還需要特別說(shuō)明一件事，即是調音臺的Gain和Level看起來(lái)都是調整音量，實(shí)際差異是很大的。Gain可以看做是對輸入靈敏度調節的標準建立者，而Level推子則是根據現場(chǎng)需要所作音量的操作性控制。兩者定義不能混淆，單純把增益當做音量調節的做法對系統穩定性、信噪比、擴聲質(zhì)量都會(huì )造成很大的影響。

　　調音臺至處理器的電平匹配

　　由于信號已經(jīng)由調音臺前級電壓放大“定標”至0dBu標準(0.775V)，此后在后級放大前的傳輸應該按照0dBu的輸入輸出執行，以求最大的信噪比和最有效的信號處理。那么為什么處理器還有輸入電平調節和輸出電平調節呢?這就要和電聲系統中信號的分配路由以及傳輸損耗，乃至處理手段聯(lián)系起來(lái)解釋了。

　　模擬系統信號的分配路由終究是對電信號的分流，無(wú)論是設備的路由還是人為的線(xiàn)路并接都將給信號電平帶來(lái)一定的損耗，包括傳輸距離也是直接損耗有效電平、降低信噪比的一大殺手。除此以外，過(guò)分地濫用動(dòng)態(tài)處理器、均衡濾波器對電平信號的影響也是巨大的!

　　圖片來(lái)源于Motivity處理器聯(lián)機軟件

　　為什么系統本底噪音那么大?它來(lái)源于設備、線(xiàn)路、和處理?；蛟S你會(huì )說(shuō)本底噪聲是正?，F象，當然它和設備元器件選型時(shí)的靜噪系數、傳輸過(guò)程的硬損失息息相關(guān)，然而我們有什么辦法讓它變小得以控制呢?答案只有一個(gè)：想方設法拉大每一級電平匹配中信噪比值!因此，在信號流經(jīng)的每一個(gè)失真環(huán)節都需要實(shí)時(shí)地補償回來(lái)，這需要系統具備足夠的電平補償切入口。

　　為什么是0.775V的電壓標準？

　　前文不斷地提及0dBu，可能很多小伙伴們還沒(méi)有仔細想過(guò)為什么不是0.3、1V之類(lèi)的吧?這里需要說(shuō)明一下，0.775V是根據行業(yè)應用實(shí)測，人為定義的一個(gè)標準。這個(gè)標準有效信號電壓在保障了信號與噪聲比值足夠拉開(kāi)的同時(shí)，又能滿(mǎn)足大多數電器設備的電壓匹配，不至于送入下一級設備信號失真。換句話(huà)來(lái)說(shuō)，每個(gè)電器設備最大有效信號承載能力或多或少會(huì )有差異，例如某調音臺最大輸出可達1.4V，某處理器最大輸入可達1V，那么我們統一約定一個(gè)即保證拉開(kāi)了信噪比，又能保證設備與設備之間正常安全傳輸的合理電壓標準吧。于是我們規定0.775V作為0dBu的電平標準。而各設備間仍留有足夠的動(dòng)態(tài)余量，在一些特定需求下不至信號過(guò)載。

　　功放需要擰到頭么？

　　這一直是困擾業(yè)界眾多工程師們一個(gè)飽受爭議的話(huà)題。具體應該怎么做，還要看我們到底希望解決什么問(wèn)題來(lái)定義了。就電平匹配的合理性、聲音的飽和度、清晰度、信噪比來(lái)說(shuō)，其實(shí)功放是不一定非要開(kāi)滿(mǎn)的。

　　圖為Motivity功率放大器

　　根據音響系統使用領(lǐng)域在設計中通常就已經(jīng)融入了電平匹配的概念(功率匹配)，例如對音箱以1.2~2倍的功率來(lái)匹配放大器。因為這符合音箱三種常規功率測試標準的動(dòng)態(tài)表現(也利于交給非專(zhuān)業(yè)的使用者時(shí)提供良好安全的系統保障)。多數工程師習慣將功放輸入前的DSP關(guān)到最小，功放旋鈕開(kāi)滿(mǎn)，然后嘗試一點(diǎn)點(diǎn)加大功放輸入電平。他們會(huì )明顯的發(fā)現，功放輸入的電平(功放前輸出)沒(méi)加多少音量，音箱聲音就很大了，于是就設定在這個(gè)點(diǎn)吧，大約做個(gè)壓限保護一下，完成電平匹配，這實(shí)際也是有誤區的。通過(guò)實(shí)測發(fā)現，往往系統本底的來(lái)源與之關(guān)系巨大，而其放大出來(lái)的聲音也是沒(méi)有緊致感的。

　　圖為Peavey功率放大器旋鈕面板

　　造成以上諸多問(wèn)題的原因是部分工程師還沒(méi)有真正了解到功放旋鈕的含義。目前市面上通用的功放旋鈕定義和標示方式有兩種：

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　　控制放大增益型

　　功放旋鈕并不僅是一個(gè)單純的輸出功率衰減控制的電位器，它控制著(zhù)整個(gè)功放的放大增益(放大倍數)，表示功率放大在不同倍數狀態(tài)下的功放最大輸出。若前級輸入有效信號過(guò)小，攜帶的本底噪聲會(huì )隨著(zhù)放大旋鈕同時(shí)被成幾何倍數地放大!而低電平的有效聲能被放大到變味乃至影響音色也不是沒(méi)可能的，猶如被白水稀釋后的威士忌。

　　如何設置為佳?實(shí)際需要在保證功放輸出功率不變的情況下，利用功放的最小放大倍數進(jìn)行擴聲。設某功放標稱(chēng)功率為8Ω狀態(tài)下最大額定輸出300W信號，可以計算出功放的最大輸出電壓：√(300*8)≈49V，如果功放旋鈕擰到頭，此時(shí)功放最大放大倍數為63倍。通過(guò)實(shí)際測量(部分產(chǎn)品資料會(huì )提供)，我們發(fā)現該放大器允許最大輸入電平為1.26V，即其在1K赫茲正弦波測試信號達到1.26V信號輸入電平下不會(huì )過(guò)載。所以可得到該放大器的最小放大倍數是：保證最大額定輸出功率不變時(shí)，該功放放大信號38倍(電平增益31dB)。此時(shí)您只用把這一數值對應到放大器旋鈕上即可。如此即保證了有效信號的功率放大輸出，也極大地提高了系統信噪比。

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　　控制輸入靈敏度型

　　圖為Motivity功率放大器旋鈕面板

　　除了放大增益標注方式外，市面上多數功放也有按照控制輸入電壓-∞~0dB方式標注的。該設計理念即：保證功率放大倍數不變，通過(guò)調整輸入電平來(lái)獲取輸出功率，此時(shí)功放旋鈕設置在0dB時(shí)，表示輸入0dBu信號，功放將達到標稱(chēng)的最大額定功率輸出。屆時(shí)如何指導信噪比以及音質(zhì)的調整呢?我們得清楚兩個(gè)值，一是參數設定值;二是實(shí)際電平值。如果設定值大(例如將功放旋鈕擰到0dBu狀態(tài))而實(shí)際輸入電壓過(guò)小，信號占空比就會(huì )非常大，經(jīng)過(guò)固定的放大增益后輸出信號與噪聲比值將很小，信噪比差。此時(shí)需要將實(shí)際有效電平信號與設定信號的電平匹配起來(lái)，即保證功放輸入電平接近0dBu狀態(tài)下，調節其旋鈕衰減量有效性明顯增高，信噪比得到最優(yōu)控制。在輸入電平*固定的放大增益(倍數)后，獲得送給揚聲器有效的輸出電平。值得一提的是，音箱不會(huì )工作在滿(mǎn)負荷狀態(tài)，具體輸出多少功率需根據現場(chǎng)情況設定。

　　不過(guò)，什么場(chǎng)合應該怎樣設定還看我們需要解決什么樣的問(wèn)題，在國內擴聲領(lǐng)域，專(zhuān)業(yè)的終端使用者匱乏的現象較為突出，在那些后期沒(méi)有專(zhuān)業(yè)人員專(zhuān)職保障的系統條件下，筆者更傾向于建議功放開(kāi)滿(mǎn)的做法，雖然不太科學(xué)合理，但它保證系統正常安全、更符合現階段國情。