浙江傳媒學院 章舟航

數(shù)字化技術(shù)在擴聲領(lǐng)域的應(yīng)用

浙江傳媒學院 章舟航

在錄音與擴聲的技術(shù)領(lǐng)域自從上世紀末開始經(jīng)歷了一場重大的技術(shù)變革，在由模擬時代進入到數(shù)字時代后，現(xiàn)場擴聲及錄音工程有了重大變化。從音頻數(shù)字化后設(shè)備的轉(zhuǎn)變到現(xiàn)場的使用在此做一個淺述。

模擬；擴聲系統(tǒng)；數(shù)字化；變革

說到擴聲先把擴聲系統(tǒng)的基本概念闡述下，擴聲系統(tǒng)通常是把講話者的聲音對聽者進行實時放大的系統(tǒng)，講話者和聽者通常在同一個聲學環(huán)境中。成功的擴聲系統(tǒng)必須要具有足夠響度(足夠的聲增益)和足夠的清晰度(低的語言子音清晰度損失百分率)，并且能使聲音均勻地覆蓋聽眾，而同時又不覆蓋沒有聽眾的區(qū)域。擴聲系統(tǒng)包括擴聲設(shè)備和聲場組成，主要包括聲源和它周圍的聲環(huán)境，把聲音轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕脑捦?，放大信號并對信號加工的設(shè)備、傳輸線，把信號轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘柕膿P聲器和聽眾區(qū)的聲學環(huán)境。

簡單地說擴聲系統(tǒng)的功能就是將聲壓級不夠的聲源在一定空間中準確的還原和傳遞聲音信息。由于聲音的基本物理屬性擴聲技術(shù)牽扯到建筑聲學及拾音技術(shù)中的電路信號的相關(guān)知識，首先想要把聲音擴出去就要對聲音進行拾取，通過對聲音頻率特點的把握選擇合適的拾音器進行拾音，在擴聲技術(shù)發(fā)展中在聲音拾取上以及建筑聲學上已到達一定技術(shù)高度在此不再贅述。但原來的聲音信號都是由模擬的電信號來傳輸。就是聲源發(fā)聲產(chǎn)生空氣波動帶動拾音器上的振膜振動產(chǎn)生弱電，這種弱電形成的電信號通過話筒放大器，效果器等設(shè)備處理形成可用的高質(zhì)量的信號，再將信號送至功率放大器以及擴聲音箱。這樣的工藝流程形成了模擬時代的擴聲技術(shù)。下面具體來講述下現(xiàn)場擴聲系統(tǒng)的具體構(gòu)造，從聲源或信號源走向上來講在舞臺上包括人聲樂器在內(nèi)的所有現(xiàn)場拾音的信號全部是模擬信號，CD等放音設(shè)備是數(shù)字信號，這些信號通過調(diào)音臺進行信號分配混合送向不同的還音設(shè)備。但其中就牽扯到數(shù)字信號與模擬信號之間的轉(zhuǎn)換問題，前文提到由電信號形成的模擬音頻信號，在信號的走向上來說沒有對其進行屬性上的改變。也就是說在各個設(shè)備間傳送的音頻信號全部是電信號，這些設(shè)備對其的改變是對電的改變，這就有一個問題各個設(shè)備間的兼容性和設(shè)備自身的質(zhì)量問題，其中任何一環(huán)出現(xiàn)問題都會造成聲音的損失。即便不出現(xiàn)問題由于電信號的傳播不穩(wěn)定，電壓、介質(zhì)、制作工藝等因素都會對其產(chǎn)生影響。所以拿一個技術(shù)參數(shù)來說設(shè)備的本底噪聲會隨著連接設(shè)備的數(shù)量累積。電信號通過的設(shè)備越多積累的本底噪聲就越大，連接的多了這種噪聲將會嚴重影響信號的質(zhì)量。再加上模擬設(shè)備之間的兼容性不好，設(shè)備使用要求高所以模擬向數(shù)字化過度是必然趨勢。

以上既然講到了模擬時代信號及設(shè)備有著的缺點那么再來講講數(shù)字信號及設(shè)備，數(shù)字化后的擴聲工藝在聲音信號上做了改變，通過高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬的音頻信號進行采樣轉(zhuǎn)換成由二進制代碼編寫的數(shù)字信號。數(shù)字信號在所有設(shè)備間以二進制代碼的形式被傳播，所以在理論上來講信號是非常干凈的，沒有任何本底噪聲，初始信號得到了很好地保存。并且既然聲音變?yōu)榱藬?shù)字信號不論什么距離的傳輸都極其方便，不用擔心線纜長度及信號損失。當數(shù)字信號經(jīng)過一系列數(shù)字效果器進行運算后輸出的帶有效果的信號這個信號依然在理論上講沒有產(chǎn)生任何不必要的噪音。最重要的一點是當聲音信號成為數(shù)字信號后它就是一段描述聲音的的數(shù)字，不再是直觀的物理意義上的聲音，所以在數(shù)字擴聲系統(tǒng)中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題導致的不再是像模擬信號表現(xiàn)出的信號軟失真不容易發(fā)覺而是硬失真造成的是聲音的嚴重變形或者干脆斷路沒聲。所以從這里可以看出數(shù)字化后的擴聲系統(tǒng)雖然有很多優(yōu)點在技術(shù)工藝上有所提高但在線路設(shè)計，現(xiàn)場操作上難度已有一定增加。再講講數(shù)字系統(tǒng)的其他優(yōu)點，擴聲技術(shù)數(shù)字化以后兼容性更加好了，可以直觀的看出信號的走向變化，數(shù)字設(shè)備間的兼容性也大大提高，不會出現(xiàn)模擬設(shè)備工作不穩(wěn)定的情況。并且擴聲在很多情況下要與視頻合作，比如說演唱會音樂會的錄制，不光是要擴聲還要攝像錄音，是一個非常龐大的工程。一場好的演唱會還要制作專輯發(fā)行，所以擴聲系統(tǒng)要和攝像和錄音工程通力合作，在音頻和視頻都數(shù)字化后這種合作顯得更默契更高效。

下面從一些擴聲常用的設(shè)備淺談一下。主要講音頻處理設(shè)備，在數(shù)字化過程中這一部分變化最大。音頻處理設(shè)備主要包括均衡器、混響器、延時器、移頻器、壓限器、激勵器、反饋抑制器。首先來講均衡器對于作用就不再贅述了，其作用是均衡器設(shè)計的出發(fā)點和歸宿，也是選擇和使用均衡器的依據(jù)。在模擬時代的均衡器是由電路對電信號進行改變，一般是串聯(lián)諧振式電路晶體管放大器通過隔直電容，在電極和發(fā)射極之間接有音調(diào)控制電位器。在電位器中心接有一個由LC串聯(lián)組成的諧振電路。評價均衡器的技術(shù)指標有中心頻率、控制范圍、Q值調(diào)節(jié)范圍、轉(zhuǎn)折頻率、斜率，由于是電路組成物理屬性對制造工藝的要求以及電路設(shè)計的水平直接影響了其均衡器的品質(zhì)，在串聯(lián)諧振式均衡器中通過電位器改變電極的輸出量時低頻調(diào)節(jié)電感太大，相應(yīng)帶來諸多缺陷和不便。而數(shù)字式均衡器則是對已經(jīng)經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)字音頻信號進行處理處理，換言之它就是一臺計算機依靠不同的算法如常模算法（CMA）和判決導引最小均方算法（DD-LMS）等進行運算，運算結(jié)束后還是一串二進制的音頻信號編碼。所以以數(shù)字的形式代替了電位器電阻等電子器件，用數(shù)字信號代替電信號省略晶體管放大器，電容等原件，降低了對于硬件的依賴，顯得更加穩(wěn)定并且沒有類似模擬均衡器的電感不平均的缺陷，可以做到非常精準。再來講其他效果器也是類似比如壓限器等一系列動態(tài)效果器，至于其他數(shù)字效果器從模擬時代進入數(shù)字時代后的改變也如上所說，由于效果不同在電路設(shè)計和程序編寫的算法不同，但其本質(zhì)都是二進制編碼計算。計算速度以及效果都依賴于效果器內(nèi)的DSP芯片，換言之DSP就是硬件數(shù)字效果器效率的保證。

在聲音信號由模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號時經(jīng)過數(shù)模（AD/DA）轉(zhuǎn)換器以后就轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，技術(shù)手段就是采樣量化，但我們必須清楚數(shù)模轉(zhuǎn)換后聲音信號的屬性發(fā)生變化，經(jīng)過所有數(shù)字設(shè)備不再是像模擬信號般遵循模擬信號的屬性，從最直觀的方面說就是時間同步，以往模擬時代時不存在數(shù)字處理的時間差，由于轉(zhuǎn)換以及編碼的運算會產(chǎn)生些微的延遲，信號通過的數(shù)字設(shè)備不盡相同產(chǎn)生的延遲也千差萬別很難做到同步。所以在音樂錄音時需要字時鐘發(fā)送時鐘同步信號給每一個數(shù)字設(shè)備在信號匯總進入錄機前將所有信號同步。在現(xiàn)場擴聲時如是使用模擬設(shè)備將不必太過擔心延遲的問題，但一旦數(shù)字化在偌大的場地和多種數(shù)字效果器的加載延遲問題將非常嚴重。擴聲系統(tǒng)的龐大必須有完善的字時鐘同步系統(tǒng)，無論是樂手的監(jiān)聽，舞臺返聽，以及后場的補償都需要字時鐘提供精確的同步，這樣才能在擴聲技術(shù)中將數(shù)字化的優(yōu)勢發(fā)展到最大，盡可能規(guī)避數(shù)字技術(shù)的缺陷，或者說將數(shù)字技術(shù)完善。

由于擴聲與在錄音棚內(nèi)進行的錄音還是有差別的，從話筒的擺放到型號的選擇都要根據(jù)現(xiàn)場的具體情況隨機應(yīng)變靈活運用。擴聲環(huán)境復(fù)雜多變要應(yīng)對各種聲反射衍射。不好好處理就會造成現(xiàn)場的擴聲聲場混亂，聲音渾濁嘯叫等問題。要使數(shù)字設(shè)備擴聲能達到高水準應(yīng)盡量選擇高品質(zhì)的數(shù)字設(shè)備，數(shù)字設(shè)備不比模擬設(shè)備一旦出現(xiàn)問題就是完全無聲，所以任何一臺數(shù)字設(shè)備的信號出現(xiàn)問題都導致后級設(shè)備無法識別音頻信號，但如果信號通暢則理論上是不存在任何音質(zhì)損耗的。在數(shù)字設(shè)備日漸完善的今天擴聲領(lǐng)域已經(jīng)逐漸形成了數(shù)字擴聲系統(tǒng)的操作模式，隨著設(shè)備的更新?lián)Q代，數(shù)字設(shè)備的優(yōu)勢越來越大功能完善。但設(shè)備只是設(shè)備還是要靠人去運用它。無論是數(shù)字或是模擬都只是技術(shù)手段擴聲系統(tǒng)必須由擴聲師因地制宜靈活運用技術(shù)與設(shè)備才能做到高水準的擴聲效果。