浙江傳媒學(xué)院 章舟航

數(shù)字化技術(shù)在擴(kuò)聲領(lǐng)域的應(yīng)用

浙江傳媒學(xué)院 章舟航

在錄音與擴(kuò)聲的技術(shù)領(lǐng)域自從上世紀(jì)末開(kāi)始經(jīng)歷了一場(chǎng)重大的技術(shù)變革，在由模擬時(shí)代進(jìn)入到數(shù)字時(shí)代后，現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)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(chǎng)的使用在此做一個(gè)淺述。

模擬；擴(kuò)聲系統(tǒng)；數(shù)字化；變革

說(shuō)到擴(kuò)聲先把擴(kuò)聲系統(tǒng)的基本概念闡述下，擴(kuò)聲系統(tǒng)通常是把講話者的聲音對(duì)聽(tīng)者進(jìn)行實(shí)時(shí)放大的系統(tǒng)，講話者和聽(tīng)者通常在同一個(gè)聲學(xué)環(huán)境中。成功的擴(kuò)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(yǔ)言子音清晰度損失百分率)，并且能使聲音均勻地覆蓋聽(tīng)眾，而同時(shí)又不覆蓋沒(méi)有聽(tīng)眾的區(qū)域。擴(kuò)聲系統(tǒng)包括擴(kuò)聲設(shè)備和聲場(chǎng)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?hào)的話筒，放大信號(hào)并對(duì)信號(hào)加工的設(shè)備、傳輸線，把信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槁曅盘?hào)的揚(yáng)聲器和聽(tīng)眾區(qū)的聲學(xué)環(huán)境。

簡(jiǎn)單地說(shuō)擴(kuò)聲系統(tǒng)的功能就是將聲壓級(jí)不夠的聲源在一定空間中準(zhǔn)確的還原和傳遞聲音信息。由于聲音的基本物理屬性擴(kuò)聲技術(shù)牽扯到建筑聲學(xué)及拾音技術(shù)中的電路信號(hào)的相關(guān)知識(shí)，首先想要把聲音擴(kuò)出去就要對(duì)聲音進(jìn)行拾取，通過(guò)對(duì)聲音頻率特點(diǎn)的把握選擇合適的拾音器進(jìn)行拾音，在擴(kuò)聲技術(shù)發(fā)展中在聲音拾取上以及建筑聲學(xué)上已到達(dá)一定技術(shù)高度在此不再贅述。但原來(lái)的聲音信號(hào)都是由模擬的電信號(hào)來(lái)傳輸。就是聲源發(fā)聲產(chǎn)生空氣波動(dòng)帶動(dòng)拾音器上的振膜振動(dòng)產(chǎn)生弱電，這種弱電形成的電信號(hào)通過(guò)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(hào)，再將信號(hào)送至功率放大器以及擴(kuò)聲音箱。這樣的工藝流程形成了模擬時(shí)代的擴(kuò)聲技術(shù)。下面具體來(lái)講述下現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲系統(tǒng)的具體構(gòu)造，從聲源或信號(hào)源走向上來(lái)講在舞臺(tái)上包括人聲樂(lè)器在內(nèi)的所有現(xiàn)場(chǎng)拾音的信號(hào)全部是模擬信號(hào)，CD等放音設(shè)備是數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)調(diào)音臺(tái)進(jìn)行信號(hào)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(hào)與模擬信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題，前文提到由電信號(hào)形成的模擬音頻信號(hào)，在信號(hào)的走向上來(lái)說(shuō)沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行屬性上的改變。也就是說(shuō)在各個(gè)設(shè)備間傳送的音頻信號(hào)全部是電信號(hào)，這些設(shè)備對(duì)其的改變是對(duì)電的改變，這就有一個(gè)問(wèn)題各個(gè)設(shè)備間的兼容性和設(shè)備自身的質(zhì)量問(wèn)題，其中任何一環(huán)出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)造成聲音的損失。即便不出現(xiàn)問(wèn)題由于電信號(hào)的傳播不穩(wěn)定，電壓、介質(zhì)、制作工藝等因素都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。所以拿一個(gè)技術(shù)參數(shù)來(lái)說(shuō)設(shè)備的本底噪聲會(huì)隨著連接設(shè)備的數(shù)量累積。電信號(hào)通過(guò)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(huì)嚴(yán)重影響信號(hào)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(guò)度是必然趨勢(shì)。

以上既然講到了模擬時(shí)代信號(hào)及設(shè)備有著的缺點(diǎn)那么再來(lái)講講數(shù)字信號(hào)及設(shè)備，數(shù)字化后的擴(kuò)聲工藝在聲音信號(hào)上做了改變，通過(guò)高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換器將模擬的音頻信號(hào)進(jìn)行采樣轉(zhuǎn)換成由二進(jìn)制代碼編寫(xiě)的數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)在所有設(shè)備間以二進(jìn)制代碼的形式被傳播，所以在理論上來(lái)講信號(hào)是非常干凈的，沒(méi)有任何本底噪聲，初始信號(hào)得到了很好地保存。并且既然聲音變?yōu)榱藬?shù)字信號(hào)不論什么距離的傳輸都極其方便，不用擔(dān)心線纜長(zhǎng)度及信號(hào)損失。當(dāng)數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)一系列數(shù)字效果器進(jìn)行運(yùn)算后輸出的帶有效果的信號(hào)這個(gè)信號(hào)依然在理論上講沒(méi)有產(chǎn)生任何不必要的噪音。最重要的一點(diǎn)是當(dāng)聲音信號(hào)成為數(shù)字信號(hào)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?jǐn)U聲系統(tǒng)中任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題導(dǎo)致的不再是像模擬信號(hào)表現(xiàn)出的信號(hào)軟失真不容易發(fā)覺(jué)而是硬失真造成的是聲音的嚴(yán)重變形或者干脆斷路沒(méi)聲。所以從這里可以看出數(shù)字化后的擴(kuò)聲系統(tǒng)雖然有很多優(yōu)點(diǎn)在技術(shù)工藝上有所提高但在線路設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)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(diǎn)，擴(kuò)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(hào)的走向變化，數(shù)字設(shè)備間的兼容性也大大提高，不會(huì)出現(xiàn)模擬設(shè)備工作不穩(wěn)定的情況。并且擴(kuò)聲在很多情況下要與視頻合作，比如說(shuō)演唱會(huì)音樂(lè)會(huì)的錄制，不光是要擴(kuò)聲還要攝像錄音，是一個(gè)非常龐大的工程。一場(chǎng)好的演唱會(huì)還要制作專輯發(fā)行，所以擴(kuò)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(kuò)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(guò)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(shí)器、移頻器、壓限器、激勵(lì)器、反饋抑制器。首先來(lái)講均衡器對(duì)于作用就不再贅述了，其作用是均衡器設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)和歸宿，也是選擇和使用均衡器的依據(jù)。在模擬時(shí)代的均衡器是由電路對(duì)電信號(hào)進(jìn)行改變，一般是串聯(lián)諧振式電路晶體管放大器通過(guò)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(gè)由LC串聯(lián)組成的諧振電路。評(píng)價(jià)均衡器的技術(shù)指標(biāo)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(duì)制造工藝的要求以及電路設(shè)計(jì)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(guò)電位器改變電極的輸出量時(shí)低頻調(diào)節(jié)電感太大，相應(yīng)帶來(lái)諸多缺陷和不便。而數(shù)字式均衡器則是對(duì)已經(jīng)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行處理處理，換言之它就是一臺(tái)計(jì)算機(jī)依靠不同的算法如常模算法（CMA）和判決導(dǎo)引最小均方算法（DD-LMS）等進(jìn)行運(yùn)算，運(yùn)算結(jié)束后還是一串二進(jìn)制的音頻信號(hào)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(hào)代替電信號(hào)省略晶體管放大器，電容等原件，降低了對(duì)于硬件的依賴，顯得更加穩(wěn)定并且沒(méi)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(zhǔn)。再來(lái)講其他效果器也是類似比如壓限器等一系列動(dòng)態(tài)效果器，至于其他數(shù)字效果器從模擬時(shí)代進(jìn)入數(shù)字時(shí)代后的改變也如上所說(shuō)，由于效果不同在電路設(shè)計(jì)和程序編寫(xiě)的算法不同，但其本質(zhì)都是二進(jìn)制編碼計(jì)算。計(jì)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(hào)由模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)時(shí)經(jīng)過(guò)數(shù)模（AD/DA）轉(zhuǎn)換器以后就轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，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(hào)的屬性發(fā)生變化，經(jīng)過(guò)所有數(shù)字設(shè)備不再是像模擬信號(hào)般遵循模擬信號(hào)的屬性，從最直觀的方面說(shuō)就是時(shí)間同步，以往模擬時(shí)代時(shí)不存在數(shù)字處理的時(shí)間差，由于轉(zhuǎn)換以及編碼的運(yùn)算會(huì)產(chǎn)生些微的延遲，信號(hào)通過(guò)的數(shù)字設(shè)備不盡相同產(chǎn)生的延遲也千差萬(wàn)別很難做到同步。所以在音樂(lè)錄音時(shí)需要字時(shí)鐘發(fā)送時(shí)鐘同步信號(hào)給每一個(gè)數(shù)字設(shè)備在信號(hào)匯總進(jìn)入錄機(jī)前將所有信號(hào)同步。在現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲時(shí)如是使用模擬設(shè)備將不必太過(guò)擔(dān)心延遲的問(wèn)題，但一旦數(shù)字化在偌大的場(chǎng)地和多種數(shù)字效果器的加載延遲問(wèn)題將非常嚴(yán)重。擴(kuò)聲系統(tǒng)的龐大必須有完善的字時(shí)鐘同步系統(tǒng)，無(wú)論是樂(lè)手的監(jiān)聽(tīng)，舞臺(tái)返聽(tīng)，以及后場(chǎng)的補(bǔ)償都需要字時(shí)鐘提供精確的同步，這樣才能在擴(kuò)聲技術(shù)中將數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)發(fā)展到最大，盡可能規(guī)避數(shù)字技術(shù)的缺陷，或者說(shuō)將數(shù)字技術(shù)完善。

由于擴(kuò)聲與在錄音棚內(nèi)進(jìn)行的錄音還是有差別的，從話筒的擺放到型號(hào)的選擇都要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況隨機(jī)應(yīng)變靈活運(yùn)用。擴(kuò)聲環(huán)境復(fù)雜多變要應(yīng)對(duì)各種聲反射衍射。不好好處理就會(huì)造成現(xiàn)場(chǎng)的擴(kuò)聲聲場(chǎng)混亂，聲音渾濁嘯叫等問(wèn)題。要使數(shù)字設(shè)備擴(kuò)聲能達(dá)到高水準(zhǔn)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(wèn)題就是完全無(wú)聲，所以任何一臺(tái)數(shù)字設(shè)備的信號(hào)出現(xiàn)問(wèn)題都導(dǎo)致后級(jí)設(shè)備無(wú)法識(shí)別音頻信號(hào)，但如果信號(hào)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(kuò)聲領(lǐng)域已經(jīng)逐漸形成了數(shù)字?jǐn)U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(shì)越來(lái)越大功能完善。但設(shè)備只是設(shè)備還是要靠人去運(yùn)用它。無(wú)論是數(shù)字或是模擬都只是技術(shù)手段擴(kuò)聲系統(tǒng)必須由擴(kuò)聲師因地制宜靈活運(yùn)用技術(shù)與設(shè)備才能做到高水準(zhǔn)的擴(kuò)聲效果。