音頻技術綜述：專業產品和電聲器件

    專業音頻產品，產品是技術的綜合，而且是實用的，使用在一定的范圍，專業音頻產品大致可以歸到如下幾類：

    廣播錄音和唱片錄音：傳聲器，調音臺，信號處理周邊設備，錄音機和監聽設備（功率放大器，揚聲器），監聽頭戴耳機。

    擴聲：傳聲器、調音臺、信號處理周邊設備和媒體矩陣（MediaMatrix）和監聽控制、分配設備，功率放大器，揚聲器，監聽頭戴耳機。

    電影錄音和還音：傳聲器，調音臺，信號處理周邊設備，錄音機和監聽設備（功率放大器，揚聲器），還音信號處理，功率放大器，揚聲器

    通信用和音頻會議系統用：傳聲器，耳機，放大器。

    同樣是傳聲器、放大器、調音臺……在廣播錄音、唱片錄音、電影錄音或擴聲都有不同的要求，但為了敘述方便，我們還是按產品敘述，包括發展水平和趨勢。

    2.1傳聲器和電聲器件

    廣播、唱片、電影錄音用，舞臺擴聲用傳聲器

    從換能原理上仍然是：電容式、電容駐極體式和寬帶動圈式，在指向性上有心型、超心型、寬心型，在應用上音質的多樣化，也就是對不同的樂器和人聲有不同品牌和型號的傳聲器對應選擇，還有，克服傳聲器接收時的“梳狀濾波”失真的壓力區（PZM）傳聲器……都有各自的使用空間。

    無線傳聲器是傳聲器的特殊分支，它能適應演員在劇場上的大范圍的移動。其中，解決接收“死點”、動態范圍和頻率穩定性問題，仍然是無線傳聲器的主要技術關鍵，寬帶調制和結合壓擴技術的窄帶調制是它采用的兩種調制方式，它的使用方式有手持式、頭戴式和佩帶式，克服近講氣流聲、手持和衣服的摩擦聲是它要解決的通常問題。

    當有多個傳聲器工作時，會增加系統的增益，因此會產生聲反饋而嘯叫，傳聲器之間的信號延遲會產生“梳狀濾波”失真，現在也有相應的技術和設備自動調節解決這類問題。

    現場5.1聲道的環繞聲拾音的傳聲器配置組件也提出來了，我們知道，立體聲拾音使用多傳聲器多軌時由調音臺中的全景電位器（PanPot）控制聲象，而使用主傳聲器法時傳聲器的配置有專門的制式如X/Y制、M/S制、A/B制�，F在，對5.1聲道的主傳聲器法也有幾種制式如ASM(AdjustableSurroundMicrophone)5，INA(德語“理想心形指向性布置”的縮寫)等。

    對于未來，使用專門算法的傳聲器陣列技術也可能用于擴聲中的傳聲器。

    數字化和網絡化對傳聲器沒有太多的沖擊。

    這個領域的產品主要由國外產品占領市場，在上世紀70年代北京797廠，上海飛樂，電子3所曾經研制過有相當水平的電容傳聲器產品，但由于各種原因沒有品牌，沒有市場能力，現在有的已經退出，有的在為國外品牌做貼牌生產如電子管前級的電容傳聲器，適用家庭錄音用傳聲器。

    在廣東恩平是國內傳聲器生產的集散地，但產品檔次低，只能適用家用卡拉OK的質量要求，而且主要是動圈的。

    配套電聲器件，指手機配套用小型駐極體傳聲器，電動耳機,薄型電動揚聲器，聲響器，手機、PDA和MP3隨身聽配套的耳塞機，電視機內置揚聲器。

    2004年手機年產量將是1.7億部，它的傳聲器主要是小型駐極體傳聲器，國內已經是世界上手機用小型駐極體傳聲器的主要制造供應商，國內目前的主要制造企業有山東維坊的怡力達電聲有限公司等，再加上手機配套用電動耳機,薄型電動揚聲器，聲響器，再加上手機、PDA和MP3隨身聽配套的耳塞機，國內也已經是世界上重要的制造供應商。主要制造企業有江蘇常州的遠宇公司、浙江嘉興的凌嘉，臺資美律計劃在蘇州建廠。

    電聲行業協會統計：十五期間①電視機用揚聲器2.2億只；②通信用各類電聲器件9億只；手機需用電聲器2億只以上；③視盤機需用傳聲器6000萬套；④家庭影院系統需用揚聲器1億只；⑤組合音響用揚聲器1億只；⑥汽車音響用揚聲器1.5億只；⑦計算機多媒體系統用揚聲器5000萬只；頭戴耳機傳聲器組400萬套；⑧錄象機用傳聲器700萬套；⑨電子玩具用揚聲器2.4億只，傳聲器1億只。

    新的技術突破:硅微型傳聲器，它是使用微電子加工工藝在硅片上生成膜片和后極板組成的電容傳聲器結構的微型傳聲器。它又成為微電子機械系統（MEMS）技術的一部分。它的尺寸已經達到4.72*3.76*1.5mm.國外羅氏公司（KnowlesAcoustics）已經商品化，我們已經得到樣品，國內中國科學院聲學研究所使用創新基金完成了樣品研制，以下考慮產業化計劃。該技術有很大的發展前景，使用半導體的工藝制造傳聲器，在傳聲器后可以加上A/D轉換和DSP等集成電路，可以完成各種算法，實現微型化、智能化……的系統。

    2.2調音臺。

    調音臺是音頻節目信號的調控中心，其輸入可以是多個傳聲器、各種音源設備（如CD唱機），然后，由調音臺統一調配，各路信號可以進行增益調節、相位調正、簡單頻率均衡、然后進行編組、合成輸出。調音臺有簡單到復雜的各種擋次和價位。

    數字調音臺和模擬調音臺是目前熱門的話題，數字式的，當然是先進，其客觀指標較高，輸入等效噪聲電平和輸入動態指標較優，對調音狀態可以存儲下來，對大型演出復雜的調音自然方便多了，但錄音師會感到使用的界面和操作不習慣，還有兩個問題，一個是“死機”問題，另一個是操作過程中的菜單“翻頁”，這兩個問題應該說已經有許多補救措施，應該說不會出現系統故障，當然還有價格問題。我認為“模擬”和“數字”會共存很長一段時間，現在還很難預測，數字調音臺會還是不會替代模擬式調音臺。

    5.1聲道環繞聲調音臺。傳統的調音臺有兩路母線（總線），即終端是兩路立體聲輸出，5.1聲道環繞聲調音臺，有至少6路母線，多路輸入信號各自的聲象需要定位在XY平面上，定位是通過信號的增益調節分配到6條母線上，操作上可以是屏幕顯示，搖柄操作。5.1聲道環繞聲調音臺也有“數字”和“模擬”的，模擬的聲象需要至少5個類似立體聲中的全景電位器，也稱聲象搖移控制器。在擴聲系統中極少使用5.1聲道調音臺，而5.1聲道的電影還音是很普及的事情（當然電影還音不需要調音臺），在小型多功能廳只要解決拾音問題，加上5.1聲道調音臺就可以實現5.1聲道的擴聲。當然對大的場館，從觀眾席的角度判斷也不可能設置環繞聲。

    2.3信號處理周邊設備和媒體矩陣（MediaMatrix）

    在調音臺輸出到功率放大器輸入之間，可以引入一些系統加工設備，壓限器（compressors/Limiter）、均衡器(equalizers)和電子分頻器(crossovers)、混響、延遲等設備。

    壓限器由壓縮器和限幅器組成，壓縮器對大信號和小信號有不同的放大倍數，大信號有較小的放大倍數，從而使信號的動態范圍壓縮到預定的較小范圍內，以適應隨后設備的動態范圍要求，限幅器限制信號的最大電平，當信號中出現如炮聲這樣的高電平信號上進行限幅處理，使之不會隨后傳輸時出現削波失真。

    均衡器，是進行多頻段的頻譜均衡，調節系統的頻率成分，它可以是1/3倍頻程間隔的30段均衡器。

    電子分頻器是針對揚聲器的，也是揚聲器管理的一部分，揚聲器在頻域是分頻段工作的，在空間是分區域分配的，所以揚聲器的管理有信號的分配和分頻，在完成分配和分頻后才由各自的功率放大器去完成功率的放大。電子分頻是低通、帶通和高通濾波器。

    模擬設備由一臺又一臺獨立的設備實現每一種功能，對于分布式的擴聲系統，這些設備會裝滿幾個機架，還有大量的電纜線用來連接它們。最初的數字設備也是獨立的單一功能，除了上述問題，還有每臺設備重復的模數和數模變換，累積了量化失真問題。

    媒體矩陣（MediaMatrix）由一臺設備完成上述所有功能，而且可以多路輸入和輸出并行工作，擴聲系統組網時作為路由器,也可以作調音臺使用。它的操作是設計師在屏幕上使用鼠標進行菜單編輯，并完成設計的原理方框圖的連接。

    媒體矩陣（MediaMatrix）由數字信號處理器（DSP）芯片為核心的硬件系統配以專用版本的軟件系統組成，它的網絡連接是在以太網（Ethernet）的結構上使用Cabranet協議完成音頻信號和控制信號的傳送。

    媒體矩陣只是美國百威公司的一組產品，其他公司同類產品還有，如美國Symetrix公司的Symnet音頻矩陣（AudioMatrix），英國BSS公司的Soundweb系列產品。2.4功率放大器

    新一代的功率放大器有三個輸入接口：模擬輸入、數字（AES/EBU）輸入和網絡接口，這就是數字化和網絡化。

    模擬輸入就是傳統的模擬輸入，這同傳統功放沒有區別。

    數字輸入，是輸入PCM數字信號，即0,1的二進制數字信號，通過數模轉換，轉換成模擬信號，經前級放大進入功率放大器，功率放大器還是模擬的。

    網絡接口是實現對功放的遠程調節、分組、控制、監測和開關，調節主要是調節增益，監控是功放溫度測定、功放保護狀態、負載狀態監控、輸入/輸出狀態控制，電源開啟、關閉和休眠等，在控制室用一臺PC機和專用軟件通過功放的網絡接口實現操作。

    這就是功放的數字化和網絡化，如果使用以太網（Ethernet）和Cabranet協議則可以在網上實現音頻信號傳送和控制信號的監控。

    另外，功率放大器還發展了各種保護電路，保護自己不損壞，保護負載揚聲器不損壞，而且不會過載停機，以及超高頻和射頻干擾保護等。

    所謂“數字功率放大器”，

    D類放大器也稱開關式工作的功率放大器，即所謂的“數字功放”，它是將模擬信號轉換成脈寬調制(PWM)的信號，通過一個低通濾波器輸出，PWM信號不是我們原先定義的PCM數字信號，后來美國德州儀器（TI）等公司推出由PCM碼流轉化為PWM的芯片，他們稱為純數字音頻放大器（TrueDigitalAudioAmplifier）,這樣就叫出來了，其實應該叫“功率型數模轉換器”，不是原來意義上的數字信號的“放大”，PWM信號大小就是它的輸出功率。這類功放的特點是效率高，電源變壓器可以小些，音質不是它的特點。目前還沒有看到把它用在擴聲系統中。它用在電視機和DVD功放一體機較合適。

    T類放大器Tripath公司）使用自適應開關技術，將D放大器中的開關頻率由輸入分析和預測的處理算法結合起來確定（CombinantDigitalT—Class，以補償傳統D類設計不完善，稱為T類放大器。

    目前各種芯片很多，還有為了測量脈寬調制(PWM)的信號設計的低通濾波器和標準。

    2.5揚聲器

    揚聲器的種類、品牌很多，每個品牌都有自己的系列產品，對擴聲系統來說，揚聲器的分配布置是設計的關鍵，用EASE軟件進行聲場仿真時，在場館體型確定后，揚聲器的指向性和它的布置是主要參數，揚聲器布置分集中式和分布式，選用的揚聲器也不同，揚聲器指向性是窄還是寬同遠距離投射還是近距離投射有關。這里我只想談兩個問題，也是這次北京國家大劇院的法國設計方案中最有爭議的兩個問題：①不使用有源揚聲器系統②選用線陣列揚聲器系統。

    有源揚聲器系統指的是功率放大器組合在揚聲器箱體內，它采用電子分頻，每個頻段有獨立的功放，它整合后，由自己內部解決匹配、頻率均衡等信號處理問題，使整體性能更加優化（它完全不同于多媒體有源音箱），國外知名品牌的擴聲用揚聲器系統如美國MeyerSound公司，德國d&b公司都使用這種技術。對于國家大劇院法國設計方案中“不使用有源揚聲器系統的建議”，實際上是放棄了這種優良的技術，提出不使用的原因可能是考慮防火安全，或者是每個揚聲器位置需要配置交流電源。

    線陣列（lineArray）揚聲器系統，線陣列揚聲器的原理在上世紀60~70年代也曾被廣泛應用，后各種號筒揚聲器的出現，它逐步退出視線，重新提出是在上世紀90年代后，并在本世紀初達到了高潮，各大知名公司都推出他們的系列產品。它的基本原理是，排列成線列的一列同間距的相同的聲源，同相輻射時，它呈現線聲源的特性即柱面波傳播，它不同于球面波發散，其聲壓隨距離增加一倍減3dB(不是球面發散的6dB),這樣可以有更遠的傳播距離。線陣列揚聲器有幾個條件參數：

    滿足柱面波的近場距離，超過這個距離則按球面波發散。這個距離同波長有關，低頻的近場距離短，高頻的遠，計算該距離時還要考慮一個約束條件，即滿足柱面波的允差。

    聲源單體的間距d>λ/2時,指向性會出現旁瓣。

    當聲源不滿足同相幅射時，而成為相干的有限個脈動球源組成的線列源仍然按球面發散。

    當前的線陣列加進了數字信號處理（DSP）,調節波陣面，調節相位等來控制指向特性，加之承受功率大，輻射距離遠，覆蓋的聲場均勻，它被廣泛地用于大型的擴聲場所，在北京國家大劇院提出這個問題，法國的設計是選用線陣列而排斥其他方案，不同的意見是，線陣列是適用大型的擴聲場所，大的空間，而象北京國家大劇院的音樂廳是不適用的，另外，傳統的古典音樂，喜歡音箱隱藏的，只有流行音樂、搖滾才有把音箱外露的布置，所以不主張使用線陣列。

    2.6其他

    專業音頻設備還有：公共廣播系統（機場、車站、樓宇），錄音監聽系統，會議音頻系統，同聲傳譯系統，科技館展覽廳的解說播音系統，園林景點展示的解說播音系統（每個點解說詞不同，互相又不能干擾），都有專用的技術。也值得我們去關注。