淺析音頻系統原理及應用實踐

陸鵬飛 江衛芳

（景德鎮廣播電視臺技術中心，江西 景德鎮 333000）

現代電視系統大致地說由視頻和音頻兩大部分組成，從所占帶寬方面來說音頻占比不到10%，但有一句廣告語說得好：沒聲音再好的戲也出不來。可見聲音的重要性。本人在廣電行業工作多年，遇到和解決過此類問題多次，下面就結合本人的實踐工作談談對這方面的認識。

一、音頻信號的基本單位及含義

要了解音頻必須要先了解聲音的基本單位：分貝（dB），在音頻領域，我們經常可以看到單位有dBdBVdBudBFS,這么多的單位它們之間有何不同？讓我們來一個一個看：

（一）dB基本單位，1924年，AT&T公司與歐洲“長距離電話國際委員會”決定統一電話音頻傳輸中的損耗標準，標準只規定功率比例對應的指數，為方便計算，指數以10 為底，計算公式為：

其中P 為末端功率，P0 為原始功率，例如：原始功率為10W，經過放大后達到1000W，那么Lp=20，放大了20 分貝，注意分貝只是衡量比例大小的參數，是相對值。

（二）dBVV 是電壓單位，由于音量和電壓對等的關系，所以dBV 能很直觀的反應出音量，標準規定1V=0 dBV，如果某設備輸出的電壓是4V，那么換算出來就是12 dBV

（三）dBu 這里就得先認識一個古老的設備：VU 表

VU 表是用來測量音量，防止音量超標的，它測量的是功率，起初VU表的0 代表0dBm：

由于當時電話行業的阻抗為600 歐姆，根據歐姆定律可以換算出0VU表對應的電壓是：

于是：0dBu=0.775v

后來考慮到VU 表本身對電路的影響，修正為0VU=+4dBu ≈1.23V。

（四）dBFS 它出現得比較晚，是音頻數字化后才有的單位，它表示的是能夠數字化轉換的動態范圍，它和上述模擬音頻單位的最大不同是它有最大值（0dBFS）但卻沒有最小值，我國廣播電視行業關于數字音頻設備滿度電平的規定為：0dBFS 對應模擬信號的+24dBu，因模擬信號采用+4dBu 作為0VU，0VU 就對應于-20dBFS，那么超過0dBFS 會怎么樣？-------直接削波！

二、模擬音頻信號的傳輸方式

除了上述音頻單位之外還有一個很重要的理論點就是音頻的傳輸類型-----非平衡與平衡。

聲波轉變成電信號后，如果直接傳送就是非平衡信號，如果把原始信號復制并反相（相位差為180 度），然后同時傳送反相的信號和原始信號，就叫做平衡信號。

非平衡信號傳輸只需兩個端子，即：信號端和接地端，采用同軸電纜傳輸，目的是抗干擾，常見的接口有RCA，BNC,TS 等。由于非平衡方式僅采用了電纜屏蔽層抗干擾，無法抑制共模干擾，所以連接線一般不能超過20 米。

三、數字化音頻

在模擬系統中，聲音的變化反應在電路中是信息變化規律直接反映在模擬信號的幅度、頻率和相位的變化上，這種方式優點十分明顯，那就是電路簡單，電路中大多數是線性放大電路，而且沒有延時問題，還具有精確的分辨率，在理想情況下，它具有無窮大的分辨率。它可以對自然界物理量的真實值進行盡可能逼近的描述。所以模擬音頻信號的聽感優異。但缺點也同樣明顯，放大電路功耗大，調試困難、易失真，抗干擾能力差等等。

隨著電子工業的快速發展，特別是大規模集成電路的應用，數字音頻技術應運而生，數字化音頻是將前端拾取的模擬音頻信號進行采樣、保持、量化、編碼等數字化處理，其中對音質影響較大的環節是采樣和量化，采樣可以簡單地理解成從時間軸上對信號進行分割，采樣環節的采樣頻率越高，那么輸出的信號就越接近原始信號，目前無線電廣播的采樣率為22KHZ,音頻CD 及電腦聲卡一般采樣44.1KHZ,數字電視高清數字電視則采樣48KHZ 和96KZH 或更高。

量化則是從縱軸的信號幅度上對信號進行分割，并對電壓信號幅度上連續取值的每一個樣本轉換為離散值表示。其量化過后的樣本是用二進制表示的，此時可以理解為已經完成了模擬信號到二進制的轉換。通常的精度有8bit，16bit，24bit，32bit 等，數位越高當然質量越好。

數字音頻信號的抗材料本身干擾和環境干擾的能力比模擬信號強，即使因干擾信號的值超過閡值范圍而出現了誤碼，只要采用一定的編碼技術，也很容易將出錯的信號檢測出來并加以糾正因此，與模擬信號相比，數字信號在傳輸過程中具有更高的抗干擾能力，更遠的傳輸距離，且失真幅度小,更重要的是其在多代復制后，不會有失真的問題。

四、常用音頻接口類型及定義

（一）卡農接口（XLR）

卡農常見于各類專業設備中，在音頻領域的實際應用中常用來連接麥克風以及設備間的信號傳輸，由于它有三個端子，所以一般作為平衡信號的傳輸。其中1針腳為接地端，2為信號正極（熱端），3為信號負極（冷端）。當其作為麥克風接口時，接口信號電平一般是－60dBu 當其作為線路LINE連接時，接口信號電平一般為+4dBu.

（二）蓮花接口（RCA)

蓮花接口廣泛應用于各類專業及民用設備中，既可以用于傳輸音頻信號也可以傳輸視頻信號，當作為音頻接口時，傳輸的是非平衡信號，接口的芯線為信號正極（熱端），外殼為信號接地，接口信號電平一般為-10dBV。

（三）6.35 大三芯/大二芯接口（TRS/TS）

此種接口常見于調音臺或功放等音頻設備中，其中大二芯為非平衡接口，前面端部為信號正極，外殼為信號接地，一般用于話筒及音頻線路的連接，大三芯一般用于平衡音頻信號或立體聲耳機的連接。接頭分為三節，前面端部為信號正極（熱端）或立體聲的左聲道，中間的環狀為信號負極（冷端）或立體聲的右聲道，外殼為信號接地。

值得注意的是：接口的類型和信號之間沒有必然確定的關系，例如：卡農接口可以傳輸LINE 線路信號，也可以傳輸麥克風MIC 信號，大三芯接口可以傳輸平衡的音頻線路信號，但作為立體聲耳機接口時，它傳輸的就是兩路非平衡信號。

五、不同類型接口的轉換連接定義

在實際應用中，不同接口間的線路連接轉換十分常見，而這也是最容易出問題的環節，特別是平衡接口和非平衡接口互連，更是線路連接的故障高發地帶，下面簡單介紹一下這方面的接線方法（見下表）

由于現在的設備輸出端基本都采用低阻抗輸出模式，所以在進行設備連接時無需再考慮阻抗匹配的問題。

有一種特殊情況就是當設備的輸出端采用變壓器耦合平衡輸出方式（老式設備會采用），而輸入端采用非平衡方式時，應該把輸出端的冷端（信號負極）和接地端連接在一起。

六、實際應用中常見故障及解決

在了解了音頻的基本理論和具體連接應用方法后，對日常遇到的故障現象就能分析其原因，找出解決方法。

下面列舉幾種常見的問題及解決方法

（一）交流聲干擾

這種現象常見于非平衡式傳輸連接，原因一般是連接線過長；信號線與電源線并行引起干擾；接口的屏蔽端接觸不良等等，音頻信號線在鋪設中應避免長距離與強電線路并行，屏蔽層應與設備的外殼可靠連接。

（二）蓮花輸出直接連線到卡農輸入時，聲音偏小

這是由于蓮花接口的信號電平一般是-10dBV 而卡農接口的信號電平是+4dBu兩者相差約12dB，輸入信號幅度遠低于卡農接口要求，所以聲音偏小，正確的連接方式是通過有源的平衡---非平衡轉換放大器來進行連接。

（三）連接到卡農接口的信號過大，嚴重失真

卡農接口既可以連接平衡式音頻線路信號（LINE），也常用來連接話筒(MIC)，在設備中他們通常共用同一個接口，并在信號通道中設置放大器轉換開關，使用時應根據所接信號類型正確設置開關，出現上述情況一般是由于信號來源是(LINE),而開關位置錯誤地設置為MIC 狀態，引起內部放大器過載產生失真。

七、實物圖例舉常見開關設置

本人在日常工作中所遇到的音頻連接問題中，尤其以攝像機居多，下面就列舉一款常見的攝像機，介紹其音頻接口和開關的正確使用方法。

例、索尼PXW-X280 攝錄一體機

該機音頻部分涉及兩處，一處是位于機身右前部的接口，另一處是機身左后部開關設置。如圖所示：

A:音頻輸入接口

B：信號源選擇開關

C:信號通道選擇開關

D:信號增益選擇開關

E:手動增益旋鈕

需要外接話筒時，將話筒連接線連接至A，先確認話筒類型，如果是動圈話筒或內置電池類話筒，則將B 置于MIC 處，如果是需要幻象供電話筒，則將B 置于MIC+48V 處，然后將信號通道選擇開關C 置于EXT 處。如采用自動音量控制，則將D 置于AUTO 處（此時E 旋鈕無效），如需手動控制音量大小，則將D 置于MANU 處，并通過旋鈕E 調整音量至適當。

使用內置話筒時，則將C 置于INT 處，此時將通過機身前部的內置話筒拾音。D 和E 設置同上。

連接線路信號時，將B 置于LINE 處，C 置于EXT 處，D 和E 設置同上。

由于市場中機型種類繁多，這里不能一一列舉，不同機型或品牌對接口和開關的表述雖然不同，但功能大致一樣，只需牢記各種接口輸入和輸出的信號電平規格，進行連接時要保持一致，并采用正確的線路和標準的工藝，這類“小”問題就能迎刃而解。