《音響技術(shù)》課件-第5章

第5章音頻放大與控制電路5.1音頻放大與控制電路基礎(chǔ)知識

5.2音頻放大與控制電路相關(guān)知識

5.3音頻放大與控制電路拓展知識

音頻放大與控制電路是音響設(shè)備中的重要組成部分，其任務(wù)是對輸入的各種音頻節(jié)目源進(jìn)行選擇、放大，并進(jìn)行音質(zhì)控制，經(jīng)功率放大后直接驅(qū)動音箱還原出聲音。

音頻放大與控制電路主要由音頻前置放大電路、音質(zhì)控制電路、功率放大電路等組成。

5.1.1音頻放大與控制電路組成

1.音頻放大與控制電路組成

音頻放大電路的作用是對其輸入的各種音頻節(jié)目源(如激光唱機(jī)、電唱機(jī)、調(diào)諧器、錄音座或傳聲器等)信號進(jìn)行選擇和放大，并調(diào)整輸入信號的頻響、幅度等，以美化音質(zhì)。5.1音頻放大與控制電路基礎(chǔ)知識音頻放大與控制電路的組成框圖如圖5-1所示，它包括均衡放大、音源選擇電路、音質(zhì)控制(音調(diào)、響度、音量、平衡、濾波等)電路以及輸入放大電路和功率放大電路等。

圖5-1音頻放大與控制電路組成

2．音頻放大與控制電路的工作原理

各種音源的輸出信號電平分為高電平和低電平兩大類。調(diào)諧器、錄音機(jī)、CD唱機(jī)等音源的輸出電平達(dá)50~500mV，稱為高電平音源，可直接送入音源選擇電路；而電唱機(jī)、話筒等的輸出電平僅0.5~5mV，稱為低電平音源，須經(jīng)均衡放大后再送入音源選擇電路。

音源選擇電路的作用是選擇某一路音源信號送入后級，同時關(guān)閉其他音源通道，具有互鎖性。其電路形式有機(jī)械開關(guān)式和電子開關(guān)式兩類，電子開關(guān)式具有消噪處理功能，還可實現(xiàn)遙控，已得到廣泛應(yīng)用。

前置放大電路的質(zhì)量優(yōu)劣，在很大程度上取決于輸入放大電路，該電路的主要作用是完成低噪聲高保真電壓放大。因此，其電路形式大多為性能優(yōu)良的低噪聲前置放大集成電路，對它的要求主要有電壓增益高、信噪比優(yōu)良、轉(zhuǎn)換速率快、工作穩(wěn)定且免調(diào)試、具有消噪處理和補(bǔ)償及保護(hù)功能取Ｄ殼埃魑淙敕糯蟮緶肥褂玫母咝閱薌贍Ｄ夥糯篤(包括數(shù)字放大器)種類繁多，而且性能優(yōu)良(例如NE5532、LM381、HA12017等)。輸入放大電路可設(shè)計成獨(dú)立的放大電路，也可與音質(zhì)控制電路合并，共同完成音頻電壓放大和音質(zhì)控制的目的，實際應(yīng)用中合并式采用的較多。

音質(zhì)控制電路的作用是按照聆聽者的不同愛好進(jìn)行音質(zhì)方面的調(diào)節(jié)與控制。音質(zhì)控制電路主要有音調(diào)控制電路、音量控制電路、等響度控制電路、立體聲平衡與擴(kuò)展電路、均衡電路等。

功率放大電路的作用是將前置放大器輸出的音頻電壓信號進(jìn)行功率放大，產(chǎn)生足夠的不失真功率，以推動后接的揚(yáng)聲器發(fā)聲。5.1.2音頻前置放大器

由于一般信號源所輸出的信號幅度較小，較難使功率放大器輸出較大的功率，必須在功率放大器的前面增加一級乃至數(shù)級電壓放大電路，將信號源輸入的小信號放大至功率放大器所需要的信號幅度(一般為1～2V)，此類放大器被稱為前置放大器。前置放大器的主要任務(wù)是對來自不同信號源的音頻輸入信號進(jìn)行選擇、放大和混合，并提供多種控制功能。

前置放大器在對信號源輸入的信號電壓進(jìn)行放大的同時，還在信號源與功放輸入之間起阻抗匹配的作用。

在實際應(yīng)用中，前置放大器可由單級放大器組成，也可由多級放大器實現(xiàn)信號放大任務(wù)。

圖5-2為典型多級負(fù)反饋放大器構(gòu)成的前置放大器電路。該電路由輸入級、電壓放大級和輸出級三部分組成。

圖5-2前置放大器電路

V4、V5構(gòu)成差分輸入級(單入單出)，取V4的集電極電壓作為輸出直接送入電壓放大級V3，差分輸入電路可以提高輸入阻抗，并有效地抑制零點(diǎn)漂移；V7構(gòu)成差分輸入級恒流偏置電路，可以穩(wěn)定輸入級的靜態(tài)工作點(diǎn)；V1、V2構(gòu)成鏡像恒流源作為差分輸入級集電極負(fù)載，用以提高輸入級的電壓增益。

其中，流過電阻R1或R2的電流為

V3是共發(fā)射極放大器構(gòu)成電壓放大級，為該前置放大器的主要增益級，V8、VD5、VD6、R17構(gòu)成單管恒流源電路，作為V3的恒流負(fù)載，以提高電壓放大器的增益。

V6、V9構(gòu)成推挽輸出級，為射極輸出結(jié)構(gòu)，以降低輸出阻抗，提高電路帶負(fù)載的能力。VD1、VD2、R13構(gòu)成恒壓偏置電路，利用VD1、VD2的整向?qū)妷汉愣ㄏ騐6、V9提供2Ube，以穩(wěn)定輸出級的工作狀態(tài)。R7、R14構(gòu)成發(fā)射極負(fù)反饋偏置，以改善推挽輸出級的交越失真。

由R6、R11、C7構(gòu)成交直流級間負(fù)反饋環(huán)路，由電阻R取出輸出級的輸出信號電壓，經(jīng)電容C低通濾波形成與輸出電壓成正比的直流信號，作為差分輸入級V4、V5的直流偏置，以控制其增益。

該前置放大器的電壓放大倍數(shù)為：Av＝1＋(R6/R11)≈7.1(倍)。

前置放大電路是音響系統(tǒng)的音質(zhì)控制中心，除對音頻信號進(jìn)行前置放大和功率放大外，還需要實現(xiàn)多種功能的音質(zhì)控制，主要包括音量、響度、音調(diào)、平衡、消噪和靜噪等，其目的是使放音效果具有理想的頻響特性和高保真音質(zhì)，或者根據(jù)聆聽者的興趣和愛好，對放音效果進(jìn)行修飾和美化，有時也可插入均衡器，以進(jìn)一步滿足聆聽者的需要。5.2音頻放大與控制電路相關(guān)知識早期的音質(zhì)控制電路主要是利用音頻信號通過電位器直接控制，其最大缺點(diǎn)是易產(chǎn)生摩擦噪聲，易感應(yīng)交流干擾且壽命低。目前，已有相當(dāng)多的專業(yè)音質(zhì)控制集成電路，利用直流電壓通過電位器間接調(diào)控，甚至可通過微處理器(CPU)實現(xiàn)自動跟蹤與調(diào)控(例如TA7630、TA7796、TA7666等)。5.2.1音質(zhì)控制電路

1.音調(diào)控制電路

1)音調(diào)控制電路的作用與類型

為滿足人們對音色的不同需要，在較高級的立體聲收錄機(jī)中通常采用音調(diào)控制電路，其作用是通過各頻段信號進(jìn)行提升或衰減，補(bǔ)償放大器的頻率特性，以及補(bǔ)償信號或揚(yáng)聲器中所缺少的頻率成分，使放音效果得到改善。

根據(jù)對音調(diào)調(diào)整原理的不同，可將音調(diào)控制電路分為RC衰減式、負(fù)反饋式、LC諧振式及圖示式頻率均衡器等多種類型。音調(diào)調(diào)整電路一般設(shè)置在功放電路之前。

2)音調(diào)控制電路的工作原理

圖5-8所示為RC衰減式高低音音調(diào)控制電路，其中的R1、Rp2、R2、C3、C4組成低音控制電路，C1、Rp1、C2、R1、R2組成高音控制電路。

圖5-8RC衰減式高低音音調(diào)控制電路在低音控制電路中，電容C3、C4的取值使它們對中、高頻呈現(xiàn)的阻抗很小，可視作短路，對低頻則呈現(xiàn)高阻抗。由于電位器Rp2上的中、高頻信號被C3、C4短路，因此無論Rp2滑動點(diǎn)如何移動，對中、高頻的衰減量都是不變的，其大小只取決于R1和R2比值。對低頻信號則不同，當(dāng)Rp2滑動點(diǎn)移到上端時，C3被短路，C4容抗則隨著頻率降低而增大，低音輸出達(dá)到最大值；當(dāng)Rp2滑動點(diǎn)移到下端時，C4被短路，C3容抗則隨著頻率降低而增大，低音衰減量最大，對應(yīng)輸出達(dá)到最小值。在高音控制電路中，電容C1、C2的取值對高頻呈現(xiàn)低阻抗，可視作短路，對中、低頻則呈現(xiàn)高阻抗，可視為開路。當(dāng)電位器Rp1滑動點(diǎn)移動到上端時，高音頻經(jīng)C1的低容抗后直接輸出，高音輸出達(dá)到最大值；當(dāng)Rp1滑動點(diǎn)移到下端時，Rp1對高音的衰減最大，且C2幾乎被短路，高音輸出達(dá)到最小值(幾乎為零)。其他類型的音調(diào)控制電路，原理類似于RC頻率補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。例如，負(fù)反饋式音調(diào)控制電路是將高低音音調(diào)控制電路放置在放大器的負(fù)反饋支路中；而模擬電感圖示式音調(diào)控制電路則是利用LC諧振回路的諧振特性，因為不同串聯(lián)諧振回路的諧振頻率不同，呈現(xiàn)的阻抗就不同，對放大器的負(fù)反饋量也不同，這樣就可以對任意頻率的音調(diào)進(jìn)行分段調(diào)整。

在中、高檔音響設(shè)備中，一般采用圖示音調(diào)控制器。常用的圖示音調(diào)控制器有五段、七段或十段等，可分別將整個音頻范圍劃分成五個、七個或十個頻段進(jìn)行獨(dú)立的提升或衰減。例如，五段均衡器控制器可對100Hz、330Hz、1kHz、3.3kHz、10kHz的信號進(jìn)行均衡控制。

圖示音調(diào)控制電路按照電路結(jié)構(gòu)可分為LC串聯(lián)諧振式和集成電路式兩大類，按照信號處理方式又可分為模擬式和數(shù)字式兩大類。

LC串聯(lián)諧振圖示均衡控制電路是由C、L、R構(gòu)成多個不同的串聯(lián)諧振電路，并將這些諧振電路等效地接在共發(fā)射極放大器的輸出端與發(fā)射極之間，通過改變放大器的負(fù)反饋量和對輸出信號的分流來調(diào)節(jié)某一頻率信號的均衡。這種均衡電路由于使用的是分立元件電感、電容，會使電路的瞬態(tài)響應(yīng)變差，產(chǎn)生寄生相移，一般應(yīng)用在普及型音響設(shè)備中。

在中、高檔音響設(shè)備中，一般采用運(yùn)算放大器或晶體管構(gòu)成的模擬電感來代替電感線圈，并形成集成電路。目前使用較多的模擬式圖示均衡集成電路有五頻段的TA7796P、雙聲道五頻段的STK6328A以及十頻段的BA3822LS等。

圖5-9所示為由STK6328A組成的雙聲道圖示均衡控制集成電路，它具有諧波失真小、動態(tài)范圍大、噪聲小、音調(diào)控制范圍寬等特點(diǎn)，特別適用于Hi-Fi音響系統(tǒng)。

圖5-9STK6328A組成的圖示均衡控制電路在STK6328A內(nèi)部，含有各自獨(dú)立的五級模擬電感電路，左右聲道分別共用一個信號增益放大器。以左聲道為例，其1~5腳對應(yīng)5個頻段的諧振回路，6、7腳分別是IC內(nèi)部一個聲道的運(yùn)放同相、反相輸入端，外接均衡電位器兩固定端分別接于運(yùn)放同相、反相輸入端，構(gòu)成差分放大器輸入形式。均衡電位器的滑動臂通過電容接至IC的1~5腳，構(gòu)成五頻段均衡電路。

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，近年來在很多高保真音響中出現(xiàn)了數(shù)字式圖示頻率均衡器，如Sony公司的SRP-E300數(shù)字均衡器和Yamaha公司的DEQ7數(shù)字均衡器等。

圖5-10是Sony公司SRP-E300數(shù)字均衡器的電路組成框圖。

圖5-10SRP-E300數(shù)字均衡器電路框圖該數(shù)字均衡器即可對模擬信號輸入進(jìn)行均衡處理，也可對數(shù)字信號輸入進(jìn)行處理。其原理是對輸入的數(shù)字音頻，進(jìn)行解碼后經(jīng)取樣變換直接送數(shù)字信號處理器電路，而對模擬音頻信號的輸入經(jīng)輸入電平調(diào)節(jié)后先進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后送數(shù)字信號處理器電路進(jìn)行處理。數(shù)字信號處理器輸出數(shù)字音頻信號可根據(jù)負(fù)載需要直接送數(shù)字解碼電路由光纖或同軸數(shù)字電纜輸出數(shù)字音頻信號，也可經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出模擬音頻信號。

2.響度控制電路

1)等響度控制電路的作用

響度是人耳在聽覺上對聲音強(qiáng)度的主觀感覺。在普通聲音強(qiáng)度時，人耳總是對中音較敏感，對高音、低音的聽覺反應(yīng)則較為遲鈍，尤其是當(dāng)音量較小時這種差別會更大。考慮到人們在欣賞不同節(jié)目時對高低音的不同要求，以及人耳在低響度時對高低音感覺遲鈍的特點(diǎn)，在中高檔音響設(shè)備中都加有等響度控制電路，目的在于當(dāng)音量較小時人為地對高、低音頻信號進(jìn)行提升，使人耳感覺到此時的低、中、高音處于“等響度”。

2)等響度控制電路的組成與工作原理

等響度控制電路一般是由RC或LC網(wǎng)絡(luò)組成的低音和高音補(bǔ)償電路，它與音調(diào)控制電路不同，只有在音量較小時才具有對低音和高音的提升作用，而隨著音量的增大，對低音和高音的提升量也逐漸減小。

圖5-11LC諧振型等響度控制電路典型的LC諧振型等響度控制電路如圖5-11所示。圖中，LC并聯(lián)諧振回路接在音量電位器輸入端和滑動點(diǎn)之間，通常的LC回路并聯(lián)諧振于中音頻(1kHz左右)。

當(dāng)音量電位器滑動點(diǎn)移到最上端(音量最大)時，LC諧振回路被短路，電路對低、中、高音頻信號都無任何衰減作用；當(dāng)滑動點(diǎn)向下移動(音量較小)時，對輸入的中音頻信號，由于LC并聯(lián)諧振回路處于諧振狀態(tài)，呈現(xiàn)的阻抗最大，對中頻起衰減作用。而對于輸入的低、高音頻信號，由于偏離LC諧振回路的諧振狀態(tài)，LC回路呈現(xiàn)的阻抗較小，所以低、高音頻信號可以通過該回路，即對低、高音頻信號起到補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

用電位器進(jìn)行音量、音調(diào)、平衡控制，由于電位器動片與碳膜之間的機(jī)械磨損，以及外界灰塵腐蝕，很容易造成接觸不良而產(chǎn)生很大噪聲。另外，電位器與印刷板之間有一段連接線，連接線中的音頻信號易受到外界電磁場的干擾。

3．音質(zhì)控制集成電路

在中、高檔音響中，一般都采用集成音量、音調(diào)、平衡控制電路，通過控制集成電路相應(yīng)引腳電壓來改變音量的大小、音調(diào)的高低及平衡。集成電路引腳電壓可通過外接電位器來控制，也可采用微電腦控制。這種音量、音調(diào)、平衡控制電路不但不會產(chǎn)生機(jī)械磨損噪聲，而且電位器上是直流電壓而不是音頻信號，可避免外界電磁場干擾，同時具有音量控制范圍寬、諧波失真小、聲道平衡性能好等特點(diǎn)。

TA7630是典型的音量、音調(diào)、平衡控制集成電路，它具有音量控制范圍寬、平衡性好、諧波失真小、通道串音小等特點(diǎn)。圖5-12所示為TA7630的典型應(yīng)用電路。

圖5-12TA7630音量、音調(diào)、平衡控制電路左(L)、右(R)聲道信號分別從15和2腳輸入，經(jīng)音量、音調(diào)、平衡控制后分別從11和6腳輸出。4和13腳外接低音控制電容，3和14腳外接高音控制電容。7腳外接平衡控制電位器，8腳外接音量控制電位器，9腳外接低音控制電位器，10腳外接高音控制電位器，改變7、8、9及10腳的直流電壓，就可以達(dá)到改變平衡、音量、低音和高音之目的。

圖5-13壓縮器的輸入/輸出關(guān)系

4.壓限電路

壓縮限幅器簡稱為壓限器，實際上是壓縮與限幅兩種功能電路的合稱，是音響系統(tǒng)中常用的一種信號處理設(shè)備，其功能是對音頻信號的動態(tài)范圍進(jìn)行壓縮或限制，達(dá)到減小失真和降低噪聲的目的。

壓限器實際上是一個自動音量控制器，由帶有自動增益控制的放大器組成。當(dāng)輸入信號超過閾值電平(也稱壓限閾或門限)時，壓縮器的增益下降，信號衰減。通常，把使壓縮器的輸出信號增加1dB所需增加輸入信號的分貝數(shù)稱為壓縮比率，簡稱壓縮比。壓縮器的輸入/輸出關(guān)系曲線如圖5-13所示。

對于2∶1的壓縮比率，當(dāng)輸入信號電平增加2dB時，輸出信號電平只增加1dB，在壓縮區(qū)域內(nèi)將輸入信號變化范圍壓縮了1/2。例如輸入信號電壓變化范圍為－50~＋20dBm，門限電平設(shè)為＋10dBm。壓縮前增益等于1，這時輸出電平為－50~＋15dBm，將輸入信號電平的動態(tài)范圍壓縮成65dB。－50~＋10dBm電平內(nèi)的信號相對關(guān)系沒有變化，僅在＋10~20dBm范圍內(nèi)進(jìn)行了壓縮。同理，若壓縮比為10∶1，當(dāng)輸入信號電平增加10dB時，輸出信號電平只增加1dB，在壓縮區(qū)域內(nèi)將輸入信號變化范圍壓縮了1/10。如輸入信號電壓變化范圍為－50~＋20dBm，門限電平仍設(shè)為＋10dBm。壓縮前增益等于1，這時輸出電平為－50~＋11dB，將輸入信號電平70dB的動態(tài)范圍壓縮成61dB。－50~＋10dBm電平內(nèi)的信號相對關(guān)系沒有變化，僅在＋10~20dBm范圍內(nèi)進(jìn)行了壓縮，輸出變化了1dB。5.2.2卡拉OK處理電路

“卡拉OK”原意為“無人樂隊”，最初是一種自我演唱娛樂的伴奏機(jī)，后來得到迅速的普及和發(fā)展。目前，不但有各種單體的卡拉OK機(jī)，而且在一些組合音響中，甚至彩色電視機(jī)中都有附加卡拉OK功能。但不管品種如何繁多，其原理基本相同。

1.卡拉OK處理電路的作用和組成

卡拉OK處理器的主要作用是為播放伴奏音樂進(jìn)行自娛自唱的活動提供技術(shù)保證，它具有歌聲消除、自動伴唱、輪唱、變調(diào)、聽覺激勵等功能，主要由話筒放大器、混響器、歌聲消除等電路組成。

2.卡拉OK處理電路的分類卡拉OK電路按照功能劃分，主要有以下三種：

(1)普通卡拉OK電路：只能重放卡拉OK游戲帶，電路中無音響效果處理電路。

(2)具有歌聲消除功能的卡拉OK電路：播放節(jié)目源時可以進(jìn)行歌聲消除處理。

(3)多功能卡拉OK電路：適用多種OK帶，設(shè)有混響器等音響效果電路。

圖5-14帶延時混響功能的卡拉OK機(jī)方框圖

3.卡拉OK處理電路工作原理

卡拉OK機(jī)主要特點(diǎn)之一是利用電子混響器達(dá)到美化演唱者聲音的功能。帶延時混響功能的卡拉OK機(jī)方框圖如圖5-14所示。從圖中可以看到，兩路話筒信號經(jīng)各自的話筒放大器放大并進(jìn)行混合處理后，分兩路輸出，一路直通送入回聲混合器，另一路經(jīng)低通濾波器送入以延時電路(BBD器件)為核心的混響處理電路，延時后的聲音經(jīng)回聲調(diào)節(jié)也送入回聲混合器，與直達(dá)聲混合后送入混合放大電路及音調(diào)電路(音調(diào)電路也可省略)，再與經(jīng)歌聲消除電路送來的伴奏信號一起輸出給功率放大器，驅(qū)動揚(yáng)聲器放聲。

4.歌聲消除電路

在使用普通原聲磁帶或用電唱機(jī)、CD唱機(jī)節(jié)目源作為伴奏聲時，要用歌聲消除電路將原節(jié)目源中的左、右聲道歌聲消除，而保留原節(jié)目源中的伴奏聲。

在雙聲道節(jié)目源中，中、高頻段樂器信號是立體聲效果的，低頻段樂器聲和歌唱聲是單聲道。即左、右聲道信號中的中、高頻段樂器信號成分是不同的，而歌唱聲和低頻段樂器信號成分是相同的，并且歌唱聲的頻率范圍主要集中在中頻段，因此將左、右聲道信號相減，即可消除原聲節(jié)目源中的歌唱聲。圖5-15所示是歌聲消除電路的方框圖。電路中，A1是加法器，A2是減法器，A3是有源低通濾波器，A4是加法器。左、右聲道音頻信號uL、uR分成兩路。一路送到減法器A2，輸出L－R信號，由于uL、uR中的低音樂器信號和歌唱信號是單聲道效果，它們在左、右聲道中的大小相等，這樣通過減法器便可將歌唱信號除去，同時也將低音樂曲信號也減去了。另一路送到加法器A1中，獲得L＋R信號。這一信號加到有源低通濾波器A3中，由于歌聲主要能量集中在150～1000Hz間，而A3的截止頻率設(shè)在150Hz。因此A3輸出的L＋R信號中只有低音樂器信號。A2和A3輸出信號加到加法器A4中混合，輸出(L－R)＋(L＋R)。其中，L－R信號只有高頻段的樂曲信號。而L＋R是低頻段的樂器信號。這樣，(L－R)＋(L＋R)信號中基本保留了原uL、uR信號的樂器信號，而去除了歌聲信號，達(dá)到消除歌聲的目的。

圖5-15歌聲消除電路方框圖圖5-16所示是一個實用的歌聲消除電路，該電路的工作原理與圖5-14所示的電路相同。運(yùn)放A1構(gòu)成減法器電路，獲得L－R信號；R5、R6、R7構(gòu)成加法電路；A2及阻容元件構(gòu)成三階有源低通濾波器；A3構(gòu)成加法器電路。

圖5-16實用歌聲消除電路5.2.3紅外遙控系統(tǒng)

在高檔音響設(shè)備中，一般都設(shè)置有紅外遙控系統(tǒng)。通過遙控操作實現(xiàn)對電源開關(guān)、音量大小、音調(diào)高低、靜音、收音調(diào)諧、卡座播放狀態(tài)轉(zhuǎn)換、定時關(guān)機(jī)等遠(yuǎn)距離操作控制。

1．紅外遙控系統(tǒng)的組成

音響設(shè)備中的遙控系統(tǒng)組成與其他電子設(shè)備遙控系統(tǒng)基本相同，一般都包含有紅外遙控發(fā)射器、遙控接收器、系統(tǒng)控制微處理器、存儲器、本機(jī)鍵盤、輔助電源等，電路框圖如圖5-17所示。

圖5-17音響設(shè)備遙控系統(tǒng)原理框圖遙控發(fā)射器的作用是將遙控指令編碼加工為指令操作碼，并將其調(diào)制在約40kHz的載波上，經(jīng)功率放大后驅(qū)動紅外發(fā)光二極管發(fā)射出紅外調(diào)制脈沖(PCM)信號。

遙控接收器的作用是接收紅外遙控信號，經(jīng)放大、解調(diào)、限幅等處理后，還原出指令操作碼送微處理器。

微處理器的作用是將遙控接收器送來的指令操作碼或本機(jī)鍵盤送來的指令信息進(jìn)行譯碼處理，并輸出相應(yīng)的控制數(shù)據(jù)信號。

2．遙控系統(tǒng)的工作原理

1)遙控發(fā)射器

遙控發(fā)射器主要由鍵盤矩陣電路、遙控器專用編碼集成芯片、驅(qū)動放大器和紅外發(fā)光二極管等構(gòu)成，其核心是專用遙控編碼集成電路，其內(nèi)部主要包括振蕩器、時鐘脈沖發(fā)生器、掃描信號發(fā)生器、鍵位編碼器、指令編碼器、調(diào)制器、緩沖放大器電路等。遙控發(fā)射器電路框圖如圖5-18所示。

圖5-18遙控發(fā)射器電路框圖遙控發(fā)射器中的振蕩器的振蕩頻率一般為480kHz(或455kHz)，經(jīng)內(nèi)部12分頻后得到40kHz(或38kHz)的定時信號和載波信號。在時鐘脈沖信號作用下，掃描信號發(fā)生器不斷發(fā)出掃描脈沖對鍵盤矩陣進(jìn)行掃描。當(dāng)遙控器的某鍵被按下時，該鍵位被識別，對應(yīng)的鍵位碼信號經(jīng)譯碼選通指令編碼器的地址，使指令編碼器輸出事先編好的16位指令碼。該指令碼再經(jīng)過碼調(diào)制器對40kHz(或38kHz)的脈沖載波進(jìn)行脈沖幅度調(diào)制及緩沖放大，再經(jīng)功率放大后，以中心波長為940nm的紅外線向空間發(fā)射。

2)遙控接收器

紅外遙控接收器安裝在音響主機(jī)上，其組成包括紅外光電二極管和遙控接收專用集成芯片等，結(jié)構(gòu)如圖5-19所示。其中，遙控接收專用芯片內(nèi)部含有前置放大器、限幅放大器、帶通濾波器、檢波器、積分電路和施密特觸發(fā)器等電路，具體工作原理如下。

圖5-19紅外遙控接收器電路首先，由紅外光電接收二極管接收遙控器發(fā)射的控制載波信號，并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換形成電壓信號。其次，在集成電路內(nèi)部將接收到的信號進(jìn)行前置放大和限幅放大處理，得到遙控信號的包絡(luò)脈沖送帶通濾波器和峰值檢波電路，對40kHz(或38kHz)的調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)。最后，經(jīng)施密特觸發(fā)器整形后將指令操作碼信息送微處理器作進(jìn)一步處理。

3)系統(tǒng)微處理器

微處理器一般由4位的單片機(jī)組成，內(nèi)部包含有中央處理單元CPU、程序存儲器ROM、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器RAM、脈沖編碼調(diào)制PWM電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、定時器、計數(shù)器、屏幕字符存儲器、顯示輸出控制電路、電壓合成數(shù)字選臺系統(tǒng)等。具體工作時，微處理器將接收到的指令信息進(jìn)行處理，輸出各種脈沖控制信號，通過接口電路進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換及電平轉(zhuǎn)換后獲得相對應(yīng)的模擬控制信號。模擬控制信號再通過不同的接口電路送到相應(yīng)的被控電路，實現(xiàn)相應(yīng)的控制功能。另外，微處理器還輸出工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)信號，通過顯示器實現(xiàn)即時狀態(tài)的顯示。5.2.4調(diào)音臺

1．調(diào)音臺的種類與功能

調(diào)音臺又稱調(diào)音控制臺，或混音控制器，它將多路輸入信號進(jìn)行放大、混合、分配、音質(zhì)修飾和音效加工，是現(xiàn)代電臺、廳堂擴(kuò)聲、音響節(jié)目制作等系統(tǒng)中進(jìn)行播送和錄制節(jié)目的重要音響設(shè)備。

調(diào)音臺的種類很多，分類方法各異。例如：

按照輸入信號路數(shù)可分為：4路、6路、8路、12路、16路、24路、32路、60路調(diào)音臺等；

按照信號處理方式可分為：模擬式調(diào)音臺和數(shù)字式調(diào)音臺；

按照使用場合可分為：便攜式、固定式、半固定式調(diào)音臺；

按照用途可分為：錄音調(diào)音臺和擴(kuò)音調(diào)音臺等。

調(diào)音臺的主要功能可概括為如下幾個方面：

1)放大

調(diào)音臺的首要功能是將不同節(jié)目源的信號按要求進(jìn)行放大。在調(diào)音臺中一般都設(shè)置有前置放大器(傳聲器或電唱機(jī)放大器)、節(jié)目放大器(也稱中間、緩沖或混合放大器)和線路放大器(也稱輸出放大器)。

2)混合

調(diào)音臺輸入的聲源種類很多，調(diào)音臺要對這些來自不同設(shè)備的信號進(jìn)行技術(shù)上的加工和藝術(shù)上的處理，然后再混合成一路(單聲道)或兩路、四路立體聲的輸出。這是調(diào)音臺的基本功能，因此調(diào)音臺有時也稱為“混音臺”。

3)分配

音頻信號輸入到調(diào)音臺后，要將信號依照不同的要求分配給各電路或設(shè)備。例如，要檢查各路傳聲器輸入的信號是否合乎要求，需要分別對這些信號進(jìn)行鑒別聆聽，這就要將信號分出并饋送給“預(yù)聽”(PFL)或“獨(dú)聽”(Solo)電路，以及輸出至監(jiān)聽(Monitor)設(shè)備；播音員或演奏員需要監(jiān)聽節(jié)目內(nèi)容，又要將信號從“檢聽”(Cue)或“返送”(Foldback)接口分支輸出，而且若將信號延時或增加混響，也要分支到各相應(yīng)設(shè)備。

4)音量控制

不論調(diào)音臺的輸入或輸出，都要控制其音量，以達(dá)到音量平衡。在調(diào)音臺中，音量控制器習(xí)慣上稱為衰減器(Fader)，俗稱“推子”。

5)均衡及濾波

由于傳聲器的拾音環(huán)境(如播音室或廳堂建筑結(jié)構(gòu))可能出現(xiàn)“聲缺陷”，演員或樂隊也可能因為聲部的不同而對錄(擴(kuò))音的要求而不同。因此，調(diào)音臺的每一路輸入組件都設(shè)置有均衡器及濾波器，將聲音信號的質(zhì)量盡可能提高，以達(dá)到頻率平衡這一基本要求。

6)壓縮與限幅

調(diào)音臺的音頻輸入信號因聲源的電平和動態(tài)范圍不一致會導(dǎo)致電聲器件產(chǎn)生各種非線性失真，故除了在放大電路上采取相應(yīng)措施(如在線路放大器上采用擴(kuò)展、壓限、限幅)外，有些調(diào)音臺還專門為了平衡動態(tài)范圍的目的而設(shè)置“壓縮和限幅器”。

7)聲像定位

兩路或四路主輸出的調(diào)音臺都設(shè)有“聲像方位”(PanPot)電位器。在錄制立體聲節(jié)目，特別是采用“多聲道方式”時，因輸入信號的聲源并沒有明確指定其所在位置，所以需要按照該聲源習(xí)慣方位或依據(jù)樂曲藝術(shù)要求來分配“聲像方位”(Panorama)。

8)監(jiān)聽

調(diào)音臺在對信號加工處理的許多環(huán)節(jié)上必須聆聽信號的質(zhì)量，以便鑒別和調(diào)節(jié)。監(jiān)聽的對象是經(jīng)過調(diào)音臺技術(shù)處理和藝術(shù)加工后調(diào)音臺輸出的信號，通常在調(diào)音臺上設(shè)置耳機(jī)插孔，用耳機(jī)監(jiān)聽；或設(shè)置輸出接口，有條件時外接“監(jiān)聽機(jī)“(Monitor)，用揚(yáng)聲器監(jiān)聽。

9)測試

調(diào)音臺上設(shè)置的音量(VU)表能協(xié)同聽覺監(jiān)聽，并以視覺對時刻變化的音頻信號電平進(jìn)行監(jiān)測。同時，利用音量表結(jié)合音量控制器的衰減位置可以判斷調(diào)音臺的各部件是否正常工作。

10)通信及對講

在分設(shè)的播音(演播)及調(diào)音(控制)室進(jìn)行錄音或播音時，兩室之間必須能用光信號進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通信和對講聯(lián)絡(luò)才能方便工作。

以上是調(diào)音臺的幾種基本功能，并非所有調(diào)音臺都全部具備，具體選用時可根據(jù)不同檔次和不同的使用場合而定。

2．調(diào)音臺的技術(shù)指標(biāo)

調(diào)音臺的主要技術(shù)指標(biāo)有輸入特性、頻率響應(yīng)、非線性諧波失真、串音、輸出特性等。

1)輸入特性

用來表征調(diào)音臺可同時輸入音源的路數(shù)以及輸入形式、輸入阻抗和輸入電平大小的特性。

2)頻率響應(yīng)

通常是指通路內(nèi)所有的均衡器、濾波器都在“平線”時各個頻率的增益與1kHz基準(zhǔn)頻率信號增益的比值。

3)非線性諧波失真

通常是指在額定輸出電平時，在整個工作頻段內(nèi)的總諧波失真值。專業(yè)用調(diào)音臺的非線性諧波失真一般應(yīng)小于0.1%。

4)信噪比

通常指調(diào)音臺額定輸出電平與無信號輸入時實測的噪聲輸出電平之差，用dB表示。

5)串音

通常是指相鄰?fù)ǖ篱g的隔離度，一般調(diào)音臺串音要求不低于－70dB。

6)輸出特性

表示調(diào)音臺可同時輸出信號的類型、路數(shù)、輸出阻抗、輸出電平以及輸出形式等特性。

3．調(diào)音臺的基本結(jié)構(gòu)與信號流程

調(diào)音臺按照復(fù)雜程度不同又可分為混音臺和調(diào)音臺兩大類。

混音臺的結(jié)構(gòu)相對簡單，圖5-20為混音臺的電路框圖。

圖5-20混音臺電路框圖由圖5-20可見，它的每一個獨(dú)立輸入通道中只包含傳聲器放大電路、唱機(jī)放大電路、線路輸入電路、輸入選擇開關(guān)和通道衰減器等幾部分。每個輸入單元的輸出信號都接到母線上進(jìn)行混合，如為立體聲設(shè)備則通常有L、R兩條母線。所有輸入單元的信號經(jīng)母線再送往主輸出組件。主輸出組件通常包括混合電路、線路放大電路、總衰減器以及均衡、混響等信號處理電路，最終輸出0.7~1.2V的信號，以推動功率放大器。而真正意義上的調(diào)音臺結(jié)構(gòu)相對要復(fù)雜得多，在每一路“輸入單元”中除裝有傳聲器放大、線路輸入和線路放大外，還裝有獨(dú)立的濾波器、均衡器、衰減器、聲像方位調(diào)節(jié)器、獨(dú)聽開關(guān)、啞音開關(guān)和電平指示等信號放大、處理與控制線路。可以對每一路的輸入信號進(jìn)行單獨(dú)細(xì)致的調(diào)整。圖5-21為調(diào)音臺電路框圖。

圖5-21調(diào)音臺電路框圖調(diào)音臺的基本結(jié)構(gòu)可分為輸入單元、輸出單元和監(jiān)聽單元三大部分。下面結(jié)合圖5-21對各單元基本信號流程作一個簡要說明。

1)輸入單元

對N路調(diào)音臺就有N個輸入單元。輸入音頻信號從MICIN(話筒輸入，約0.5mV)或LINEIN(線路輸入，約0.5V)到輸入放大器，該放大器的增益可調(diào)，通常設(shè)置有輸入選擇(INPUTSELECT)和輸入增益(GAIN)控制以匹配不同信號源。插入接口可按照需要插入效果器或嘯叫抑制器等處理設(shè)備。均衡器用以調(diào)整高低音的增益比例。通道衰減器用于調(diào)節(jié)該路輸出的大小。經(jīng)通道衰減器后的信號分為四路：第一路經(jīng)線路放大器、聲像控制器后分別接入L、R母線，聲像控制器可以調(diào)節(jié)本路信號分配到L、R母線的比例。第二路經(jīng)輔助電平控制接入輔助母線。第三路經(jīng)監(jiān)聽電平控制接入監(jiān)聽母線。第四路經(jīng)效果電平控制接入效果母線。

2)輸出單元

輸出單元又分為主輸出、輔助輸出和效果輸出等幾個部分。

主輸出：L、R主母線混合了所有各輸入單元的信號，送到混合放大器放大后，經(jīng)主衰減器、插入接口和輸出放大器到左(或右)輸出接口(PGMOUT-L或PGMOUT-R)。

輔助輸出：AUX輔助母線的信號經(jīng)輔助放大器、輔助電平控制和輔助輸出放大器，送往輔助輸出接口(AUXOUT)。該信號用以連接主功放以外的其他功放和音箱。效果輸出：EFF母線的信號經(jīng)效果放大器、效果電平控制和效果輸出放大器，送往效果輸出(EFFSEND)接口。該信號通常用來外接效果處理器，經(jīng)過處理后的信號再接到效果返回接口，經(jīng)放大器和電平控制，把處理后的信號送回主母線L和R，與原信號混合后再輸出。

3)監(jiān)聽單元

監(jiān)聽單元包括監(jiān)聽與檢測兩大部分。

監(jiān)聽輸出：MON母線的信號經(jīng)監(jiān)聽選擇開關(guān)、監(jiān)聽放大器、監(jiān)聽音量控制、監(jiān)聽輸出放大器后，接到監(jiān)聽輸出接口，以便外接監(jiān)聽功放和監(jiān)聽揚(yáng)聲器。監(jiān)聽選擇開關(guān)可任意選擇監(jiān)聽輸入單元的信號或輔助輸出或主輸出的信號。另一路信號經(jīng)耳機(jī)音量控制和耳機(jī)放大器接到耳機(jī)輸出插口以便使用耳機(jī)監(jiān)聽。

為直接指示輸出電平的數(shù)值，在輸出點(diǎn)通常連接有指針式或LED式的電平表。

4．?dāng)?shù)字式調(diào)音臺

隨著電子與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字式調(diào)音臺作為音頻設(shè)備的新生力量已成為專業(yè)錄音和擴(kuò)聲場所的必備設(shè)備。

數(shù)字調(diào)音臺包含了效果器、混響器、均衡器以及壓縮、擴(kuò)張、限制器等周邊設(shè)備的數(shù)字處理器，有多種操作菜單可供調(diào)用。與模擬信號相比，數(shù)字信號在總諧波失真和等效輸入噪聲這兩項指標(biāo)上可以輕易地做到很高的水平，并且其所有功能單元的調(diào)整動作都可以方便地實現(xiàn)全自動化。數(shù)字調(diào)音臺的主要特點(diǎn)如下：

(1)信號的數(shù)字化處理。調(diào)音臺內(nèi)流動的是數(shù)字信號，可以方便地直接用于數(shù)字效果處理裝置，調(diào)音臺常被用于要求很高的系統(tǒng)上。

(2)操作過程的可存儲性。數(shù)字調(diào)音臺的所有操作指令都可存儲在一個磁盤上，從而可以在以后再現(xiàn)原來的操作方案。

(3)數(shù)字調(diào)音臺的信噪比和動態(tài)范圍高。數(shù)字調(diào)音臺的信噪比和動態(tài)可以輕易地做到比模擬調(diào)音臺大10dB，各通道的隔離度可達(dá)110dB。

(4)每個通道都可方便地設(shè)置高質(zhì)量的數(shù)字壓縮限制器和降噪擴(kuò)展器，可用于對音源進(jìn)行必要的技術(shù)處理。

(5)數(shù)字調(diào)音臺通常有一個較大的顯示屏來顯示不同的控制界面、給出各類狀態(tài)參數(shù)、并予以形象化的圖案顯示。

(6)數(shù)字式調(diào)音臺設(shè)有故障自動診斷功能。

(7)數(shù)字調(diào)音臺可按常規(guī)的模擬信號輸入和輸出方式與音響設(shè)備配接，也可用光纜和數(shù)據(jù)線以數(shù)字信號直接輸入和輸出的方式與數(shù)字音響設(shè)備配接。由于是數(shù)字信號，雖然僅一根光纜，亦可達(dá)到多路的輸入或輸出，擴(kuò)展了輸入和輸出通路。

(8)可實現(xiàn)MIDI功能。數(shù)字調(diào)音臺可實現(xiàn)MIDI的功能。MIDI即電子樂器的數(shù)字接口(MusicalInstrumentalDigitalInterface)。MIDI的原意僅是電子樂器間和電子樂器與計算機(jī)間的相互連接，現(xiàn)在也包括數(shù)字音響設(shè)備與電子樂器、計算機(jī)相互之間的連接。通過連接，用MIDI的數(shù)字接口傳輸反映樂曲音符、音色、節(jié)奏、和弦等參數(shù)的鍵盤按鍵信息和設(shè)備間的控制信息，來實現(xiàn)作曲、多聲軌的音響合成等任務(wù)。

5.3.1電子管功率放大器

電子管是一種真空電壓控制型器件。利用電子管做成的放大器具有熱穩(wěn)定性好、頻帶寬、音質(zhì)優(yōu)美等特點(diǎn)，特別適合制作高保真音響設(shè)備。高保真電子管功率放大器，俗稱膽機(jī)。5.3音頻放大與控制電路拓展知識

1．電子管基礎(chǔ)知識

電子管是一種真空器件，它是把若干個電極封裝在一個真空的玻璃或金屬殼體內(nèi)，再將各個電極通過引線連接在管腳上的器件。

電子管按照管腳數(shù)可分為4腳、5腳、標(biāo)準(zhǔn)7腳、小7腳、8腳和小9腳等規(guī)格；按照電極數(shù)可分為單結(jié)構(gòu)和復(fù)合管，復(fù)合管包括三極管、四極管、束射四極管、五極管、七極管、雙二極管、雙三極管、雙二極五極管等多種類型；按照功能可分為雙二極整流管、電壓放大管、功率放大管等。常用電子管的符號如圖5-22所示。

圖5-22常用電子管的電路符號在電子管的電路符號中，各電極的含義及其作用如下：

燈絲(f)：由金屬絲制成，通電后發(fā)熱，加熱陰極。

陰極(k)：內(nèi)置燈絲，被燈絲加熱后發(fā)射電子，其作用相當(dāng)于晶體管的發(fā)射極。

屏極(a)：也稱陽極，外接直流高電壓，用以吸收陰極發(fā)射來的電子，形成屏極電流，其作用相當(dāng)于晶體管的集電極。

柵極(g1)：位于陰極與屏極之間，是信號輸入電極，其作用相當(dāng)于晶體管的基極。柵極上加有相對于陰極為負(fù)的電壓。簾柵極(g2)：位于柵極與屏極之間，外接直流高電壓，以加速陰極發(fā)射的電子流向屏極。

抑制柵極(g3)：位于簾柵極與屏極之間，在管內(nèi)與陰極相連，其作用是防止二次發(fā)射電子。

集聚電極(g4)：它是束射四極管特有的電極，位于簾柵極與屏極之間，在管內(nèi)與陰極相連，其作用是使電子會聚成束，集中流向屏極，以提高輸出功率。

2．電子管電壓放大電路

圖5-23所示為電子三極管組成的電壓放大電路。

圖5-23電子三極管電壓放大電路由圖5-23可見，電子三極管放大電路與晶體三極管放大電路結(jié)構(gòu)相似，電子三極管的屏極a、柵極g和陰極k分別與晶體三極管的集電極c、基極b和發(fā)射極e相對應(yīng)。Rg、Rk、Ra分別為柵極電阻、陰極電阻和屏極電阻，Cg、Ca，分別為柵極輸入耦合電容和屏極輸出耦合電容，Ck為陰極旁路電容。具體工作時，燈絲通電后發(fā)熱，陰極被加熱后發(fā)射電子，在柵極負(fù)電壓的控制下，陰極發(fā)射的電子飛向屏極，形成屏極電流。當(dāng)柵極回路沒有信號電壓輸入時，電子管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時輸入和輸出回路中的電壓、電流都是直流。當(dāng)柵極回路輸入信號電壓的正半周到來時，柵極電壓升高，屏極電流增大，在屏極電阻兩端的壓降增大，屏極電壓降低，而且屏極的輸出信號為負(fù)半周。同理，當(dāng)柵極回路輸入信號電壓的負(fù)半周到來時，屏極電壓升高，且為正半周。

3．電子管功率放大電路

與晶體三極管作為功率放大器的應(yīng)用類似，利用電子管也可構(gòu)成單管甲類功率放大器、乙類推挽功率放大器、甲乙類推挽功率放大器等多種類型的功率放大電路。圖5-24為利用電子管構(gòu)成的各類功率放大器的原理圖。

圖5-24電子管功率放大器在圖5-24(a)所示的單管甲類功率放大器電路中，Rg是柵漏電阻，Rk是陰極電阻，Ck是陰極旁路電容；G是束射功率管，簾柵極沒有接降壓電阻而是直接接至屏極電源，目的是為了提高屏極電流以獲得較大的功率輸出。通過輸出變壓器B將實際負(fù)載變換成功率管所要求的最佳負(fù)載。

在理想條件下，由電子管組成的甲類功率放大器的最高效率可達(dá)50%，對實際的三極電子管只有15%~20%，一般的束射四極管也只有30%~35%。在圖5-24(b)所示的乙類推挽功率放大電路中，G1、G2為兩只特性相近的功率管，B1、B2分別為輸入、輸出功率變壓器，＋Ea為屏極電源，－Eg為負(fù)柵偏壓。通過選擇Eg等于截止電壓，可使電路工