音频信号高保真传输条件

音频设备间的匹配及信号传输的高保真

前言

日常我们在演播厅录制电视节目，常常碰到音频设备间有关阻抗的匹配、传输方式的匹配、动态范围的匹配等问题，有的不注意造成声音失真甚至损坏音频设备，因此正确地了解广播电视音频设备间所接收、传递音频信号的阻抗电子以及动态线路，合理地进行设备间的匹配是十分必要的。

一、音频设备间的匹配问题

（1）阻抗的匹配

阻抗的匹配要求音频前、后级设备彼此的输入、输出阻抗相等或近似，若阻抗值相关太大时，只能用前段设备的低阻抗输出与后段高阻抗输入相配接，切不可用前段的高阻抗输出与后段低阻抗输入相配接。在任何情况下只能是后者（输入）的阻抗高于前者（输出）的阻抗。如：音频频率放大器与音箱（又称扬声器或喇叭）的配接问题如果配接不正确，音频功率放大器就不能高保真地传输出最大功率，这不仅使音箱的声频功率减小产生畸变，而且会损坏音频功率放大器。通常音频功率放大器的额定输出功率至少要等于音箱的额定功率，最大不超过音箱额定功率的2-3倍，一般音频功率放大器的最大输出功率要大于音箱瞬时功率的1.2-2倍。

目前国内生产的音箱功率放大器按其输出方式可分为定阻式和定压式两种，一般小功率的声频功率放大器的定阻输出为主，大功率的定压输出为主，因此它们与音箱的配接方式也稍有不同。

（2）定阻输出的连接（阻抗匹配）

按照前面所述，阻抗匹配的要求是：全部音箱的总阻抗等于或稍大于音频功率放大的输出阻抗。定阻式音频功率放大器的输出阻抗有低阻输出（2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω）和高阻输出（100Ω、250Ω）两种，低阻输出的音频功率放大器可直接与音箱配接。对阻抗、功率不一样的多只音箱，可以用下面串、并联公式计算出它们的总阻抗后，再与音频功率放大器配接。

（串）Z总=Z1+Z2+……+Zn

（并）1/Z总=1/Z1+1/Z2+……+1/Zn

在实际工作，经常遇到两只音箱的并联情况，这时计算总阻抗

Z总=（Z1×Z2）/（Z1+Z2）

若所配音箱的阻抗相等，则其总阻抗为：（n：音箱的只数）

（串）Z总=nZ分

（并）Z总=Z分/n

串联电路中标称阻抗低的音箱获得的功率低。

并联电路中标称阻抗低的音箱获得的功率高。

如果阻抗不匹配应使用匹配变压器，其圈数比：

Z输出=（Z1÷Z2）2×Z负载

Z1、Z2分别为变压器初级和次级绕组的圈数。

定阻式音频功率放大器的负载太轻时，会使音箱的声音产生畸变，音频输出变压器也容易击穿。若负载太重，音频功率放大器的功放模块容易损坏。

（3）定压输出的连接（电压匹配）

电压匹配要求每个音箱分配的音频功率等于或稍小于组合音箱的标称功率。定压式音频功率放大器的输出电压有20V、30V、120V、240V等几种，为了保证音箱功率的准确分配，音箱的标称阴抗应满足：

V =√W×Z

V：音箱功率放大器的输出电压

W：音箱额定功率

Z：组合的标称阻抗

当负载阻抗在一定范围内变化，甚至开路时，仍能使音频功率放大器输出电压保持恒定，定压工作方式下应防止音频功率放大器严重过载。

二、传输方式的匹配

音频设备按其传输方式分为平衡式和非平衡式，也称音端式两种，所谓的平衡式和非平衡式是针对声频信号的按“地”而言的，平衡式输出方式输出阻抗一般在600Ω以下，音端式则在20KΩ以上。在正常的音频技术工程中，平衡式与非平衡式是不能直接对接的，一般平衡式与平衡式对接，非平衡式与非平衡式对接，否则会造成电子方式的失配，影响音频设备的正常工作。

三、信号传输的高保真中的匹配问题

从传声器（话筒）CD、VCD或DVD接受声源，经前段调音台均衡放大，再经过音频功放，推动音箱还原声音，在这个过程中，要求每一个环节的电子变化都在它的线路范围内，否则要么引起过载失真，要么S/N差，要做到这一点，要熟悉各声源的动态范围，对设备作适度调整。比如电容传声器灵敏度比较高，而承受的最大声压级又不太强，如果去近距离拾取象打击乐、铜管乐等声音，很容易出现声音过载失真，轻者使音质硬而发生严重的会使声音有破炸的感觉，甚至出现阻塞现象，遇到这种情况，一般应衰减电容传声器本身的灵敏度，或改用灵敏度较低的高质量的动圈传声器拾音，这样音响效果反而更好（一般低阻动圈传声器的灵敏度要比电容传声器低200dB左右）。

为了与各种声源以及不同类型灵敏度的传声器相匹配，现代多功能高级调音台均采用可变增益放大器。这种电路形式在输入端一般有-70dB~0dB分档式输入电子的选择，而且每一档在额定电子以上有30dB的线路余量，这样既加大了输入口的线路，同时也改善了放大器的传噪比和失真度，由于每一路的音量电位器均置于前置放大的之后，故音量衰减不能过多，一般10dB左右，如果那一路衰减得过多，则说明这一路的输入电子过高，为防止声音一进来，在前级调音台口子上就生线路失真，需要将输入端的电子重新选择或调整，另一个方面，如果输出电子太低，平均幅值过小，这样虽然能保证声源的上限不致于产生过载失真，确保音质，但声源的下限又将影响S/N，前级调音台的输出电子主要电总路即后级放大的音量电位器来控制的，要尽量控制音量幅值的上限，在它的线路范围之内，音量幅值的下限又不被噪声至少要比声源中的最小音量低档6dB，这样才能满足听清楚的要求。

信号经前级调音台输出与声频功率放大器连接也需要恰当的电子匹配，前级调音台输出线路也要与声音功率放大器的输入线路相适应。

高级的音频功率放大器都应具有一定的功率余量，如有的音频功率放大器额定标称为4×100W。实际上人们在正常听音时所需要的功率一般不超过最大功率的1/10，目的就是为了确保在强声级时它的上限至少要有10dB左右的线路保证。此时如能选择最大功率与之相匹配的组合音箱，在扩声过程中就能够较好地重现出声源原来的动态范围。

四、总结

综上所述，我们在工作中碰到的音质不佳的原因，除设备本身质量好坏外，很大程度上是因为没有处理如音源动态的线路匹配，因此要求从传声器能够接受的最大声压级，前级调音台输入端的线路、音频功率放大器的输入电子和输出的功率余量，直到组合音箱能够承受的最大峰值功率，都能在各自的线路范围内，这样才能保证凌晨源在整个音频系统中达到高保真。