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发表于 2005-11-12 08:48:00
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二、信号动态处理器的工作原理
信号动态处理器的四种工作模式：
1、压缩器（COMPRESSOR）
压缩器工作模式是把超过门槛电平过大的输入信号，按照设定的压缩比率（通常压缩比的设定范围是1：1～1：10）对信号进行自动压缩，使输出信号不会发生过载削波失真。
2、限幅器（LIMITER）
当输入信号超过门槛电平后，输出信号电平的增大会受到很大限制，直至输入信号增大时，输出电平保持不变（压缩比为∞：1），限幅器压缩比的设定范围通常为10：1～∞：1。通常用于保护扬声器系统不受损坏。
压缩器和限幅器工作模式的差异，实际上在门槛电平和压缩比设定值的不同。限幅器的门槛电平设置得较高，压缩比较大。因此这两种功能可用一个装置来完成，通常把它们称为“压缩/限幅器”。
3、扩展器（EXPANDER）
又称向下扩展器，它是为扩展底部（小信号）位置的信号噪声比的装置。如果输入信号电平小于扩展器的门槛电平时，该装置将会按扩展比（通常是1.5:2.5:1）增加输出信号电平。使小信号获得更大的放大效果。
4、噪声门（NOISE GATE）
当输入信号或噪声小于噪声门槛电平时，此装置将会自动关闭输出（输出哑音），可消除或减小无信号间隙期间的噪声增益，明显地增加了系统的动态范围。
此功能使音频信号间隙期间没有噪声输出，提高了声音的纯度。此外还可利用此功能为多传声器扩声系统防止声反馈，提高系统传声增益的传声器自动管理装置。
市场上有标准的四噪声门型号产品，但更多的是双通道扩展器/噪声门产品和压缩/限幅器/扩展器/噪声门四位一体的双通道多功能产品。图-信号动态处理器的工作原理图（见后）
主要组成部分有信号动态处理控制器和电压控制放大器（VAC）。
信号动态处理的控制特性有两类，作为压缩器运用时，VAC的控制特性为软“膝点”特性，即输入信号电平超过压缩门槛电平后，输出电压按压缩比（1：1～10：1）缓慢地增加。
软压缩特性主要用于压缩信号的动态范围，防止信号过载失真。
另一类是保护扬声器和功放不受损坏的硬限幅运用。其特点是特性拐点明显，输入信号电平超过门槛电平后，输出电平按压缩比（10：1～∞：1）很快地减少增加，极端的情况是（∞：1）超过门槛电平后，不管输入电平增大多少，输出电平保持不变。
图-压缩器和限幅器的输入/输出特性
信号动态处理装置和[周边设备]SIGNAL DYNAMIC PROCESSOR 工作原理 - 完美的贵族 - 彩虹与蒲公英的约定
图-信号动态处理器的工作原理图
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三、如何调节信号动态处理装置
要正确用好信号动态处理装置，必须掌握门槛电平、压缩比、起控时间和释放时间等四个参数的含义和调节方法。
1、压缩器和限幅器的调节
（1）门槛电平（Threshold） 压限器的门槛电平是不受压缩（限幅）影响的最高输入信号电平。门槛电平以上的输入信号将会受到系统增益减小的压缩。
门槛电平如果调节得过高，并超过了系统的削波电平，那么压缩/限幅器对输入信号不起控制作用。峰值信号在门槛电平之前会被削波。它的调节范围一般是-40～+20dBu。门槛电平如果调节得过低，此时大小信号都会被压缩，过大地减小了信号动态范围，降低了系统的平均声压级。当做扬声器保护限幅功能使用时，应使用较高的门槛电平值。
（2）压缩比（Ratio） 压缩比是增益减小的量度。是指输入信号超过门槛电平时，允许输出信号增加的数值。例如1：1的压缩比，意味着输出和输入成正比，不起压缩作用；2：1的压缩比是指输入信号超过门槛电平时，输入的信号增加2dB，允许输出电平的增加为1dB。压缩比的调节范围是1.5:1～∞：1。其中1.5:1～10：1称为压缩器；10:1～∞：1称为限幅器。
根据压缩/限幅器门槛电平拐点特性的变化率又可分为“硬”限幅和“软”限幅两种，硬限幅的控制率大，保证不会出现信号过载削波，但它带来的信号失真大，如果调得不适当，将会引起很大的失真。
（3）起控时间（Attack Time） 压限器的起控时间是指信号超过门槛电平时到开始压缩控制之间的时间。起控时间的调节范围是10-500ms。为防止瞬间过载，希望有一个很快的起控时间，但是过快的起控时间会引起可闻的“咯哒”声。如果使用软拐点的缓和过渡，可使“咯哒”声减至最小或消除，但又会出现短暂的峰值信号使系统发生短时间的过载。为了消除“咯哒”声，通常宁可把起控时间调得更大一些，让极短暂的瞬间峰值信号不受限制地通过，因为短暂的瞬间峰值信号虽会在系统中产生过载削波，但其削波后的高次谐波能量还不足以烧坏高音扬声器单元。并可使输出的声音更为自然，作为扬声器保护时，起控时间通常设置在10-40ms的范围。
（4）释放时间（Release Time） 释放时间是指过载信号结束后，压缩/限幅器需经过多长时间才能消除压缩控制。这是影响音值极其重要的参数。一般可调范围100ms-3s。
释放时间过短时，限幅控制会使声音发生不连续，并且失真增大。如释放时间过长，限幅器会发生短暂的“呼吸”声。
实践证明，对于讲话声音，以100-500ms的释放时间较合适，对于音乐节目信号来说，则需要更长的释放时间。释放时间越长，压缩/限幅产生的失真越小，但会影响乐器声尾音的发挥。通常以200-800ms较合适。
有些压缩/限幅器还把释放时间分为两部分：保持时间（Hold Time）和控制电压消失时间，在压限器中没有明确规定它们的分段标准，但他们仍然是一种有效的实用参数。足够长的保持时间可保持铜钹、三角叉等乐器的重要尾音（高频尾音）。此外保持时间越长，压限器的动态失真越小。一般它的可调范围为50ms-1s。讲话节目需要的保持时间最短。独奏乐器的颤音须有1-2s的保持时间才能使声音更好。
图-压缩/限幅器的起控时间和释放时间波形图
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（5）输入增益（Gain） 输入增益调节是调整送到压缩/限幅器的信号电平，它直接关系到压限器门槛电平的设置，因此他必须与门槛电平的调节相配合，并注意增益显示器上增益减小的变化。通常把Gain设置在0dB位置。
（6）输出电平（Out Level） 输出电平调节是为了补偿压缩/限幅过程中的增益损失。
（7）立体声连接（Stereo Link） 在双通道立体声使用中，两个独立工作的压限器如果它的压缩比有差异，就会使输出电平发生波动，使声像发生漂移。为此在双声道压缩器中都设有一个立体声连系开关，把左、右声道的压缩/限幅关系相连接，只要有一路开始启动压缩，另一路也会相应地跟着启动，以保证左右两路立体声信号的比例不变。
（8）压缩/限幅器的特殊效果应用 压缩/限幅器的使用远远不是以保护性限幅为目的。它还有更多的特殊应用，如降低咝咝声（de-essing）；插播广播员播音时，能自动降低播放音乐的音量（ducking）和自动降低重击声（de-Thumping）（如传声器落地等重击声）等特殊效果的应用。这些应用都是通过外接侧边链路（External Side China）的键控实现的。
2、扩展器的调节
乐器发出的尾音是乐声中最精彩的部分。正常情况下，这个尾音随着时间慢慢衰减变小直到消失，但由于电子系统（尤其是调音台的前级和图示式均衡器）的噪声会把部分尾音过早地淹没了，影响了乐声尾音细节的发挥。扩展器和噪声门就是为了减小系统底部噪声增益，扩大底部小信号动态范围的专门装置。
扩展器和压限器一样，也有四个基本调节参数：
（1）扩展比（Ratio） 与压缩比的规定相同，仅在感觉上相反而已，它与压缩比的区别在于当输入喜好小于门槛电平时，扩展器的增益较小。通常扩展器是以一个缓和的斜率特性工作，扩展比是1.5:1-2.5:1，很少使用更高的扩展比，因为容易使声音叠加上“呼吸声”。
（2）扩展器的门槛电平（Threshold） 扩展器的门槛电平是指系统增益开始减小时的最大信号电平，小于此门槛电平的噪声和信号（微弱信号）将会受到增益减小的控制。典型的调节范围-80～-10dB。
（3）扩展器的释放时间（Release Time） 信号跌落到门槛电平以下时，系统增益开始减小需要的时间称为释放时间。典型的调节范围是100ms-3s。讲话需用较短的释放时间，如200ms。音乐节目需要较长的释放时间，如500ms。可根据节目内容和信号瞬变的速率选定。
（4）扩展器的起控时间（Attack Time） 信号电平升高超过门槛电平时，系统增益恢复到正常状态需要的时间称为起控时间，它的典型调节范围是0.5～10ms。
3、噪声门的调节
如果把扩展器的门槛电平调节到设备底部噪声附近的低电平位置，并且使用较高的扩展比，起控时间越快，那么当输入信号落到门槛电平以下时，信号和噪声的增益都将会受到很大的减小，最后的结果是把信号和噪声的输出全部关掉，此时的门槛电平为噪声门。噪声门的释放时间和保持时间的选择对乐器的尾音具有特别重要的意义。
（1）噪声门的释放时间 从信号跌落到门槛电平以下到噪声门关闭之间的时间称为噪声门的释放时间，它的调节范围为100ms-4s。它的作用是调节噪声门关闭之前的“拖尾”长度，三角叉需要4s的释放时间。
（2）噪声门的保持时间 它伴随着释放时间一起控制乐器的尾音，它的调节范围是10ms-4s，如果与释放时间一起考虑，可获得过渡音色极大的改善。
4、信号动态处理装置的应用
（1）压缩信号动态范围，均衡扩声音量。在会议扩声或演出扩声时，由于讲话人或演员与传声器的距离经常发生变化，使扩声系统的音量很难同步控制，使用压缩/限幅器门槛电平的调整，可使音量变化相对减少。压缩比可调节到4：1，如果音量变化较大，压缩比可增大到10：1。
（2）保护功放不过载削波，保护扬声不受损坏。声音信号突然过载，将导致功放和扬声器的损坏，可使用压缩/限幅器的限幅功能进行系统保护。此时压缩比可取10：1以上，门槛电平调节在+6～+10dB。
系统中的压缩/限幅器的限幅器应接在均衡器的前面，否则压限器会把调整后的EQ特性“压平”而不能起到补偿系统频率特性的作用。
（3）广播时自动降低背景音乐音量（ducking） 体育比赛中，播音员播音时需要将背景音乐的音量自动降低，以便突出播音员的声音；公共广播进行插播时，也需要这个功能。实现该功能的方法如图-自动插播广播，把广播传声器接到边链电路（External Side Chain Keyin），使压缩器处于广播传声器输出信号的控制下。
图-自动插播广播
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（4）降低系统咝咝声（de-essing） 如果在外接边链电路的Key in输入端上接上一个GEQ均衡器，使压缩/限幅器的内部控制信号通告GEQ后再送到信号动态处理电路中，这样就可获得降低系统咝咝声等特殊效果功能。
（5）多传声器扩声系统的传声器自动管理 多传声器扩声系统中，如果打开一个传声器，系统通常不会发生声反馈啸叫，但同时打开两个、3个或4个传声器时，由于传声器同时拾取了传声器的反馈声，于是就会发生声反馈啸叫。为多传声器应用时不会产生声反馈啸叫，此时只能降低扩声系统的增益，即减小音量，但又会发生音量不足的问题。使用多路噪声门装置，则可容易地解决此问题。只要把各个噪声门的门槛电平调节到传声器输出的环境声信号电平低于噪声门门槛，使各噪声门都处于关闭状态。当有人对着传声器讲话时，传声器输出信号立即增大，超过了门槛电平，噪声门被打开，信号通道自动打通。这种利用各传声器输出的信号来自动管理多传声器的扩声系统，效果非常明显，应用广泛。
图-四路噪声门的传声器自动管理
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图-压限器/限幅器主要参数的应用
参数名称
产品可调范围
语言扩声
吉他乐器
歌舞厅扩声系统的保护性限幅
压缩器和限幅器
门槛电平
(Threshold)/dB
-40～+20
低
低
高
保护功放不过载，不削波。保护扬声器不受损坏，不超过额定功率。门槛电平应与输入增益配合调整
压缩比/限幅比
(Ratio)
压缩比1.5:1～10:1
限幅比10:1～∞:1
5:1
15:1
播放CD节目时,压缩比取1.5:1～2:1，播放古典音乐和交响乐时,取2:1～3:1，播放Disco音乐时,取2.5:1～6:1，保护性限幅取10:1～∞:1
起控时间
(Attack Time)/ms
5～500
10
5
10～40
短的起动时间可快速压缩过载信号,但易产生”咯哒声”.长的起动时间易漏掉压缩快速变化的瞬间过载信号。
释放时间
(Release Time)/ms
100～3000
200
500
200～800
快节奏的音乐,释放时间应短些,慢节奏的音乐,释放时间可长些,短的释放时间,信号失真大。
扩展器和噪声门
扩展门槛电平
(Threshold)/dB
-80～-10
与扩展器接入位置的信号电平有关,并应与输入增益控制配合调整,过高的扩展门槛设置会使声音发生阻断现象
扩展比(Ratio)
1.5:1～5:1
1.5:1～2.5:1
1.5:1～2.5:1
起控时间
(Attack Time)/ms
0.5～1
1
同压限器说明,1
释放时间
(Release Time)/ms
100～500
200
≥500
同压限器说明,500
5、DOD和dbx信号动态处理系列产品
美国DOD电子公司和dbx电子公司是专门设计、生产各种高性能音频信号处理设备的专业公司。
（1）、DOD 844Ⅱ四通道噪声门
机架内安装有四个独立的噪声门。噪声门采用最高档的dbx VCA（电压控制放大器），每个噪声门都有门槛电平、释放时间和衰减控制（0-90dB）等三个参数控制，当输入信号低于门槛电平时，闸门被关上，噪声通不过，输入信号超过门槛电平时，闸门自动打开、信号通过。闸门开关均由信号本身的电平自动完成。此外还有一个外接“键控”输入来触发闸门，当通道的输入电平超过门槛电平时，输出控制还提供5V的脉冲信号去触发其它装置，这种控制方式一般用于分组扬声器上，在不同的时间开启不同组合的扬声器系统。每一通道均可选择内键控/外键控，门开启/门关闭等功能。
DOD 844Ⅱ四通道噪声门的技术特性：
通道数量：4
频响特性：10Hz-30kHz±0．5dB
THD+噪声：小于0．06%
信号/噪声比：97dBu
输入阻抗：20kΩ不平衡，40kΩ平衡
最大输入电平：+21dBu
输出阻抗：51Ω不平衡，102Ω平衡
最大输出电平：+21dBu
键控输入阻抗：30kΩ
最大键控输入电平：+21dBu
门槛电平调节：-60～+10dB
输入衰减调节：0-90dB
释放时间调节：20ms-5s
键控信号源：内置或外置
控制输出电压：5V
操作状态监视和通道状态指示：LED
VCA（压控放大器）dbx
电源要求：220V-230V，AC，50Hz，18W
（2）DOD 866-Ⅱ立体声噪声门/压缩器/限幅器
DOD 866-Ⅱ立体声噪声门/压缩器/限幅器具有两组独立通道的三种功能为一体的信号处理装置，亦可通过跳线接成立体声运用。采用“软拐点”压缩特性和dbx的VCA压控放大器。可用做降低节目源的咝咝声和ducking、de-Thumping等特种功能的应用。门槛电平、压缩比、动作时间、释放时间、输入电平和输出增益等均可调节。
DOD 866-Ⅱ的技术特性：
频响特性：10Hz-30kHz±0．5dB
信号/噪声比：95dBu
最大输入电平：+21dBu
最大输出电平：+21dBu
边键控制最大输入电平：+21dBu
边键控制最大输出电平：+21dBu
THD+噪声：小于0．06%
输入阻抗：20kΩ不平衡，40kΩ平衡
输出阻抗：51Ω不平衡，102Ω平衡
边键输入阻抗：10kΩ
边键输出阻抗：51Ω不平衡，102Ω平衡
门槛电平：-55dBu～-10dBu
压缩比
动作时间：0．1-100ms
释放时间：50ms-2．5s
输入增益：0-+12dB
输出增益：-18～+18dB
信号检测：对数RMS
电源要求：220V-230V，AC，50Hz，18W
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