从头到尾梳理 声音信号是如何拾取、扩大、送达？

orano

话筒——接收原始声音的电子元件
2 C3 C- P, C% m1 }

6 }% W4 _. Z) j) L
- s* g9 L( \5 c+ x( h大家都知道，对一个完整的扩声系统来讲，最初接收原始声音的电子元件是话筒。当然，乐器跟播放器也是。但我们还是从话筒谈起，因为这是最典型的应用。不管是拾取人声，还是拾取其它物体或者自然界的声音，话筒（中文学名：传声器，英文名称：Microphone，德文：Mikrofon）是一个能够把声音信号转换为电信号的设备。当然，从换能原理上，它也分了好多种类型，最常见的动圈式、电容式、电子管式、压电式、铝带式、碳粒式等等，甚至还有把扬声器当话筒用的。但他们的所有作用都是把声音信号转换成为电信号。正是因为话筒的这个功用，使得它成了扩声系统非常重要且必不可少的一个环节。
0 G* f: B4 b  \3 w' S2 _) X
/ G7 i+ C: D: ^2 J1 h因为换能的前提是要声音引起话筒振膜的振动，这个因素就决定了振膜在被动的振动状态下其幅度不可能太大，所以，无论什么原理的话筒，转换得出的电信号都是非常微弱的。所以，就有了第二种设备：话筒前置放大器（简称话放，英文名称：Pre Amplifer）。实际上，不管是民用设备也好，还是专业领域也罢，话放的重要性不言而喻。玩发烧的且不论，大家都知道只有高档次的调音台才会采用高质量的话筒放大器，而这同时也意味着我们要掏更多的人民币来购买它。在专业扩声领域，一般是采用调音台本身的话放进行信号的放大工作，所以谈完话放之后我们会顺着调音台的信号流分析下去。
* S6 V! l( i2 T
3 j1 `3 G7 x- @& r
# Y5 u7 w2 V/ C  v4 P信号放大前后的波形振幅对比示意
4 _: [- s8 a4 f1 ~' `( K) m: b
既然称为前置话筒放大器，那么它的最主要作用自然是“放大”了，从最早的电子管放大电路，到后来的晶体管放大电路，再到最后大范围应用的集成电路，所有的放大电路的作用都是将小信号进行电压放大。尤其是系统的前级部分，因为工作电流特别小的缘故，我们可以把这个放大的过程单纯以电压的放大来考虑。
4 q* E+ Y; n  q9 a. m1 N6 w
以我们最常用的Shure SM58话筒为例，其灵敏度为-54.5dBV/Pa，或者1.88mV/Pa（这两者是可以相互转换的），笔者测试了一下，自己扯着嗓门喊一下的最大声压可以达到134dBSPL，这时候SM58输出了-14.5dBV的电压（188mV），这样大家心理大概有个概念了，跟笔者比较熟悉的人都知道，我的噪门儿不算小了，也只能让SM58输出最大约188mV的电压（要知道，为了写这篇文章得到实在的数据，我嗓子都喊哑了）。看到这里，大家估计会心里有疑问，我们在调音台上可很少看到多少伏特（Volt）或者多少毫伏（mV）的单位啊！没错，专业调音台上你看到的单位，最早还有VU，现在基本上只有dBu和dBFS了。我们把这得之不易的10.1dBV换算成dBu，得到的结果是-12.3dBu，这意味着什么呢，这点电压是根本喂不饱调音台的输入的。话放的主要作用则是把这微小的电压放大到调音台可以接受处理的电信号水平。


% l8 w/ Q. N# m对着PAA3X的测量话筒大声喊的时候的声压级为134dBSPL
  m; t) X/ F( i% u0 j
换上SM58，大声对着话筒喊，其输出峰值电压为-14.5dBV
! W" r  t9 @% X6 H+ e& d
做现场比较多的老师们大概会有经验，用SM58作为演唱拾音话筒的时候，该通路的话放增益一般浮动范围在25dB到32dB（一定注意，这个单位是dB，后面不带u,v,m,V等这些单位）左右，具体数值多少就要看演唱者的平均声音大小了。而我个人比较喜欢用的是28dB这个数值，因为根据上文测量得到的本人最大声压可以让SM58话筒输出-12.3dBu的结论：-12.3dBu+28dB =15.7dBu而一般的调音台都可以达到18dBu的最大输出电压，所以，28dB这个增益大小是我喜欢用的。当然，遇到某些好一点的调音台，可能还要稍微调大一点，例如Midas的某些型号，就到30dB（因为话放没有28dB这一档，而HeadRoom又足够大）。

2

信号在调音台内
2 S  A7 Q& i4 U* e! w# r5 f
好了，我们讨论了话放这个部分，它把我们送给调音台输入电路的信号放大到了一定程度，接下来就会有高通滤波器、噪声门、压缩、参量均衡等很多对信号动态和音色进行处理的器件，我们先略过不说，因为这个过程中除非你的操作很极端，否则不会对信号有十几个dB以上幅度的增加或者衰减（有人可能会想，四段均衡器每段都加十几个dB的增益上去不就可以了吗？ NO，现场调音很少有这么干的）。
5 d, g, w) w( b- C( s
# I" \! B% C4 A# F* V1 W
调音台的输入通道和输出通道的衰减器（俗称“推子”）
4 z: s: M. K# F9 @& Y& s$ q
在过了上述这些环节后，信号在调音台内要面临的则是PAN的电位器，发送到各母线的发送量，以及衰减器（推子）等路由到输出母线路径上的衰减环节了。为什么称之为衰减环节，是因为调音台内设计这个电位器的初衷在于让使用者对信号进行一定程度的衰减或者发送量的控制。虽然现在市面上大多的调音台的发送量和衰减器是具备一定的放大能力的（刻度大于0dB），那也是为了方便实际使用过程中的应急之需而已。一般情况下，我们将某一个输入通道的信号发送到AUX母线的量不会大于0dB，衰减器也不会推到0dB以上。而样这样做的前提是，信号在进入调音台的话放之后使用者给它设定了足够的增益。

; d& @7 A- H9 }% D, Z7 i
, b/ @: I% u& M/ \& U简单的现场扩声系统流程示意图
* [% }  y) N/ e/ e
/ d: S* Q4 J% B6 D8 T信号通过AUX发送或者衰减器之后被送到各个母线，调音台内的最后关口则是输出母线的电平控制了，同样的，它也只是一个衰减器。最终，信号被从调音台的输出接口送到了下一级设备的输入，例如音频处理器或者效果器。

通常情况下，大的音响系统会有独立的外置的音频处理器，主要作用是分频、均衡、压限等等，当然也可以进行线路的增益调节。这里设置增益的原因，主要是为了跟后级设备配合，以便输出合理的电压给扬声器。现实状况中，这一环节的增益变化一般也会大于12dB之多。回想一下，声音信号从被话筒转换为电信号之后，在专业扩声现场，电信号整个的第一次被完全放大是由调音台内的话放完成的，而经过了音频处理器之后，这个信号就可以进入到末级功率放大器进行再次放大了。
# _6 i0 I: |2 S, v. k) K
7 H  W4 S) C0 r9 `. _7 h& d
LAB FP10000Q功放背后的增益设定和VPL设置开关

% |6 }$ l: Q* N* a4 |1 K+ H* G: Q我们同样只需要考虑电压的放大，原因如上所述。假设处理器输出给功放的RMS电平为12dBu，而功放的放大倍数为20倍（对应的增益为26dB）的时候，则其会输出RMS 38dBu的信号，也就是RMS 61.5V的电压，对于一个8欧姆的负载来讲，在功放储备功率足够的情况下，就会承受474W的功率，这接近于一个普通的单15寸音箱的额定功率。而如果你所负载的是一只大功率的超低音喇叭，这个功率输出很明显是不够的。那么，你只有两个选择：要么加大功率放大器的放大倍数，要么提高调音台或者处理器的输出信号电平。但毕竟，调音台和处理器的最大输出电压是有限制的，所以，我们一般情况会选用具有更大功率（也意味着具有更大信号增益）的放大器来推动喇叭。以LAB Gruppen FP14000功放为例，其峰值输出电压可以达到195V，这意味着，只要给功放的输入信号足够强，或者功放的放大倍数设定足够大的情况下，对于一个8欧姆的负载来讲，理想状况下其每个通道的峰值输出功率将会超过4700W，这已经是很大的一个功率了。

2 _8 W; O2 }0 T6 F- a% l３

音频信号送给了扬声器

! t6 D) d. n0 p最终，这个被再次放大的音频信号送给了扬声器，驱动其发声。正因为有中间多级的电信号的放大过程，所以扬声器的振动幅度与收音的话筒的振幅不在一个数量级，这也正是扩声系统之所以可以达到“扩声”的这一目的精髓之所在。