1.2 音响技术的基本概念

1.2.1 音响

音响（Sound）是一个通俗的名词。在物理学中音响可理解为人耳能听到的声音。然而在音响技术中，音响是指通过放声系统重现的声音。例如通过组合音响重现唱片或磁带中的音乐、歌曲及其他声音，又如演出现场通过扩音系统播放出来的演唱、器乐声等，都属于音响范畴。以现代的概念来说，音响是一种经过必要修饰处理的，能满足特定环境要求而又达到一定电声指标的声响。能够重放声音的放声系统，称为音响系统。并不是高档的器材就可产生出完美的音响。完美音响的产生，既来源于众多的高质量音响设备，又产生于音响师的感觉和经验，还与听声场所的声学特征有关。所以我们说音响技术是基于电声学、建筑声学和音乐艺术之上的一门学科。

1.2.2 高保真

什么是高保真音响系统？如何来评价一套高保真音响设备？这里必须首先明确这样的概念，所谓的高保真音响系统究竟是保的音源之真还是保的现场演奏之真。一般定义音响系统若能如实地重现原始声音和原始声场, 并能对音频信号进行适当的加工修饰, 使重现的声音优美动听, 则可称为高保真音响系统。按照高保真系统的原意，它保的是现场演奏之真，即通过高保真系统播放的节目，应当和现场演奏的效果相同或基本接近。然而要达到现场演奏的效果，仅从播放这一环节上注意是远远不够的，必须从现场演奏、节目录制、节目源制作直到播放的整个过程都要符合高保真技术要求，其中还包括在播放过程中对信号的必要修饰。为了评价一台高保真音响设备的保真度，规定了许多量化了的技术指标，如频响、失真度、瞬态响应和信噪比等，其实它们仅仅是为了检验设备的保真度所应达到的可测量指标。通过检验这些指标，间接地了解该设备播放的效果与现场演奏的接近程度有多大差别。一套良好的高保真音响，它播放效果应当十分接近现场演奏的效果。评价音响设备效果的好坏最权威的还是听众的听感。

对于音响系统中主要构成部分之一的功放电路来说，它的保真度指标之一是频率响应。几乎所有的功率放大器，它的频响特性并不是完全平直的，也就是说它对音源信号中的各频率成分并不能给予同样的放大，尤其在高、低频两端存在着较大的衰减。为了调整和校正这种不平衡，在音响系统中设置了多频段频率均衡器。

去欣赏音乐会，会使人精神振奋，这不仅是由于那动听的音乐旋律，而重要的是那演奏和演唱的现场真实感。然而通过音响系统放送的录制节目却往往会使人感到单调、乏味。这除了其他因素外，一个重要原因就是在节目的录、放过程中，所有的音乐信号都要通过一个信号通道而造成的信号“拥挤”和相互干扰。因此。在现代高保真音响系统中，除了采用双声道立体声系统外，还有多声道立体声、环绕立体声以及为增强现场感的数字延时电路和各种现场音效处理电路。这些电路除了恢复现场效果外，还有部分是附加的人为效果。但不论是为恢复现场效果，还是添加新的效果，其目的总是为了最大限度使通过音响系统播放的录制节目，接近和达到现场演奏、演唱的效果。

可见高保真（High-Fidelity，Hi-Fi）有3个重要属性。

1.如实地重现原始声音

声音的基本特性在物理学中可用声压的幅度、频率和频谱3个客观参量来描述；而在人耳听觉中则用声音的音量、音调和音色3个主观参量来描述，称为声音三要素。如实地重现原始声音，就是要保持原有音质，使人感觉不到反映原始声音质量的三要素有何畸变。这是高保真的基本属性。

2.如实地重现原始声场

室内声场是由声源、直达声、反射声和混响声构成的。如在音乐厅欣赏音乐时，直达声可以帮助听众判断各种乐器的发声方位，反射声和混响声给人一种空间感和包围感，感受到现场的音响气氛。显然，原始声场反映的是一种立体声。如实地重现原始声场，应该重现声源方位和现场音响气氛，使人感到如同身临其境。所以，高保真音响系统必须是立体声放声系统。立体声是高保真的重要属性之一。

3.能够对音频信号进行加工修饰

音频信号在录制、传输和重放过程中，不可避免地会产生各种失真。因而，高保真音响系统应该采取适当的措施进行均衡补偿和加工处理，以恢复原有音质。另外，音响系统经常用来播放音乐。听音乐是一种艺术享受，但每人的文化水平、艺术修养、欣赏习惯和追求爱好各不相同。如有人喜欢雄浑有力的中低音，有人追求明亮悦耳的中高音，有人偏爱清脆纤细的最高音。所以，高保真音响系统还允许人们根据自己的爱好，对音频信号进行修饰美化，使声音更加优美动听。这也是高保真的重要属性。

1.2.3 音响系统的组成

音响系统通常由音源、音频放大器和扬声器系统3部分组成。目前许多音响场所配置了视频显示设备。专业音响系统主要面向以下四个方面：厅堂扩声（包括歌舞厅、报告厅、多功能厅的文艺演出扩声和影剧院音响等）、室内录音（各种录音棚的调音室、电台和电视台的演播监控室、电影电视后期编辑制作的监听室等）、公共扩声（以广场、商场为代表的公共扩声系统，包括车站、机场、公园等）、场馆扩声（以大型现场演出为代表的高质量扩声系统，包括体育场馆、广场举行的文艺演出、流行音乐会等）。

下面以常见的厅堂扩声为例（系统组成框图如图 1-1所示），介绍音响系统的组成。完整的音响系统包括信号源设备、信号传输处理设备和扬声器系统。

1.信号源设备

（1）调谐器

调谐器是一台不包括功放级和扬声器的高性能收音机。其功能是接收中波段和短波段的调幅广播及调频立体声广播，并还原成音频信号。新型调谐器采用数字调谐和数字频率显示技术，具有存储、预选及定时等功能。调谐器是一种不需自备音响载体而又节目丰富的经济音源。特别是接收调频立体声广播时，可以提供高保真音频信号。

（2）录音座

录音座是一台不包括功放级和扬声器的高性能录音机。它根据电磁转换原理，利用磁带记录和重现音频信号。由于采用了轻触式机芯、逻辑控制电路、杜比降噪系统、自动选曲电路和微处理器控制系统等新技术，使录音座的性能指标达到较高水平。若将高频特性好的磁头与金属磁带配合使用，可以提供满足要求的高保真音频信号。

（3）电唱机

电唱机利用拾音器将唱片声槽中记录着的声音信号的振动轨迹变换成相应的音频信号。优质密纹唱片是高保真音源载体中的佼佼者。高性能电唱机的频率特性好，信噪比高，抖晃率小，声道分离度大。两者配合能够提供较好的高保真音频信号。

（4）CD唱机

CD唱机利用激光光束，以非接触方式将CD唱片上记录着声音信息的数字编码信号拾取出来，经解码器将数字信号变换为模拟音频信号。CD唱机达到很高的技术水平。由于采用数字录音和放音技术，其频率特性、动态范围、信噪比、失真度、抖晃率、声道分离度等性能指标几乎达到理想的程度，是各种高保真音源中最理想的。CD唱机具有自动选曲、程控播放等功能，其自动控制的程度是其他音源所不能及的。

（5）视盘机

视盘机包括LD机、VCD机和DVD机，其不但能提供较高质量的音频信号，也提供视频信号，从而达到声像并茂的效果。

（6）传声器

传声器又称麦克风，是一种换能器件，它将声信号转换成电信号。传声器的种类很多，按换能方式可分为动圈式、电容式、动磁式、驻极体式和带式；按指向性可分为全指向、双指向、单指向、强指向；按传输方式可分为有线和无线。传声器是专业音响系统中配备数量最多，使用最频繁的信号源设备。它是声音处理过程中的第一个环节，同时受目前技术条件的制约，它又是声音处理过程中最薄弱的环节。传声器在音响系统中起着重要作用，无论扩声还是录音都离不开它，在一些重要会议和大型文艺演出中，更是起着举足轻重的作用。

2.信号传输处理设备

（1）调音台

调音台又称混音控制器，是一种将多路音频电信号进行必要的技术处理、合适的效果处理后，依所需的电平值加以混合、分配后输送给放音系统重放，或送入录音机予以记录的电子音频系统设备。在音频系统中，以调音台为中心，连接各种信号源设备和声频处理、输出设备。

（2）均衡器

均衡器是用来调节频率特性的设备。它将整个音频频带按照一定的规律，分成多个频率点，分别进行提升或衰减处理。各频率点互不影响，对音质可进行精细调节，以减小各种噪声，补偿房间声学缺陷，弥补左右音箱的频率特性差异，适应聆听者的不同爱好。

（3）效果器

效果器是模拟各种声学效果的音频处理设备，它可以弥补自然混响的不足以改变和美化音色，还可以产生各种特殊的音响效果以增强音响艺术的感染力。

（4）激励器

激励器是对音频信号添加谐波成分以改善听感的音频处理设备。它根据人们对“心理声学”的研究，在声音信号中加入特定的谐波成分，以达到增加声音透明度和临场感的目的，从而获得更动听的效果。

（5）压限器

压限器是用来压缩（或限制）节目信号的动态范围，避免失真的音频信号处理设备。在音响系统中，节目源信号的动态范围很宽，音频设备的动态范围与之相比要小得多。为了防止信号过激失真，需要对音频信号进行压缩或限幅，使其动态范围与音频设备相吻合，以保证信号传输不失真。

（6）功率放大器

功率放大器的作用是放大来自前置放大器的音频信号，产生足够的不失真功率，以推动扬声器发声。它由输入级、激励级、功率输出级和保护电路等部分组成。功率放大器处于大信号工作状态，动态范围很大，容易引起非线性失真，因此，它必须有良好的动态特性。

（7）分频器

分频器是用于实现分频任务的电路或音频设备。它将信号分成两个或两个以上的频段，使扬声器系统中的各种扬声器都工作于最佳的频率范围内，从而提高功放的工作效率，降低音箱的频率失真，实现高保真重放的目的。

3.扬声器系统

扬声器系统又称为音箱系统，主要由音箱体、扬声器单元、吸音填充材料、分频电路、衰减器、紧固件、接线柱和音箱线组成。

（1）扬声器

扬声器是将电信号转换成声信号的换能器。将功率放大器输出的音频信号加在扬声器上，使其振膜产生振动，从而推动空气而发出声音，并以声波的形式辐射出去。扬声器的种类很多，有电动式、电磁式、静电式、压电式、气动式等。在目前的家用音响设备和专业音响设备中，主要使用的是电动式扬声器。

（2）分频电路

分频电路的作用是将全频域的音频信号分成几个频段，每个频段的信号分别送到相应频段的负载上，最终由扬声器发出声音，使各个扬声器工作在最佳状态。无论哪一种扬声器，要同时良好地重放整个音频频带的声音几乎是不可能的。因此，在高保真音响系统中，通常采用分频的方法，利用各种扬声器的特长，分别承担重放低频、中频和高频段声音的任务。

（3）音箱体

音箱体的作用是改善扬声器的低频特性。对于单体扬声器，如果不将它置于箱体中，那么在扬声器发声时，若某一瞬间振膜向前运动，则前方的空气被压缩而密度加大，而振膜后方空气的密度一定减小，所以前、后声波正好反相，当后方的声波绕到前方之后就会起到抵消的作用。由于低频声波波长较大，故绕射现象十分明显，后方声波对前方声波的抵消作用更大，所以低频重放性能变差。而箱体的作用是对这两个反相的声波进行适当处理，给低音扬声器正常发声提供一个适当的路径，使低频声能更有效地辐射出去。