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数字音乐播控系统电平的调整
作者:音响技术 占瑞申
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随着数字音频技术、计算机网络技术和通信技术的发展,广播播控设备正向数字化、网络化过渡,数字设备的使用,提高了电台的节目制作和播出质量。与此同时,在我国目前的广播系统中,大多是数字和模拟设备混合使用,所以数字音频设备的安装和调试就应该更加引起重视,下面就来谈谈数字音频设备在安装调试中的电平调整问题。

电平的基本概念

1、电平的基本概念

(1)dB是国标符号,dB是英文decibel或decimal Bel的缩写,意思是分贝

由于功率P=I2R=U2/R,所以电路中电压或电流的增减量,同样可以用分贝表示,在电路的同一点或电路阻抗相同的情况下测量分贝值,则有:

分贝值=20lg U2/U1=20lg I2/I1

(2)相对电平与绝对电平 由于分贝是比值的对数,只表示倍率,所以称为相对电平。如果要使每一个分贝值都能明确的表示出与之对应的功率或电压的具体数值,须规定一个基准,即零分贝的电压或功率的基准值,这样,某个功率值和基准值之比的对数值称为绝对电平。

(3)功率电平LP功率电平(power level)的定义是:某一功率P与一基准功率Pr相比求常用对数乘以10表示的值为功率P的功率电平,即LP=10lg P/ Pr(dB)

在电声工程领域内,基准功率Pr通常取为10-3W(1mW),这时功率电平的单位可记为dBm。

从该式我们可以看出,若P=2Pr,那么P和Pr的功率比就是3dB,这就是平常所说的,电声系统的功率增加一倍,换来的声压增加是3dB。

(4)电压电平Lv我们平时表示一个电压可直接用它的电压值,即多少伏特来表示,还可以用电压电平(Lv)来表示。电压电平(voltage level)的定义是:某一电压U与一基准电压Ur相比求常用对数乘以20表示的值为电压U的电压电平,即Lv=20lg U/Ur(dB)

由于基准电压Ur的取值不同,电压电平的常用单位有下列三种:

dBm:在一些音频传输、测试中,要求负载阻抗是600Ω以实现阻抗匹配。在这种特定的600Ω阻抗条件下,由于1mW电功率在600Ω阻抗上的电压可算得为0.775V,所以Ur等于0.775V为基准电压所求得的电压电平值,单位为dBm。

dBu:不考虑阻抗是否为600Ω,以Ur等于0.775V为基准电压时所求得的电压电平值,单位为dBu。

dBv:以Ur等于1V为基准电压时所求得的电压电平值,单位为dBv。

(5)电流电平LI电流电平(current level)的定义是:某一电流I与一基准电流Ir相比求常用对数乘以20表示的值为电流I的电流电平。即LI=20lg I/Ir(dB)

由于1mW电功率在600Ω阻抗中流过的电流可算得为1.29mA。所以以Ir=1.29mA所求得的电流单位也可写为dBm。

(6)满刻度电平0dBFS满刻度电平0dBFS就是设备在正常设置下达到数字削波时所对应的模拟信号电平值,各个数字设备厂家的产品满刻度电平值不一致,该电平值通常是由生产设备厂家给出,在广播电台中对于由不同满刻度电平值的设备所组成的数字音频系统,在选择系统的工作电平值时,要考虑到应留有足够的峰值储备量。

2、采用dB(分贝)的目的

因为人耳对声音强弱的感觉,不是和声音功率的变化成正比,而是和这种变化的对数成正比。因此用分贝表示是从计算方面考虑的。

系统电平的选择

1、模拟接口的连接方式

随着电子器件的迅速发展,已不需要用阻抗匹配方式来连接声频线路,以现代调音台为例,要求各输入口的输入阻抗,远大于对应信号源的输出阻抗,一般至少应大5倍。同样,调音台的输出阻抗也为低阻抗,一般等于或小于60Ω,它与负载的连接方式也是跨接,要求调音台的输出阻抗远小于(至少5倍)额定负载阻抗。采用跨接方式连接,这时信号源在轻负载状态下工作,信号源设备驱动功率较低,因而发热少;输出级失真小。总之,可以保证各种信号源能具有较高的技术指标。所以,接口电平的表示也由原来的600Ω接口匹配方式采用的dBm,改用了不考虑阻抗是否为600Ω的dBu表示。

2、电平的监测仪表

在电声工程领域中对声音信号强度计量的专门仪表称为音量表。目前在模拟电声系统中使用的音量表有“音量单位表(又称VU表)和“峰值节目表”(又称PPM表)。VU表采用平均值检波器并按正弦波信号的有效值确定刻度,因此它是一种准平均值表,VU表测量音量的单位叫作VU。VU表取弦信号时,VU表应指示为0VU,相当于±4dBu。VU表对信号的响应速度比较慢,它的指示值与信号峰值之间存在一个差值,此差值一般要取到20dB才能保证节目的质量,不致引起信号的削波失真。

PPM表采用峰值检波器按正弦波信号的有效值确定刻度,因而它是一种准峰值,PPM表的表盘刻度单位为PPU,PPM表取0PPU处的灵敏度为+6dBu(1.55Vrms),即输入1.55Vrms、1000Hz的正弦信号时,PPM指示为0PPU(I型DIN标准)。

随着数字音频技术的发展,前两种仪表已不能完全满足要求,于是出现了专用的数字峰值表(又称数字PPM表)。数字峰值有也采用峰值检波器。一般为光柱式显示,按对数刻度基准点设在量化后数据所能表示的最大极限值,称为满刻度电平(0dBFS),这样所有的实际电平均为负值。标准AES/EBU数字式输入输出接口,具有峰值电平显示、采样频率显示、数字错误显示、过载指示等功能。这种数字峰值表的显示器件通常为阴极射线管、发光二极管气体等离子器件等,这些器件反应速度快,能紧跟峰值。

其实现今光柱式音量单位表、峰值节目表和数字峰值表在电路组成上大部分是相同的,只有检波器类型、灵敏度、积分时间和刻度等有所不同。

3、确定数字工作电平

在广播模拟播出系统中,电平值选择为0VU=+4dBu,即当音量单位表(VU表)指示为0VU值时,所对应的电平值为+4dBu。音量单位表(VU表)所指示的信号是准平均值电平,而不是信号的峰值电平(人的耳朵对声音的响度,更多的接近于VU表指示,而不是峰值电平),不同的声音信号的峰平比不同,峰值因数一般在6~16dB范围内。从播出系统的组成来看工作电平选择为+4dB范围内。从播出系统的组成来看工作电平选择为+4dBu,再考虑到留有10~16dB的峰值因数,即使在最高声音信号峰值时也不会产生过载失真,这样确定系统电平值是合理的。

根据国家广电总局发布的《数字音频设备的满度电平》行业标准,满刻度电平0Dbfscf 应+24dBu,即峰值储备量选择为20Db。考虑到音频工作站系统采用的声卡均为法国Digigram公司的PCX系列声卡,PCX11+、PCX924和PCX440np等声卡最高输出电平为+22dBu,近期过渡采用满刻度电平0dBFS对应+22dBu也可以,同时参照国外的做法取18dB的峰值储备量是合适的,即0VU对应-18dBFS,峰值储备量为18dB。这样既可以防止瞬间大振幅信号的过载失真,又可以充分发挥数字系统动态大的特点。

海峡之声广播电台使用的瑞士STUDER公司On-Air2000M2数字调音台,A/D、D/A转换器缺省值为:0dBFS对应+15dBu,即当播出系统工作电平(模拟)选择为+4dBu,此时所对应的数字工作电平为-11dBFS。换言这,此时数字系统的峰值储备量只有11dBu。

电平的调整方法

通常在数字音频设备中,模拟输出是由数字输出经过数/模转换得到,因此在进行电平调整时应先对数字输出进行调整,然后再进行模拟输出的调节。

1、综合测试仪的设置

将综合测试仪的输入阻抗选择为高阻,测试单位选择为dBu。

2、调音台推子校准

将推子移动交校准到0dB位置。

3、调音台模块参数设置及调整

对模拟线路输入模块设置工作电平(LEVEL)为+4dBu,峰值储备量(HEADROOM)为+18dBu,这样0dBFS对应+22dBu;模拟线路输入1kHz+4dBu测试信号,调整数字输出为-18dBFS,模拟输出模块输出为+4dBu。

4、校准表头

送1kHz+4dBu的测试信号,校准VU表指示为0VU,数字PPM表指示-18dBFS。

5、矩阵模块参数设置及调整

模拟输入模块有16dBu、22dBu和0~26dBu三个路线位置,将输入模块跳为22dBu,模拟输入模块也有21dBu、15dBu和0~26dBu三个跳线位置,将输出模块跳为0~26dBu。

对模拟输入模块输入1kHz+4dBu的测试信号,调整数字输入模块输出为-18dBFS,模拟输出模块输出为+dBu。

广播电视的发展进入了数字化、网络化、交互信息化的时代。其中数字化是基础,数字音频播控系统电平的调整应该引起足够的重视,电平设置不当,既不能发挥数字系统动态大、失真小的特点,还可能造成很大的失真,导致整个系统性能的下降。当然,在数字化广播系统中,还应该注意同步等其他技术问题。
文章内容仅供参考 (投稿) (2004-5-13)
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