音频设计（精选十篇）
音频设计 篇1
设计并制作一个蓝牙音频功放系统,技术指标如下。
该系统能够快速正确地连接蓝牙设备,实现无线控制与传输,距离范围在10 m。要求声音效果清晰,音频输出最大功率在12W以上,可以直接驱动4Ω或8Ω的音箱负载。
2 设计思路
(1)蓝牙,是一种支持设备短距离通信(一般10 m内)的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术,支持点对点及点对多点通信,工作在全球通用的2.4 GHz ISM(即工业、科学、医学)频段。采用时分双工传输方案实现全双工传输,数据速率为1 Mbps。
(2)系统将BLK-MD-BC05-B蓝牙模块与TDA2822功放置于音箱中,通过51单片机UART0完成与蓝牙模块的通信与控制,实现蓝牙手机或者PC电脑或Pad与BLK-MD-BC05-B蓝牙模块的互连,完成HFP和A2DP功能,采用6个按键完成数据和音频控制指令的输入。
(3)BLK-MD-BC05-B蓝牙模块集成了蓝牙芯片(CSR公司的57F68芯片)、振荡电路,数据存储电路(I2C存储芯片24C32),天线与2.4 G滤波等电路,使用更加方便。该模块具有1个SPI接口,双声道立体声音频输入与输出,包括电源开/关、前、后/重播、音量加、音量减、播放/暂停,6个按键(可用户自定义),两个状态指示灯。
(4)功放电路的核心器件选择TDA2822,TDA2822是意法半导体(ST)开发的双通道单片功率放大集成电路,具有电路简单、音质好、电压范围宽等优点。电压范围一般在1.8~15 V,静态电流小,交越失真也小。
3 系统框图
系统主要有蓝牙模块、信号调理模块、音频功率放大模块组成,模块框图见图1。
4 各模块电路原理图
4.1 电源模块电路
蓝牙音频传输系统提供了Mini USB插座与电池供电双供电接口。同时,Mini USB接口还兼有为电池供电接口连接的可充电电池充电的作用。
4.2 按键输入电路
案例电路共设置6个按键,功能定义见表,按键功能学生可自行设置,教学过程中不必强调哪个按键必须设置什么功能,完全由学生编程来设置。如暂停播放、音量加减、上一曲、下一曲、连接设备等。
按键电路从功能脚连接10 K电阻接按键后接地,检测功能脚的电平即可判断按键按下,10 K电阻的作用是分压,避免按键按下后功能脚电流太大损坏蓝牙模块。
4.3 音频信号调理电路
NE5532输入端同样采用了差分电路,输出端采用电容输出电路,加入了反馈、除自激等电路。如图2所示。
R19、R20、C25、C26为负反馈电路;将输出的音频信号反馈到输入端,由于反馈信号与输入端信号是反相的,抵消了输入信号中频率相同但反向的波形;输出信号越高,反馈的电压越高,抵消的输入信号也就越多,降低了输入信号的幅度,从而提高了音频输出信号的质量。但反馈元件的值应选用适当;反馈信号过高会影响放大倍数和大动态音频信号的幅度,太低则无法抑制信号幅度,输出信号产生很大失真。
C21、C24为隔离电容,隔离直流信号,避免直流信号进入耳机等音频负载中;电容的值不可太小,要保证50 Hz到15 k Hz的音频信号通过。
R15、R16、R17、R18、C19、C20为消除自激电路;由于耳机等为纯阻性负载,会产生较大的自激反馈,通过此电路可有效抑制自激产生的噪音。
C22、C23为退耦电容,消除电压波动时产生的寄生耦合;采用
4.7 μF和0.1μF两个容量的电容是为了滤除产生的低频和高频寄生耦合。功率放大电路采用TDA2822作为核心器件,输出端左右声道各接一个喇叭。
5 结语
从制作效果上来看,达到了设计的要求,能够实现将手机播放歌曲传送到蓝牙功放上进行播放,经过测量,输出功率最大可以达到14 W,左右声道可外接8Ω的喇叭,但还存在一些噪音,需要进一步改进设计,提高功放指标。
摘要：该设计是以蓝牙技术为基础,结合音频功率放大器,实现远距离无线蓝牙传输,使用手机远距离控制音频功放的播放曲目及音量大小。
关键词：蓝牙,音频功放,无线
参考文献
[1]门宏.经典音频功率放大器制作40例[M].北京:人民邮电出版社,2014.
音频功放电路教学项目设计 篇2
韩焰林
广州城建职业学院
摘要：配合音频技术实践教学及培养学生工程实践能力的要求，设计以TDA7250为核心的音频功放电路实习制作项目，并介绍音频功放制作实践教学流程，教学思路及达到的教学效果。
关键词：电子实习、音频功放、实践教学
1．1实践教学是现代高职教育的一项重要的教学内容。其中电子技术专业的学生将会在不同的学习阶段开展相应的电子制作实践。而对于音频技术的课程，我们教学过程中须设计出合适的电子制作实践的项目。选择合适的电子产品须具备以下条件：1.趣味性较强，能引起学生的制作及学习电路知识的兴趣；2.关联知识强，能让学生的理论知识在此项目中体现。3.具备一定难度的电路满足焊接技术及装配，调试实践的要求。4.项目的可伸缩调整性，以满足不同基础学生的需要。
1．2通常电子实习产品采用购买配套的元件和电路板装配。更多注重产品焊接，装配过程，而不重视产品的电路设计、调试和检验，忽略对相关领域知识的了解，特别在产品的设计和开发能力上缺乏锻炼。因此选择合适的实习制作产品就成为提高实践教学效果的关键。2．1音频功放电路介绍：
TDA7250为SGS-THOMSON公司出品的一款功放驱动IC，它的特性如下：
•支持电压范围宽：2V-90V（±10V-±45V）；
•具有不需要温度补偿的零漂控制电路；
•功率晶体管过流保护；
•静噪/待机功能；
•耗电量少；
•低谐波失真：PO=40W、fo=1KHz时谐波失真=0.004% •输出功率60W/8Ω、100W/4Ω。具体电路原理图如下：
2．2信号处理：音频信号CH1经C1后送入TDA7250的2脚入，经过处理再分别由18、19脚送至后级功放电路。而CH2经C2后送入TDA7250的9脚入，经过处理再分别由12、13脚送至后级功放电路。后级的TIP147和TIP142放大后送至60W的电动式扬声器。
2．3辅助电路：TDA7250的3脚为CH1的静态电流控制，CH2对应的为8脚，它们均需要接4.7µ电容。电容作为积分电路，保证在无信号输入时的静态驱动。而15脚是双声道输入音频对应的下拉接地处理电路。要求经22µ电容和10K电阻后接地。过流保护原理是检测电阻R11、R12、R13、R14的电压。当晶体管的过流时，根据U=I•R，得出电阻的端电压随之增加，到达一定的电压后，TDA7250就将晶体管基极的电压置零，从而达到晶体管过流保护的作用。3．1实践内容拓展：
3．1．1本电路可以根据学生的基础进行内容调整。如果学生的基础不理想，或学生实践的教学时间不够，可以考虑由原双声道的电路调整为单声道电路，可以省去其中一声道的电路焊接。如将CH2省略，可以不接TDA7250的9脚，12、13脚的电路。以及辅助的8脚静态电流控制电路。此方案要注意不可省略14脚接V+和7脚接V-电源电路，否则电路将进入过流保护的工作状态。
3．1．2当学生基础比较理想时，可以增加学生做相匹配的电源电路。如此可以形成一个完整的功放电路产品。但做电源时要注意提醒学生要实现正负电源，若采用集成稳压电源78和79系列芯片时，78系列和79系列管脚的排列方式的不同。还要特别注意采用大容量的电解电容时，使用电容的极性要正确，以防电容爆炸的情况发生。
3．1．3如果参与音频功放电路实践的学生已经学过电子CAD课程，应该要求其用计算机辅助设计软件如protel DXP等软件进行线路布线。在采用计算机辅助设计时强调在地线、电源及涉及大电流的电路中要注意对线路进行加粗处理等细节，以保证能符合音频功放的稳定可靠工作。有条件，可以将设计线路优秀学生作品送到工厂加工，起到示范作用。3．2电路调试过程： 3．2．1学生焊接时技术参差不齐，在调试过程中将会发生很多意想不的结果，实践教学过程中可让学生组成5至10人的小组。将基础比较好的学生分到各小组作为小组负责人，要求电路出现的问题时先在小组内部讨论解决，增强学生的团队合作意识。实践指导教师此时可以作为技术顾问的形式参与指导。
3.2.2在调试中比较常遇见的情况有通电时电源输入的电流过大。此时要分几种情况来处理。首先在遇到电源大电流时要及时断电。否则有可能会烧掉TDA7250芯片，在断电后仔细检查学生是否有电路焊错的情况出现，其次要检查是否有开路的情况出现，特别是TDA7250的17、4以及7、14脚是否开路。因为此时开路会导致进入过流保护状态，即看到的结果也会是电源输入是电流过大。所以遇到电流过大时不能简单判断为短路导致。
3．2．3调试中可能会遇到部分学生出现电流过小的情况，此时检查重点应注意是否其电路有开路的情况。还有虚焊也比较容易导致电流过小。因为部分学生的2焊接技术不理想，一般在线路焊接时建议其使用单支在0.1mm 铜线走线，辅以焊锡固定。此方案能比较理想解决线路虚焊的问题。4．教学效果
我们在2009年开始在音频技术的课程实践教学中引入以TDA7250为核心的电路，并于2010年要求部分班级用protel DXP软件辅助设计PCB布线。参与实践的学生90%以上都能最终调试出来。且让学生自己的MP3参与播放音乐，将大了趣味性，大大激发了学生自主学习和设计创新的积极性。当看到自己的作品能最终播放出音乐，也很有成就感。而各小组遇到电路故障时也能积极讨论，并由基础好的同学带领下最终解决各种难题，训练了大家的团队合作的精神。通过音频电路的实践，达到了比较理想的教学效果：学到了新知识，锻炼了电子专业基础技能，培养了学习兴趣和创新能力。充分运用合理的教学手段，让学生自主学习、运用所学知识分析问题并解决问题的能力，为学生接下来的毕业设计甚至将来工作打下比较理想的基础。
[参考文献] 1．沈任元，吴 勇．常用电子元器件简明手册．机械工业出版社，2000． 2．刘素芳．电子工艺与电子CAD．人民邮电出版社，2009． 3．陈桂兰．电子线路板设计与制作．人民邮电出版社，2010
作者简介：
姓名:韩焰林
性别:男
出生年月：1978年11月 学历:大学本科
职称:讲师
职务:电子信息工程系教师
职业资格:家用电子产品维修高级技师 地址：广州市从化环市东路166号广州城建职业学院
数字化音频的简单加工教学设计 篇3
【教材依据】
本节内容是教育科学出版社出版的《信息技术基础》（必修）教材第五章第2节第2小节的内容。本小节通过一个音频处理软件Cool Edit的学习，帮助学生了解数字化音频的简单加工处理过程。
一、学生分析
本课的教学对象是高一学生，通过前期的学习，学生己经可以熟练使用Windows自带的“录音机”程序。但由于生源和计算机接触面的不同，学生知识经验和技能水平方面存在较大差异。
二、教学目标
【知识与技能】
1、了解数字化音频的基本加工和合成过程。2、能根据主题选择音乐并对其进行加工处理。
【过程与方法】
1、体验音乐的基本加工和合成过程。2、通过对音频信息的加工，体验音乐在信息表达交流中的魅力。
【情感态度与价值观】
1、培养学生积极主动学习多媒体和利用多媒体技术创作的习惯，激发学生对信息技术的浓厚兴趣，提高学生的信息素养。2、能理解并遵守相关的伦理道德与法律法规，认真负责地利用音频作品进行表达和交流。
三、教学重点、难点：
【教学重点】
体验音频信息的加工过程。
【教学难点】
培养学生树立正确使用信息技术的态度和信息技术价值观。
四、教学策略
1、采用任务驱动的教学方法。对于制作手机铃声，学生非常感兴趣。在这节课中，学生把学到的知识应用于手机铃声的制作，是一个创作实践的过程。可以使学生感到自己是实践活动的主人，是学习的主体。学生在积极、主动的学习气氛中学习，有利于提高学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性。
2、合理设置任务，体现分层教学思想。由于学生在知识经验和技能水平方面存在较大差异，故本堂课采用了分层教学法，让学生根据自己的知识基础和课堂掌握情况完成相应层次的任务，使不同能力水平的学生均有所收获。
3、自主探究，充分体现学生的主体作用。由于学生对本节课的任务十分感兴趣，而且能熟练使用Windows自带的录音机程序，故本节课让学生通过自主学习教程的方式来达到学习目标。教师的角色转变为学习资料的提供者和学习过程的组织者，教师主要是指导和组织学生学习，避免枯燥的讲述，留给学生尽可能多的自主探索和具体操作的时间。
4、教学流程的设计
情境导入 探究学习 协助学习 实践创新 拓展评价
五、教学方法
高中新课程理念下，基于任务驱动的探究性学习模式
六、教学过程：
1、激发兴趣、创设情境（3分钟）
（1）请一位带手机的同学拨打教师的手机号码
学生欣赏教师手机铃声
师：大家知道刚才我的手机铃声是哪儿来的吗？
学生七嘴八舌回答
“网上下载的”、“掏钱买的”……
（2）更换手机铃声，再请一位同学拨打教师的手机
学生议论
“这不是我们音乐课刚学的歌曲吗？”
师：大家听到的手机铃声都是我自己做的，第一首铃声是我女儿在幼儿园时唱的儿歌，我录下来之后再配以背景音乐做成的。后边听到的铃声是你们最近在音乐课中学的王力宏的歌曲“心跳”，我把高潮部分截取下来做的。
2、任务驱动、实践探究（30分钟）。引入本节课学习主题：数字化音频的简单加工——手机铃声DIY
布置任务：把学生2人分为一小组，遇到问题互相讨论、互相帮助，用Cool Edit软件为自己或亲友制作手机铃声。
任务一：截取歌曲的高潮（好听）部分作为手机铃声。
（1）引导学生从学校的FTP服务器上下载教师自己制作的Cool Edit教程。
师：请同学们自己从网上下载一首歌曲用来制作手机铃声，注意不要侵犯别人的版权。如果是给亲友制作，一定要考虑他们的爱好和欣赏水平。
学生下载教程后，从网上下载自己需要的歌曲。
（2）教师引导学生通过Cool Edit教程进行探究学习，期间巡回指导，给学生以适当的启发和帮助。
学生边学习教程，边进行同步制作。
（3）等多数学生都完成后请一位操作较熟练的同学到教师机演示完成任务一的步骤，同时教师在旁讲解，强调重点。对同学们积极探索、遇到问题互相讨论、协作的精神给予肯定和鼓励。
任务二：制作个性化手机铃声
师：现在，大家体现个性、展示自我的机会到了。让我们来做个个性化的手机铃声吧。可能有的时候，大家有一段独白或者其他声音，然后又听到一段非常好听的音乐，想将这两个声音片段叠加在一起作为手机铃声。
引导己完成了任务一的同学实践探究教程里的“个性化手机铃声制作”方法，完成任务二。
鼓励没有完成任务一的同学继续努力完成。
学生对照教程二边学习边制作，甚至有个别同学还用Cool Edit自己录音。
提示学生可以自己录一段想说的话或者唱点小曲再找背景音乐合成。
巡回指导，关注学生实践情况。
3、作品评价（5分钟）。根据交上来的作品选取几个比较典型的个案，请这些同学分组上来为大家播放作品并介绍铃声是给谁做的，自己认为做的怎么样，有哪些优缺点，请其他同学评价，最后教师点评。
4、总结拓展。请几位学生先谈本节课的收获，教师最后进行概括和补充。
师：音乐在信息交流中有其独特的魅力，我们在对其加工过程中要用心去感受。请大家课后到网上去探究学习，对自己今天制作的铃声进行美化和润色比如添加回声、混响、平滑、音色等。
七、教学反思
1、本堂课按预先设计是学生完成任务一之后教师不进行示范操作直接让学生去探究完成任务二，但我在巡回指导的过程中发现，有少部分基础差的同学对于自己探究学习好象无所适从，又不善于向同组成员求助，大多数同学任务一都完成了，他们才刚把歌曲导入，所以我让一个操作熟练的同学到教师机一步一步示范操作，同时进行讲解，强调重点（这个过程中己经完成任务一的同学在脑海中也可将自己刚才的操作做以总结），最后又给予个别辅导，使这些同学最后顺利完成了任务一。
音频功率放大器的设计 篇4
由于音频功率放大器的组件与器件有不同的选择, 所以设备组合完成以后, 会形成多种性能间的差异, 设备会出现阻抗、声音失真、频响、信噪比等, 这些最终会对音响的音质产生巨大的影响。在这种情况下, 我们对音频的功率放大器进行研究的时候, 更加倾向于宽阔平坦的频响, 这样音频的平衡度会有一个完整的控制, 较好的控制电路的失真问题。
根据我们的实践研究可知, 场效应管的主要特点如下:输入的阻抗高、噪音系数小、动态范围大等。在这种情况下, 现代保真音响的组成主要由三级管与场效应管共同组成。音频功率放大器的互补对称放大器是通过不同极性的放大器组件相互构成的, 高保真的放大器从而形成。在设备的运行阶段, 会产生对称放大的功能, 可以抵消失真的偶次谐波, 对场音的失真度进行降低。通过研究我们可知, 在充电过程晶体管的两级电容, 会延迟系统功放输出的信号, 从而使输出信号在输入信号之后。产生的负反馈会引发低瞬态互调失真, 由于晶体管的两级电容较小, 所以高频段的影响较大, 所以, 要减小低瞬态互调失真, 就要降低电路的相移量。
2 音频功率放大器的设计
音频放大器在改进以前具有耗电大、体形笨重、工作效率低、具有失真性等特点, 其晶体管始终处于导通的状态, 其开关存在失真的情况。本文中所设计的音频功率的设计框架如图1所示, 这种设计可以满足现代的音频放大器需求。音频功率放大器通过接收音频信号, 将其传输至前端低放电路, 数据经过沃尔漫电路、共源共基电路、恒压源电路传输至推动级, 推动级通过反馈电路与沃尔漫电路互通, 最后由推动级将音频传送至末级进行功放。
2.1 音源切换电路
进行音频功率放大器的切换过程中, 我们对音频的质量应该进行控制, 使用小型的继电器, 对信号的传输路径进行缩小, 如图2所示。对音源电路的切换我们可以使用5档开关, 通过开关对5路继电器进行控制。其中电路中所使用的电压为12V, 电阻为700欧姆, 我们通过采用稳压器对继电器两端的电压进行控制, 这样可以保证其他电路与5路继电器可以同时使用。
2.2 末级功放电路
我们使用2SC5200的大功率管做为音频功率放大器的末级功放三极管, 特征频率为大于等于30赫兹, C-E之间的击穿电压大于等于160伏特, CM之间允许的电流大于等于15安培, 两级之间最大的耗散功率大于等于150瓦特。这样可以使输出的功率有所提高。
2.3 前置低放电路
前置的低放电路在使用过程中的最大优点是, 在使用的过程中其音频的失真度较低, 而且频响较宽, 具有增益与线性好的特点。在前置的低放电路中, 进行串联的电阻可以构成分压电路, 为基极提供相应的电压。对于漏极电压结型场效应管中的电压应该控制在11.2伏左右, 保证电路中结型场效应管在运行过程中的安全可靠性, 保证与地面连接工作正常进行。由于结型场效应管中的两端电压较低, 不能在高压的环境中工作, 所以兼作输入中点电位对输入电路的静态电流、电阻进行调节, 在进行设计的系统中, 我们将电流控制在1.4毫安左右, 通过这样的方式, 电压就变成了偏置电压。我们将静电电流控制在一定的范围内, 可以得到10瓦特的功率, 如果需要更高的功率时, 就需要对末极功率的电源电压进行更改, 将场效应管的两端电流进行控制, 其控制在100毫安左右。这样设计, 就可以在大功率的条件下, 使场效应管电压控制器件的栅极阻抗高, 当静态电流变大时, 会伴随振荡的产生。我们对前级电路的放大倍数, 常规为10倍左右。而音频的放大器中, 一般会使用专业的高音频专用管。这样音响可以在整体上对信噪比与频率转换速率进行提升, 减少因开关失真所产生的一些其他不良后果。本文中所使用的专用管为2SJ77, 通过对工作点的调节, 使其呈现在最佳工作状态下。
3 结束语
音响成为我们生活中必不可少的设备之一, 从电脑音频播放器到大的场馆会所放映厅, 都需要不同的音频设备, 音响根据人们的生活水平、文化层次、音乐修养、欣赏水平的不同而有所差异, 高保真的音质是所有音响使用者所共同追求的。在上文中主要就频响与电路二者间的关系进行分析, 对音频功率放大器的设计进行阐述, 笔者从三个方面进行了分析, 首先从其音源切换电路, 其次是末级功放电路, 最后是前置低放电路, 通过图片以更加直观的方式对其特点进行表述, 使得读者可以更加直观的对音频功率放大器的设计方式进行了解, 希望本文对相关的读者有一定的借鉴作用。
参考文献
[1]来新泉, 韩艳丽, 李俊.驱动死区时间控制及其对D类音频功率放大器稳定性的影响[J].中国集成电路, 2010 (22) :130-135.
[2]朱樟明, 过伟, 杨银堂.CMOSPWMD类音频功率放大器的过流保护电路[J].固体电子学研究与进展, 2010 (24) :271-275.
[3]张平, 朱贵宪.D类音频功放知多少——谈D类放大器在音频功放领域中的应用[J].电子制作, 2012 (25) :149-150.
高效音频功率放大器-模电课程设计 篇5
一、设计任务与要求
1、设计任务
设计并制作一个高效率音频功率放大器。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。
2、设计要求
（1）3 dB通频带为300～3400Hz，输出正弦信号无明显失真。（2）最大不失真输出功率≥1W。
（3）输入阻抗>10kΩ，电压放大倍数1～20连续可调。
（4）低频噪声电压(20kHz以下)≤10mV，在电压放大倍数为
10、输入端对地交流短路时测量。
（5）在输出功率500mW时测量的功率放大器效率(输出功率/放大器总功耗)≥50％。
3、设计说明
（1）采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一，D类放大原理框图如下图所示。本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类功率放大集成电路。
图1 D类放大原理框图
（2）效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v)，制作时要注意便于效率测试。、（3）在整个测试过程中，要求输出波形无明显失真。
二、方案论证与比较
根据设计任务的要求，对本系统的电路的设计方案分别进行论证与比较。
1、高效率功率放大器
⑴ 高效率功放类型的选择
方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100％，实际电路也可达到80％～95％，所以我们决定采用D类功率放大器。
图2 脉宽调制器电路
① 脉宽调制器(PWM)
方案一：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。
方案二：采用图2所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器件参数，可使其能在较低的电压下工作，故选用此方案。② 高速开关电路 a.输出方式
方案一：选用推挽单端输出方式(电路如图3所示)。电路输出载波峰-峰值不可能超过5V电源电压，最大输出功率远达不到题目的基本要求。
图3 高速开关电路 方案二：选用H桥型输出方式(电路如图4所示)。此方式可充分利用电源电压，浮动输出载波的峰-峰值可达10V，有效地提高了输出功率，且能达到题目所有指标要求，故选用此输出电路形式。
图4 高速开关电路
b.开关管的选择。为提高功率放大器的效率和输出功率，开关管的选择非常重要，对它的要求是高速、低导通电阻、低损耗。
方案一：选用晶体三极管、IGBT管。晶体三极管需要较大的驱动电流，并存在储存时间，开关特性不够好，使整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大；IGBT管的最大缺点是导通压降太大。
方案二：选用VMMOSFET管。VMOSFET管具有较小的驱动电流、低导通电阻及良好的开关特性，故选用高速VMOSFET管。③ 滤波器的选择
方案一：采用两个相同的二阶Butterworth低通滤波器。缺点是负载上的高频载波电压得不到充分衰减。
方案二：采用两个相同的四阶Butterworth低通滤波器，在保证20kHz频带的前提下使负载上的高频载波电压进一步得到衰减。
三、主要电路工作原理分析与计算
1、D类放大器的工作原理
一般的脉宽调制D类功放的原理方框图如图 5 所示。图 6 为工作波形示意，其中(a)为 输入信号；(b)为锯齿波与输入信号进行比较的波形；(c)为调制器输出的脉冲(调宽脉冲)；(d)为功率放大器放大后的调宽脉冲；(e)为低通滤波后的放大信号。
图5 D类放大器的工作原理
图6 D类放大器的工作波形示意图
2、D类功放各部分电路分析与计算(1)脉宽调制器
①三角波产生电路。该电路我们采用满幅运放TLC4502及高速精密电压比较器LM311来实现(电路如图7所示)。TLC4502不仅具有较宽的频带，而且可以在较低的电压下满幅输出，既保证能产生线性良好的三角波，而且可达到发挥部分对功放在低电压下正常工作的要求。载波频率的选定既要考虑抽样定理，又要考虑电路的实现，选择150 kHz的载波，使用四阶Bultterworth LC滤波器，输出端对载频的衰减大于60dB，能满足题目的要求，所以我们选用载波频率为150 kHz。
电路参数的计算：在5V单电源供电下，我们将运放5脚和比较器3脚的电位用R调整为2.5 V，8同时设定输出的对称三角波幅度为1 V(V＝2V)。若选定R为100 kΩ，并忽略比较器高电
p-p
10平时R上的压降，则R的求解过程如下：
119
取R9为39 kΩ。
图7 三角波产生电路
选定工作频率为f=150 kHz，并设定R+R=20kΩ，则电容C的计算过程如下:
763对电容的恒流充电或放电电流为
则电容两端最大电压值为
其中T为半周期，T=T/2=1/2。Vf的最大值为2V，则
1c取C=220 pF，R=10kΩ，R采用20 kΩ可调电位器。使振荡频率在150 kHz左右有较大47
6的调整范围。
图8 比较器电路
②比较器。选用LM311精密、高速比较器，电路如图8所示，因供电为5V单电源，为给V+=V-提供2.5V的静态电位，取R12=R15，R13=R14，4个电阻均取10 kΩ。由于三角波Vp-p=2V，所以要求音频信号的Vp-p不能大于2V，否则会使功放产生失真。
⑵ 前置放大器电路
如图9所示。设置前置放大器，可使整个功放的增益从1～20连续可调，而且也保证了比较器的比较精度。当功放输出的最大不失真功率为1W时，其8Ω上的电压V=8V，此时送
p-p给比较器音频信号的V值应为2V，则功放的最大增益约为4（实际上，功放的最大不失真p-p功率要略大于1W，其电压增益要略大于4）。因此必须对输入的音频信号进行前置放大，其增益应大于5。
前放仍采用宽频带、低漂移、满幅运放TLC4502，组成增益可调的同相宽带放大器。选择同相放大器的目的是容易实现输入电阻R≥10kΩ的要求。同时，采用满幅运放可在降低电源
i电压时仍能正常放大，取V=V/2=2.5V，要求输入电阻R大于10kΩ，故取R=R=51kΩ，+
cc
i
12则R=51/2=25.5kΩ，反馈电阻采用电位器R，取R=20kΩ，反相端电阻R取2.4kΩ，则前
i
43置放大器的最大增益Av为
图 9 前置放大器电路
调整R使其
4考虑到前置放大器的最大不失真输出电压的幅值V<2.5V，取V
om的音频最大幅度V<(V/A)=2/8=250mV。超过此幅度则输出会产生削波失真。
imom
v⑶ 驱动电路 如图10所示。器并联运用以获得较大的电流输出，送给由晶体三极管组成的互补对称式射极跟随器驱4.220 1 1 34 + = + = RR Av增益约为 8，则整个功放的电压增益从 0～32 可调。om=2.0V，则要求输入 将 PWM 信号整形变换成互补对称的输出驱动信号，用 CD40106 施密特 触发动的输出管，保证了快速驱动。驱动电路晶体三极管选用2SC8050和2SA8550对管。
⑷ H桥互补对称输出电路对VMOSFET的要求是导通电阻小，开关速度快，开启电小。因输出功率稍大于1W，属小功率输出，可选用功率相对较小、输入电容较小、容易快速驱动的对管，IRFD120和IRFD9120 VMOS对管的参数能够满足上述要求，故采用之。实际电路如图11所示。互补PWM开关驱动信号交替开启Q和Q或Q和Q，分别经两个4阶Butterworth
67滤波器滤波后推动喇叭工作。
图 10 驱动电路
图 11 H 桥互补对称输出及低通滤波电路
⑸ 低通滤波器
本电路采用4阶Butterworth低通滤波器（如图11)。对滤波器的要求是上限 频率≥20 kHz，在 通频带内特性基本平坦。采用了电子工作台(EWB)软件进行仿真，从而得到了一组较佳的参数：L1=22μH，L2＝47μH，C1=l.68μH，C2=1μH。19.95 kHz处下降2.464 dB，可保证20 kHz的上限频率，且通带内曲线基本平坦；100 kHz、150 kHz处分别下降48 dB、62 dB，完全达到要求。
四、系统测试及数据分析
1、测试使用的仪器
2、测试数据
（1）最大不失真输出功率测试数据如下表所示：
⑵ 通频带的测量测试数据如下表所示
由表看出通频带BW0.7≈fH≈20 kHz，满足发挥部分的指标要求。⑶ 效率的测量测试数据如下表所示：
⑷ 测量输出功率200mW时的最低电源电压测量结果：Vcc=4.12 V。
3、测量结果分析
①功放的效率和最大不失真输出功率与理论值还有一定差别，其原因有以下几个方面： a．功放部分电路存在的静态损耗，包括PWM调制器、音频前置放大电路、输出驱动电路及 桥输出电路。这些电路在静态时均具有一定的功率损耗，实测结果其 5V 电源的静态总电流约为30 mA，即静态功耗 P 损耗=5× =1 mW。那么这部分的损耗对总的效率影响很大，特别对小功率输出时影响更大，这是影响效率提高的一个很重要的方面。
b．功放输出电路的损耗，这部分的损耗对效率和最大不失真输出功率均有影响。此外，H桥的互补激励脉冲达不到理想同步，也会产生功率损耗。
五、进一步改进的措施
1、尽量设法减小静态功耗
①尽量减小运放和比较器的静态功耗。实测两个比较器(LM311)的静态电流约为 15 mA，这部分损耗就占了静态损耗的一半功率。这是由于在选择器件时几个方面不能完全兼顾所 致。若选择同时满足几方面要求的器件，这部分的功耗是完全可以大幅度降低的。②我们选用的 VMOSFET 管的导通电阻还不是很小，若能换成导通电阻更小的 VM0SFET 管，则整个功放的效率和最大不失真输出功率还可进一步提高。③低通滤波器电感的直流内阻需进一步减小。
六、结束语 对于本系统设计，有些指标还有待于进一步提高。例如，在功放效率、最 功率等方面还有较大的潜力可挖，这些都有待于我们
音频设计 篇6
【关键词】G20峰会；交响音乐会；音频系统；扬声器布置；调音
文章编号：10.3969/j.issn.1674-8239.2016.10.002
【Abstract】This paper introduced the G20 summit evening party's audio system design and the difficulty in the tuning process， and gave the implementation of the measures.
【Key Words】G20 symphony； concert； audio system； speaker arrangement； tone tuning
2016年9月4日夜晚，在美丽的西子湖畔，来自世界30余个国家及国际组织的领导人共聚一堂，观看了2016年G20（二十国集团）峰会中最重要的一场文艺演出——《最忆是杭州》。这场精美绝伦的演出不同以往，天空为顶，湖水为台，将西湖作为舞台融入演出中。
虽然只有9个节目，但是每个节目都经过精心挑选和编排，内容丰富，从独奏到交响乐队，从独唱到合唱，从戏曲、民乐到小提琴、钢琴，再加上童声合唱……所有节目都是真正地演奏、演唱，晚会总导演张艺谋评价：“在声音上不能失真，还要优美，灯光等所有的东西还要跟表演全部同步。我觉得难度相当高，而且全世界这样技术难度的演出都是非常少见的。”
这场难度极高的演出，对音响、灯光、舞美等各个专业都是一个挑战。尤其对于音频系统，除了要求具有极高的音质以外，安全可靠是更需要考虑的重点。音响总设计由金少刚和马昕这两位国内优秀的音响设计师担纲，曹荣臻先生担任特约顾问（见图1），设备提供方、施工方和制作方是永晟国际文化传媒有限公司和安恒利（国际）有限公司。在从开始施工到最后演出近半年的设计和施工期间，他们对系统方案进行不断改进和优化，最终为全世界呈现了这场一流的演出。
下面重点介绍演出音频系统方案设计和调音过程中的难点，并给出实施措施。
1 现场环境
演出现场选取了西湖的岳湖景区，南至赵公堤，北至岳湖楼，西至曲院风荷，东至苏堤，将西湖浓厚的历史人文和秀丽的自然风光融为一体，是《印象·西湖》的演出地。
观众席（见图2黄色部分）宽62 m，深17 m，可以容纳约1 200名观众。
用于乐器和演唱的舞台有3个（见图2蓝色部分），在距离岸边5 m的位置，有2个可以移动的舞台：一个是32 m×14 m的交响乐及合唱平台，另一个是独奏、独唱演出平台；观众席右侧的九曲桥上，是童声合唱的舞台。
用于舞蹈表演的舞台有2个舞台和场地（见图2棕色部分），一个超大型水上舞蹈平台，位于2个移动平台后面，宽100 m、深28 m，可以在水面上升降；另一个菱形舞台在岳湖的中央，边长30 m，也是可以在水面上升降；在菱形舞台两侧和相邻的岸边，也有一圈舞蹈演出场地。
面对恶劣户外环境为听众带来一场音乐厅级别的音响效果，是两位总设计师讨论最多的话题。首先，9月初的杭州，潮湿、高温，在水边的演出尤其会加剧这种不利因素。其次，所有节目都要求声音真实还原，而乐器在这种气候下的表现十分不稳定，尤其是弦乐，湿度会对音色有很大影响，更别提还要现场拾音并扩声了。事实证明了两位老师的预言，在每天的排练过程中，乐器的音色都有所不同，需要根据当天的天气状况随时调节。
更为严峻的是，现场根本没有放置扬声器的位置。观众席宽度超过60 m，前方是景色秀美的岳湖，根本不可能采用常规的方式放置扬声器，肯定要遮挡前方视线。
因此，确定最佳的扬声器布置方案，成了首要的目标。
2 扬声器布置
2.1 主扩声扬声器组
经过多次现场考察和实地测量，并根据考察和测量的结果在电脑上进行了反复的软件模拟实验，最终决定采取主扩、补声、环绕多种方式并行的方法。因为观众席太宽，前方又不可能摆放大型的扬声器阵列组，因此，只能采用2组JBL VTX V20+S25线阵列扬声器作为主扩声扬声器（见图3、图4），放置在观众席左右两侧，拉宽整个声场，提高声像宽度。
2.2 前区补声扬声器组
由于主扩声扬声器组间距太宽，因此在岸边还布置了一排ENNE点声源扬声器作为前区补声（见图5），提高直达声和清晰度。并且通过调整均衡、延时、增益和相位，使前区补声扬声器具有和主扩扬声器类似的声音特性，整体声场融合度非常好。
看似随意放置的前区补声扬声器，其实设计时前前后后一共设计了7版方案，经过反复测试和声场模拟，才确定了最终的设计方案。
最初的设计采用2只扬声器一组的方式，控制整组扬声器的水平覆盖角度为80°，一共6组均匀覆盖整个观众席（见图6）。这个覆盖角度是经过精确计算和测试的基础上得来的，可以在形成最大覆盖区域的同时，尽最大可能减少干涉。
但随着观众席位置和布置方式改变，中间主席台位置发生移动。因此，原来设计的6组扬声器不能满足良好的声场覆盖要求和声像位置感，为了给主席台带来更好的立体声还音感受，于是改为5组扬声器组覆盖（见图7）。
但这个布置方式在中间区域的主席台位置上，实际听感干涉较大，为了打破这种干涉，又将方案改回6组，但根据主席台位置做了相应的改动（见图8），该方案与5组方案在中间位置的声场模拟对比见图9。与此同时，左右2侧的主扬声器组为了不遮挡视线和通道，也移到了外侧区域，距离观众席最近距离有14 m间隔。
这样的布置方式虽然在主席台位置可以获得良好的听觉感受，但是在下层通道区域，会觉得声场均匀度不够高。因此，两位老师再次调整方案，将点声源扬声器一字排开，用统一的间距，均匀覆盖全场，见图10。
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由于这种等间距布置扬声器的方式，难免会存在干涉现象，因此在声场调试过程中，利用相位将不同的干涉错开；同时，在送入信号的选择上，也尽最大可能避免容易干涉的信号同时送入。最后，终于取得了令人非常满意的听音效果。整个声场均匀一致，而且干涉极低。
2.3 环绕扬声器组
为了带来更好的整体声场融合氛围，模拟音乐厅的听音感受，在观众席侧区和后区布置了一圈环绕声扬声器（见图11），模拟声场包围感。
这几组扬声器互相配合，除了调整比例外，在送入信号的选择方面也非常讲究，成分各不相同，主扩声扬声器主要负责大声场的氛围和声像感，因此送入的整体比例比较多；前区补声主要负责提高直达声和清晰度，因此独奏乐器和独唱比例较多；而环绕扬声器主要为了营造声场包围感，因此送入的信号基本都是混响。在经过一系列的平衡调整后，整个声场的融合度极佳，在现场聆听，完全不像户外演出的感觉，就像在一个古典的交响音乐厅里，声音细腻、清透，而且十分自然，这也与当初设计时预想的效果完全一致。
2.4 超低音扬声器
与传统的超低音扬声器布置方式不同，由于舞台前区不能放置超低音，会遮挡视线，因此超低音只能依靠左右两组线阵列扬声器的超低音完成。但是，这两组超低音对于如此大型的一个户外演出来说远远不够。
在认真研究了演出节目内容后认为，重点是在“忆”，节目内容文雅、优美。因此，超低频在这里并不需要特别强劲，而是起到一个烘托的作用。也就是说，超低音在这个系统中是一个“地基”，这个“地基”需要扎实、丰满，而不用过于强烈。
根据这个思路，除了两侧的双15英寸超低音，在观众席正下方还布置了9只双18英寸超低音扬声器（见图12、图13）。由于在观众席下方，因此整场晚会的超低频感觉非常饱满，起到了很好的烘托气氛的作用。
2.5 返听扬声器
对于任何一场演出来说，返听都是至关重要的，返听的好坏直接影响到演员的现场发挥。
对于这场晚会，搞好返听系统真可谓难上加难，返听扬声器的位置就是一大难题。交响乐和独唱独奏平台离岸边5 m，而且是移动的，根本没有位置放置返听扬声器；大型的舞蹈平台距离岸边16 m以上，菱形的舞台距离岸边80 m以上；演员表演区域最远处距离岸边更是有130 m以上。最致命的是，舞台都在水面上，不允许有任何形式的设备出现在水面上，哪怕高出水面10 cm也不行。
在施工排练期间，针对返听所做的修改不下10次，包括反复更改扬声器位置，在水中放置扬声器，更改扬声器的型号，反复调整返听与PA的关系、各组返听之间的关系等，最终确定了采用岸边返听为主（见图14），耳机为辅，FM耳机覆盖整个岳湖演区的方式，才使演出完美进行。值得一提的是，童声合唱位于观众席右侧的九曲桥上，地方非常狭小，若采用普通的返送扬声器，一来体积较大，没有位置放置，二来声场覆盖均匀度很难控制。这次的系统采用了ENNE的音柱扬声器（见图15），体积小巧，而且水平覆盖角度很宽，刚好满足这种长条形狭小区域的声场覆盖要求。
在第一次联排过程中发生了不少意想不到的问题。首先是当交响乐平台在移动的过程中，移动到不同位置，直达声的比例都不一样，造成系统音色有所不同。另外，由于在移动过程中距返听扬声器的位置远近不一，声音有不同的叠加或抵消，造成中低频音色变化很大。在平台位置稳定下来后，系统的音色又有所不同。这就给调音带来了更大的难度和工作量。为了解决这个问题，在调音台上做了大量的CUE，根据交响乐平台移动的位置跟随切换，使声音流畅连贯。
3 系统结构
系统结构如何搭建，是整个扩声系统的核心。由于这场演出的重要性和特殊性，安全可靠成为搭建系统的重中之重。
保证系统万无一失的核心就是备份。从音源开始，到传声器、调音台、数字音频处理器……系统的关键核心设备都做了双备份甚至三备份方案，真正实现系统安全可靠。
系统中共采用了5张Soundcraft Vi系列调音台（见图16、图17），分别为主扩主/备调音台，交响乐主/备调音台，监听调音台。这5张调音台除了主/备是完全备份外，还可以互为备份，也就是任意一台或一组调音台发生故障，系统都能够正常运行。
系统共包括13台BSS BLU-800系列数字音频处理器。调音台所有的输出信号都是先经过一分二分别进入主/备数字音频处理器，再同时进入功率放大器中。在BSS处理器里面做了大量的逻辑控制电路，主/备系统的切换就全部通过这些编辑好的逻辑电路完成，主/备系统之间完全没有间隙（见图18），声音也不会有任何中断，因此，无论系统任何一个环节出现问题，系统都能够快速切换，实现真正万无一失。
5 无线系统
在这种安全性要求极高的演出中，无线环境尤为复杂，各种大功率对讲机、摄像机和无线器材的使用，都会对无线传声器系统带来极为严重的干扰。
在考虑了多个备份方案后，采用了SHURE的Axient无线系统（见图19、图20），除了有极高的音质表现，也可以在同一支传声器内实现主备频率切换，若使用过程中主信号受到干扰，不必将传声器拿回来，可以无线遥控将备份频率切换上去。因此，大大增强了无线传声器的稳定性。
系统中一共使用了32通道SHURE Axient智能无线管理系统、18通道SHURE ULX-D数字无线系统以及10通道PSM 1000个人无线返听系统，运用分布式天线阵列技术对宽100 m、纵深30 m演出区域进行了无线信号的覆盖。
6 演出指挥系统
演出指挥系统（见图21、图22）是整场演出的中心和指挥部，包括内部通信、无线对讲、FM监听（见图23）和所有工种的配合，都需要演出指挥系统完成。若这套系统出了问题，那么将影响整个演出的节奏、演员上下场、工种配合等进程。
这套系统由有线和无线共同构成，一套系统有问题或受到干扰时，另一套系统就可以完全无缝备份切换上去。
7 结语
对于成功完成奥运会、世博会、APEC等一系列重大活动的金少刚、马昕（见图24）及安恒利团队来说，前前后后经历了近半年的努力，将晚会完美呈献给全世界。晚会的音乐总监关峡评论：“现场扩声系统做得非常好，所有的量和度拿捏得极其准确。”这也是对这套系统效果的最高评价！这里面的辛勤与汗水，可能只有亲身参与的人才能体会，观众根本不知道幕后工作者其实做了这么大量的工作。但是，在如此艰难的条件下，完成如此高难度的系统，为全世界带来这场一流的盛会，这里面的骄傲与自豪不言而喻。
播出端音频响度控制设计分析 篇7
1. 响度控制定义
响度即反映人耳感觉到的声音的强弱, 响度控制即对人耳感觉到的声音强弱的控制。响度控制应用于音频节目制作的各个领域, 从电影配音、唱片、演唱会现场制作到电视节目的制作都渗透着响度调节的声音。
2. 电视制作中的响度控制现状
电视节目的响度控制问题主要是由于电视节目本身存在的多段化、多频道化、多制作单位化等因素导致的节目与节目之间、频道与频道之间存在的平均响度不一致而造成观众听觉上的厌烦情绪 (节目切换时需要不停的调节音量的大小) 。根据相关的调查表明在相同接收条件下:
有线网不同频道间的伴音响度差达到26dB;
不同卫星链路传输的电视节目, 伴音响度差异最大达到了28dB;
同一频道的短时伴音响度差异近6dB。
由于唱片制作、电影节目制作对于声音的控制都有一定的动态范围, 且内容单一, 调音师固定, 且有专用的存储介质和音频压缩算法 (如DVD、电影胶带可以采用5.1声道) 来保证音质, 因此它们的单一的音频节目的音质效果能够很好地传递给观众。然而这种音频制作和传输方式在电视节目制作中将不复存在, 主要有以下几点不同:
由于电视节目的多样性, 包括电视剧、广告、娱乐自办节目等, 电视台只是负责购买电视剧和自身节目的制作, 广告一般交给广告公司制作, 然后将它们按照一定的时间表传送给电视观众, 这就导致了三方制作标准的不一致, 即使制作标准一致, 三方的调音师的个人响度感觉也不一致 (频道之间的响度不一致也是由于各个电视台之间的制作标准不一致造成的) ;
电视频道本身的限制:由于广播电视的技术参数限制, 电视频道的音频动态范围和码率远没有电影或唱片的大, 当电影在电视通道播放的时候必然存在电平切割等问题 (而单纯的电平切割会导致声音音质的损伤很大, 下一节人耳声学原理会详述其中的原因) ;
广告制作商为了提高其播放效果, 刻意提高广告节目的平均响度, 导致和其他节目平均响度差异过大。
由以上三条可知, 造成目前响度问题的关键是各个节目之间的平均响度值的差异和不适宜的音频响度处理方法。
3. 播出端加响度控制的必要性
电视节目包括制作、上载、播出、传输、终端接收。由于上一节所说的原因, 电视节目不可能或者暂时很难在制作上达到统一的标准, 电视台也没有足够的调音师对每个电视剧、广告节目重新制作符合播出标准的音频节目。然而, 随着人们生活水平的提高, 观众对电视节目的质量要求也越来越高, 时间紧迫, 在制作端很难马上制定统一的制作标准和相关技术人员的安排。在传输端 (即各地有线电视台或发射台) 和终端接收, 由于数量众多, 难以统一管理、统一标准。因此, 能够适应目前的电视节目响度控制现状, 迅速、低成本地解决电视节目响度问题的最佳位置, 应该是在播控中心的上载和播出端解决。播控中心是电视台电视节目的终端, 所有的电视节目都是从这里上载和播出, 在这里解决上述的响度问题主要有以下优势:
能够对全台的电视节目统一响度控制标准;
数量庞大的传输端和终端不再需要处理响度问题, 一劳永逸。
二当前播出端响度控制方案
根据以往广播电视播出规范, 播控中心播出的音频节目电平必需在规范规定的范围之内, 因此播控中心目前对节目响度控制的方式主要是宽带处理和实时视频流子带处理两种方式, 而基于元数据和文件式处理是将来响度控制解决方案的趋势。
1. 宽带处理
宽频带处理是一种最直接、简单的、最常用的音频处理方式, 和普通观众家里电视机音量按钮的使用和原理相似, 就是对音频信号频谱内的所有频率分量统一提升, 频谱相应曲线为一条直线, 和时间、频率没有关系。由声学原理可以知道, 人耳听到某个频率的声音的首要条件是音频的响度必需达到绝对听阈以上, 所以观众在通过音量调节按钮调节音量时是对声音的所有频谱成分进行相同的提升或降低, 这就造成了这样的听觉感受, 当调节音量增大时, 会感到声音更加圆润、饱满 (由于能听到更多频谱成分) , 当调节音量减小时会感到声音干涩 (听到的频谱成分减少) , 太大了又会感到声音浑浊 (高频成分增多) 。因此宽频带处理对节目的音质伤害最大, 节目的综合响度是由一段时间内所有频谱响度的共同贡献, 这种“一刀切”的办法显然不能适应当前提供高质量视音频节目的要求。
2. 实时视频流多频带处理
根据人耳的声学特性, 宽频带处理方式已经无法满足音频处理的要求, 当前主流的实时处理方法是将一段时间的音频信号, 按照配置的响度范围, 再根据等响曲线按照频段来提升或降低响度范围, 具体流程如图1。
该处理方法相对于宽频带来说主要有以下几个优点:
仅仅对超出预置响度范围的频段分别提升或降低响度, 避免了大范围 (相对于全频段) 响度的提升, 对音质影响较少;
采用响度曲线和最新的ITU-R BS.1770[1]提供的计权曲线来提升响度和响度测量, 比以往的电平提升要精确;
取样时间很短, 反应迅速。
主要缺点如下:
由于取样时间短, 缺乏对整体响度控制的把握, 即只能降低响度的变化率, 而不能保持原有响度波形结构;
对于不同类型的音频节目只能采用相同的响度处理方式, 对于综合频道来说是不适合的;
实时音频处理, 值班员无法知道处理后的情况, 也就无法预知可能带来的播出风险。
3. 基于音频元数据响度处理
杜比元数据音频处理是杜比公司自行开发的音频响度处理方法, 核心是在AC-3的码流中嵌入元数据, 包括该段音频信号的对白电平, 动态范围等音频参数, 后续处理器根据提供的对白电平和观众所需要的音量大小以对白电平为基准, 分频段调节音频响度和音频动态范围, 这个过程被称为对白归一化。如果广电行业所有的音频制作都遵循这一标准, 那么该方法不失为一套比较完美的方法, 但是从目前我国广电行业的运作模式和实际情况来看, 要想大规模地全部采用杜比数字的音频标准和制作尚有一定的困难, 主要原因是目前主要频道还都是普通的单声道播出, 节目制作调音师的水平不齐, 支持杜比数字的设备比较少。因此该方案对目前大规模迫切需求改善音频质量的广电行业来说还不适用。
4. 基于文件式处理的响度控制
杜比数字处理音频响度而又保持其音频信号质量的得天独厚的优势是定义了元数据中的对白归一化, 使得所有的节目有一个统一的参考标准, 然而又受制于该标准的普及。因此基于文件式的音频响度处理方案产生了。
(1) 文件式处理流程原理
基于文件式处理的主要思路是测量单条节目的平均响度, 然后将该音频节目的整体平均响度根据分频段处理提升或降低到预先设定的响度上, 达到与其他节目同一响度水平上, 从而消除节目之间的响度跳变。具体处理流程结构如图2。
(2) 相对于实时视频流子带处理的优势
基于文件式处理方案是响度控制处理的另一种方式, 由于是对整个完整段音频文件的处理, 平均响度的概念类似于杜比的对白, 因此第一次处理是整体提升响度, 而没有破坏该音频文件本身的响度结构, 第二次处理只对超出响度动态范围的部分进行处理, 因而对音质损害较小。换言之, 基于流式的实时处理方案, 只能降低响度的变化率, 而不能保证响度的整体结构和层次感。图3是一段音频节目经过实时响度处理和文件处理后的响度图。
由图3可以看出文件化处理可以保留原有数据的响度变化, 而实时处理只会使响度变化趋于平缓。如圆圈1中, 实时处理结果的动态范围大大减少。圆圈2中响度波形变得平滑。圆圈3中实时响度波形完全不能适应响度的变化。
实测结果证明相对于实时处理文件化处理有如下优势:
整体响度结构保持完整, 对音质损害较小;
听众所关心的响度问题主要是节目与节目之间平均响度的变化, 而不是节目类应有的动态范围的变化, 平均响度相同则无需再手动调节音量;
实时处理无法解决综合频道中新闻、歌曲、电视剧统一的响度处理配置, 而文件化处理可以通过文件的元数据对新闻、歌曲、广告做不同的处理;
由于是非实时处理, 播出前可观测到响度控制效果, 提前处理, 提高安全播出。
三播控中心响度控制系统设计
1. 设计思路和遵循的主要原则
基于视频流处理的响度控制, 一般在播控系统切换台前后处理音频信号, 这种处理方式处理迅速但也存在风险, 值班员很难第一时间发现处理的问题, 即使发现信号也已经播出, 无法阻止错误信号的播出, 存在很大的安全播出隐患。基于文件的响度控制处理方式可以很好地解决这一问题。由于文件处理是非实时处理, 且处理速度可以超过文件上载速度, 通过配置处理服务器的数量, 也可以同时进行多个文件处理。
播控中心是全台所有频道的播出分发平台, 要处理的节目量大, 且不容出错, 响度控制系统设计主要注意以下几点:
系统扩展方便, 能够适应大量节目同时处理;
系统安全可靠性, 无单一崩溃点;
流程上应该在节目上载后, 审看前, 能够在播前审看, 杜绝播出事故;
根据文件内容, 动态响度处理;
支持通用的MXF文件格式。
2. 播出端基于文件响度控制系统设计
如图4所示, 系统由两台管理服务器、两台交换机和若干台响度处理机以及相关工作站和视频存储系统组成。管理服务器负责接收工作站来的任务, 并决定由哪一台响度处理机去执行, 响度处理机去视频文件存储区获取视音频文件, 处理后送回视音频存储区, 任务完成。将管理服务器和响度处理机分开的主要原因是, 将管理功能和实际执行功能分开, 响度处理机可以灵活扩展, 并且一旦出现故障, 可由管理机重新分配任务给正常的响度处理机, 不会引起任务的中断, 同时管理服务器的主备机制可以在主机宕机后完全接管主机的任务, 使得系统更加安全可考。
整个响度控制系统设计安全可靠, 可同时处理大量任务 (响度处理机的数量可随业务量增长而增加) , 无单一故障点。
四总结
随着观众对音频质量的要求越来越高, 而短期内又不可能从音频制作端完全解决节目之间、频道之间的响度问题, 通过本文的分析, 从长远上看, 笔者认为基于元数据的方法是未来音频制作的统一标准。而基于文件的响度控制处理方案比宽带处理和实时处理更能够适应播控中心的特殊环境和技术要求。本文最后给出了基于文件响度控制系统设计方案作为播控中心设计者的参考方案。
参考文献
[1]RECOMMENDATION ITU-R BS1770-1
大型高清电视转播车音频系统设计 篇8
音频系统的工作原理
大型高清电视台音频系统注重对现场调音台的调控, 现场调音台主要任务是对现场演出具体声音信号以及遇到大型体育比赛时应用到的国际声音信号的制作, 然后通过电缆, 将制作完成之后的声音信号传递到转播车内, 转播车内的工作调音台对电视节目制作中的开头、片尾等声音信号进行控制。
转播车内的通话系统由导控室与演播室的通话组成, 分为三种形式。一是视频信号通话, 强调一对一, 是摄像机和其本具有的控制器之间的通话, 导演可以通过视频信号内的通话系统, 实现对摄像师在取景过程中的控制, 并根据制作需要对摄像机画面提出具体要求。二是音频信号通话, 主要利用调音台的对讲功能通道完成通话, 导演和调音师的声音信号可以通过监听器或耳机传播给其他工作人员, 同样, 工作人员的声音信号也会利用相同途径传递给导演或调音师, 由于监听器都有扬声系统装置, 因此, 此过程必须在节目暂停时进行, 因为它会对正在制作中的节目进行中断。三是专用通话, 该通话主要应用于中、大型的演播室, 主要基于导演出于节目制作原因, 对摄像师的摄像、调音师的音频控制、技术人员的工作等分别下达指令。
音频系统的构建设计
大型高清电视转播车内的音视组成部分主要包括:摄像机及其控制器、调音台、视频切换台等。正常情况下, 视频系统若要保证正常工作, 需要三台摄像机共同合作, 其具体分工如下:一台负责正面取景, 两外两台负责两侧取景。若遇到大型体育赛事的节目制作时, 需要多加两台或以上, 只有保证摄像机的取景正常, 才可以保证画像质量。
1.节目制作流程
高清节目制作过程主要依托电视转播车, 转播车的主要作用就相当于可移动的演播场地, 它包括节目制作过程中能够运用到的所有设备, 可移动性强。对节目进行转播时, 会将转播车移动到现场, 将现场转播所运用到的相关设备放在恰当地方, 然后根据节目制作要求, 调节好摄像机光圈参数、黑白平衡参数等状态, 各项工作准备就绪后, 导演协调好现场, 平衡节目要求, 对字幕和特技以及摄像机彼此之间的信号切换进行处理, 以完成节目的现场制作。
2.音频系统的构建设计
(1) 转播车内的整体设备方面
高清电视转播车的对摄像机的要求比较高, 会根据节目的制作要求采用高清摄像机, 以满足对电视信号输出的高清和标清两方面的要求。导控室会负责制作出电视信号的高清和标清模式相混合的模式系统, 此过程中的录像机有必要选择具备多种格式的功能;然后对高清模式和标清模式进行上下矩阵式的排列组合, 通过变换器的转换形成一个连通的电路;电视墙的选择上也要注意标清监视器和高清监视器的数量要统筹规划好;可以只使用单台同步机, 并对这台同步机设置成高清和标清两个模块, 使得高清和标清在确保时间同步的基础上, 既包含高清模块, 又包含标清模块。
(2) 高清电视画面比例切换
高清电视节目对技术含量要求比较高, 这就使得一档节目中如果高清模式和标清模式被要求共存时, 电视画面的比例的转换问题要有强大的技术支持。我们所说的画面比例指的是宽高比例, 通常的高清宽高比例是16:9, 而标清宽高比例要求则是4:3, 在技术上会应用到:横向压缩技术, 对画面横向压缩可以全部利用到原本的图像和新比例下的显示范围, 但有一点不足就是会导致图像变形失真;上下加黑边, 这种技术可以确保原本的图像内容完整显示, 且不存在变形失真问题, 但是不能填满显示区;画面切边处理, 对画面两边进行切边处理, 往往会破坏图像的原本构图模式, 有不少电视台制作人员会对此方法加以改进, 减少切边的范围, 使之以13:9的比例播出, 更有甚者会改变原本图像的构图模式, 主要通过对比例进行预选设定, 然后左右或上下移动进行切边, 虽然处理过程会比较复杂, 但是播出效果相当不错。
结语
大型高清电视转播车的音频应该按照节目制作的具体要求, 进行合理有效的设计。在设备上应该确保配备齐全, 在技术上也应该做到位, 只有这样, 才能提高高清节目的制作水平。
OTL音频功率放大电路设计 篇9
音频功率放大器的作用是将微弱的声音电信号放大为功率或幅度足够大、且与原来信号变化规律一致的信号,即进行不失真的放大。音频功率放大器应用最广的是音响技术领域,用于扬声器的发声,是音响设计与制作中必不可少的一部分[1]。
本设计根据这种原理对比较小的音频信号进行放大,使其功率增加,然后输出。前级放大主要完成对小信号的放大,使用一个由电阻和电容组成的电路对输入的音频小信号的电压进行放大,得到后一级所需的输入。后一级主要是对音频进行功率放大,使其能够驱动电阻而得到需要的音频。
1 设计方法
1.1 设计思路
本文设计的是一种音频小信号功率放大器,设计中采用了OTL功放作为主要组成部分,通过前级放大电路与音频功率放大电路的结合,利用两次放大,从而实现音频信号的输出。前级放大主要完成对小信号的放大,使用一个由电阻和电容组成的电路对输入的音频小信号的电压进行放大,得到后一级所需要的输入。后一级主要是对音频进行功率放大,使其能够驱动电阻而得到需要的音频。本设计用到了两个晶体管:NPN、PNP各一支;两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。还用到了OTL功率放大器,这些是本设计的核心部分。
1.2 整体框图
系统整体设计框图如图1所示。
1.3 实施方案
采用一些电阻、晶体管和电容构成的音频功率放大器,电路图如图2所示。本电路图主要有前置放大电路和功率放大电路两部分组成。前置放大电路由一些电容、电阻、滑动变阻器、晶体管等元件构成。前置放大电路主要应用了负反馈。负反馈具有提高电路及其增益的稳定性、减少非线性失真、扩展通频带、改变输入电阻和输出电阻等功能。
OTL电路具有线路简单、效率高等特点,但要采用双电源供电,给使用和维修带来不便。为了克服这一缺点,可采用单电源供电的互补对称电路,这种电路又称为无输出变压器的功放电路,简称OTL电路[4]。NPN、PNP复合管可以对音频信号进行放大,获得很强的信号。
图2分立元件构成的音频功率放大器
(参见下页)
2 电路总设计
2.1 前级放大电路设计
本设计的前级放大电路主要运用到了负反馈电路。负反馈电路主要是防止放大电路过载。即当输入信号电流过大时,从放大后的输出端反馈给输入端一个负信号电流,用来抑制输入信号电流的继续增大。负反馈放大器的方框图如图3所示。反馈放大器由基本放大器和反馈网络两部分组成[2]。
2.2 功率放大电路的设计
输出功率较大的电路,应采用较大功率的功率管。大功率管的电流放大系数往往较小,且选用特性一致的互补管也比较困难。在实际应用中,往往采用复合管来解决这两个问题[3]。
在一个电子管的壳内装有两个以上电极系统,每个电极系统各自独立通过电子流,实现各自的功能,这种电子管称为复合管。复合管是指用两只或多只三极管按一定规律进行组合,等效成一只三极管,复合管又称达林顿管[4]。复合管的组合方式如图4所示。
(a)NPN管(b)PNP管(c)PNP管(d)NPN管
3 电路仿真性能测试
先利用函数信号发生器,将信号设置成电压有效值为5mV正弦波信号,然后连接到μi,将信号送入音频功率放大器。在喇叭的两端通过测试线连接到数字双迹示波器,接通电源后,观察示波器的波形,并记录输出功率的大小。仿真结果能够证明我们设计的正确性和有效性。
参考文献
[1]陈梓城.模拟电子技术基础[M].2版.北京:高等教育出版社,2007.
[2]姚福安.D类音频功率放大器的设计[J].山东大学学报,2003(6):667-669.
[3]张金柱.功率放大器的输出级电路设计与应用[J].山西电子技术,2008(3):30-31.
一种红外音频传输实验系统设计 篇10
1 红外音频传输实验系统总体设计
语音信号通过麦克输入, 经过同相放大器进行放大, 再经带通滤波器对放大后的信号进行滤波, 经红外发射管发射, 接收端由红外接收管接收, 经同相放大器放大, 带通滤波器滤波后再由功率放大器放大经扬声器输出。系统原理框图如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 中央控制模块
该文提出的红外音频传输实验系统采用STM32单片机作为中央控制单元。该款单片机资源丰富, 内部集成了AD、UART、SPI等常用模块, 抗干扰能力强, 运行稳定可靠, 其主频最高可达72M, 运行速度远远高于普通51单片机。使用STM32作为本系统的控制器可大大简化系统复杂度。
2.2 语音信号放大模块
本系统选用NE5532芯片作为语音信号放大模块核心器件。NE5532是高性能低噪声双运算放大器 (双运放) 集成电路。输入的语音信号需要经过同相放大器进行放大, 如图2所示。声音信号由NE5532的3脚 (同相输入端) 输入, 输出经R9和R10反馈回输入端。本系统选择R12=1K, R9=10K, R10为100K滑动变阻器, 从而实现增益可变。
2.3 有源带通滤波电路
图3为带通滤波电路, 其中R4、C6组成低通网络, C1、R6组成高通网络, 两者串联就组成了带通滤波电路。
2.4 红外通信模块
为使发射的功率较大, 发射距离较远, 选择9个红外发射管作为发射, 我们采用的功率较大的三极管TIP41。但该三极管的放大倍数过低, 因此需要在前级加一路放大, 用LM386的输出对三极管驱动, 又由于LM386具有很强的功率放大作用, 为了防止三极管饱和, 在LM386输入端加滑动变阻器对输入信号进行衰减, 这样就能很好地驱动三极管。如图4所示为红外发射电路, 图5所示为红外接收电路。
3 结语
该文提出了一种红外音频传输实验系统设计方案。通过实验证明该系统可以较好地完成语音信号的采集、处理、发射、接收、还原。满足电子信息类学生综合设计性实验的要求, 且成本低、易实现。
参考文献
[1]余义雄, 肖飞, 谭军一.基于调频技术的红外音频传输设计[J].电子制作, 2014 (5) :64.
