关于功放的正确调整及安全匹配音箱方法的计算及说明

254969084 · 发表于 2016-3-16 13:20:05

许多音频行业内的系统工程师，对于系统中专业的后级功放如何正确设置音量旋钮的位置都存在一些问题，各种理论应有尽有，一套系统中无论配置什么音箱、功放、调音台、及周边器材，最终功放的音量旋钮全部开到最大或者习惯的某个位置。这种设置有两个问题：第一是系统的安全性存在一定的隐患，第二是降低系统整体的信噪比。下面我们利用科学的计算方法来对系统进行测量及调试，保证系统即满足最佳的使用效率又保证工作在非常安全的区域。
我们的工作是扩声系统工程师，在保证系统各级之间匹配合理的基础上提供给终端用户具备平滑曲线以及极少声干涉的扩声系统，由现场调音师根据使用的需要进行艺术调整（相当于我们提供一张纯净而且无修饰底色的白纸，由艺术家来勾勒宏伟的蓝图）。
调整系统应分为两个步骤，第一步：系统电压校正，对扩声系统链路中所有设备的输入及输出端进行电压的校正,这样既可以有效避免信号在放大过程中不会因某些处理设备的最大输入电压小于上一级设备的输出电压，而产生的削波失真。而且可以对功率输出电压进行合理的设定从而真正意义保证整个系统的安全。第二步：声学缺陷校正，对系统的频响曲线、高通、低通、延时进行统一的物理校正。以上两个步骤要完全分开操作，不可混合操作。
一、开始之前大家必须了解几个系统搭配最为重要的几个参数：
Ø 功放的音量旋钮的意义：以POWERSOFT功放为例，旋钮的对应的dB的参数名称叫做（电压增益），电压增益表示的是放大电路对输入信号的放大能力，使用的表示方法是分贝表示法。dB值越大说明放大的能力越强，反之越弱。其计算公式为
dB＝20log（输出电压/输入电压）。
Ø 所有设备都具备dBu的参数，例如调音台的最大输入输出为xx dBu、数字音频处理器的最大输入输出xx dBu、功放的最大输入xx dBu，dBu名称为电压电平，利用电压关系所确定的电平称为绝对电压电平，简称电压电平，其计算公式为dBu=20log(电压/0.7746V)，此参数就是表示其设备可以提供最大不失真的输入输出电压是多少。这个参数对于设备之间的匹配连接是非常重要的。例如调音台的输出电压高于音频处理器的最大输入电压将会直接造成音频信号进入音频处理器时已经失真了。
Ø 计算音箱的最大输入电压，其公式为V=√功率X阻抗，已知音箱的参数可以计算其最大安全的输入电压是多少，这个参数相对于音箱的使用安全及稳定性是十分重要的。
Ø 正确掌握调音台的各种输入接口的定义（平衡低阻输入-----卡侬输入接口、平衡高阻输入-----三芯6.35输入接口、非平衡高阻输入-----RCA莲花输入接口）及各种接口的最大输入电压电平（高阻与低阻输入对信号电压的放大倍数是不同的，例如将输出电压较高的高阻线路输出电平接入调音台的低阻卡侬输入，会造成无论如何衰减电压增益，信号始终处于削波失真状态），首先保证调音台前端的信号源输出信号接口类型与调音台的输入接口类型相符合，而且音源设备的最大输出电压必须符合调音台输入的电压电平范围内。
二、测量需要的工具如下：数字万用表一块、SMAART软件一套或者信号发声设备及片源（发送各种频率的正玄波及粉红噪声）、示波器软件一套（调音台的电压电平输出显示灯在红区的情况下依然会有一部分预留不失真输出余量，每个品牌设计不同余量也不同，此设备的目的在于测量观察调音台在输出最大不失真波形，然后根据这个当前输出的状态测量最大不失真输出电压。同样很多调音台最大输出电压的参数是不计失真的，我们在使用过程中会有误差。如果没有此设备，也可以将调音台的输出电平调整到最接近峰值灯的位置，然后测量其输出电压，这种方法对于部分调音台会有误差，但在没有示波器的条件下也是非常可行的）、外置声卡一块、带log及根号的计算器一个。
三、需要的系统组成：测试设备（A&H I-live112 一台、A&H IDR32一台、EAW UX8800一台、POWERSOFT M50Q一台、EAW VFR159一台），根据该系统进行测算完成两种状态的设置，第一系统本底噪声忽略不计的情况下如何针对系统设置音频处理器的安全输出电压。第二要求系统本底噪音极低的使用场所，如何通过计算提高系统的信噪比。
四、具体操作测量计算步骤：
1、系统本底噪声忽略不计的情况下如何针对系统设置音频处理器的安全输出电压：
ü  首先确定A&H I-live112 配合A&H  IDR32，输入接口的物理参数是否与音源设备（声卡的输出）电压电平相符合，IDR32为XLR话筒/线路输入为一体化自适应结构接口，接入低阻话筒信号最大允许输入电平+32 dBu，高阻线路信号（25dB衰减）最大允许输入电平+22 dBu,参与测试的声卡高阻线路输出最大电压电平为9.3dBu，完全在调音台输入电压电平范围内，可以正常进行接入。
ü  计算EAW VFR159音箱的最大输入电压：输入电压=√功率X阻抗，
VFR159最大输入电压=√600W X8欧，VFR159最大输入电=69.3V。
计算结果VFR159最大输入电压为69.3V。
ü  测量功放的放大倍数，计算功放的电压增益：使用声卡与M50Q功放直接相连（功放音量旋钮旋转到最大），应用SMAART工具软件发送400HZ正玄波，利用万用表对其输入输出电压进行测量，一下是M50Q的实际测量3次的结果。（输入2.26V对应输出89.7V。输入1.44V对应输出57.5V。输入0.77V对应输出30.7V。）实测以上的结果我们计算M50Q的电压增益。
dB＝20log（输出电压/输入电压），
dB＝20log（89.7V /2.26V）
dB＝20log（39.69）
dB＝32
计算结果M50Q的最大电压增益为32 dB，
ü  计算功放旋钮旋转到最大，输出69.3V电压（VFR159的最大输入电压）时对应的信号输入电压是多少，这个数值就是UX8800输出的最大输出电压。
dB＝20log（输出电压/输入电压）
32＝20log（69.3V /输入电压）
1.6= log（69.3V /输入电压）
39.81=69.3V /输入电压
输入电压=69.3V /39.81
输入电压=1.74V
计算结果UX8800输出的限制器的最大输出电压应设置为1.74V。
换算成dBu为  dBu=20log(电压/0.7746V)
            dBu=20log(1.74V/0.7746V)
            dBu=2.22
计算结果UX8800输出的限制器的最大输出电压应设置为2.22 dBu。
严格依照以上的计算结果对系统进行设置保证系统工作在最大安全功率输出。
2、系统本底噪音极低的使用场所，如何通过计算提高系统的信噪比：
ü  应用 SMAART 工具软件发送 400HZ 正玄波，用示波器测试 A&H I-live112 配合A&H IDR32的最大不失真波形，然后测试实时输出电压，该电压为调音台最大不失真输出电压。测试方法将调音台的输出端推到 0dB，测试输入端推子推到 0dB 偏下的位置，将输入电压增益旋钮慢慢打开，调整到输出波形开始失真为止（此时输入端电压增益达到最大），随之回调到无失真状态。在将输入端推子推慢慢向上推，观察波形使其达到无失真的最大幅度（此时单路输出的电压增益达到最大）。在将总输出的推子慢慢向上推，观察波形使其达到无失真的最大幅度，此时调音台的总电压增益达到最大，输出电压电平为调音台不失真的最大输出电压。实际测量值为 6.17V。
ü  确定UX8800的最大输入电压电平是多少，厂家提供资料的参数为18 dBu（6.2V）,完全匹配来自调音台的输出电压，可以直接相连无需中间增加衰减器。
ü  确定功放M50Q的最大输入电压电平是多少，厂家提供资料的参数为17.8 dBu（6V），所以UX8800输出最大电压电平应设置在6V。
ü  计算M50Q在6V电压电平输入的状态下输出69.3V（VFR159的最大输入电压），电压增益应该设定到多少dB是正确的。
dB＝20log（输出电压/输入电压）
dB＝20log（69.3V/6V）
dB＝21
以上计算得出前端系统调整到最大无失真状态下输出电压电平设定为6V，功放M50Q电压增益调整为21 dB是最合理的。此状态系统安全且信噪比最高。
五、总结：
为什么要用正玄波信号进行系统校正呢？因为只有在正玄波的状态下可以测量其系统的准确固定电压。正玄波信号校正电压完毕后，利用粉红噪声信号（能量分布最接近实际音乐信号）对扩声系统进行微调（只需要对调音台的输入电压增益进行微调，略微增加3dB----6 dB左右）。对于现场没有声卡或者电脑的情况下，可以利用软件制作相应的音频频率文件的CD碟，通过CD碟片来对系统进行科学的校正。
   如何选择测试频率呢？如果是全频音箱，频率可以选择400HZ正玄波进行测试（400HZ的频率在示波器上的波形形状、谐波失真等相对显示的比较直观准确，方便我们进行分析）。如果是外置两分频或者三分频音箱，必须对音箱的每个频带分别按照以上的公式进行调整（例如三分频音箱必须计算高音、中音、低音分别的功率及最大输入电压，以及所对应的功放的电压增益来最终计算及测量，确保系统的工作安全），频率选择要根据音箱的高音、中音、低音的设计工作频率范围决定，建议在其工作范围中心位置比较准确。如果是低频音箱的测试频率选择在80HZ----100HZ相对比较理想。
   系统工程师由于各种原因，在现场没有条件使用示波器或者系统噪声很小，完全可以达到预期标准，无需观察调音台最大输出无失真波形，只需要系统合理搭配，确保系统安全稳定的情况下我们该怎样做呢？方法很简单，但必须有正玄波及粉红噪声的发生源或者CD片源，这个是系统校正的基础。发送正玄波信号到调音台单路输入，将单路输出推子与总输出推子推到0的位置（在此位置的情况下，输入信号经过电压增益放大后无失真，输出决对不会失真），慢慢打开输入电压增益，在输入峰值灯不会亮起的情况下，慢慢旋转到总输出电平指示到达最大（总输出电平指示峰值灯亮起时旋回一点点，使其熄灭），此时是调音台理论上的最大电压输出。在此状态下测量电压输出，依照以上的公式及方法进行计算调整，这种方法是非常简单准确的，您只需要告诉使用者，输入增益与输出电平不要超过峰值即可。
   国内大多功放面板旋钮最大值标称0dB,输入可以选择0.775V、1.0V、1.44V，这种标称方法的含义是(功放旋钮旋转到最大0dB的位置，如果输入选择0.775V，代表输入0.775V的音频信号电压功放输出将达到最大，同理可证1.0V与1.44V)。通过以上的测量方法同样我们可以计算该功放的电压增益是多少dB，也可以通过实际测量最终输出电压的方法来对系统进行校正，最终完成第一步系统电压校正。
      电压校正完毕之后就是第二步声学缺陷校正，首先合理及正确的摆位是非常关键的，它是扩声系统的物理基础。其次是低音与全频的延时处理、补声与主扩的延时处理、左中右及台唇音箱的延时处理。再次是利用参量均衡对系统的频响曲线进行细致校正，高通滤波器及低通滤波器对每只音箱的工作频段进行划分。最后对所有前端音源设备输出到调音台输入端的电压增益进行匹配，使其达到无失真状态下的最大值，效果器与直达声叠加比例的调整。
通过以上相对简单的科学测量及计算方法，可以即可保证系统的使用安全又可保证系统发挥应用的最佳性能。

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