音訊系統的基本教學與名詞解釋

音訊示意圖

▎訊號位準

目前在工程的應用上仍是以使用類比聲音訊號為主,因此在初階的說明中僅針對類比聲音訊號做說明。聲音訊號以強度(LEVEL)可以區分為線性(Line)與麥克風(Mic)二種。

  • Mic Level 是由麥克風發出的訊號,你對著麥克風說話而產生的聲波,造成麥克風的振膜震動,由於振膜震動相對比較小,而這種訊號是非常微弱的,也難以被辨識及處理,有一些麥克風自己有內建前級去放大本身的訊號,但輸出也都是在Mic Level的範圍。
  • Line Level是即使沒經過放大,也依然很強的訊號,又分為 Consumer及Professional兩個種類,Consumer是在-10dBV左右,像是CD播放器上會出現的訊號;而Professional則是在+4dBu左右,可在聲音處理設備的輸出上看見,例如:混音器、前級放大器以及訊號處理器。
音頻訊號範圍表

▎音訊設備的基本架構

音源設備 → 前級 → 音效處理 → 後級 → 揚聲器

  • 音源設備:可產生聲音訊號源的設備,包含各式麥克風和音訊播放器(例如:CD 唱片、AM / FM 諧調器…等)。
各類音源設備
  • 前級:輸入的音源因為種類與數量的不同,因此需要有放大 (增益) 與混音的需求,所以處理此部份功能的設備統稱為前級(前級處理器、前級混音器…)。
前級處理器、混音器
  • 音效處理:依據場地或使用的需求,聲音訊號在經過基本的增益與混合後,可能需要再做更多的處理,此部份涵蓋的設備有很多,常見的有等化 (EQ)、迴授抑制 (Feedback)、殘響效果 (Reverb) 、壓縮限制 (Copressor/Limiter)、分音( Crossover)…等。
音效處理器,等化器
  • 後級:一般稱為功率擴大機功率放大器,是將聲音訊號 (Line) 再做進一步的放大以產生足夠的電壓/電流去驅動負載(喇叭)。
功率放大器
  • 揚聲器:即俗稱的喇叭,有眾多樣式可以選用,主要是依據場地空間及需求選用。

▎混音功率擴大機

在考量降低設備成本與簡化設備架構的條件下,將前級與後級結合的設備於是產生,一般稱為混音功率擴大機或混音功率放大器,故名思義就是一台設備包含前置音源訊號放大與混合,再由內建的功率放大器輸出來推動喇叭。

  • YAMAHA / EMX2:具有 12 軌輸入(4×Mic + 4× Stereo Line),內建250W+250W(4Ω)的功率放大器。
  • TOA / A-1512BK:具有3組麥克風輸入與1組可切換的 AUX 輸入,內建120W(100V或4Ω)的功率放大器。
  • TOA / GA-1724:具有6組麥克風輸入與 3 組 AUX 輸入,其中 2 組麥克風輸入可切換為 AUX 輸入,內建 240W(100 V 或4~16Ω) 的功率放大器。
YAMAHA及TOA的混音功率擴大機

▎後級與揚聲器的搭配

後級功率擴大機依使用的型式可分為低阻抗 (2Ω/4Ω/8Ω) 與高壓 (70V/100V) 二種,相對搭配的喇叭也需依照擴大機的型式與功率使用。

  • 低阻抗 (2Ω/4Ω/8Ω):一般為雙頻道,多應用於立體聲而分為左/右聲道,單一頻道連接多顆喇叭時,需視喇叭迴路的阻抗要求做串聯或並聯,當喇叭迴路的阻抗低於擴大機可連結的負載阻抗時,將造成擴大機故障;而當喇叭需依當擴大機輸出功率大於喇叭可承受功率時,將造成喇叭損壞。
  • 高壓( 70V/100V):擴大機輸出為 70V/100 V 的電壓,電壓值隨聲音的大小變化,搭配的喇叭需內建高壓變化低阻抗的變壓器,只要推動的喇叭迴路功率不高於擴大機功率就可以多顆喇叭並聯下去,不需考慮並聯或串聯的阻抗問題,但是當喇叭迴路功率高於擴大機功率或喇叭迴路短路時則會造成擴大機故障。
低阻抗及高壓與揚聲器的連接法

▎傳送格式

類比聲音訊號的傳遞方式可以區分為非平衡式(Unbalanced)與平衡式(Balanced)二種: 非平衡線材在長距離傳輸時(例: RCA),因為只有正極帶訊號,在長距離情況下,容易引起電子干擾吸附雜訊。

平衡式傳輸(例: XLR)在傳輸時會將原波形反相,也就是將原波形巔倒過來,原波形(正相)由正極傳,顛倒波形(反相)由負極傳,正負極若是傳送中受到電子干擾產生雜訊,到了接受端時,反相波會再轉 180 度回來跟正相疊合,而反相的雜訊在經過 180 度後,變成雜訊的反相,和雜訊的正相疊起後就抵消了,如此,在傳送時比較不容易受雜訊干擾。

音訊平衡輸入波形

▎接頭型式

類比聲音訊號在傳送時所採用的接頭種類非常的多,初步僅針對常見的接頭型式做介紹:

  • RCA 早期30年代美國無線電公司 (Radio Corporation of America,RCA) 的收音機大多採用此種連接,因此得名,40 年代開始成為消費市場標準連接。也俗稱為梅花頭,最常看到的就是紅白色成對的接頭。RCA 通常成對地用於 CD 播放器、廣播接收機…等設備,用以傳輸非平衡信號。
RCA接頭
  • TRS 此款接頭可分為三個部份,分別為 Tip (尖)、Ring (環)、Sleeve (套),這也是命名的由來。也因為常用在連接耳機和麥克風,所以也稱作 Phone Jack,依 Ring (環) 數的不同可分TS、TRS、TRRS。依接頭尺寸來區分又分為 6.3mm、3.5mm 與 2.5mm,6.3mm 常應用於音響器材,3.5mm 則常用於耳機。
TRS接頭
  • XLR 由加州洛杉磯 Cannon 電子公司創辦人 James H. Cannon 所生產,屬於平衡式接頭,所以一般也稱 CANNON 頭。由於第一代命名為 Cannon X 系列,第二代加入彈簧壓鍵(Latch) 所以是 XL 系列,第三代加入橡膠接觸面 (Rubber) 成為 XLR 系列。
CANNON接頭


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