均衡器的工作原理分析

2020-12-22 電子發燒友

  均衡器的原理

  均衡器(equalizer) 通信系統中,校正傳輸信道幅度頻率特性和相位頻率特性的部件。將頻率為f的正弦波送入傳輸信道,輸出電壓與輸入電壓的幅度比隨f變化的特性稱為幅度頻率特性,簡稱幅頻特性;輸出電壓與輸入電壓間的相位差隨f變化的特性稱為相位頻率特性,簡稱相頻特性。各種傳輸信道所傳輸的信號,一般由一些不同頻率的分量組成。在信號頻帶範圍內,若①信道的幅頻特性是恆定值;②相位φ隨f變化的特性是直線,可寫成

  ¢(f)=2πft+θ,t為常數;③θ(稱為相截)等於nπ,n=0、±2、±4、……,則信號波形經傳輸不產生畸變。條件①使不同頻率分量經傳輸後有相同的輸出輸入幅度比,條件②、③使其有相同的時間延遲。但實際信道常不符合上述條件,因而信號產生畸變。若畸變超過允許量,則要用均衡器對信道特性進行校正。

  均衡的要求與信號性質有關。由於人耳對相位不敏感,所以在傳輸模擬電話信號時,只對信道的幅頻特性提出要求。在傳輸電視信號時,對信道的幅、相頻率特性都有要求,否則圖像就失真。數位訊號基帶傳輸時,對幅、相頻率特性有要求,因為波形畸變會產生碼間幹擾而使誤碼率增大。數位訊號載波傳輸時,不對信道相頻特性中的相截提出要求,這是因為接收數字調頻信號時不需要相位參考,而接收數字調相信號時可以用載波恢復電路解決相位參考。這樣,載波傳輸時只對幅頻特性和時延頻率特性提出要求。

  

  聲音處理中Equalizer(均衡器)的原理

  均衡器的作用就是調節不同頻率的信號的強度。

  聲音作為一種波具有三個要素:幅度,頻率,相位。其中幅度決定了聲音的大小,頻率決定了聲音音調的高低。實際的聲音往往都不是單一頻率的波,而是有各種頻率的波疊加而成,從而形成了各具特色的聲音。

  y = Asin(wt+fi)+A0 (單頻率聲波描述)

  y = A1sin(w1t+fi1) + A2sin(w2t+fi2) + 。。。(實際的聲波描述)

  聲音的不同就在於不同頻率的聲信號具有不同的強度。而均衡器就是根據這個原理來實現的。

  均衡器能自動分離不同頻率的信號,並採取不同程度的放大或縮小,從而改變聲音的效果。目前均衡器既有硬體直接實現(如SAA7709的硬體Equalizer),也有軟體的實現方式(如千千靜音)。當然從原理上講既可以有處理模擬信號的均衡器,也可以有處理數位訊號的均衡器。

  均衡器一般把人能聽到的頻段範圍(20Hz-20KHz)分為多個頻段,對不同頻段的聲信號進行不同程度的放大或縮小(增益或負增益)。如千千靜音就分成了10個頻段。 SAA7709的硬體均衡器有20個硬體單元,採用2X10模式時,可以把聲音信號分成10個頻段(section),而採取4x5模式時,可以分成5個頻段(section)。

  音效均衡器EQ的原理

  在音響器材中,均衡器是一種可以分別調節各種頻率成分電信號放大量的電子設備,通過對各種不同頻率的電信號的調節來補償揚聲器和聲場的缺陷,補償和修飾各種聲源及其它特殊作用,一般調音臺上的均衡器僅能對高頻、中頻、低頻三段頻率電信號分別進行調節。

  嚴格地說應先要根據音響的頻響曲線用均衡器來校正成平直的,就是說音響的頻率響應曲線本來不是水平的直線,但是為了真實還原聲音,我們可以通過均衡器的調節把原來的曲線變成直線。但大多數朋友都沒這個條件,不知道耳機或者耳塞的頻響曲線,所以我們只能根據自己的聽覺來進行調節。

  首先來看看均衡器分段後的每個部分的作用:

  1. 20Hz--60Hz部分

  這一段提升能給音樂強有力的感覺,給人很響的感覺,如雷聲。是音樂中強勁有力的感覺。如果提升過高,則又會混濁不清,造成清晰度不佳,特別是低頻響應差和低頻過重的音響設備。

  2. 60Hz--250Hz部分

  這段是音樂的低頻結構,它們包含了節奏部分的基礎音,包括基音、節奏音的主音。它和高中音的比例構成了音色結構的平衡特性。提升這一段可使聲音豐滿,過度提升會發出隆隆聲。衰減這兩段會使聲音單薄。

  3. 250Hz--2KHz部分

  這段包含了大多數樂器的低頻諧波,如果提升過多會使聲音像電話裡的聲音。如把600Hz和1kHz過度提升會使聲音像喇叭的聲音。如把3kHz提升過多會掩蔽說話的識別音,即口齒不清,並使唇音「mbv」難以分辨。如把1kHz和3kHz過分提升會使聲音具有金屬感。由於人耳對這一頻段比較敏感,通常不調節這一段,過分提升這一段會使聽覺疲勞。

  4. 2KHz--4kHz部分

  這段頻率屬中頻,如果提升得過高會掩蓋說話的識別音,尤其是3kHz提升過高,會引起聽覺疲勞。

  5. 4kHz--5KHz部分

  這是具有臨場感的頻段,它影響語言和樂器等聲音的清晰度。提升這一頻段,使人感覺聲源與聽者的距離顯得稍近了一些;衰減5kHz,就會使聲音的距離感變遠;如果在5kHz左右提出升6dB,則會使整個混合聲音的聲功率提升3dB。

  6. 6kHz--16kHz部分

  這一頻段控制著音色的明亮度,宏亮度和清晰度。一般來說提升這幾段使聲音宏亮,但不清晰,不可能會引起齒音過重,衰減時聲音變得清晰,但聲音不宏亮。

  均衡器上也可以按照聽門極限的曲線圖來設置,這樣讓耳朵能最容易的感覺到聲音,這樣最自然最好! 如下圖,我們提升低頻和高頻的DB數。

  

  這樣讓低頻和高頻能夠很自然的被耳朵感受到,也就是說最佳的EQ設置應該和該曲線圖吻合。

  CD在錄製的時候是很好的記錄了經過編輯的音源信號的,在CD製作的時候就已經調整好了音效的,所以我們可以認為不需要補償。mp3就不一樣,在壓縮的時候,高中低頻三個部分會有損失,一般來說損失的是高低兩端,而中頻部分很大程度上保留了下來。所以我採取的辦法是通過對CD和mp3文件播放進行比較的方法調整。

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