专业音响设备解密：频率均衡器的作用和种类

时间：2020-04-14

专业音响设备解密：频率均衡器的作用和种类
在剧场、会堂、歌舞厅等的专业音响设备中，除了节目源设备、放大器、调音台之外，还使用许多信号处理设备，以美化音色、提高音质、增强各种音响效果。所以，这些信号处理设备广义上说都是效果器。  
所谓信号处理，就是对声音信号进行加工、变换等。在专业音响中，信号处理或加工主要有如下方面。   
①幅度处理。侧重于幅度处理的设备有压缩器、限制器、扩展器、噪声门、降噪器等。     
②频率处理。侧重于频率处理的设备有均衡器、激励器、反馈抑制器、变调器、分频器等。     
③时间处理。侧重于时间处理的设备有延迟器、混响器等。     
在信号处理设备中，还经常遇到数字信号处理器(DSP)，它是采用数字技术的信号处理设备，可以看作卜述几方面的综合处理，并常以数字程序方式存储。通常，人们习惯上所称的效果器往往是指混响器或数字信号处理器。
一、频率均衡器的作用和类型 
频率均衡器在厅堂扩声中应用很多，其主要作用如下。     
①校正音响设备产生的频率畸变，既能补偿各种节目信号中欠缺的频率成分，义能抑制过重的频率成分。     
②校正室内声学共振特性产生的频率畸变，弥补建筑声学的结构缺陷。     
③抑制声反馈，改善厅堂扩声的质量。     
④修饰或美化音色，提高音质和音响效果。 
例如，在厅堂扩声系统安装完毕后，由于厅堂声学共振而使扩声系统(包括传声器、放大器、音箱、房间的传输特性)的频率特性曲线起伏很大，这时就可借助频率均衡器(房间均衡器)，通过提升(或衰减)由于厅堂对某些频率而造成的谷点(或峰点)，使总响应特性趋十平坦，这就是所谓的镜像均衡。对于存在声反馈的扩声系统，在均衡处理之前，要使扩声系统稳定，较大增益只能大到使频响曲线中的较大峰点接近自激之处。此时，除较大峰点附近很窄的频段外，人部分频段内的扩声增益都很低，常常不能满足使用要求。借助频率均衡器处理后，大的峰点被消除，频率特性变均匀了，使所有频率点的扩声增益都有相当大的提高。至于利用频率均衡器来修饰音色、提高音质是大家所共知的。 
四种类型频率均衡器曲线
均衡器按频率特性形状可分为四种类型，如图所示。图(a)为斜坡型(Shelving)均衡器的频率特性，这类均衡器又称架形均衡器，用于在宽的频率范围内对高频和低频进行提升或衰减，即通常所说的音调控制。它的特性变化较平缓，不适于对音色进行细微调节。峰谷(Presence)型均衡器的基本形式是单峰谐振特性，用于对某一频带进行提升或衰减，通常使用若干个谐振频率，如图(b)所示，可用来进行较细致的音色调整。     
多。目前较常用的是27～31个频率点的1/3倍频程频率均衡器。
上述均衡器都是中心频率固定而调整各点的提升或衰减的幅度。还有一种均衡器，如图(d)所示，其中心频率、Q值(对应于该中心频率的带宽)和提升(或衰减)幅度三种参数都分别可调，所以称为参量均衡器。这种参量均衡器的频率点较少，但它可在整个音频范围内方便、精确地进行各种节日信号的均衡处理，也可用来对某些频带大幅提升以形成特殊音响效果，或者用来大幅抑制某一频率点以滤除特定的干扰或噪声，又尽可能少地损失有用信号。近来，调音台中也大量采用参量均衡器或半参量均衡器方式。  
二、均衡器的主要技术指标  
(1)频率点数(段数)     
均衡器的中心频率设置如前所述，是有一定规律的，例如倍频程、1/2倍频程和1/3倍频程等。通常，频率点数越多，其频带宽度越窄，Q值越高。 
(2)均衡量     
亦即控制范围，它是指均衡器对中心频率所对应信号的较大提升量或较大衰减量，常用分贝表示。其规格有±6dB、±12dB、±15dB、±18dB等。数值越大，表示控制能力越强。 
(3)谐波失真     
通常要求谐波失真应不大于0.1%。  
(4)等效输入噪声级     
这是与信噪比相对应的指标。其值越小，信噪比越好。通常要求等效输入噪声不大于-90dB。     
(5)对于参量均衡器还有Q值和中心频率调整范围     
Q值又称品质因数。Q值越高，均衡器提升或衰减曲线越尖锐，带宽(频带宽度)也越窄;反之，Q值越低，带宽越宽。Q值调整范围通常在0.3～20之间。参量均衡器各中心频率调整都可以在一定范围内变化。通常频率点分得越多，其对应的中心频率范围越小，Q值越大，并且各频段之间应有过渡(或称相互交叉)的频率点。     
频率均衡器常见的专业级**产品有美国的UREI、ART、DOD，英国的Rebis、KLARK-TEKNIK，法国的SCV，日本的YAMAHA等。下面介绍日本公司生产的两种均衡器产品。
1.日本YAMAHA的Q2031A型双通道频率均衡器     
它是在20Hz～20kHz音频范围内的31段1/3倍频程立体声图示均衡器，其系统框图如图所示。各通道都有斜率为12dB的高通滤波器，截止频率为20～200Hz可调。开机后自动静噪3～5s，防止瞬间冲击对功放或音箱的损害。Q2031A型双通道频率均衡器的主要性能如下。     
频响：20Hz～20kHz，±0.5dB。     
谐波失真：<0.1%。 
噪声级：-96dB(EQ平直，位于0dB)。
增益控制范围：±12dB或±6dB。   
YAMAHA的Q2031A型双通道频率均衡器系统框图
2.日本SONY公司的SEQ-9型立体声图示均衡器     
SEQ-9型图示均衡器为双通道9段均衡器。该机可有多种节目源输入。输入灵敏度为245mV(-10dB)，输入阻抗为5kΩ。9个频率点为63Hz、125Hz、250Hz、500HZ、1kHz、2kHz、4kHz、8kHz、16kHz。它适用于剧场、会堂、歌舞厅等使用。SEQ-9型立体声图示均衡器的主要参数如下。     
频响：20～20000Hz，(-1.5～0dB)。     
谐波失真：<0.05%。     
噪声级：85dB。     
增益控制范围：±10dB或士5dB两挡。 
下面以YAMAHA 2031型均衡器为例，说明图示均衡器的使用方法。
YAMAHA 2031型均衡器的系统框图如上图所示(只画出一路)，其前面板如下图所示。 
YAMAHA2031型均衡器的前面板
各控制键说明如下。     
(1)电源开关键POWER ON/OFF。按下后，电源接通，相应的指示灯亮。再按一次，电源断开，指示灯熄灭。  
(2)范围选择键RANGE。用来选择图示均衡器的控制范围。该键在正常位置时，控制范围为±12dB。按下该键后，控制范围缩小，但控制精度提高。    
(3)高通滤波器开关HPF。用来选择是否在图示均衡器之前加入高通滤波器。在正常(抬起)位置时，高通滤波器断开，输入信号直接进入图示均衡器。按下该键后，高通滤波器接通，输入信号经过高通滤波器后再进入图示均衡器，这时左边的指示灯点亮。     
(4)均衡开关EQ。用来选择是否接入均衡器。该键在正常位置时，均衡器断开，输入信号不经均衡处理而直接输出，或者说均衡器被旁路。按下该键后，均衡器接通，输入信号经过均衡器的均衡处理后才输出，这时左边的指示灯亮。该键可以帮助我们比较均衡前后的效果有什么不同，或者需要迅速取消某种特殊的均衡效果时也是十分有效的。
注：有时该键的英文标记是：IN/OUT或BYPASS(直通)。
(5)输入电平控制钮LEVEL。用来调整本机的输入灵敏度，以适应不同信号源的输出电平。输入信号电平太低会降低信噪比，而输入信号电平太高又会导致过激失真。调节该钮，以峰值指示灯PEAK偶尔闪亮为佳。     
注：有时该键的英文标记是GAIN。     
(6)高通滤波器HPF。用来调节高通滤波器的转折频率，本机的转折频率在20～200Hz范围内连续可调，低于所选转折频率的信号将以每倍频程12dB的斜率迅速衰减。     
该功能的作用如下。     
①可以用来消除房间中的低频驻波。     
②消除演唱时的气流或风在传声器中引起的低频噪声。     
③减小各种原因引起的交流噪声。
(7)提升/衰减控制BOOST/CUT。用来控制各自对应中心频率处信号的提升或衰减幅度。置于中间时，对该频率的信号不提升也不衰减，向上推动该电位器，就会将其对应频率的信号加以提升;反之，向下拉电位器就是将信号加以衰减。事实上，这31个电位器所形成的曲线形状就是该均衡器此时的频响曲线。 
后背板如图所示，各插口和开关说明如下。
YAMAHA2031型均衡器的后背板
①输入插座INPUT。包含两个平衡式的卡侬插座和两个非平衡式的大二芯插座，可选用其中的一组输入。输入电平为+4dB/-20dB，输入阻抗为15kΩ。 
②输入电平选择INPUT LEVEL。有+4dB和-20dB两挡可供选择。根据前面所连设备的输出电平来设定，通常应设在+4dB挡上。     
③输出插座OUTPUT。包含两个平衡式的卡侬插座和两个非平衡式的大二芯插座，可选用其中的一组输出。输出电平为+4dB/-20dB，输出阻抗为150Ω。  
④输出电平选择OUTPUT LEVEL。有+4dB和-20dB两挡可供选择。根据后面所连设备的输入电平来设定。    
⑤、⑥是8脚输入变压器的插座和旁路开关，是专门为美国和加拿大机型设计的。     
三、均衡器的使用 
应用均衡器能美化人声或乐器声的音质，因此正确使用均衡器显得十分重要。为了正确使用均衡器，不仅需要掌握各类均衡器的性能和特点，还要熟悉音频各频段的音质特点，以及各种声源的基本频率范围。均衡器的不同频段对音质或听感的影响不同。根据试验和人们的经验，一般可将频段与听感的对应分成以下六个部分。 
(1) 16～60Hz(**低音) 
提升这一频段，给人以强有力的感觉。提升20Hz以下，可增加(如Disco)空气振动感;提升60Hz，可强化声音的力度，给人以震撼感，但过于提升会使乐器声浑浊不清。 
(2) 60～250Hz(低音) 
节奏声部的基础声，决定音乐的平衡，使其丰满或单薄。提升过多会出现“隆隆”声。其中提升100Hz可产生逼真的低音提琴重放效果。但对语言声，在100Hz以下衰减6～12dB可增加语言的清晰度。100～250Hz频段影响声音丰满度，但过多会使乐声浑浊，增大疲劳感。
(3) 250Hz～2kHZ(中音) 
包含有大多数乐器的低次谐波，影响音色。其中l～1.5kHz提升4～5dB，声音的亮度与层次均有所增进，音色既明亮又滑爽，对男声尤为明显。其中提升300～500Hz可增加音乐的力度，可使还原的人声更逼真，尤其330Hz给人以声音的坚实感，使低音柔和丰满。但330Hz提升过多，会产生“嗡嗡”的“浴室效应”。500Hz对力度影响很大，提升2～4dB便好像凑到听者面前发声一样，给人以亲切感和纵深感。提升1000—2000Hz，会发出金属声。 
(4) 2—4kHz(中高音) 
是人耳较灵敏的听觉范围，对声音明亮度影响较大，此段提升2～4dB，能增加人声的亮度，但提升过多时，特别是3000Hz会产生听觉疲劳，对中高频的层次感有所破坏。 
(5) 4～6kHz(高音) 
该频段为临场感段，可增加语言和乐器声的清晰度。适当提升该频段能使声音明亮**，有利于提高声音的清晰度和丰富层次。4.5kHz具有穿透力。5～6kHz以上如有明显衰减，会使声音暗哑无色彩。该频段响度过大会产生使人难以忍受的刺耳声。 
(6) 6～16kHz(特高音) 
该频段能整体控制声音的明亮度和清晰度，特别是在12kHz处，但过于强调该频率，会使语言产生齿音。该频段提升太多，易产生咝声，使声音刺耳。 
常用乐器与声音的均衡频率
总之，如果将整个声音频段的听感分为三段，则低频段重在浑厚与丰满度，中频段重在明亮度，高频段重在清晰度。一些常用乐器与声音的均衡频率如表所示。
以上介绍的主要是在录音、调音或节目录制中的均衡器使用方法，下面介绍均衡器在听音和放声中的使用方法。由于家庭影院和组合音响的发展与普及，本来用于专业音响的均衡器(如图示均衡器)也广泛用于家庭影院、录音机和组合音响中。图示均衡器或多频音调控制器在听音和放声中的使用一般如下。 
①收听调幅广播时，由于调幅广播的频带较窄，其高频较多只能放送到5～6kHz，因此适当地衰减100Hz以下和6kHz以上的频率分量，可以改善信噪比。 
②收听调频广播时，由于调频广播节目的频带宽、信噪比高，此时图示均衡器各频段推钮宜放在*平直位置或适当地提升高、低频，以充分发挥调频广播音质好的特点。 
③播放音乐节目时(如管弦乐曲)，可将低频(如60Hz或100Hz)和高频(如10kHz或15kHz)提升到较大，lkHz中频点不提升或稍微衰减，而300—500Hz及3～5kHz适当提升一些。从面板上推钮连成的图形来看，多频段图示均衡器的推钮呈“V”形，这样放出来的音乐层次分明，声音明亮，低音丰满。 
④播放*唱、合唱歌曲时，可将高频端置于正中位置，3～5kHz频段稍微衰减，100Hz和1000Hz频段稍微提升，300Hz频段提升至较大，这样可**歌曲的基础声部，使歌曲听起来增加了一定的力度和清晰度。若要使歌唱演员主音鲜明，主要调节1000Hz附近的频率，这可使主音有一种深度感。 
⑤播放语言节目时，一般与播放音乐节目时的调节相反，即1000Hz频段提升，300～500Hz和3～5kHz频段适当提升些，低频段和高频段一般不提升或稍微衰减，即从面板卜推钮连成的图形上看呈倒“V”形。这是因为语言的频谱集中在300～4000Hz，故卜述调整可提高语音的清晰度，并使背景显得安静。 
⑥播放磁带节目时，图示均衡器一般放在平直位置，或适当提升高频、低频分量。如果磁带噪声较明显，可适当降低高频段，以减少磁带本底噪声。 
当然，以上调节还要看节目的内容和各人的爱好而定，此外还要考虑音响设备和音箱的特性以及听音房间环境的声学特性的补偿等。

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