杜比立體聲系統(tǒng)

AC-3與杜比環(huán)繞聲AC-3系統(tǒng)
AC-3是DVD中的音頻標(biāo)準(zhǔn)，它支持5.1聲道的環(huán)繞立體聲，即包括L（左）、R（右）、C（中）、LS（左后）、RS（右后）及一個(gè)0.1聲道的重低音，此重低音聲道頻帶較窄（3---120HZ），所以為輔助聲道，稱為0.1聲道。
AC-3是一種數(shù)字編碼方式，是一種柔性的音頻數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)。現(xiàn)在最常見的另一種使用數(shù)字編碼的節(jié)目源是CD唱片。CD唱片的數(shù)字音頻編碼方式為16bitPCM方式，采樣頻率為44.1kHz。由于這種編碼方式所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量太大，存儲(chǔ)和傳輸都既不方便也不經(jīng)濟(jì)，有時(shí)甚至是行不通的。例如：對(duì)于電視廣播來說，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，每套節(jié)目所需的頻寬就越大，在頻帶資源日趨緊張的今天，過寬的頻帶是不能允許的；又如：對(duì)于有形載體（激光碟、磁帶等），每種載體的記錄密度都是有限的（受當(dāng)時(shí)技術(shù)發(fā)展程度的制約），增大數(shù)據(jù)量就意味著縮短節(jié)目長(zhǎng)度。一張CD唱片的容量約為680MB，可以容納約1小時(shí)的雙聲道PCM數(shù)字音頻節(jié)目，節(jié)目容量將降為20分鐘左右，如果用來裝載未經(jīng)任何壓縮的數(shù)字視頻信號(hào)，節(jié)目容量將降至數(shù)十秒，這當(dāng)然是沒有任何實(shí)用價(jià)值的。因此需要開發(fā)一種新的編碼方式，它應(yīng)該使用較少的數(shù)據(jù)量，而又不會(huì)導(dǎo)致音質(zhì)的主觀聽感有明顯的下降。這種編碼方式被稱為“感知型編碼（Perceptual Coding）”，它以心理聲學(xué)原理為基礎(chǔ)，只記錄那些能被人的聽覺所感知的聲音信號(hào)，從而達(dá)到減少數(shù)據(jù)量而又降低音質(zhì)的目的。
AC-3把整個(gè)音頻頻帶分割成若干個(gè)較窄的頻段，各頻段的寬度并不完全一樣，因?yàn)槿祟惖穆犛X對(duì)不同頻率的聲音具有不同的靈敏度。由于有用信號(hào)被劃分成狹窄的頻段，編碼噪聲的濾降問題就比較容易，這是因?yàn)閷?duì)于每個(gè)頻段來說，該頻段以外的所有信號(hào)可以全部被濾除掉而不會(huì)損傷有用的信號(hào)。濾除了多余信號(hào)后的剩余噪聲信號(hào)頻率與有用信號(hào)的頻率非常接近，再通過掩蔽效應(yīng)（一條心理聲學(xué)原理：較強(qiáng)的聲音信號(hào)可以掩蔽臨近頻段中較弱的信號(hào)。換言之，如果在某一頻段中出現(xiàn)了一個(gè)較強(qiáng)的信號(hào)，那么該頻段中所有低于某一門檻值的信號(hào)都將被強(qiáng)信號(hào)掩蔽掉，成為人耳不可聞的信號(hào)，濾除這些微弱信號(hào)將不會(huì)對(duì)音質(zhì)產(chǎn)生不良影響。）將其濾除。可見AC-3編碼系統(tǒng)是一種非常有效的減噪系統(tǒng)。這些被分割成狹窄頻段的多路數(shù)字音頻信號(hào)最終還需被合成一路完整的全頻帶信號(hào)，但每一個(gè)頻段所占有的數(shù)據(jù)量并不是平均分配的，編碼器內(nèi)部有一個(gè)“聽覺掩蔽摸塊”，可以模擬人的聽覺掩蔽效應(yīng)，它能根據(jù)信號(hào)的動(dòng)態(tài)特性來決定：在某一時(shí)刻數(shù)據(jù)量應(yīng)如何分配給各頻段才是最合適的。頻譜密集、音量大的聲音元素應(yīng)該獲得較多的數(shù)據(jù)占有量，那些由于掩蔽效應(yīng)而聽不到的聲音則少占用或不占用數(shù)據(jù)量。掩蔽模塊和數(shù)據(jù)量分配技術(shù)是獲得高效率的關(guān)鍵技術(shù)，它能夠使有限的數(shù)據(jù)量攜帶更多的有效聲音信號(hào)，也就是意味著更好的音質(zhì)。
從技術(shù)角度來說，AC-3的動(dòng)態(tài)范圍至少可以達(dá)到20bit的水平，頻響范圍為20Hz-20kHz±0.3dB(在3Hz及20.3kHz處為-3db)，低音效果通道的頻響范圍為3---120 Hz±0.3dB（在3Hz及121 Hz處為-3dB）。采樣頻率可為32kHz、44kHz 或48kHz，比特率是可變的，最低為32kbit/s （單聲道方式），最高為640kbit/s，典型值為384 kbit/s（5.1聲道家用數(shù)字環(huán)繞聲系統(tǒng)）和192 kbit/s（雙聲道立體聲系統(tǒng)）。由此可以看出，它能適應(yīng)多種不同的需求。
在音頻處理技術(shù)上，杜比環(huán)繞聲是人們所熟知的，杜比環(huán)繞聲系統(tǒng)主要有三種，一種是普通的杜比環(huán)繞聲系統(tǒng)，只有3個(gè)聲道（L、R、S）；一種是杜比定向邏輯環(huán)繞聲系統(tǒng)，有4個(gè)聲道（L、R、C、S）；一種是杜比環(huán)繞聲AC-3系統(tǒng)，有6個(gè)聲道。前兩種系統(tǒng)是以2聲道的聲音設(shè)備來處理4聲道的聲音矩陣編碼處理法，屬于模擬信號(hào)處理方式，而第三種是采用了數(shù)碼AC-3壓縮技術(shù)。

家用THX環(huán)繞聲系統(tǒng)
美國(guó)?？ㄋ构驹诙疟榷ㄏ蜻壿嫿獯a器的基礎(chǔ)上推出了THX(電影院高保真音響重放系統(tǒng)),THX的目標(biāo)是使影院中重放聲正確地達(dá)到錄音棚制作時(shí)的音響效果,圖D4為一THX系統(tǒng)的框圖,可看出它與杜比系統(tǒng)的差別主要在于應(yīng)用了一個(gè)稱為"THX控制中心"的單元電路,通過圖D4我們可清楚地看出它與杜比系統(tǒng)的關(guān)系和聯(lián)系了,THX系統(tǒng)使用的軟件與杜比系統(tǒng)相同,因而其中必然有杜比解碼器,兩者區(qū)別在于THX系統(tǒng)對(duì)杜比解碼后的信號(hào)作了進(jìn)一步的加工處理,目的在于精確補(bǔ)償空間的聲學(xué)特性,校正主聲道與環(huán)繞聲道間音色上的不平衡等,從而保證杜比編碼的聲源節(jié)目能得到最忠實(shí)的重放.


數(shù)碼聲場(chǎng)重建系統(tǒng)--DSP(三維立體聲系統(tǒng))
這個(gè)系統(tǒng)的基本目標(biāo)是要讓人在家庭條件下聽到的聲音信息與現(xiàn)場(chǎng)聽到的"一模一樣".室內(nèi)聲音無非就是由直達(dá)聲和反射聲組成,然而由于它們?cè)跁r(shí)間,方向和強(qiáng)度等方面千差萬別,在現(xiàn)場(chǎng)聽到的聲音就變得十分復(fù)雜,要重建這些聲場(chǎng)就必須須掌握上述聲場(chǎng)的定量數(shù)據(jù).只要了解各反射聲的定量數(shù)據(jù)才能用電聲手段把它模擬出來,首先根據(jù)某音樂廳形體數(shù)據(jù)和它的各個(gè)界面材質(zhì)建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,然后確定好聲源位置和一定范圍的聆聽區(qū),運(yùn)用幾何聲學(xué)中的聲線法可以作出聲源在廳內(nèi)的各次反射聲的路徑,便可求出通過聆聽區(qū)的反射聲的方向和強(qiáng)度,根據(jù)各次反射聲的時(shí)間間隔便可得到反射的時(shí)間序列,這樣便獲得原始聲場(chǎng)的特征數(shù)據(jù).接下來用計(jì)算機(jī)模擬所得的數(shù)據(jù),運(yùn)用延時(shí)放大器和揚(yáng)聲器陣列利用聲源中的直達(dá)聲信號(hào)通過控制各延時(shí)器的延時(shí)量來模擬各次反射聲方向和強(qiáng)度與各反射聲的先后從而重建一個(gè)相似的聲場(chǎng).所以一些高級(jí)具DSP功能的AV功放內(nèi)部就儲(chǔ)存有十多種不同環(huán)境的聲場(chǎng)數(shù)據(jù),通過與杜比環(huán)繞系統(tǒng)配合營(yíng)造出十多個(gè)聲場(chǎng)模式.注意這是所輸入的聲源信號(hào)還是模擬信號(hào),所謂數(shù)碼的意思是指各聲場(chǎng)模擬數(shù)據(jù)在出廠時(shí)就由廠家將這些數(shù)據(jù)以數(shù)碼形式儲(chǔ)存在相應(yīng)的控制芯片上,當(dāng)調(diào)用這些數(shù)據(jù)時(shí),這些數(shù)據(jù)就會(huì)控制各輔助放大器的音量,延時(shí)量從而建立起相應(yīng)的聲場(chǎng)效應(yīng).
通過以上介紹,我們可知DSP的原理并不復(fù)雜,它的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)聲源沒有特別要求,但它的不足之處是不能反映聲源本身的演奏環(huán)境.

家庭影院的心臟----AV功放
　　AV功放是家庭影院的中樞。市面上有些模擬的AV功放，嚴(yán)格地說并無定向功能，只有采用杜比定向邏輯解碼器，才能使人們?cè)谟^看畫面的同時(shí)，真正能感受到一個(gè)與畫面同步的。動(dòng)態(tài)的聲場(chǎng)，產(chǎn)生多維空間的臨場(chǎng)感。當(dāng)然，所使用的音響軟件必須帶有DOLBYSURRO UND或THX調(diào)標(biāo)記。
　　目前市面上出售的定向邏輯解碼器分為三種類型： 純解碼器，機(jī)內(nèi)不帶功放，但含有定向邏輯解碼器芯片，可以輸出多個(gè)聲道的信息，包括左。中、右環(huán)繞（通常二路）重低音等。這樣用戶可以靈活選配功放，但配哪些功放也有講究，否則難以營(yíng)造理想的聲場(chǎng)效果。從這一點(diǎn)來看，越簡(jiǎn)單者反而要求越高。
　　帶有中置及環(huán)繞功放的解碼器，機(jī)內(nèi)不帶主功放、重低音功放，但各路聲道都有信號(hào)輸出端口，包括中置及環(huán)繞。這樣，主功放要外配功放，重低音可以配功放，也可以配有源音箱。中置和環(huán)繞可以選用機(jī) 內(nèi)功放，也可以外配。
　　這種機(jī)型適合于原來已有雙聲道功放的家庭，將自己的音響系統(tǒng)升級(jí)為家庭影院。也適合于音響發(fā)燒友提升器材的檔次，例如主聲道可以選配膽機(jī)等更高檔次的功放，以欣賞到悠揚(yáng)夢(mèng)幻般的聲場(chǎng)效果。
　　帶有全聲道功放的定向邏輯解碼器。由于受到整機(jī)的限制，其主聲道功放的功率不可能做得非常大，絕大多數(shù)采用集成電路制成，能滿足一般家庭之用。其中主功放功率在5OW左右，中置、環(huán)繞功率在3O一4OW，重低音功率在5OW以上。帶有這種解碼器的AV功放，用戶使用起來十分方便，只要配上相應(yīng)的音箱，再加上LD或DVD，大屏幕彩電即可形成影院系統(tǒng)，性價(jià)比較高。

論音響功放機(jī)
音響中的功放是整個(gè)音響設(shè)備中的關(guān)鍵部件,所以音響發(fā)燒友們都在其上不惜花費(fèi)人力物力財(cái)力進(jìn)行"摩機(jī)",在電源部分,電路的整體布局,用料等方面進(jìn)行不斷改良.本人并不是超級(jí)發(fā)燒友,充其量算是一位音響愛好者吧,為此在這里我就以一個(gè)音響愛好者的身份談一談我對(duì)音響功放的看法.
功放分膽機(jī)與石機(jī),先討論石機(jī).石機(jī)最初的功放為甲類功放,這類功放的功放管的工作點(diǎn)選在管子的線性放大區(qū),所以就算在沒有信號(hào)輸入的情況下,管子也有較大的電流流過,且其負(fù)載是一個(gè)輸出變壓器,在信號(hào)較強(qiáng)時(shí)由于電流大,輸出變壓器容易出現(xiàn)磁飽和而產(chǎn)生失真,另外為了防止管子進(jìn)入非線性區(qū),此類放大器往往都加有較深度的負(fù)反饋,所以這種功放電路效率低,動(dòng)態(tài)范圍小,且頻響特性較差.對(duì)此人們又推出了一種乙類推挽式功率放大器,這類功放電路其功放管工作在乙類狀態(tài),即管子的工作點(diǎn)選在微道通狀態(tài),兩個(gè)放大管分別放大信號(hào)的正半周和負(fù)半周,然后由輸出變壓器合成輸出.所以流過輸出變壓器的兩組線圈電流方向相反,這就大大地減少了輸出變壓器的磁飽和現(xiàn)象.另外由于管子工作在乙類狀態(tài),這樣不僅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的動(dòng)態(tài)范圍,使輸出功率大大提高.所以這種功放電路曾流行一時(shí).但人們很快發(fā)現(xiàn),此種功電路由于其功放管工作在乙類工作狀態(tài),所以存在小信號(hào)交越失真的問題,而且電路需使用兩個(gè)變壓器(一個(gè)輸出變壓器,一個(gè)輸入變壓器),由于變壓器是感性負(fù)載,所以在整個(gè)音頻段內(nèi),負(fù)載特性不均衡,相移失真較嚴(yán)重.為此人們又推出了一種稱為OTL的功率放大電路.這種電路的形式其實(shí)也是一種推挽電路形式,只不過是去掉了兩個(gè)變壓器,用一個(gè)電容器和輸出負(fù)載進(jìn)行藕合,這樣一來大大的改善了功放的頻響特性.晶體管構(gòu)成的功放電路有了質(zhì)的飛躍,后來人們又改良了此種電路,推出了OCL和BTL電路,這種電路將輸出電容也去掉了,放大器與揚(yáng)聲器采取直接藕合方式,直到現(xiàn)在由晶體管組成的功放電路,其結(jié)構(gòu)基本上是OCL電路或BTL電路.OCL電路與OTL電路不同之處是采取了正負(fù)電源供電法,從而能將輸出電容取消掉.BTL電路是由兩個(gè)完全獨(dú)立的功放模塊搭建組成,如圖C所示.IC1放大輸出的信號(hào)一部分通過IC2反相輸入端,經(jīng)IC2反相放大輸出,負(fù)載(揚(yáng)聲器)則接在兩放大器輸出之間,這樣揚(yáng)聲器就獲得由IC1和IC2放大相位相差180度的合成信號(hào)了.
不論是OCL或BTL功放電路,由于其去除了輸出變壓器和輸出電容器,使放大器的頻響得到展寬。與揚(yáng)聲器配接方面，當(dāng)功率放大器連接一個(gè)標(biāo)稱阻抗低于其額定負(fù)載阻抗的音箱時(shí),理論上將使輸出功率增加,但這是有條件的,功放必須有足夠小的輸出內(nèi)阻且必須有足夠大的電流增益,電源能提供足夠大的工作電流,否則不但不失真功率不能增加反而引致放大器性能下降。另一種情形是功率放大器連接一個(gè)標(biāo)稱阻抗高于其額定負(fù)載阻抗的音箱,這時(shí)似乎功率放大器會(huì)輕松些,其實(shí)也不盡然,如果放大器的電源電壓容量不夠大,重放時(shí)可能未到其額定輸出功率就發(fā)生電壓過載失真。另外揚(yáng)聲器音圈會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì),這個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)對(duì)揚(yáng)聲器的運(yùn)動(dòng)有阻尼作用,放大器的輸出阻抗對(duì)揚(yáng)聲器所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)有旁路作用,從而能有效地抑制揚(yáng)聲器的感生電動(dòng)勢(shì).

綜上所述,晶體管功放要得到好的放聲效果,就必須要有較低的輸出阻抗,較大的電流增益,電源方面要能提供足夠大的工作電流和較高的電源電壓且瞬態(tài)效應(yīng)好。
為了使放大器具有較低的輸出阻抗和較大的電流增益,功放的后級(jí)我們可用多對(duì)功率管并聯(lián)來實(shí)現(xiàn),并且選取耐壓值盡可能高的功放管,使其能適應(yīng)不同阻抗的負(fù)載.不過此舉就要增加推動(dòng)功率了,一臺(tái)好的功放對(duì)電源的要求的苛刻的,為了能提高瞬態(tài)響應(yīng)和提供足夠的電流整流管要采用大電流開關(guān)型整流二極管(有人稱為高速整流二極管),另外濾波電容要采用萬μF以上的.由于功放在工作時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電流達(dá)10安(視功放機(jī)的功率而定)以上,后級(jí)的接觸電阻和連線電阻均不能忽略,例如:電路存在0.1歐的交流阻抗,那么在10安電流的作用下就在其上產(chǎn)生1伏的交流電壓,這個(gè)交流電壓會(huì)藕合到前級(jí),輕則產(chǎn)生交流干擾,重則會(huì)使放大器產(chǎn)生自激而損壞功放管.我們?cè)S修過多臺(tái)大功率功放機(jī),因整流二極管接觸不良或?yàn)V波電容虛焊而造成燒壞功率管的.另外,由于大功率的功放機(jī)均具較高的增益,所以電源的去藕電路就非常重要,否則很容易產(chǎn)生交流聲干擾.一般的功放機(jī)均要兩級(jí)以上的LC濾波電路,且濾波電容的接地點(diǎn)的選取均有講究.最后就是電源變壓器了,現(xiàn)在的功放機(jī)其總體效率大概在50%--60%左右,所以所選擇的電源變壓器的功率的選取應(yīng)為: 擴(kuò)音機(jī)的最大不失真功率/0.5 例如:一臺(tái)最大不失真功率為100瓦的功放機(jī)其電源變壓器的功率應(yīng)是100/0.5=200瓦.另外為了減少電源內(nèi)阻和漏感對(duì)放大器的干擾,在電源變壓器的設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少每伏匝數(shù)和選用高磁通率的鐵芯.環(huán)牛(環(huán)形鐵芯變壓器)就是一種性能較好的變壓器.
在這里我還要提一提的是功放機(jī)的一個(gè)非常重要的參數(shù)---動(dòng)態(tài)范圍.我們知道現(xiàn)在高檔的數(shù)字化音源如CD機(jī),DVD機(jī)由于采取了高比特率的數(shù)字量化,其輸出的音源的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)90db以上較傳統(tǒng)錄音機(jī)（40--70db)大.所以,功放機(jī)如果沒有足夠的動(dòng)態(tài)范圍與之相配就很容易產(chǎn)生切峰失真（削波效應(yīng)）,在切峰失真的信號(hào)波形中包含了極豐富的功率能量很大的高次諧波成份,它們加入到音箱中,其能量就極可能超過揚(yáng)聲器的承受功率而令其燒壞。所以在功率放大電路中，為了防止放大器進(jìn)入削波狀態(tài)，在電路上都加入了負(fù)反饋電路。負(fù)反饋電路雖然有效地防止了削波的產(chǎn)生，但它也使信號(hào)產(chǎn)生線性失真（幅度失真）和非線性失真（相移引起）。半導(dǎo)體器件制造在今天已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，大動(dòng)態(tài)范圍的半導(dǎo)體器件已經(jīng)問世，在此前提下，人們提出了無負(fù)反饋功率放大器的概念，由于不存在負(fù)反饋，放大器的保真度將進(jìn)一步得到了較大的提高。
現(xiàn)在來談一談膽機(jī)（電子管機(jī)）以其音質(zhì)柔和悅耳而受眾多音響愛好者的追捧。它與晶體管不同之處有下面幾方面：1、晶體管的電路結(jié)構(gòu)比電子管復(fù)雜；2、晶體管的集電極電流基本上不受集-射電壓Vce的影響，而電子管的陽極電流和陽極電壓基本上符合歐母定律；3、晶體管易受溫度的影響，而溫度對(duì)電子管影響較少；4、晶體管工作在低電壓大電流狀態(tài)，因此對(duì)電源的要求高；而電子管工作在高電壓小電流狀態(tài)對(duì)電源的要求相對(duì)比較低；5、晶體管是電流控制器件，輸入輸出阻抗低，而電子管是電壓控制器件，輸入輸出阻抗高，因此電子管功放都必須要有一個(gè)輸出變壓器與負(fù)載匹配。由于輸出變壓器的電磁慣性和傳輸頻帶（特別是高頻段）變窄的原因，音頻信號(hào)被柔化了，聽起來音質(zhì)柔和（其實(shí)這并不是高保真）；6、電子管的過載能力比晶體管強(qiáng)，所以動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)比晶體管高，因而聲音聽起來比較悅耳。