类比讯号的标准
声音器材制造者最喜欢拥有标准,甚至宣告标准,为何?规格可使他们产品优越于别人,
规格可使他们建立权威。这就是为什么会有这么多的他们所切划的”规格”!只要关切到类比讯号,
规格表一看,就有两个问题,+ 4 dBu 及_ - 10 dBv,各自为专业的及半专业的标准。
但是这些电平规划实际上代表着什么?硬要把它说到底,分贝单位,或是对数等数据就浮出台面,
又不能完全使人了解,更何况制造业者是希望能模糊这方面的数据,在这方面它们做得很好。
早期的标准是从电话工程方面源起,当所有的装备的输入及输出阻抗是其标准是 600 Ω,采用
1 mili Watt 作为在电话线上声音参考位准, 又1 mili Watt 很难形容,因此,当转换成为RMS( 有效 )
电压,在 600 Ω ( Power = Voltage2 / Resistance ) 测得 0 . 775 V 之值,表上 m 系指示1mili watt
参考值。
因此,参考点当做是 0 dBm,专业音响终究设定 + 4 dBm 做为标准校正水准,这就是在 VU 表上:
0 VU = + 4 dBm = 1 . 228 Vrms 指示零指示之水准。
现今音响工业不再采用 0 dBm 做为参考标准,而是 0 dBu,此项采用也就是 0 . 775 V 参考电压。
但是不再坚持任何特殊阻抗,各位看倌如要深入 dBm、dBv、dBu、dBV、dBW 可去收集早期的书籍,
总之现今规程的表明 dB = dBu =dBv = dBm、除非特别说明,在实用上又是何种意义?
其实如果你有一台讯号产生器,产生在输出表上显示 0 VU 其主要输出应该是测到 + 4 dBu或
1 . 228 Vrms。
大多数的专业装备期望此项的条件是链级之间正常的讯号传递重播电平量,其意思是我们改正输入 or
输出的电平位能,显示其经过讯号链之整体增益补偿 / 衰减时,不会过载或低于杂讯层,
可满足重播的适用条件。就消费者市场,为求其完整性,半专业电平标准采用 – 10 dBV 为非平衡号,
用简单价廉的电路做介面,此时参考点是 1 Volt rms取代 0 . 775 V ( dBV 之 V 是大写 )。
标准 – 10 dBV 电平量相当于 316 mVrms。
此相当于专业 + 4 dBu 参考水准 1 / 4 电压值,或低于几乎 12 dB,各位不难发觉高电平 Hi - Line
半专业的输出,皆不俱增益 or 衰减控制元件,廉价设备的 2 Trk in / out 也是直接的并接在总输入 / 出
的端点。许多工程师们喜欢类比讯号的一项特征是,如果你全力驱动设备的电平量,
在他们的增益电路上,声音的品质随心所欲地改变,.通常类比系统会渐行过载,失真变体,
随讯号成比例产生。然而,这只是一项特殊效应,针对耳朵它并不是恶劣到不可听,
通常我们会试着避开过载失真,最后,系统设计者共识创造一个安全的缓冲区,叫做
系统余裕 ( headroom )。它可以让讯号峰值高过正常电平,补偿其瞬时电平难以掌握的动作。
进入数位转换器
在数位音频的领域里,讯号过载并不像类比架构里,尚有音乐性隐约的参伴,过载在数位转换里,
他们是不被接受的!你马上会听到 ” P I ” ” PAI ” 非音乐性的突兀噪音,这是必须予以避开的,
从最早 DAT 出现,指示其讯号电平是以 dBFS( 分贝满刻度记录 ),这指示电平量的新方法规格
是由于数位转换电平量子化,其系统不能刻录讯号最高的波形振幅最大倍数,因此工程师决定
界定数位讯号参考点在其最大值,( 数位表头的最高读值 ) 是 0 dBFS,这 FS 代表满格值。
在类比系统中,因为电路架构的特性,自然成为类似所谓的缓冲区来迎合这随时不寻常节目音乐的
音量峰值,或瞬间的高电平。又呈对数比例的耳朵,在聆听时,再加上观看,这监视动态的仪器有
赖于一电压指示单位 : 音量 ( VU、Volume Unit ) 表原本早先是设计去指示个电平位准,
那是成比例的非常接近到感知的讯号源之响度,今日许多的 VU 表和 LED Bar Graphs 不再有正确
恰当的电表弹道学,这是由于价格的局限性,然而在混音平台输出的 VU 表和 LED Bar Graphs 是这个
操作员所必须依靠与相信的。
让我们讲述这到峰值输出电平位准与我们将用来设置增益架构的方面,因为 VU 表的移动是阻尼
( 衰减减幅 ) 去反应 ( 反射 ) 个讯号的感知的响度,它在指示瞬时峰值的工作上做的非常差,
这是为什么有许多使用了分离的峰值指示器的原因,峰值电平位准是超过在 VU 表所指示出的
电平位准之上的 15 到 20 dB,混音平台的设计者们,适切的意识到这个事实,并且在我们今天所用的
混音机上反应了这问题,顾及了 0 VU = + 4 dBu,并且在大多数的混音机具有 + 18 dBu 到 + 24 dBu
的最大值输出电平位准,各个的差异在最大值和 0 VU 之间的是 14 dB 和 20 dB,
这需要的 14 dB 到 20 dB 的余裕 ( Headroom ) 是为了对于平均值到峰值比的去避免波形切割的
安全性,如果你在节目内容内保持 VU 表指示大约在 0 VU 的位置处,则这些瞬时随变的峰值讯号,
将不会超过这个最大输出,因而避免混音机输出波形切割,然而由于刻意的将动态挚控于 0VU 上下,
输出虽不至于切割,却使得音乐动态没有起伏,这又不是我们想要的结果,因而允许瞬时万变的动态
电平,然后在大电平的输出又不会波形失真,
这由 0 VU ( + 4 dB ) 的位置到 + 18 dBu or + 24 dBu,之间有 14 dB or 20 dB 的缓冲空间,
实足足有余,又真对现场声音系统方面,绝大多数的扩大机产生满输出功率 ( Full Output Power ) 时
只需要 0 . 775 V到 1 . 545 V RMS 的输入讯号 ( 这是在 VU 表上的 0 dBu 到 + 10 dBu 或者 - 4 dB
到 + 6 dB之间 )。
0 dBu = - 20 dBFS ( 美规 ) – 22 dBFS ( 欧规 ) = - 4 VU = 0 . 775 V
+ 4 dBu = - 16 dBFS ( 美规 ) = - 18 dBFS ( 欧规 ) = 0 VU = 1 . 228 = 1 . 23 V
因为大多数的电子产品在波形切割之前能产生 6 . 153 V RMS (+18 dBu ) 或 12 . 275 V RMS (+24 dBu )。
而制造商为令其设备规程符合要求,大多数都能生产出比所订定的数据多更多的而没有失真切割。
因此,类比装备标准地提供 18 dB 或更高的缓冲区,似乎数位系统也以同样的方法建立对应此
缓冲空间。经过一段时间的标准演化后,美国采用的误差标准名义上,类比电平定置在 + 4 dBu 相当
于数位系统 – 16 dBFS。
( 相当于 0 dBu 等于是 – 20 dBFS 美规 ,在欧洲则订定标准在 0 dBu 相当于 – 22 dBFS ),如此一来
两套不同的电平指示才可相容再生播出。不管如何,你可以发现任一标准的混音平台的 channel
输入皆有一个 pad 20 dB,衰减按键,0 dBFS 的讯号接回 channel,然后衰减 20 dB,这时你把
channel 的音量推杆置于参考点 0,则刚好会是 + 4 dB 左右的输出。此项人为制造的缓冲区,
对瞬间过载提供合理程度的保护,但是一般说来,记录在数位系统资料的平均电平位准,
低电平档位约 – 12 dBFS,有关记录刻划品质,这并不是问题,特别是如果你正在一个 20 或 24 – bit
格式化工作,因此噪音底层将至少低于最小程式水准 84 dB。
事实上,这个方式简单地操作数位系统,构型极相似类比工作特性,但远比任何类比记录系统所获的
结果佳。
电平位能的掌握
当记录非预期的瞬时动态电平节目时,由 – 16 dBFS to 0 dBFS 之间的缓冲区容许误差是重要的,
它可能包括非预期的大量电平转换峰值。
然而,当此大的峰值电平量工作在可控制的后级功率放大系统方面,它是无需要的,( 如上述的 ) ,
它必须利用压缩或限制装置来约束这过多无害的转换峰值。不过就音乐制作刻录时,峰值电平值忠实
润饰所需的是大量的 ” 缓冲区 ” 动态电平,它可调整所有的音乐电平量至峰值,在取样上尽可能接近
最大电平量 0 dBFS ( + 24 dBu )。标准地讲法,音乐节目将其 A to D 的作业事实上,这所制定的
电平位置是一项制式流程。
从声音制作成 CD 的红皮书 ” Red Book ” 规格坚持取样的电平位能,应能达至 – 4 dBFS 之上,
它是一个正常的刻录作业,当我们已经见到 + 4dBu 类比输入将标准地产生一个 – 16 dBFS 数位讯号,
或是固定地到 + 12 dBu ( + 8 VU ) 标示在混音平台上,但是将仅可达到峰值数位电平约 – 8 dBFS,
直接地纪录在或 CD或 DAT ( 非持续讯号 ),比商业化 CD 将输出结果在持续讯号下予以记录好太多了。
因为在类比电路内动态讯号条件不足下,给予增益放大,那工作的噪音底层将跟着一起放大取得,
数位架构的噪音系数则比类比好,大多数价格便宜的工作台其声音大多是其指示表头已经超载全时程
停溜在表头的最大值上,然而如果你的A - D转换器是适切地装配在 + 4dBu 输出,
到-10 dBV 之间, A - D 转换器输入12dB电平之差异,将可让数位满格值记录讯号的设备,> 产生+ 8 dBu ( 4VU )工作台输出,对于类比数位的转换+ 4 dBu & -10 dBV 之间的接驳匹配,
希望各位看倌有所得,毕竟使用多高的取样或是多忠实的转换设备,动态的电平下取得一适宜的讯号,
还是离不开事先的位电平调整,输入 / 出阻抗的匹配,你说对么......
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