2020年環(huán)境影響評(píng)價(jià)師答疑:降噪器的基本原理與應(yīng)用?

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問題：

降噪器的基本原理與應(yīng)用?

答疑：

降噪器(NOISEREDUCTION)作為模擬式磁帶錄凌晨中降低噪聲、擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的重要聲處理設(shè)備，在各種錄音室中了揮著重要的作用。

模擬式磁帶錄音中，需要消除的噪聲很多，如交流噪聲、聲軌間串音、磁帶復(fù)印雜音、剪接感磁噪聲、磁帶本底咝聲和系統(tǒng)調(diào)制噪聲等。其中，調(diào)制噪聲只在有信號(hào)時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，當(dāng)信號(hào)電平增加時(shí)，這種高頻噪聲也隨之增加。這種噪聲被稱為“背景”噪聲或“不平”噪聲，它是信噪比的主要限制因素。由于以上這些噪聲的影響和磁帶物理特性的原因，使模擬式磁帶錄音的動(dòng)態(tài)范圍受限于70dB左右，從而影響了整個(gè)錄音的質(zhì)量。

過去采用提高錄音機(jī)走帶速度的方法提高信噪比，帶速提高一倍，信噪比只改善3dB，不但收效甚微且很不經(jīng)濟(jì)。為了提高信噪比，使用壓縮器和擴(kuò)展器進(jìn)行處理可以達(dá)到降低部分噪聲的目的，其結(jié)果使節(jié)目中聲音較輕的部分和噪聲一起被壓低或被消除。遺憾的是，使用壓縮、擴(kuò)展技術(shù)(錄音時(shí)壓縮、放音時(shí)擴(kuò)展)存在著兩個(gè)難以解決的問題，首先，壓縮系統(tǒng)和擴(kuò)展系統(tǒng)在全頻及整個(gè)音量范圍內(nèi)難以保證準(zhǔn)確地跟蹤;其次，跟隨節(jié)目信號(hào)起伏的不平噪聲難以防止，搞不好噪聲會(huì)更加嚴(yán)重。

降噪器正是利用了壓縮(COMP)、擴(kuò)展(EXTERIOR)技術(shù)的基本原理，并且從技術(shù)上對(duì)時(shí)間、頻率、幅度等幾個(gè)方面作了處理與重新結(jié)合，經(jīng)過編碼記錄/解碼重放的過程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)降低噪聲及擴(kuò)展動(dòng)態(tài)范圍的突破，最大動(dòng)態(tài)范圍可在105dB，為提高模擬磁帶錄音質(zhì)量做出了貢獻(xiàn)。目前專業(yè)錄音使用的降噪系統(tǒng)有英國(guó)的DOLBY-A系統(tǒng)、DOBLY-SR系統(tǒng)、美國(guó)的DBX系統(tǒng)和BURWEN系統(tǒng)等。由于各種降噪系統(tǒng)內(nèi)部處理有明顯差異，且編、解碼不具備兼容性，所以無論經(jīng)過哪種降噪系統(tǒng)處理過的錄音磁帶，都不能在其他降噪系統(tǒng)中完好地放音。以上幾種降噪系統(tǒng)中，由于BURWEN系統(tǒng)價(jià)格昂貴，技術(shù)指標(biāo)又與DBX系統(tǒng)相關(guān)無幾，所以目前已停產(chǎn)。本文僅對(duì)廣泛應(yīng)用于專業(yè)錄音的的DOLBY-A系統(tǒng)、性能優(yōu)越的DOLBY-SR系統(tǒng)和別具特點(diǎn)的DBX系統(tǒng)的工作原理及特性進(jìn)行介紹。

一 降噪系統(tǒng)

降噪系統(tǒng)由于廣泛應(yīng)用于專業(yè)錄音，在70年代，已成為國(guó)際間交換錄音節(jié)目的磁帶降噪標(biāo)準(zhǔn)。在A系統(tǒng)的內(nèi)部有兩條并聯(lián)的通道，一條經(jīng)過線性放大器，另一條經(jīng)過差分網(wǎng)絡(luò)，在錄音時(shí)該網(wǎng)絡(luò)的輸出與“直通信號(hào)”相加，而放音時(shí)相減。差分網(wǎng)絡(luò)將全頻段分為四個(gè)頻帶分別進(jìn)行處理，降噪作用只發(fā)生在所需要的頻帶上。這四個(gè)頻帶的作用分別為：

(A)80Hz低通道濾波器用于處理交流聲和低頻隆隆聲;

(B)80Hz~3kHz帶通濾波器用于處理中頻噪聲和磁帶復(fù)印效應(yīng)雜音;

(C)3kHz高通濾波器用于抑制咝聲和調(diào)制噪聲;

(D)9kHz高通濾波器用于抑制咝聲和高頻噪聲。

濾波器的頻響特性。在每個(gè)頻段的濾波處理后，分別進(jìn)行線性限幅和非線性限幅處理。四個(gè)頻段濾波、限制的輸出配合方法是：在低電平輸入時(shí)(-40dB以下)對(duì)20Hz~5kHz的頻率逐漸增加增益;在5kHz至15kHz的頻段逐漸增加增益;在15kHz時(shí)，增益為15dB。如果輸入信號(hào)上升到+40dB以上，降噪就基本上不起作用了。擴(kuò)展器對(duì)高電平?jīng)]有影響，信號(hào)可以直通。如果其中一路信號(hào)電平上升，它的降噪作用就減小，但掩蔽效應(yīng)相對(duì)增強(qiáng)，因而呈現(xiàn)出的噪聲電平保持恒定。A系統(tǒng)正是利用了掩蔽效應(yīng)，把降噪作用限制在一個(gè)窄頻帶內(nèi)。每一頻段的輸入、輸出跟蹤誤差為±1dB。

在多軌錄音中，各聲道的輸入、輸出均專用一個(gè)降噪單元。每個(gè)降噪單元都保持靈活的處理狀態(tài)。當(dāng)磁帶通道進(jìn)入錄音狀態(tài)時(shí)，A系統(tǒng)就由它保持解碼處理狀態(tài)進(jìn)入編碼處理狀態(tài);當(dāng)磁帶通道進(jìn)入放音狀態(tài)時(shí)，A系統(tǒng)又會(huì)自動(dòng)改為解碼處理狀態(tài)。

在A系統(tǒng)放音中，對(duì)于未經(jīng)過編碼處理的節(jié)目磁帶，或其他系統(tǒng)處理過的節(jié)目磁帶，都可以用旁路(BYPASS)開關(guān)，使信號(hào)直接通過;對(duì)于其他系統(tǒng)編碼壓縮處理過的磁帶記錄信號(hào)來說，信號(hào)本身是不失真的，它的波形與原始信號(hào)相同，只是振幅改變了。所以，使用BYPASS功能，經(jīng)過均衡和電平調(diào)整是可以進(jìn)行縮混的。

系統(tǒng)對(duì)錄/放音誤差是非常敏感的，因此無論使用一臺(tái)錄音機(jī)完成錄、放音，還是利用兩間錄音室分別完成錄、放音，都強(qiáng)調(diào)錄、放音標(biāo)準(zhǔn)電平的校正。為適應(yīng)錄入與還出電平的調(diào)校，在錄制節(jié)目前，首先應(yīng)在磁帶上記錄不少與30s的測(cè)試電平信號(hào)，頻率選在400Hz或700Hz，電平指示OVU記錄。對(duì)于錄音磁平無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，只要測(cè)試電平與其后的節(jié)目電平適配既可。A系統(tǒng)只要在錄入與還出電平一致時(shí)，就能消除跟蹤誤差，保證聲音質(zhì)量。

二、DOLBY——SR降噪系統(tǒng)

DOLBY——SR系統(tǒng)于1986年初研制成功，它在系統(tǒng)概念上與A系統(tǒng)有共同之處，即當(dāng)輸入信號(hào)低于某一額定電平時(shí)，將信號(hào)相加來提升，輸入錄音機(jī);在放音時(shí)，再將先前被提升的信號(hào)相減來衰減，同時(shí)也衰減了磁帶上的噪聲，從而改善了信噪比，擴(kuò)大了動(dòng)態(tài)范圍。

SR系統(tǒng)與A系統(tǒng)的不同之處是，它在設(shè)計(jì)上有突破性的改進(jìn)。該系統(tǒng)與以電平高、低進(jìn)行抑噪的方法不同之處是，將時(shí)間、頻率、幅度三結(jié)合處理，經(jīng)編碼記錄/解碼重放的過程，使模擬式錄音機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展至105dB，且音質(zhì)純度極接近數(shù)碼錄音的高質(zhì)量效果，彌補(bǔ)了模擬錄音技術(shù)的缺陷，現(xiàn)實(shí)意義重大。

SR的基本工作原理是通過時(shí)間和頻率來改變音頻信號(hào)的幅度的，它根據(jù)噪音非線性變化的頻譜規(guī)律，將頻率分為高頻段及低頻段，并加上滑動(dòng)頻段(SLIDINGBAND)。經(jīng)過這種設(shè)計(jì)后，當(dāng)輸入200Hz信號(hào)時(shí)，SR系統(tǒng)編碼器后，SR系統(tǒng)即提升200Hz低電平信號(hào)，同時(shí)對(duì)高頻段與低頻段也有所提升，而高頻段比低頻段的增益更高，如圖2所示;當(dāng)輸入800Hz信號(hào)時(shí)，SR系統(tǒng)編碼所產(chǎn)生的傳送頻響曲線除提升800Hz外，同時(shí)對(duì)高、低頻段都有所提升，如圖3所示;當(dāng)輸入3kHz信號(hào)時(shí)，低頻段的提升較高頻段的提升為高。除時(shí)間、頻率兩者之外，SR系統(tǒng)尚以電平相配合，編碼器共有3級(jí)組成，每級(jí)分別處理-30dB、-48dB、-62dB的低電平信號(hào)。除-62dB級(jí)外，其他各級(jí)均分別設(shè)有由高、低頻處理、滑動(dòng)頻段處理組成的副通道部分(-62dB級(jí)只有高頻及滑動(dòng)頻率)。由于每一級(jí)都有獨(dú)立頻率處理以及滑動(dòng)頻段對(duì)高、低頻的分析處理。因此，SR系統(tǒng)能對(duì)800Hz以上的低電平信號(hào)(-62dB以下)，只有兩級(jí)同時(shí)工作提升，共提升+16dB;尚輸入信號(hào)是-35dB時(shí)，只有一級(jí)工作提升，提升+8dB，再經(jīng)過SR譯碼器作同樣原理衰減還原后，噪聲被抑制，而動(dòng)態(tài)范圍大大地被擴(kuò)展。

SR系統(tǒng)在使用上有以下優(yōu)點(diǎn)：

音響技術(shù)超級(jí)論壇(1)它適合于任何廠家及型號(hào)的錄音機(jī)和各種牌號(hào)的磁帶，無論用何種錄音機(jī)都不用調(diào)校錄入與還出電平，不存在編、解碼跟蹤失誤問題。

(2)容易安裝，全部外接無需特別調(diào)校。如已有DOLBY系統(tǒng)的360和361及M系列機(jī)架者，只需把主電路板更換一塊即可變?yōu)镾R系統(tǒng)。SR主電路板型號(hào)為CAT280。

(3)SR瞬態(tài)響應(yīng)特性極佳，沒有對(duì)時(shí)質(zhì)的夸張效果。動(dòng)態(tài)范圍擴(kuò)展很大，聲音純度高。對(duì)我國(guó)已經(jīng)引進(jìn)的模擬錄音系統(tǒng)技術(shù)改造有益。

三、DBX降噪系統(tǒng)

降噪系統(tǒng)和A系統(tǒng)一樣，也是一個(gè)互補(bǔ)系統(tǒng)，它用一對(duì)互補(bǔ)的壓縮/擴(kuò)展器在全頻帶范圍內(nèi)工作。

DOLBY系統(tǒng)是分幾個(gè)頻段對(duì)噪聲分別抑制，而該系統(tǒng)是通過預(yù)加重(PREEMPHASIS)和去加重(DEEMPHASIS)來滿足同樣要求的。饋送給壓縮器的信號(hào)經(jīng)過深度的“預(yù)加重”，提高了錄音節(jié)目的總功率;譯碼時(shí)，采用“去加重”就可使節(jié)目恢復(fù)原狀，高頻噪聲也同樣得到抑制。為了防止預(yù)加重的高頻信號(hào)過載，對(duì)壓縮器的邊信道也要進(jìn)行類似的預(yù)加重。因此，高頻錄音電平實(shí)際上是隨著頻率的增減而增減的。

DBX系統(tǒng)在500Hz~2kHz的頻率段預(yù)加重12dB，在12kHz以上穩(wěn)定在12dB。DBX系統(tǒng)利用了這樣一種規(guī)律，就是在一般節(jié)目中，聲功率大多數(shù)集中在低頻段，只有在音量很大時(shí)才會(huì)在高頻段出現(xiàn)大的聲功率。由于采用了預(yù)加重，高頻逐步地增加。

DBX系統(tǒng)以2：1的壓縮比進(jìn)行編碼、解碼，它在-90dB~+20dB區(qū)間工作，增益為1的工作點(diǎn)在0dB處，電平傳感器是用有效值檢波器來實(shí)現(xiàn)的，它根據(jù)輸入信號(hào)的均方根值確定所需施加的壓縮值與擴(kuò)展值，即用信號(hào)的總功率控制壓縮值與擴(kuò)展值，與各分量的相位無關(guān)，這樣即不會(huì)出現(xiàn)A系統(tǒng)對(duì)相位的敏感問題，同時(shí)又解決了壓縮與擴(kuò)展間的跟蹤問題，因此不需要調(diào)校錄音機(jī)錄入與重入的基準(zhǔn)電平。

音響技術(shù)超級(jí)論壇DBX系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)也注意到了人耳的掩蔽效應(yīng)，即存在相近頻率較響時(shí)，人耳對(duì)噪聲(指高頻調(diào)制噪聲)不敏感，因而具備了較強(qiáng)的降噪能力。DBX降噪系統(tǒng)可將高頻信噪比提高30dB。

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