第5章家庭音响系统1.ppt

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1、第 5 章 家 庭 音 响 系 统 第5章 家庭音响系统5.1 家庭家庭AV系统系统5.2 家庭影院系统家庭影院系统5.3 家庭影院的布局与调校家庭影院的布局与调校 习题五习题五 第 5 章 家 庭 音 响 系 统 5.1 家庭家庭AV系统系统 家庭AV系统是一种老式的提法，这种提法有一种相对狭窄的内涵，即在一套简单的音响系统的基础之上（其定义强调这套音响系统只有一台功放和一对音箱，最多再加上一台卡拉OK机），加上一台视盘机和一台电视机。图5-1所示就是一种基本的家庭AV系统框图。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 图5-1 家庭AV系统框图 功率放大器卡拉OK机RLTVVIDEOLRRLAU

2、DIO影碟机第 5 章 家 庭 音 响 系 统 5.2 家庭影院系统家庭影院系统 5.2.1 环绕声系统环绕声系统 所谓环绕声，就是使音响设备在听音空间产生一种三维声场，使听者产生一种被声音环绕着的感觉，以便产生强烈的空间感和临场感。而杜比环绕声系统是由美国杜比实验室于20世纪80年代初研制而成的环绕声处理技术。经过不断的改进，杜比实验室先后推出了“杜比环绕声系统”（DLOBY SURROUND SYSTEM），即AC-1，“杜比定向逻辑环绕声系统”（DOLBY PRO-LOGIC SURROUND SYSTEM），即AC-2和“杜比数字环绕声系统”（DOLBY SURROUND DIGITA

3、L），即AC-3。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 1 杜比环绕声系统杜比环绕声系统 杜比环绕声系统是将现场录音的四声道（左L、右R、中C、后S）音频信号经编码成为两声道信号，以便能用普通双声道录音卡座录音，并能与双声道立体声兼容，使家用录像机和VCD光盘能方便地录制这种编码后的双声道信号，而在重放时再利用解码器将双声道音频信号还原成四声道音频信号的系统。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 图5-2 杜比环绕声编码原理框图 3 dB低 通降 噪3 dB9090LDRDS(后)R(右)C(中)L(左)第 5 章 家 庭 音 响 系 统 从图中可见，对于主声道的L和R声道不作处理，主要是将中央声

4、道C和后方环绕声道S混合到两个主声道中去。中央声道的处理较简单，将其衰减3 dB后混合到L和R声道中去即可。对于后方环绕声道，先用一个7 kHz的低通滤波器滤掉7 kHz以下的音频信号作为环绕声，接着进行降噪处理，提高其音频质量，再将其衰减3 dB，之后分成两路，送到L声道混合用的一路进行相位超前90处理，送到R声道混合用的一路进行相位延迟90处理。这样，就将四声道信号变成了双声道信号uLD和uRD，其中，LD和RD分别表示经杜比环绕声处理后的L声道和R声道。其关系式为 第 5 章 家 庭 音 响 系 统 SCRRSCLLujuuuujuuuDD7.07.07.07.0式中，0.7为的近似值，

5、是将C和S信号衰减3 dB后换算成电平比的系数，j表示移相90。2/2 杜比环绕声解码原理框图如图5-3所示。其原理是通过矩阵电路从信号uLD和uRD中解出中央（C）音频信号uC和后方环绕（S）音频信号uS。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 图5-3 杜比环绕声解码原理框图 矩 阵延 迟低 通降 噪LDRDLCRS第 5 章 家 庭 音 响 系 统 矩阵电路的作用如下式所示：RLSRLSRLCRLCuuujuuuuuuuuuDDDD4.14.1RLSSRLCCuujuuuuuu7.07.07.07.0 C和S是为了与原始的C和S相区别，在一般表达式中，为了将C和S的系数用1表示，只要分别将C

6、和S衰减3 dB，这样uC和uS便可表示为：第 5 章 家 庭 音 响 系 统 因此，编码和解码方式虽然解决了用2声道来记录和传送4声道信号的问题，但解码输出的4声道信号却不是原来那种纯净的4声道信号了。在L和R声道信号中混有差3 dB的中央声道和后方环绕声道信号，在中央声道和环绕声道信号中又混有差3 dB的L和R声道信号，这就产生了串音信号，其结果大大降低了左、右声道与中央声道的分离度以及左、右声道与后方环绕声道之间的分离度，使其分离度仅为3 dB，严重影响了声像定位。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 对于家庭影院而言，环绕声有举足轻重的地位，因此，一定要想办法提高左、右声道与后方环绕声的

7、分离度。其方法是：先对环绕声道信号进行延迟处理，根据人耳的听觉特点，先到达人耳的声音会被当成音源（哈斯效应）。于是，前方左、右音箱的声音就建立了前方声道的定位性，经延迟的后方环绕声而后到达人耳，两者之间就分开了，分离度也得到了提高。根据房间的大小和前后的距离，此延迟时间一般在1530 ms并可调，以便获得最佳的效果。又因为串音特别容易发生在高频段，对于人耳，高频串音先经低通滤波处理，将环绕声的频带限制在7 kHz之内，经低通滤波处理后，既减少了高频串音又不影响环绕效果。最后进行降噪处理，因为后方环绕音箱一般比较接近视听者，故同样幅度的噪声对视听者的影响也更大，通过降噪电路可将噪声连同串音降低约

8、1/2，这样便提高了环绕声的质量。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 2 杜比定向逻辑环绕声系统杜比定向逻辑环绕声系统 杜比定向逻辑环绕声系统是杜比实验室对杜比环绕声系统进行改进后的环绕声系统。它与原有的杜比环绕声系统相比主要有以下改进：采用了自适应矩阵代替原有的固定式矩阵；增设中置声道和中置声道模式控制电路。图5-4是杜比定向逻辑环绕声系统的原理方框图。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 图5-4 杜比定向逻辑环绕声系统的原理方框图 延 迟低 通降 噪自适应矩 阵中央模式控制器LDRLSCRLCRLS第 5 章 家 庭 音 响 系 统 在杜比环绕声系统中采用的固定式矩阵的功能仅是为了得到后声

9、道（环绕声）信号S。而在杜比定向逻辑环绕声系统中采用的自适应矩阵具有非常完善的功能，它可以根据输入的杜比编码信号中的L、R、C、S信号的强弱状况，从中检出占优势方向的信号，并以对数方式加强优势方向信号，这样就可使信号中的主要声像定位非常明确。因此有人将这种自适应矩阵电路称为“方向性增强电路”。这种方向性增强电路可使杜比信号的相邻声道分离度从原有的3 dB提高到30 dB甚至40 dB。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 在杜比环绕声系统中，前方中间声道是可用可不用的。从前面的分析来看，不用中间声道还有提高声道分离度的作用。实际上，中间声道对影视片中的人物对白的定位起非常重要的作用，特别是当我们

10、有时可能坐在偏离“最佳听音位置”上观看电视节目时。在杜比定向逻辑环绕声系统中，由于自适应矩阵电路的应用，提高了相邻声道间的分离度，因而也克服了杜比环绕声系统中采用中间声道带来的问题。但由于杜比定向逻辑环绕声系统毕竟是在杜比环绕声系统的基础上改进而来的，因此它和杜比环绕声系统一样，其后置环绕声道S不是全频域声道，其频率范围为20 Hz7 kHz。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 中置声道模式控制电路的作用是对中置声道信号进行适当的控制，以适应不同场合的需要。在使用杜比定向逻辑环绕声系统的家庭影院系统中，有时因为场地或器材等原因，会遇到不用中置扬声器，或只能使用小型中置扬声器或用大型中置扬声器的

11、情况。为了使在上述的各种情况下都能获得较好的环绕声效果，杜比定向逻辑环绕声解码器中设置了中置声道模式控制电路。一般的中置声道控制模式有三种：第 5 章 家 庭 音 响 系 统 (1)幻像（PHANTOM）模式。幻像模式即是不用中置扬声器箱的模式。这种模式是将中置声道信号均匀地分配到左、右声道中，使中置声道信号从左、右声道放送出来。这种模式适合于听音面积较小的空间，虽省掉了中置音箱，但由于采用了方向性增强电路，仍能对实际存在的中置声道的声像进行较好的定位。该模式虽是杜比定向逻辑环绕声三种模式中效果最差的一种模式，但与前面的杜比环绕声相比，其效果仍然好一些。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 (2

12、)普通（NORMAL）模式。普通模式也是家庭影院系统最常用的模式，它适于一般家庭影院系统采用小型中置扬声器箱且听音面积不太大的情况。在该模式下，100 Hz以下的低音信号只送到左、右两个主声道，而不送到中置声道。中置声道中加入了100 Hz高通滤波器，这使中置声道扬声器只放送100 Hz以上的信号。(3)宽带（WIDE）模式。宽带模式实际上是将中置声道信号保持原状输出，既不经高通滤波器，又不将信号分配到主声道。这种模式要求中置声道扬声器箱具有较宽的频响，特别是能重放低频信号。因此，选择宽带模式应使用低频重放性能好的全频带中置音箱。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 从以上的介绍可以看出，杜比定

13、向逻辑环绕声系统由于采用了动态矩阵解码电路（即方向性增强电路），可以对主要声源（即占优势方向声源）产生一个清晰的声像，因此它对影视片中人物的对话、环境效果等的再现特别有效。但是，对于重放大型交响乐等的同时有许多声源发声的情况，由于优势方向声源不突出，杜比定向逻辑环绕声系统难以发挥作用，可能会出现声像定位不稳定的情形，故此时需要关掉环绕效果音箱，只用两个主音箱放音。特别需要指出的是，无论是采用杜比环绕声还是采用杜比定向逻辑环绕声的家庭影院系统，都要求采用杜比环绕声编码的软件（或光碟），这样才能得到较理想的环绕声效果。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 3 杜比数字环绕声系统杜比数字环绕声系统 杜

14、比数字环绕声系统是由杜比实验室与日本先锋公司联合研制的一种最新环绕声系统，于1994年底公布。杜比实验室原来推出的杜比环绕声系统和杜比定向逻辑环绕声系统都是基于模拟音频技术的环绕声系统。而AC-3系统则是一种数字音频感觉编码系统，即利用人耳听觉的掩蔽效应，对需要传送的音频信号进行最佳选择，只保留那些对人耳听觉有用的信号，并对信号的每一个样本值采用最佳的比特分配，即不统一按16比特分配，以尽量节省码率。另外，在编码时，它采用改进的离散余弦变换，将信号从时间域变换到频率域，根据其频率成分分配比特，以尽量减少码率。AC-3是一种高效率的数字音频压缩编码系统。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 AC-

15、3系统将前左声道、前右声道、中置声道、两个后声道（环绕声声道）和超低音声道信号经数字编码后成为一个独立的数码流并进行记录。重放时，读出的数码流输入到数码解码器进行相应的处理后，可输出五个声道的信号以及超重低音信号。其中，前方的左声道、右声道和中置声道以及后方的左环绕声道和右环绕声道为全频域声道，也就是说从解码器输出的这五个声道的信号为全频域音频信号，频率范围为20 Hz20 kHz，而超重低音声道为非全频域声道，其信号频率范围为20 Hz120 Hz，大约为全频域的0.1左右的范围，故称超重低音声道为0.1声道，因此有人会将AC-3系统中的六个声道说成为“5.1声道”。第 5 章 家 庭 音

16、响 系 统 由于采用了数字音频压缩编码技术，因此AC-3系统具有极高的保真度和极好的环绕声效果。其通道分离度达到了90 dB以上，动态范围、信噪比等性能也达到了很高的水平。因此，比起AC-1、AC-2来，AC-3系统的声像定位、相位特性和声场重现等都更为优越。杜比AC-3编码器的基本组成框图如图5-5所示。第 5 章 家 庭 音 响 系 统 图5-5 杜比AC-3编码器的基本组成框图 比特指派尾数量化AC-3数据帧格式化AC-3数码流指 数PCM音 频编码的频谱包络量化的尾数比特指派信息尾 数分析滤波器组频谱包络编码第 5 章 家 庭 音 响 系 统 首先PCM音频信号经分析滤波器组从时间域变换到频率域（采用改进后的离散余弦变换），使每个时间样本块变换成256个频率系数。再将每一个频率系数用二进制指数记数法表示为一个二进制指数的一个尾数。该指数送到频谱包络编码器，将指数的集合编码成能大概表示信号频谱的频谱包络。比特指派器利用人耳掩蔽效应分析频谱包络，产生比特指派信息，去控制尾数量化器，以确定每个单独尾数在量化时需要用多少比特。用频率函数表示的人耳听觉的参数模型固化在比特指派器中，利用该