2020年環(huán)境影響評價師答疑:降噪器的基本原理與應用?

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問題：

降噪器的基本原理與應用?

答疑：

降噪器(NOISEREDUCTION)作為模擬式磁帶錄凌晨中降低噪聲、擴展動態(tài)范圍的重要聲處理設備，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、磁帶復印雜音、剪接感磁噪聲、磁帶本底咝聲和系統(tǒng)調制噪聲等。其中，調制噪聲只在有信號時才會出現，當信號電平增加時，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態(tài)范圍受限于70dB左右，從而影響了整個錄音的質量。

過去采用提高錄音機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濟。為了提高信噪比，使用壓縮器和擴展器進行處理可以達到降低部分噪聲的目的，其結果使節(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、擴展技術(錄音時壓縮、放音時擴展)存在著兩個難以解決的問題，首先，壓縮系統(tǒng)和擴展系統(tǒng)在全頻及整個音量范圍內難以保證準確地跟蹤;其次，跟隨節(jié)目信號起伏的不平噪聲難以防止，搞不好噪聲會更加嚴重。

降噪器正是利用了壓縮(COMP)、擴展(EXTERIOR)技術的基本原理，并且從技術上對時間、頻率、幅度等幾個方面作了處理與重新結合，經過編碼記錄/解碼重放的過程，實現了對降低噪聲及擴展動態(tài)范圍的突破，最大動態(tài)范圍可在105dB，為提高模擬磁帶錄音質量做出了貢獻。目前專業(yè)錄音使用的降噪系統(tǒng)有英國的DOLBY-A系統(tǒng)、DOBLY-SR系統(tǒng)、美國的DBX系統(tǒng)和BURWEN系統(tǒng)等。由于各種降噪系統(tǒng)內部處理有明顯差異，且編、解碼不具備兼容性，所以無論經過哪種降噪系統(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)價格昂貴，技術指標又與DBX系統(tǒng)相關無幾，所以目前已停產。本文僅對廣泛應用于專業(yè)錄音的的DOLBY-A系統(tǒng)、性能優(yōu)越的DOLBY-SR系統(tǒng)和別具特點的DBX系統(tǒng)的工作原理及特性進行介紹。

一 降噪系統(tǒng)

降噪系統(tǒng)由于廣泛應用于專業(yè)錄音，在70年代，已成為國際間交換錄音節(jié)目的磁帶降噪標準。在A系統(tǒng)的內部有兩條并聯的通道，一條經過線性放大器，另一條經過差分網絡，在錄音時該網絡的輸出與“直通信號”相加，而放音時相減。差分網絡將全頻段分為四個頻帶分別進行處理，降噪作用只發(fā)生在所需要的頻帶上。這四個頻帶的作用分別為：

(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印效應雜音;

(C)3kHz高通濾波器用于抑制咝聲和調制噪聲;

(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。在每個頻段的濾波處理后，分別進行線性限幅和非線性限幅處理。四個頻段濾波、限制的輸出配合方法是：在低電平輸入時(-40dB以下)對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，增益為15dB。如果輸入信號上升到+40dB以上，降噪就基本上不起作用了。擴展器對高電平沒有影響，信號可以直通。如果其中一路信號電平上升，它的降噪作用就減小，但掩蔽效應相對增強，因而呈現出的噪聲電平保持恒定。A系統(tǒng)正是利用了掩蔽效應，把降噪作用限制在一個窄頻帶內。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、輸出均專用一個降噪單元。每個降噪單元都保持靈活的處理狀態(tài)。當磁帶通道進入錄音狀態(tài)時，A系統(tǒng)就由它保持解碼處理狀態(tài)進入編碼處理狀態(tài);當磁帶通道進入放音狀態(tài)時，A系統(tǒng)又會自動改為解碼處理狀態(tài)。

在A系統(tǒng)放音中，對于未經過編碼處理的節(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，使信號直接通過;對于其他系統(tǒng)編碼壓縮處理過的磁帶記錄信號來說，信號本身是不失真的，它的波形與原始信號相同，只是振幅改變了。所以，使用BYPASS功能，經過均衡和電平調整是可以進行縮混的。

系統(tǒng)對錄/放音誤差是非常敏感的，因此無論使用一臺錄音機完成錄、放音，還是利用兩間錄音室分別完成錄、放音，都強調錄、放音標準電平的校正。為適應錄入與還出電平的調校，在錄制節(jié)目前，首先應在磁帶上記錄不少與30s的測試電平信號，頻率選在400Hz或700Hz，電平指示OVU記錄。對于錄音磁平無統(tǒng)一標準，只要測試電平與其后的節(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，就能消除跟蹤誤差，保證聲音質量。

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，即當輸入信號低于某一額定電平時，將信號相加來提升，輸入錄音機;在放音時，再將先前被提升的信號相減來衰減，同時也衰減了磁帶上的噪聲，從而改善了信噪比，擴大了動態(tài)范圍。

SR系統(tǒng)與A系統(tǒng)的不同之處是，它在設計上有突破性的改進。該系統(tǒng)與以電平高、低進行抑噪的方法不同之處是，將時間、頻率、幅度三結合處理，經編碼記錄/解碼重放的過程，使模擬式錄音機的動態(tài)范圍擴展至105dB，且音質純度極接近數碼錄音的高質量效果，彌補了模擬錄音技術的缺陷，現實意義重大。

SR的基本工作原理是通過時間和頻率來改變音頻信號的幅度的，它根據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，并加上滑動頻段(SLIDINGBAND)。經過這種設計后，當輸入200Hz信號時，SR系統(tǒng)編碼器后，SR系統(tǒng)即提升200Hz低電平信號，同時對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;當輸入800Hz信號時，SR系統(tǒng)編碼所產生的傳送頻響曲線除提升800Hz外，同時對高、低頻段都有所提升，如圖3所示;當輸入3kHz信號時，低頻段的提升較高頻段的提升為高。除時間、頻率兩者之外，SR系統(tǒng)尚以電平相配合，編碼器共有3級組成，每級分別處理-30dB、-48dB、-62dB的低電平信號。除-62dB級外，其他各級均分別設有由高、低頻處理、滑動頻段處理組成的副通道部分(-62dB級只有高頻及滑動頻率)。由于每一級都有獨立頻率處理以及滑動頻段對高、低頻的分析處理。因此，SR系統(tǒng)能對800Hz以上的低電平信號(-62dB以下)，只有兩級同時工作提升，共提升+16dB;尚輸入信號是-35dB時，只有一級工作提升，提升+8dB，再經過SR譯碼器作同樣原理衰減還原后，噪聲被抑制，而動態(tài)范圍大大地被擴展。

SR系統(tǒng)在使用上有以下優(yōu)點：

音響技術超級論壇(1)它適合于任何廠家及型號的錄音機和各種牌號的磁帶，無論用何種錄音機都不用調校錄入與還出電平，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校。如已有DOLBY系統(tǒng)的360和361及M系列機架者，只需把主電路板更換一塊即可變?yōu)镾R系統(tǒng)。SR主電路板型號為CAT280。

(3)SR瞬態(tài)響應特性極佳，沒有對時質的夸張效果。動態(tài)范圍擴展很大，聲音純度高。對我國已經引進的模擬錄音系統(tǒng)技術改造有益。

三、DBX降噪系統(tǒng)

降噪系統(tǒng)和A系統(tǒng)一樣，也是一個互補系統(tǒng)，它用一對互補的壓縮/擴展器在全頻帶范圍內工作。

DOLBY系統(tǒng)是分幾個頻段對噪聲分別抑制，而該系統(tǒng)是通過預加重(PREEMPHASIS)和去加重(DEEMPHASIS)來滿足同樣要求的。饋送給壓縮器的信號經過深度的“預加重”，提高了錄音節(jié)目的總功率;譯碼時，采用“去加重”就可使節(jié)目恢復原狀，高頻噪聲也同樣得到抑制。為了防止預加重的高頻信號過載，對壓縮器的邊信道也要進行類似的預加重。因此，高頻錄音電平實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，聲功率大多數集中在低頻段，只有在音量很大時才會在高頻段出現大的聲功率。由于采用了預加重，高頻逐步地增加。

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

音響技術超級論壇DBX系統(tǒng)在設計時也注意到了人耳的掩蔽效應，即存在相近頻率較響時，人耳對噪聲(指高頻調制噪聲)不敏感，因而具備了較強的降噪能力。DBX降噪系統(tǒng)可將高頻信噪比提高30dB。

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