無(wú)線話筒系統(tǒng)的操作和設(shè)計(jì)概念

    預(yù)加重/去加重

    絕大多數(shù)的無(wú)線話筒系統(tǒng)通常在發(fā)射機(jī)中進(jìn)行高頻提升（預(yù)加重），然后在接收機(jī)中的進(jìn)行相應(yīng)的高頻衰減處理（去加重）。此過(guò)程與使用在某些磁帶錄制機(jī)上的簡(jiǎn)單噪音抑制很相似，并且顯著地將無(wú)線系統(tǒng)的信噪比提高了大約10個(gè)分貝。

    如果應(yīng)用了過(guò)多的預(yù)加重，在整個(gè)調(diào)制期間，由窄帶接收機(jī)中的中頻濾波器所引發(fā)的失真（高頻的絲音）很有可能發(fā)生。寬帶中頻濾波器在犧牲選擇性的情況下可以減少或消除這種問(wèn)題。
 
    輸入限幅

    我們應(yīng)該在輸入限幅器和壓縮器（整體壓縮擴(kuò)展器電路的一部分）之間明確加以區(qū)分。這是兩個(gè)操作不同并為不同目的而應(yīng)用的獨(dú)立電路。輸入限幅器使用在發(fā)射機(jī)輸入電路中，它在最大的信號(hào)強(qiáng)度上加個(gè)“最高限額”以抑制增益放大器的過(guò)載并保持無(wú)線頻偏保持在允許的限度內(nèi)。而壓縮器是作為壓縮擴(kuò)展器電路的一部分，作為整體噪音抑制過(guò)程的一部分，通過(guò)接收機(jī)中的接收鏡像進(jìn)行反向擴(kuò)展過(guò)程加以實(shí)現(xiàn)。輸入限幅器在發(fā)射機(jī)輸入端，緊跟著的是壓縮器。

    有幾種很好的原因必須在發(fā)射機(jī)上使用輸入限幅器電路。首先，不管輸入信號(hào)強(qiáng)度有多大，政府的規(guī)定限制了可允許的最大調(diào)頻偏移。其次，如果在音頻鏈路的第一階段向音頻放大器發(fā)送過(guò)多的信號(hào)，過(guò)載失真（削波）將會(huì)發(fā)生。有趣的是，盡管這是一個(gè)能夠極大提升系統(tǒng)表現(xiàn)性能的很有價(jià)值的設(shè)計(jì) “工具”，仍舊只有很少的制造廠商會(huì)將限幅器放在輸入階段。
 
    入階段中一個(gè)優(yōu)秀的限幅器將顯著地提高系統(tǒng)的信噪比，并防止信號(hào)峰值失真。一個(gè)優(yōu)秀的限幅器可以處理在最大頻偏之上的約12分貝的信號(hào)峰值。更好的設(shè)計(jì)將可處理至高出20分貝的峰值。目前最好的系統(tǒng)在任何增益設(shè)置上可以處理超過(guò)最大頻偏的30分貝的峰值。  

    在大部分設(shè)計(jì)中，使用輸入過(guò)載來(lái)限制最大偏離。雖然這使得系統(tǒng)符合政府相關(guān)使用規(guī)定，但產(chǎn)生了嚴(yán)重失真并同時(shí)犧牲了系統(tǒng)的信噪比。在沒(méi)有限幅器的情況下，唯一避免過(guò)載失真的辦法就是降低輸入增益，從而信號(hào)峰值不會(huì)被削波。然而，使用此方法的問(wèn)題在于，平均信號(hào)強(qiáng)度在正常操作中太低以至于不能產(chǎn)生良好的信噪比。這就是為什么在某些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中背景噪音總是可以聽(tīng)到或失真頻繁地發(fā)生的原因之一。 

    在某些電路設(shè)計(jì)中，限幅器的工作范圍隨著增益設(shè)置而發(fā)生變化，因此限幅器直接對(duì)輸入增益電路做出反應(yīng)。這將限幅器的范圍與增益控制的量基本保持在同一范圍內(nèi)。換句話說(shuō)，限幅器在高峰值時(shí)把增益控制簡(jiǎn)單地調(diào)低。這種聯(lián)動(dòng)的動(dòng)態(tài)限幅閥值技術(shù)對(duì)于大嗓子歌手來(lái)講就是一個(gè)大問(wèn)題，通常他們的演唱需要一個(gè)精確不變的壓限處理。在這種情況下，輸入增益通常被設(shè)置成最小值，此時(shí)在輸入處沒(méi)有增益，來(lái)確保較少的限幅或不限幅。最佳的限幅器設(shè)計(jì)使用獨(dú)立于輸入增益電路設(shè)定的獨(dú)立的電路模塊。

    壓縮擴(kuò)展器

    在稱(chēng)作“壓縮擴(kuò)展器”的信號(hào)處理電路的幫助下，無(wú)線話筒系統(tǒng)可以察覺(jué)的信噪比得到了極大的提高。術(shù)語(yǔ)“壓縮擴(kuò)展器”是 “壓縮器”和“擴(kuò)展器”的合成詞。

    壓縮擴(kuò)展是一種依靠“掩蔽”效應(yīng)來(lái)提高無(wú)線系統(tǒng)信噪比的雙重音頻處理過(guò)程。掩蔽就是利用人耳聽(tīng)事物的方式，用較大的聲音掩蓋較弱的聲音過(guò)程。當(dāng)音頻信號(hào)足夠高時(shí)，人耳不會(huì)聽(tīng)到射頻鏈路所產(chǎn)生的、較小強(qiáng)度的潛在背景噪音，掩蔽的工作理論便是如此。

    發(fā)射機(jī)中進(jìn)行的壓縮處理參照一個(gè)參考強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行，壓縮處理會(huì)降低高強(qiáng)度信號(hào)并提升低強(qiáng)度信號(hào)。此壓縮效果就是要降低音頻信號(hào)整體的動(dòng)態(tài)工作范圍，有效地提高平均強(qiáng)度。使平均音頻強(qiáng)度遠(yuǎn)高于背景噪音的強(qiáng)度，以極大提高系統(tǒng)射頻鏈路中信號(hào)的信噪比。
   
    電話行業(yè)第一次使用了壓縮擴(kuò)展器來(lái)為長(zhǎng)距離的電話線提供噪聲抑制，電話線上過(guò)多的噪音積累可能比音頻信號(hào)本身大許多。在模擬磁帶錄制過(guò)程中的也使用壓縮擴(kuò)展器來(lái)杜絕磁帶發(fā)出的嘶嘶聲。在工程設(shè)計(jì)上，我們花費(fèi)大部分時(shí)間來(lái)來(lái)改進(jìn)壓縮擴(kuò)展過(guò)程。

    有許多制造廠商大力宣揚(yáng)他們壓縮擴(kuò)展電路的功能。壓縮擴(kuò)展器對(duì)無(wú)線系統(tǒng)產(chǎn)生的音頻質(zhì)量來(lái)說(shuō)是相當(dāng)重要的，但只有無(wú)線系統(tǒng)的其他部分都是高品質(zhì)的設(shè)計(jì)這個(gè)前提條件得到保證之后，這種說(shuō)法才是成立的。如果射頻性能表現(xiàn)有問(wèn)題或系統(tǒng)遭受失真以及干擾的困擾，無(wú)論音頻處理電路質(zhì)量多好并不重要。另外，較差的射頻表現(xiàn)會(huì)使射頻鏈路發(fā)生異常，接收機(jī)會(huì)輸出發(fā)射機(jī)根本沒(méi)有傳輸?shù)囊纛l信號(hào)。
 
    射頻鏈路產(chǎn)生的高頻噪音會(huì)造成壓縮擴(kuò)展器的錯(cuò)誤跟蹤。盡管該噪音并沒(méi)有在發(fā)射機(jī)的原音頻信號(hào)中，高頻噪音會(huì)連同音頻信號(hào)一起出現(xiàn)在接收機(jī)中。 絕大多數(shù)由于射頻性能不過(guò)硬而在鏈路產(chǎn)生的噪音是超聲波，雖然人耳無(wú)法聽(tīng)見(jiàn)，仍舊能夠誤導(dǎo)壓縮擴(kuò)展器，從而在可聽(tīng)到的聲音中造成“呼吸效應(yīng)”或者“活塞效應(yīng)”。最佳的設(shè)計(jì)中，在壓縮擴(kuò)展器之前，接收機(jī)應(yīng)該有一個(gè)有源濾波器電路，它可以提供的高頻衰減過(guò)濾功能，會(huì)將這種誤導(dǎo)跟蹤降至最低限度。
 
    壓縮擴(kuò)展器設(shè)計(jì)中首先要考慮的因素之一就是如何在壓縮器和擴(kuò)展器上最優(yōu)化地設(shè)置不同啟動(dòng)和衰減延遲的時(shí)間常量。必須仔細(xì)控制啟動(dòng)和衰減延遲時(shí)間以將預(yù)期應(yīng)用的動(dòng)態(tài)操作最優(yōu)化。發(fā)射機(jī)中的壓縮器與接收機(jī)中的擴(kuò)展器必須以一種完美的互補(bǔ)方式進(jìn)行。由于在每一個(gè)低頻音頻波形的循環(huán)周期上電壓強(qiáng)度的改變將會(huì)影響到增益的大小，所以對(duì)于高頻信號(hào)最理想的壓縮擴(kuò)展設(shè)置會(huì)同時(shí)造成大量的低頻信號(hào)失真。具有慢啟動(dòng)和釋放時(shí)間的壓縮擴(kuò)展器會(huì)產(chǎn)生無(wú)失真的低頻（例如，對(duì)于具有較低基頻的低音吉他來(lái)說(shuō)是理想的），但是這將不能夠及時(shí)并準(zhǔn)確地處理較高頻率的聲音。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中更多的要考慮兩方面的因素來(lái)進(jìn)行折衷。
 
    注意：特殊值只用于描述壓縮擴(kuò)展器的概念，這些值在不同設(shè)計(jì)中以及各種發(fā)射機(jī)輸入信號(hào)強(qiáng)度上將會(huì)發(fā)生如果壓縮擴(kuò)展器有快速的啟動(dòng)時(shí)間和慢速的釋放時(shí)間的功能，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)，音頻信號(hào)中的短暫瞬間效應(yīng)將會(huì)控制壓縮擴(kuò)展器的增益。所產(chǎn)生的問(wèn)題就是“呼吸聲”，你會(huì)在每個(gè)字或聲響之后聽(tīng)到嘶嘶的背景噪音。擁有較快的釋放時(shí)間是處理該問(wèn)題的一個(gè)好辦法，不過(guò)，這會(huì)增加低頻失真的可能性，因?yàn)殡娐吩谀菚r(shí)會(huì)作用于低頻波形的拖尾階段,從而造成失真情況的發(fā)生。重大地改變。
 
    具有單一啟動(dòng)時(shí)間和合理釋放時(shí)間的常規(guī)壓縮擴(kuò)展器會(huì)同樣增加系統(tǒng)失真，200赫茲時(shí)大約失真0.5％，100赫茲時(shí)大約1％。常規(guī)壓縮擴(kuò)展器對(duì)于此問(wèn)題無(wú)能為力。
 
    存在于高頻和低頻的失真問(wèn)題促進(jìn)了新一代壓縮擴(kuò)展器的誕生，音頻信號(hào)的高頻部分與低頻部分得到分別處理。該過(guò)程，被稱(chēng)作“雙頻段壓縮擴(kuò)展”，只應(yīng)用于最先進(jìn)的無(wú)線話筒系統(tǒng)中，它的引進(jìn)極大地增加了設(shè)計(jì)和制造該系統(tǒng)的成本。
 
    雙頻段壓縮擴(kuò)展過(guò)程的使用有點(diǎn)像揚(yáng)聲器系統(tǒng)的分頻電路。音頻信號(hào)劃分成高低頻段，然后每個(gè)頻段對(duì)其各自理想的開(kāi)啟和延遲時(shí)間分別進(jìn)行處理。高頻信號(hào)部分使用較快的啟動(dòng)和延遲時(shí)間常量，而低頻信號(hào)部分則以較長(zhǎng)的時(shí)間常量進(jìn)行處理。兩個(gè)壓縮擴(kuò)展器之間相互作用以確保音頻信號(hào)的線性輸出。

圖三

圖四