延时器工作原理及应用

2017-03-11 16:25:27 2437

[导读]在一些大型演唱会现场，四面八方都会布置很多音响，如果因为声音的传播速度不同导致声画不同步，对人的体验就会造成很大的影响，这时候就需要用到延时器了，那么延时器是如何工作的呢？今天我们就一起来了解一下。

声音是由振动产生，然后通过媒质（空气、液体、固体）传播的，同一个声音来源在很大的空间中传播，人们会因为距离的远近听到声音的时间也不相同。在一些大型演唱会现场，四面八方都会布置很多音响，如果因为声音的传播速度不同导致声画不同步，对人的体验就会造成很大的影响，这时候就需要用到延时器了，那么延时器是如何工作的呢？今天我们就一起来了解一下。

延时器工作原理及应用

延时器工作原理

延时器是指用在音响系统中的一种音频处理设备，延时器可以把通过它的音频信号进行延时处理，所以也有人叫它：延迟器。音响延时器一般用在一些声场空间较大、需多组音箱扩声的系统中。因为在这样的系统中声音由不同位置的音箱发出后，到达听者的耳朵时是有先后之分的，所以为了保证声像的一致性、增加声音的可读性、避免声音的浑浊感和拖尾声，我们有必要使用延时器进行相关处理。

要了解延时器的工作原理，首先我们要先了解一些声学原理。

1、声音的产生：

声音是由振动产生的，然后通过媒质（空气、液体、固体）传播的，人耳接收到声音信号后再通过大脑的处理，我们就听到了声音。

2、声音的速度

1）声音在空气中传播的速度是每秒340米左右。在空气中，温度会影响声音传送的速度，温度越高，声速就越快。温度每升高１℃，声速每秒就增快 0.6米。比如，在０℃时，声速是 331米/秒，而在 15℃时，声速＝331＋0.6 ×15＝340米/秒。一般我们就是以 340米/秒作为声音在空气中的标准传播速度。

2）声音在液体中传播的速度比空气中快，不同的液体传播声音的速度也不同，声音在水中的传播速度是大约1450米/秒。当人走到河边，河边的鱼一听到人的脚步声就会立即游开，这也从侧面证明了水是能传播声音的。

3）声音在固体中传播的速度比空气中和液体中都要快，比如在钢铁中声音传播速度可高达5000米/秒。原因是音速与物体分子的密度有关系，密度大的物体，分子间的距离比较小，相互作用很强，因此传播的速度快，损耗小。密度小的物体，分子间距离大，相互作用弱，声音在其中传播的速度就较慢，而且损耗也大。

3、声音的掩蔽效应

1）声音响度大的掩蔽小的。一个声音比另一个声音大20dB时，就可以完全掩蔽它。

2）在同样响度时，中频声音掩蔽高频和低频，因为人耳对中频听觉较灵敏。

高音频率掩蔽低频声音，因为高音音色有突出感，容易掩蔽低音。同一个声场内，两只参数相同的音箱，在所使用的音源一致、声压级一致的情况下，离我们距离近的那只音箱的声音会掩蔽离我们距离远的那只音箱的声音。

延时器工作原理及应用

延时器的应用

延时器的功能很强大，不仅仅局限于对声音信号进行延时处理，具体的说可以把延时器的作用分为以下五类：

1、在远距离扩声时用于提高声音清晰度

延时器在这方面的使用可以说是最为常用。通常室外扩声的环境不会随人们的意愿而改变。而往往会出现扩声面积比较大；扩声距离比较远的现象。如果仅仅简单的使用主扬声器来扩音，为使后排听众能够听清声音的话，前排的声压级会极大。假如在距离扬声器一米处的A点最大声压级是100dB，根据声压级与距离之间的公式SPL=SPLMAX-20lgR（SPLMAX＝100dB），可知扩声距离每增加一倍，声压级减少6dB，那么在距离扬声器32米（R=32m）远的B点声压级应该只有70dB。两者之间相差了30dB，但在实际的扩声环境当中，出现的声压级差会更大。为了避免这样的现象发生，通常会采取增加小功率补声音箱的办法来避免因前后排距离太远而引起的声压级过大现象。由于声音传播速度约为340m/s，声音传递到B点时已经经过了将近100ms的时间，B点的听众便会首先听到补声音箱的声音，之后听到主音箱的声音。为了避免这种现象的发生，就需要在补声音箱的功放之前添加音频延时器，将b路信号作相应的延时处理，从而达到提高声音清晰度的效果。这也就是音频延时器最为常见的一种用法。

2、修正多个扬声器多频带发生时的差别

在扩声设备当中，有很多大型音箱设备，这些音箱有一个共同的特点，就是大多采用多个扬声器共同发声的设计，这些扬声器的频率响应之间互为补偿，以追求频响曲线的平直。但是这样的设计有一定的弊端。如图2所示，三个扬声器分别是A、B、C，三个扬声器的震膜之间分别有一定的位置差，这样的位置差会导致不同频段的声音到达人耳的时间不同。因此由于人耳具有的时域掩蔽效应，人耳便不能正确的接收原有的声音信号，使得大脑不能正确的分辨应有的声音信号。有些情况下会使声音听起来略显中高频率的不足。为了使多个频段的声音信号能够同时到达人耳，就需要对B、C两只扬声器作相应的延时处理，以便更加真实的还原声音。

3、用延时实现声像定位

众所周知人耳具有分辨声音方位的功能，尤其是水平方向的声音，人耳很容易辨别发声的方向。这是因为两耳之间的距离相差了十几厘米，在接收声音信号的时候有一定的时间差和强度差，正是这一点点的差别，使得人耳能够很容易的辨别出声音的方位。

德国的著名科学家哈斯Hass的研究结论充分解释了延时对于声像定位的影响，这也就是著名的“哈斯效应”，在音响界也有“先入为主”的说法。哈斯的试验证明：在两个声源发出完全相同的声音时，根据一个声源与另一个声源的延时量不同，双耳听音的感受是不同的，可以分成以下三种情况来说明。

1）两个声源发出完全相同的声音，一个声源与另一个声源的延时量在5ms－35ms时，人耳只能感觉到超前一个声源的存在，声像定位偏向于超前一个声源的位置，并且感觉不到滞后声源的存在。

2）两个声源发出完全相同的声音，一个声源与另一个声源的延时量在30ms－50ms时，人耳能够分辨出两个声源的存在，但声像仍然定位于超前的声源方向。

3）两个声源发出完全相同的声音，一个声源与另一个声源的延时量大于50ms时，人耳能够感觉到两个声源同时存在，声像分别定位于两个声源自身的位置。

这也就是说，如图3所示当两个相同的信号从两个扬声器传出，如果某个扬声器作了一定的延时处理，那么听觉上会感到声像在移动，通常会在立体声扩声系统当中，利用哈斯效应对某几个音箱进行延时的处理，来实现完美的立体声效果。

4、避免广播电台直播当中突发事件的发生

音频延时器在广播电台的使用也非常常见，尤其是在直播的过程当中最需一定的延时处理。由于直播的特殊性，经常会有一些突发事件的发声，例如信号中断、噪声信号等等。而这些事件又是不可预料的。但是使用了音频延时器之后，听众所听到的信号已经经过了及时的处理，使得节目的安全性与完整性得到了大幅度的提升。

5、修正高清视频信号声画同步问题

广播电视行业近几年发展极为迅速，高清电视的播出已经具备了一定的规模，然而伴随着高清电视的发展，对于音频领域的制作也产生了一定的影响。由于高清视频信号的处理数据量极大，在某些环节上是普通标清设备的几倍甚至十几倍，因此视频信号不可避免的会产生一定的滞后现象，然而音频信号依然是采用比较传统的制作和传输方式，滞后现象很少发声甚至可以忽略不计，这样一来，为了是画面和声音绝对匹配，就需要利用音频延时器音频信号作一定的延时处理，延时的时间大约几十毫秒，从而做到声音与画面的同步。

延时器的应用场合也很广泛，主要在以下几个场合中使用比较多：

1、广播电影电视系统

在广播电影电视系统中为了达到声像合一、声像同步时，有时候要使用音、视频延时器来对声音或图像进行相应处理。

2、不同物态下音箱声音同步

声音在不同的媒质中传播的速度是不同的，在空气中是340米/秒，在水中是1450米/秒。现在的体育运动中有一项叫：花样游泳的比赛，比赛选手会随着音乐的节奏在水中做出各种优美的舞姿，那么有一个问题就是：放在水中的音箱所发出的声音和放在空气中音箱发出的声音如何同步呢？这个时候就需要使用音频延时器进行调整了。

3、不同区域内配置多只音箱

在同一个扩声系统中，如果配置了多只音箱，并且分布在不同的区域内，那这些音箱之间由于存在了一定的距离，因此不同音箱发出的声音到达耳朵的时间是不一致的，这时要考虑使用音频延时器进行调整。

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