电脑音乐制作扫盲篇-第四章：音频设备常识-第一节：音频信号流程概述和音频线材常识

王晓波 · 发表于 2015-6-2 21:20:20

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楼主王晓波说：
本文作者：王晓波，出处：视障者音乐制作交流基地（szzyyzz.com）。做人要厚道，转载请注明作者与出处，谢谢！
亲们好，我们的扫盲教程终于又和大家见面了。这次比上次拖的时间更长哦，真是对不起哈！不是我懒，而是我真的真的太忙了，脱不开身啊！目前手上都还积压了好几首音乐没有编曲，再不抓紧时间，客户就会很生气，后果就会很严重。毕竟我不是富二代，钱钱要靠自己去挣。所以就只有一拖再拖这个扫盲教程的进度来为赚钱吃饭让路罗。
本来上次我预告的是这次讲MIDI音序器和MIDI制作方面的内容，但是我把草稿写得差不多的时候，发现很多问题需要在讲了音频设备和音频信号流程之后再讲更合适，所以这次就暂时不讲音序器和MIDI制作方面的内容哈，不是不讲了，而是在后面适当的章节里再来讲。
上次我们讲到了采样器，我们可以用他来采集声音制作自己的软音源，那么这里面就涉及到了录音和混音相关的内容；音源发出的声音需要通过喇叭转换成我们人耳能听到的声波，这就要涉及到监听设备等相关硬件的内容。那么接下来我将用一章的篇幅来着重讲讲录音和混音相关的硬件，以及他们的工作原理。
老王问：“我们到底应该使用什么样的设备进行录音、混音呢？”这是一个非常有难度的问题。因为每个人对自己作品的品质要求不同。有的人只是娱乐而已，效果好坏无所谓；而有的人却要想尽一切办法让自己的作品比别人的作品效果更好。相信老王你应该属于第二种人吧！那么就听我往下吹。
我们现在都是在使用电脑进行音乐制作，也就是玩数字音频。那么在玩这个数字音频的过程当中，都需要哪些设备呢？这个是与信号的流程息息相关的。信号怎样转化，怎样流动，怎样记录，怎样还原，这就决定了我们需要使用什么样的设备。
首先我们来看一下，在数字音频中，信号流程是怎样的。研究研究声音从哪里来，要到哪里去。
声音被记录与播放的流程，一共分为三大部分。第一部分是声电转换与信号放大，第二部分是AD转换、电脑内部处理与DA转换，第三部分是信号放大与还原。
我们先来看第一部分。在第一章中，我们讲了声音是一种机械波，机械波是无法被直接记录的。所以我们需要通过某种手段来想办法记录他。这个记录声音的过程就是我们说的录音。
首先要通过传声器，也就是我们常说的话筒、麦克风，来把声波转化成电压信号。
声音是在连续不断的变化的，而通过传声器转化出的连续的电压变化信号恰恰能够来描述声音信号，这是声能与电能之间的转换。。我们把这种声学能量转换成与其相似的电压波的过程叫做声电转换。
通过声电转换输出的与声波极其相似的连续变化的电压，就是我们说的模拟信号，之所以叫做模拟信号，是因为我们在使用变化的电压来模拟变化的声音。
传声器便是这种声电转换的工具。所以我们首先需要话筒。
通过声电转换输出的模拟信号比较微弱，这种微弱的电压信号是需要经过放大的。所以我们需要前置信号放大器，就是话放，也叫做前级。
接下来，模拟信号进入电脑了，但是电脑只能记录由0与1构成的二进制数字信号。模拟信号是电压信号，电脑不能记录。所以我们就需要将这个模拟信号转换为数字信号。这时就需要ADC了，也就是模拟信号到数字信号的转换器。
把模拟信号转换为电脑可以记录的二进制数字信号的过程就叫做模数转换。
模拟信号在转化成数字信号后，计入电脑，这时我们就可以使用软件来对声音进行处理了。
数字信号进入电脑的途径是声卡，所以在这里我们需要声卡。
对数字化音频信号进行各种处理，是由音频软件来进行的。混音时的效果与最后导出成品之前的各种效果合成是通过电脑的cpu等进行运算的。
在这之前的所有部分我们是听不到任何声音的。因为到这里电脑通过声卡输出的仍然只是二进制的数字信号。人的耳朵只能听到声波，二进制的数字信号是任何生物也无法听到的。所以我们还要将这个数字信号再重新转化为声波。过程正好是与之前相反的。
首先要将经过电脑处理的数字信号转换为模拟信号，这时就需要DAC。
把数字信号转换成模拟信号的过程就叫做数模转换。
我们把ADC与DAC混称为ADDA。
接下来，这个被DAC转换出来的模拟信号仍然很微弱，又需要经过放大，这时就需要后级信号放大器。
在大多数场合，后级信号放大器被叫做功放，也就是功率放大器，或者叫做后级。
被后级信号放大器放大的模拟信号要转化成声波，这时就需要扬声器，也就是喇叭，耳机等监听设备。
把电压转化成声波的过程叫做电声转换。
通过这一系列的转化与转换，声音才能被记录与播放。
小妹晕了，说：“没想到居然需要这么多设备。”
其实我是将所有的环节分开来讲解的。声电转换需要的设备是话筒。信号放大需要的是话放。AD转换与DA转换可以在声卡中进行，或者AD转换在话放中进行，DA转换在监听音箱中进行；也就是说，一般情况下是不需要独立的ADC与DAC的，除非你对声音品质要求非常非常高；同时你可以使用声卡来进行AD转换，数字信号输入，数字信号输出，DA转换，也就是用声卡来进行模拟信号输入与模拟信号输出；具体如何在声卡上选择数字信号输入输出与模拟信号输入输出，我们在声卡的章节中再细说。经过DA转换的模拟信号又要被放大才能进入扬声器，这时候又需要功放；而绝大多数监听音箱都是内置功放的，也就是有源音箱，所以信号放大与电声转换也可以同时使用音箱来完成。
总结一下，需要的设备除电脑外，只有话筒、话放、声卡与音箱这四大件而已。这下小妹就不晕了吧。这四大件的每一个部件都直接影响了信号录制与播放的每一个环节的效果。所以如果你对作品的要求很高，那每一件设备都不能马虎。
老王说：“不对，晓波，你还少说了一点，还需要各种音频线和音频接头哦。”对，老王说得对。那么下面我就来介绍介绍常用的音频线和音频接头方面的常识。
在设备之间传输的音频包括数字信号和模拟信号，由于传输数字信号的线材过于尖深，且我们初学者也不常用，所以我们先从传输模拟信号的线材说起。
传输模拟信号的方式分平衡和非平衡两种。下面先讲讲平衡传输的原理。
简单的说，将信号调制成为对称的信号，用双线发送，就是平衡发送。如采用单线，那就是非平衡发送。同样的，接收端用对称接收称为平衡接收；接收端采用非对称接收就是非平衡接收。
所以非平衡又叫单端输入或单端输出，使用一个信号端和一个参考端（地线）。而平衡又叫双端输入或双端输出。两个信号端其中一个正相，一个反相，另外还有一条地线。老长嚷道：“晓波，你满嘴黑话，俺们听不懂！”
哼，你又忘了?以前我们不是聊过波的构造么？
声音是按照正弦波的形式传播的，正弦波可以对应一个圆，正弦波上的每一个点可以对应圆上的每一个顶点，圆上的每一个点与圆心连接都会行程一个线段，每一条线段又会与横坐标轴行程一个夹角，这个夹角的角度便是正弦波上的点的相位。老王说：“我晕，像绕口令一样，太抽象了。”嗯，对于全盲的朋友来说，理解的确有点抽象，但只要你中学数学课上没有睡觉，那么应该不难理解这里我吹的内容。
正弦波的最高点，叫做波峰，最低点叫做波谷，波峰与波谷之间相聚半个波长。波峰对应的圆上的点在最高处，相位为90度；波谷在圆上对应点的位置在最低处，相位为负90度。他们的相位差为180度。
当双声道的左声道与右声道的声音内容相同时，如果相位正好相差180度，则左声道的波峰刚好遇到右声道的波谷，或者反之，这样左右声道的声音叠加在一起就会相互抵消。不但波峰与波谷相遇时会抵消，只要是相位差为180度，也就是相聚半个波长，就会产生抵消现象。
相位是音乐制作中必须要重视的问题。如果你想进一步了解相位的相关知识，就劳驾亲自己去网上搜索了哈。我们扯远了，话说回来。
把波形进行上下翻转就是相位翻转，将音频信号相位翻转后就是反相信号。
亲可以这样理解。平衡线路是同时传送正相信号和反相后的信号，即后者相位与前者相位相反。也就是说，一条线是正信号，另一条线是反相信号。分别叫做热端和冷端。我们知道声音信号在传送中都会有损耗和受干扰，而这两个信号都会受到相同的干扰。然后在信号的接受端，把反相信号再次反相，用正相信号加上再次反相后的反相信号，由于两端的干扰信号是相同的，只是相位相差180度，所以干扰声就被去掉了；而原来相位相反的原信号重新变成相位一致，所以原信号得到加强。
此外，平衡线的地线是悬浮独立的，所以在长距离传输时不易受到外界杂波信号的干扰，具有长距离传输依然保持高信噪比的优点。而非平衡线的长度就不宜过长。
老王问：“什么是‘信噪比’呢?”信噪比是信号噪声比的简称，缩写为S/N，用来客观的评价电声设备的噪声指标大小。其定义为：电声设备的输出信号功率与其本身产生噪音的比值的常用对数再乘以10后得到的数值，单位是dB。
老长问：“晓波，什么叫对数？”你是不是高中数学课也在睡觉？我晕！请自行复习高中数学课本！！
这里计算对数，其实是为了统一度量单位，使信噪比的单位为dB。不会算的朋友，至少可以从字面上理解概念，信噪比越大，说明这个设备的相对噪声越小。
阿风问：“底噪究竟是什么？为什么话筒等各种音频设备都会有底噪呢？。好吧，那我就简单的说一下哈。
我们反复提到声音是由物体振动而产生的。如果是非常规律的运动，比如正弦波产生的声音是谐和的，但世界上是不可能只存在这种规律的正弦运动，正是那些不规律的随机运动产生了噪音。
在电声设备中存在着大量这样的因素，比如，半导体原件中电子的热运动、导线中的电荷漂移运动、电荷的发射运动，以及外界的电磁辐射等等原因都会产生各种噪音，这些噪音叠加在一起就构成了这台设备的底噪。
而理论上讲，这些本底噪音是无法避免的，只要通上电，所有的设备都会有底噪。但是，如果底噪微弱到人耳察觉不到，那么我们就可以完全忽略，认为它是没有底噪的。如果噪音明显到人耳可以听到，那底噪就偏大了。
在录音棚中，底噪可能来自话筒本身，也可能来自话放、调音台、声卡等各种设备，或者是来自其他电磁干扰。
在录音中，如果是单轨可能底噪的影响并不大，但如果多轨叠加起来，底噪就被加倍，对音质的影响也就会更加明显了。
所以，虽然底噪并不能代表音质，但绝对是一个重要的指标，肯定是越小越好。
跑题太远了，话说回来。根据前面对平衡信号传输过程的简单分析，我们知道，一根非平衡线里只需要两根线芯。而一根平衡线则是三芯的。这三芯，一芯负责正相信号，一芯负责反相信号，另外一芯则是地线。
一般，非平衡口都使用两芯RCA接头。也就是我们俗称的“莲花头”。而平衡头则使用TRS大三芯和XLR卡农（CANNON）头，它们都是三芯的。
阿风问：“晓波，大三芯与卡龙投这些音频接头都长啥样子阿?给我们说说哈。”嗯，好的，那下面我们就花点时间，用我们视障者的思维方式，来简单的描述一下这些常见的音频接头。
卡龙头：XLR。
专业的音频设备一般都使用XLR卡龙端口来输入输出模拟音频信号。
亲们知道，插头往往被称作“公”，而插座被称作“母”，顾名思义，都是公的插母的。（“怎么觉得这话有点别扭，哈哈哈。”老王坏笑道。）老王，你思想太复杂了，哈哈。比如，RCA莲花头一定是公头，而莲花座则一定是母座，但是，XLR卡农接头的插头和插座却都有公母之分。关于这个问题，一直存在着争议。
我们也不用去争论究竟哪个是公卡龙插头或插座，哪个是母卡龙插头或插座，没啥意义，晓波今天给亲们介绍一种不容易混淆的区分方法。
卡龙插头与插座可以分为：三针卡龙插头、三眼卡龙插头、三针卡龙插座与三眼卡龙插座这四种。估计这样就不会混淆了。
有的非平衡接口也用大三芯插座，为什么呢?哈哈，因为它其实是用一个大三芯接口同时输出两个声道。所以还是非平衡的。
估计经常去KTV的朋友应该摸到过这种插头。有线话筒的连接线上，插在话筒上的那种插头就是三眼卡龙插头，话筒上的就是三针卡龙插座。老王说：“我楼下的KTV里的话筒是无线的。去去去，一边凉快去，你怎么总是和我抬杠阿?！
莲花头：RCA。
这种接头很常见。在连接电脑声卡和普通电脑音箱的连接线上，我们摸到一端有两个插头，那种就是莲花插头。至于插座，顺手去摸摸就可以了，这里就不描述了。
这种接头通常用来传输非平衡音频信号和要求不高的视频信号。
大三芯：TRS。
就是我们俗称的“6.3mm”或者“6.5mm”。其实指的就是插头或者插孔的直径。（小妹问：“那为什么有两种直径呢？”）嗯，问得好，其实大三芯的直径是6.35毫米，之所以出现前面两种不同的叫法，这个原因我就不清楚了。
他的插头部分是一根直径为6.35mm，大约4cm长的圆柱金属头，前端是一个小圆锥体的尖，金属原著上靠近尖1cm左右的位置，有很窄一圈明显的绝缘环。哥特连忙说：“晓波，是不是hifi耳机用的那种插头啊？”怎么，你知道啊？不早说，害得我在这里说得这么费劲。你小子不厚道。
这种插头是三芯的，除了作为双声道输出接头外，也常被用来作为平衡传输的接头。
大二芯：TS。
其实就是大三芯的简略版，尺寸与外形几乎和大三芯一样，只是在金属圆柱上没有那个绝缘环。
大二芯是两芯的，所以用来作为非平衡传输的接头。很多电声乐器与电子乐器都采用这种接头作为外置输出信号的接头。
小三芯。
这种接头是我们最熟悉、最常见的接头。
可以看做是大三芯的孙子辈了，哈哈。直径是3.5毫米，俗称3.5mm接头。就是我们用的插在普通板载声卡上插孔的那种插头。
这种接头一般只用于双声道信号传输。
小二芯。
老王抢着说：“是不是小三芯的简略版，也相当于大二芯的孙子辈啊？”恭喜你老王，答对了。
普通的电脑台麦用的就是这种插头。
小妹说：“我曾经听有人这样说，大三芯或大二芯比小三芯或小二芯传输效果好。”非也，非也，其实这种说法本身就是牛头不对马嘴的。
音频接头传输信号的效果好坏取决于下面几个因素：1、制作接头的材料与工艺，2、信号传输的方式，也就是说平衡与非平衡，3、就是，这个吗，我暂时还没有想起来，哈哈。
只是大插头比小插头要插得稳当一些罢了，大的比小的要承载的功率大些而已。
上面说的就是常见的联接模拟音频线的接头，下面还是简单的说说常见的联接数字音频线的接头。
数字口也有平衡和非平衡之分。常见的数字口都是SPDIF（非平衡数字口），比如光纤和同轴电缆。而一些更专业的音频设备则是使用AES/EBU（平衡数字接口）。
光纤和同轴接口，玩hifi发烧音乐的朋友应该很清楚。对于我们初学者朋友来说，这些数字接口基本上用不上，所以此处略去一万字。
关于音频线材方面的内容就大致讲这些。老王说：“晓波，你讲了接头，还没有讲电缆哈。”哦，其实这个没有啥好讲的，百度一下就明白了。
好了，由于我的时间有限，这次就讲到这里，下次再见。老王嘀咕道：“就不知道下次是啥时候再见罗。”哦，不过请亲们放心，我一定会把这个扫盲教程进行到底的。

2015年6月1日晚上11点48分

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