無線話筒系統(tǒng)的操作和設計概念

    預加重/去加重

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

    如果應用了過多的預加重，在整個調制期間，由窄帶接收機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題。
 
    輸入限幅

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

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

    在大部分設計中，使用輸入過載來限制最大偏離。雖然這使得系統(tǒng)符合政府相關使用規(guī)定，但產(chǎn)生了嚴重失真并同時犧牲了系統(tǒng)的信噪比。在沒有限幅器的情況下，唯一避免過載失真的辦法就是降低輸入增益，從而信號峰值不會被削波。然而，使用此方法的問題在于，平均信號強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)品的設計中背景噪音總是可以聽到或失真頻繁地發(fā)生的原因之一。 

    在某些電路設計中，限幅器的工作范圍隨著增益設置而發(fā)生變化，因此限幅器直接對輸入增益電路做出反應。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，限幅器在高峰值時把增益控制簡單地調低。這種聯(lián)動的動態(tài)限幅閥值技術對于大嗓子歌手來講就是一個大問題，通常他們的演唱需要一個精確不變的壓限處理。在這種情況下，輸入增益通常被設置成最小值，此時在輸入處沒有增益，來確保較少的限幅或不限幅。最佳的限幅器設計使用獨立于輸入增益電路設定的獨立的電路模塊。

    壓縮擴展器

    在稱作“壓縮擴展器”的信號處理電路的幫助下，無線話筒系統(tǒng)可以察覺的信噪比得到了極大的提高。術語“壓縮擴展器”是 “壓縮器”和“擴展器”的合成詞。

    壓縮擴展是一種依靠“掩蔽”效應來提高無線系統(tǒng)信噪比的雙重音頻處理過程。掩蔽就是利用人耳聽事物的方式，用較大的聲音掩蓋較弱的聲音過程。當音頻信號足夠高時，人耳不會聽到射頻鏈路所產(chǎn)生的、較小強度的潛在背景噪音，掩蔽的工作理論便是如此。

    發(fā)射機中進行的壓縮處理參照一個參考強度來進行，壓縮處理會降低高強度信號并提升低強度信號。此壓縮效果就是要降低音頻信號整體的動態(tài)工作范圍，有效地提高平均強度。使平均音頻強度遠高于背景噪音的強度，以極大提高系統(tǒng)射頻鏈路中信號的信噪比。
   
    電話行業(yè)第一次使用了壓縮擴展器來為長距離的電話線提供噪聲抑制，電話線上過多的噪音積累可能比音頻信號本身大許多。在模擬磁帶錄制過程中的也使用壓縮擴展器來杜絕磁帶發(fā)出的嘶嘶聲。在工程設計上，我們花費大部分時間來來改進壓縮擴展過程。

    有許多制造廠商大力宣揚他們壓縮擴展電路的功能。壓縮擴展器對無線系統(tǒng)產(chǎn)生的音頻質量來說是相當重要的，但只有無線系統(tǒng)的其他部分都是高品質的設計這個前提條件得到保證之后，這種說法才是成立的。如果射頻性能表現(xiàn)有問題或系統(tǒng)遭受失真以及干擾的困擾，無論音頻處理電路質量多好并不重要。另外，較差的射頻表現(xiàn)會使射頻鏈路發(fā)生異常，接收機會輸出發(fā)射機根本沒有傳輸?shù)囊纛l信號。
 
    射頻鏈路產(chǎn)生的高頻噪音會造成壓縮擴展器的錯誤跟蹤。盡管該噪音并沒有在發(fā)射機的原音頻信號中，高頻噪音會連同音頻信號一起出現(xiàn)在接收機中。 絕大多數(shù)由于射頻性能不過硬而在鏈路產(chǎn)生的噪音是超聲波，雖然人耳無法聽見，仍舊能夠誤導壓縮擴展器，從而在可聽到的聲音中造成“呼吸效應”或者“活塞效應”。最佳的設計中，在壓縮擴展器之前，接收機應該有一個有源濾波器電路，它可以提供的高頻衰減過濾功能，會將這種誤導跟蹤降至最低限度。
 
    壓縮擴展器設計中首先要考慮的因素之一就是如何在壓縮器和擴展器上最優(yōu)化地設置不同啟動和衰減延遲的時間常量。必須仔細控制啟動和衰減延遲時間以將預期應用的動態(tài)操作最優(yōu)化。發(fā)射機中的壓縮器與接收機中的擴展器必須以一種完美的互補方式進行。由于在每一個低頻音頻波形的循環(huán)周期上電壓強度的改變將會影響到增益的大小，所以對于高頻信號最理想的壓縮擴展設置會同時造成大量的低頻信號失真。具有慢啟動和釋放時間的壓縮擴展器會產(chǎn)生無失真的低頻（例如，對于具有較低基頻的低音吉他來說是理想的），但是這將不能夠及時并準確地處理較高頻率的聲音。所以在設計過程中更多的要考慮兩方面的因素來進行折衷。
 
    注意：特殊值只用于描述壓縮擴展器的概念，這些值在不同設計中以及各種發(fā)射機輸入信號強度上將會發(fā)生如果壓縮擴展器有快速的啟動時間和慢速的釋放時間的功能，在相當長的時間段內(nèi)，音頻信號中的短暫瞬間效應將會控制壓縮擴展器的增益。所產(chǎn)生的問題就是“呼吸聲”，你會在每個字或聲響之后聽到嘶嘶的背景噪音。擁有較快的釋放時間是處理該問題的一個好辦法，不過，這會增加低頻失真的可能性，因為電路在那時會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。
 
    具有單一啟動時間和合理釋放時間的常規(guī)壓縮擴展器會同樣增加系統(tǒng)失真，200赫茲時大約失真0.5％，100赫茲時大約1％。常規(guī)壓縮擴展器對于此問題無能為力。
 
    存在于高頻和低頻的失真問題促進了新一代壓縮擴展器的誕生，音頻信號的高頻部分與低頻部分得到分別處理。該過程，被稱作“雙頻段壓縮擴展”，只應用于最先進的無線話筒系統(tǒng)中，它的引進極大地增加了設計和制造該系統(tǒng)的成本。
 
    雙頻段壓縮擴展過程的使用有點像揚聲器系統(tǒng)的分頻電路。音頻信號劃分成高低頻段，然后每個頻段對其各自理想的開啟和延遲時間分別進行處理。高頻信號部分使用較快的啟動和延遲時間常量，而低頻信號部分則以較長的時間常量進行處理。兩個壓縮擴展器之間相互作用以確保音頻信號的線性輸出。

圖三

圖四