增益结构调试全流程拆解，别再盲调了！

增益结构调整的目的是使各级设备（如音频处理器）获得最大信噪比，并使音频系统操作者获得更大的调节空间与操作安全性。本文将以设置音频处理器增益结构为切入点，从原理解析、实操步骤以及常见问题分析，让你掌握原理进而可以适用于整个音频系统的调整。

目录导读：
① 增益结构设置前的核心要点；
② 四步搞定增益结构调整；
③ 实际应用中常见问题及优化建议。

增益结构设置前的核心要点

作为被设计在标称操作电平上使用的音频设备，对通过的信号有着上限值的要求，一旦信号超过上限值就会发生削波失真。同样，所有的设备也有信号的下限值即本底噪声，有效信号若低于本底噪声则会被噪声淹没。

▍动态范围

当信号在音频设备通道中传输时，我们必须同时关注设备的最大输入电平与本底噪声水平，这两者之间的比值我们称为该设备的动态范围。（区别于我们常常谈论的音频信号动态范围，如交响乐拥有比新闻播报更大的动态范围指的就是信号动态范围。）

动态范围、信噪比与峰值空间的关系

除了关注模拟器件的指标，对于数字设备而言，音频信号采样量化的位深(bit)也决定了设备的动态。通过以1-bit为6dB的动态值计算，16bit最大动态为16x6=96dB，24bit的设备则可以拥有24x6=144dB的动态。也就是说，采样位深数值越大，设备动态范围就越大。这里请勿与模拟信号的动态范围混淆。

▍本底噪声

当最小的音频信号低于本底噪声水平时，语音可懂度会受到噪声影响而降低。事实上，当音频信号电平只与本底噪声水平相差无几时，人耳听感对这样的声音也是不能忍受的。对音频系统信噪比的要求具体取决于不同应用场景，但总的来说，越是专业扩声的场合就越是应当对信噪比提出高的要求。

▍削波失真

假如输入信号电平超过了设备的最大电平，设备会出现削波失真。举例设备的最大输入电平为+20dBu，如果给它输入一个峰值电平达到+24dBu的信号，信号将会产生削波失真。在实际应用当中，我们希望避免信号削波的另一个重要原因是：当削波发生时，其所产生的直流成分对扬声器的线圈有着致命性的摧毁作用，短短数秒内就可能将扬声器里高频单元烧毁。

图左：信号被设备本底噪声淹没；图右：信号发生削波失真

▍增益结构

既然音频系统在单个音频设备中传输要考虑动态范围，那么作为由各个音频设备所组成的音频系统自然也有系统的动态范围。音频系统的动态范围很大程度上依赖于系统工程师对设备的选型以及“增益结构”的配置。而这一点符合“木桶短板效应”，如在专业音频系统中插入消费级的设备不是明智的选择。即使采用的都是专业级别的设备，也有可能因为增益设置不得当而达不到系统期望的使用效果。

 

那么，什么是“增益结构”呢？增益结构（gain structure）可以定义为发生在音频信号链路当中的各级增益关系，如在音源与音频处理器之间、音频处理器与功放之间等等。

一种不正确的增益结构设置可能会导致：

扬声器发出持续可闻的“沙沙声”底噪声；

调音人员无法精细化地调节音量大小；

提升音量会“破音”，声音因削波失真不可辨；

系统无法还原大动态范围的节目音频；

较低信噪比迫使系统提升增益，间接增大声反馈风险等。

 

总而言之，我们尽可能地希望音频运行在动态范围最大化（且信噪比最大化）的系统当中，以正确重现人声或节目音频的更多细节。

掌握了上面的背景知识，以下步骤将能指引你在实际使用当中完成对音频处理器的增益结构设置。

 

四步搞定增益结构调整

 

（1）关闭你的功放

要设置正确的增益结构要求我们由信号链路从前往后来进行调整，在这一步骤中，你不需要听到任何声音，只需要参考电平即可。

 

（2）调整音源的输出位置

你或许会在某些音源设备上发现不止一种类型的音频输出接口，或是具有Mic/Line电平选择的拨档（如无线话筒接收机）。

无线话筒接收机不同类型的音频输出

 

首先，在专业音频系统连接中，我们尽可能地使用平衡接口进行连接，这样能够进行长距离地传输而不额外引入更多噪声。

如果是需要将音源连接到一般的传统调音台，还需要注意接口类型之间存在差异，需要结合查看产品规格书。如用于Mic电平连接的卡侬接口（XLR）所能承受的最大输入电平比用于Line电平连接的大三芯接口（TRS）的低。

而对于将音源连接到我们的音频处理器上则无此顾虑，每个输入通道的接口适用于无论是Mic电平或是Line电平的音源，同时具有可独立控制的48V幻象供电开关和步进灵敏度增益（话放）调节，可作为话筒前级对话放增益进行精细设置。（设置方法在第③步骤进行详细阐述。）

另外，如果是节目源类型的音源（如播放器），其通常具有恒定的本底噪声。通过增加音源自身的输出电平就能增加信噪比，可以在进入到处理器不失真的前提下尽量调高。

 

（3）调整音频处理器输入灵敏度增益（话放）

对于调音台或数字音频处理器设备而言，其本身也具有恒定的本底噪声。

对于Line电平接入的输入信号，一般无需调整输入灵敏度增益（话放）就可以拥有足够的信噪比。但是如果对于Mic电平或消费类音频产品接入，则不可避免出现信噪比不足的情况。因此需要在信号进入ADC模数转换之前（即在不增加设备自身的本底噪声的前提下），通过输入灵敏度增益（话放）放大输入信号从而提升信噪比。

在「RNN系列」，电平表采用dBu为单位，即0dBu为处理器的“标称操作电平”大小。在音源常规播放/话筒正常使用距离的情形下，观察并缓慢调整输入灵敏度，使得音频处理器输入通道电平表大小达到“标称操作电平”。每一输入通道都是如此设置。此时音频处理器的增益结构处于所谓的“0进0出”的增益结构，信号电平与设备最大电平之间将保留充分的峰值空间（Headroom）以满足后续用户正常的音量操作范围。

RNN模拟输入通道灵敏度调节

除了dBu电平表外，另外一种常见的方式是采用dBFS电平表（满刻度电平表）。如「NLP系列」的最大电平标定为0dBFS，则-18dBFS为处理器的“标称操作电平”大小。工程师只需结合具体该设备的参数规格表后就可以推算dBFS电平表上其他刻度相对应的电平值。

NLP的dBFS电平表

 

值得注意的是，增益不仅会对信号放大，也会对与信号一同进入的上一级噪声进行放大。如“音量推子”等具有电平调节功能的增益是发生在ADC模数转换之后，它的上一级噪声除了包含与信号一同进入的噪声，也包含了设备接口自身的本底噪声。因此，尽管都是对信号起到音量调节作用，在信噪比提升方面“音量推子”并不能达到与灵敏度增益同样的效果。所以说，一旦灵敏度增益正确设置，就不宜再频繁调整。否则将其作为音量控制手段交给最终用户，会极大程度地影响系统稳定性。

 

增益不仅会对信号放大，也会对与信号一同进入的噪声进行放大

 

到这一步音频处理器的增益结构调整结束。同理，通过对在信号链路上处于功放之前的设备节点，都进行“0进0出”的设置，这样的增益结构我们称为统一增益（Unity gain）。拥有相同的峰值空间的好处是能够最大化用户在使用过程的音量提升范围，不会由于“木桶短板效应”而提前产生削波或降低信噪比。

 

（4）设置功放灵敏度

最后一步就到了将声音放出的环节。大部分情况下，功放的音量设置由位于功放前面板的灵敏度调节旋钮完成（如果使用的是DSP功放，则通过调节DSP的输出增益来完成任务）。在开启功放前，请注意将旋钮调节至关闭状态以防止突然的大电平信号而导致人耳永久性听觉损伤或扬声器及其他系统设备损坏。

 

调节开始时，同样建议在音源常规播放、话筒正常使用距离的情形下，并缓慢调整功放旋钮直到扬声器的目标覆盖区域达到目标或标准扩声声压级。每一组功放扬声器都是如此设置。至此，系统的增益结构就完成了快速调节。

 

声学仿真软件对系统声压级覆盖进行设计

调试完还有底噪？可能是这些原因

 

有时你会在扩声系统当中发现，在已经完成增益结构设置之后，仍然出现较大的本底噪声。

第一种可能是设计的声压级高于环境实际使用需求，通过降低功放输出灵敏度可以决定最终合适的音量。

第二种可能是不得不选择折中的方案，无论是评估噪声是来自于系统中哪一个最薄弱的环节，并判断是否要对其进行替换；或是通过压缩峰值空间并限制用户音量调节范围等手段，使得信号能够尽量远离本底噪声。

第三种可能是扬声器功率数量少，功率小，无法满足使用需求时一味增加功放放大倍数，从而导致本底噪声同样放大，在没有扩声条件下有可闻的设备底噪声，这时需要重新设计或增加扬声器数量、功率来解决该问题。

 

另外，尽管不是本文的重点，需要强调的是：在扩声系统调试中，增益结构调整仅仅只是其中一步。即使增益结构设置完成，仍然会出现音量调节范围常因声反馈（啸叫）而受限，或是无法实现多只话筒同时打开的情况。

 

此时必须要意识到，我们只有先通过合理的音频系统设计、声学考虑、音频设备选型、以及通过运用音频处理器混音算法或者Mix-minus方式等，如果一味的使用反馈抑制器等来解决声反馈问题，只能将系统或音频质量变的越来越糟糕，并不会有显著的传输增益提升。

 

所以，作为专业的音频人士，一定是专注专业音频设计、选型、合理使用DSP算法和方法技巧，才能实现将一个好的音频系统呈交给最终用户。