什么是音频剪辑

让我们面对现实吧，音频系统的世界看起来就像一个真正的丛林。 扬声器、放大器和大量技术术语可能会令人困惑。 但别担心！ 今天，我们将解决音频系统中最困难的方面之一：放大器削波。 读完本指南后，您将了解什么是削波、发生削波的原因，以及最重要的是，如何避免削波以使扬声器保持良好状态。 系好安全带，我们开始了！

基础知识：什么是放大器削波？

想象一下这样的场景：您正在举办一场派对，音乐震耳欲聋，突然声音开始变差。 低音平淡，高音失去清晰度，整体音质令人失望。 女士们先生们，欢迎来到放大器失真（也称为削波）的世界。

削波是一种音频失真形式，当放大器试图再现超出其处理能力的功率时就会发生这种情况。 简而言之，这是放大器“放弃”并且信号超出其能力的时刻。 您得到的不是平滑、圆形的声波，而是“削波”或“扁平”波，因此得名“削波”。

为什么会出现削波现象？

想象一下您正在参加一场拥挤的音乐会。 音乐很吵，你对你的朋友大喊大叫。 但无论你多么努力，你都无法在噪音中听到它。 这正是放大器中发生的情况。

当您调高音量时，放大器会更加努力地工作以增加信号强度。 但就像您在音乐会上的声音一样，放大器的声音大小也是有限的。 当它达到最大功率（或接收到超过其功率的信号）时，信号波形会失真，导致削波。

数字剪辑

当将模拟信号转换为数字信号时以及对数字信号执行各种操作（例如缩放、滤波或混合）时，都可能发生数字削波。 当信号超出其可接受范围（例如，16 位 ADC 为 -32768 至 +32767）时，会在该范围的下限或上限处发生硬削波。 在极少数情况下，错误的整数算术处理可能会导致整数溢出，从而产生不可预测的结果。 在实践中，数字音频处理通常使用位深度至少为 32 位的浮点数来执行，因此很少发生溢出。 将浮点数转换为整数值时更可能出现数字削波。 与模拟削波相比，数字削波会产生更多数量的原始信号谐波。 混叠还会导致次谐波和非谐波泛音。 例如，简单谐波信号（频率为 1 kHz 的正弦波）的对称削波将产生频率低于 1 kHz 的高次谐波和泛音。 当针对自然音频信号和人类听觉特征进行优化的自适应编解码器进一步处理削波后的数字信号时，这些人工成分可以“欺骗”编解码器，从而导致削波信号中仍然保留的有用成分丢失。 大多数专家都认为数字削波是所有类型的幅度限制中最糟糕和最令人不愉快的。 用软件很难纠正，这在专业音频工程中是完全不可接受的。 然而，根据 Ethan Weiner 的说法，这只适用于严重超载； 如果短期过载水平不超过几分贝，音质仍然可以接受。

数字化模拟音频时避免削波的主要方法是仔细设置输入信号电平，以提供足够的余量来正确转换最强大和最短暂的峰值。 例如，欧洲广播联盟标准要求输入电平指示器显示的最大信号电平低于满量程转换限制9 dB（或2.8倍）。 此 9 dB 余量可防止由于传统指示器上可能无法显示的短峰值而导致 ADC 过载。

模拟削波

限制信号幅度是任何模拟电路的固有特性。 其组件上的电压不能超过电源电压确定的值（考虑到感应元件上的附加电压和临时浪涌）。 在具有严格输出电流限制的电路中（例如，具有连续工作电流保护），电流和电压限制同时生效。

在没有公共反馈的电路中，信号失真逐渐增大，并且限制是软的。 这在电子管吉他放大器中尤为重要，其中输出信号逐渐丰富谐波（失真效果），并且只有在极端水平时才会出现削波。 在具有公共反馈的电路中，增益保持稳定，并且在较宽的输出电压范围内失真最小。 接近极限水平时，失真随着随后过渡到削波而急剧增加，但即使在这种情况下，削波也比数字设备中的软。 产生的高次谐波水平明显较低，不存在非谐波泛音。 向削波的过渡和退出可能会伴随着短期信号浪涌和共振颤振。 由于反馈暂时打开或减弱，退出削波可能会很困难，这会导致信号“停留”在削波电平。 在某些情况下（例如，在具有 TL07x 系列运算放大器的器件中），削波可能会伴随着极其令人不快的相位反转：当负极性信号达到下限时，它会突然改变极性并“粘在”上限。

在录音室条件下，削波可能发生在录音的所有阶段 - 例如，在麦克风、内置和外部麦克风放大器中。 在国内，削波现象最常见于音频功率放大器； 它经常被忽视，因为削波期间的短期失真通常在主观可接受的值内。 导致短期但定期削波的主要原因是扬声器灵敏度低和峰值系数高（平均录音电平与最大录音电平之比）。 在存在这些因素的情况下几乎不可能完全消除削波，因为这需要太多的输出功率。 高品质音乐录音的峰值系数至少为14 dB，这意味着最大功率应超过平均值的25倍。 对于1m处灵敏度为83dB的扬声器来说，要达到1m处96dB的最佳声级，需要20W的平均功率，最大为500W。实际实验证实了这一点：例如，当在 40 m² 的房间内使用 1 m 处灵敏度为 84 dB 的扬声器、每通道功率为 250 W 的放大器定期进入削波状态，而打击乐轨道的平均功率不超过 2 W。

了解阻抗：看不见的力量

阻抗是放大器削波讨论中经常被忽视的关键因素之一。 什么是阻抗？ 将其视为设备中电流遇到的电阻水平（以欧姆为单位）。

在音频系统中，扬声器和放大器都具有一定的阻抗。 低阻抗扬声器对电流的阻力较小，这意味着它们需要放大器提供更多功率。 放大器和扬声器之间的阻抗不匹配可能会导致削波，甚至对音频系统造成潜在损坏。

削波对扬声器的有害影响

虽然一点点失真似乎是一个小问题，但持续的削波会严重损坏扬声器，尤其是负责再现高频声音的高音扬声器。 原因如下：

限幅信号包含更多原始信号中原本不存在的高频谐波。 这些“额外”高频通过扬声器的分频器（一种在扬声器不同部分之间分配频率的设备）传递到高音扬声器。 这可能会导致高音扬声器的音圈过热并损坏，最终可能对扬声器系统造成永久性损坏。

防止削波的技巧：如何保证扬声器安全

现在让我们进入最重要的部分——如何防止削波。 是的，这是可能的，而且您不必是专业的音响工程师才能做到这一点！ 以下是一些有助于保护扬声器的简单提示：

1. 将扬声器连接到强大的放大器：

为了避免削波，将扬声器连接到能够产生强大而干净的信号的放大器非常重要。 使用带有功率不足的放大器的高性能扬声器就像将割草机发动机放在赛车中一样 - 它不仅会降低性能，还会损坏扬声器。

2. 注意音量：

削波通常发生在非常高的音量水平上。 您需要控制音量，不要将放大器推至极限。 如果声音开始失真，请调低音量。

3. 考虑具有削波保护的放大器：

有些放大器具有内置削波保护。 这些设备监视输出信号，并在检测到削波时自动降低增益。

4、定期维护及设备更新：

保持音频系统处于良好状态并更新其组件有助于防止削波并提高整体音质。 随着技术的进步，新型号的发布具有改进的功能和更高的性能限制。 保持音频系统更新以避免削波并确保最佳音质。

深入探讨：放大器削波的技术方面

现在我们了解了放大器削波的基本概念，让我们看看技术方面。 可能出现的第一个问题是：放大器过载时会发生什么？这如何导致削波？ 让我们来分解一下。

当放大器接收到音频信号时，它会放大该信号的电压以驱动扬声器并产生声音。 每个放大器都有特定的电源电压，这决定了它可以提供给扬声器的最大电压。

当您调高音量，或者放大器接收到需要的功率超过其电源电压允许的功率的信号时，它会尝试提供过多的电压，并且音频波形会被“削波”。 本应被放大的信号的圆峰和谷值被切断，就好像信号被“剪短”一样。

这种失真虽然有时很微妙，但却会降低音质，并且对扬声器中的某些组件尤其有害。 从长远来看，持续的剪裁可能会造成不可逆转的损害。

阻抗失配：削波的理想条件

另一个需要考虑的重要方面是阻抗。 正如我们提到的，阻抗是电气设备对流过其的电流提供的电阻的度量。 理想情况下，放大器和扬声器的阻抗应该匹配。 但如果他们不这样做会发生什么？

当扬声器的阻抗低于放大器的阻抗时，扬声器消耗更多的功率。 如果放大器无法提供所需的功率，它就会过载，从而导致削波。 另一方面，如果放大器的阻抗较低，它可能会尝试提供超出扬声器处理能力的功率，这也会导致声音失真并可能损坏扬声器。

不同类型的剪辑：硬剪辑和软剪辑

重要的是要了解有不同类型的剪辑。 主要有两种类型：硬剪裁和软剪裁。

硬削波：这是最严重的失真形式，当放大器达到其能力极限时就会发生这种情况，导致音频信号的很大一部分被切断。 这会导致声音严重失真并很快损坏扬声器。

软削波：这种形式的失真不太严重，通常与电子管放大器产生的自然失真进行比较。 在这种情况下，音频信号的限制会更加逐渐地发生，使得失真不那么明显并且对扬声器的损害更小。 然而，即使是软削波，如果持续发生，随着时间的推移也会对扬声器造成损坏。

音频线在削波中的作用：不仅仅是您的放大器和扬声器

您可能会惊讶地发现，甚至您的音频线也会导致放大器削波。 低质量或过长的电缆会增加音频系统的阻抗，将放大器推向极限并可能导致削波。

使用正确长度的高质量电缆可以大大降低信号削波的风险并保持音频信号的完整性。

加起来

就是这样！ 放大器削波可能看起来是一个复杂的主题，但它不需要深厚的技术知识。 重要的是简单地了解您的音频系统的功能而不是超越它们。 请记住，规模适当的系统是成功的关键，预防永远胜于治疗。

遵循本指南不仅可以防止削波，还可以大大提高扬声器的寿命和音质。 因此，调高音量（当然，要负责任地）并享受您的音频，而不必担心放大器削波！