影院超低頻聲學處理與EQ的互補《影音極品》專欄聲學陣地 8月刊

2021-01-12 成都小春

文章內容皆來於辛苦實作,水平有限,歡迎討論指教,謝絕找茬;

在文章開始之前,我們先作一些關於聲學和EQ最基本的概念科普,分析各自的物理和科學原理;

先說一下什麼是直達聲、早期反射聲、反射聲和回聲:

聽眾在房間中聽到的聲音有來自聲源的直達聲、經房間周圍界面多次反射的早期反射聲、比直達聲晚到 50ms以上的密集的多次反射聲(混響聲)和比直達聲晚到 100ms以上的後期反射聲形成的回聲。

直達聲是聲源直接傳播到聽眾的聲音,也是聽眾最先聽到的聲音。它的貢獻是傳遞聲音的信息、提高聲音的清晰度、提供聲源的方向和聲壓級的主要來源。直達聲聲壓級的傳播衰減與距離的平方成反比,即距離增加一倍,聲壓級減小 6dΒ,與房間吸聲特性無關。

早期反射聲又稱近次反射聲,是聲源發出的聲音經周圍界面(牆壁及天花板、地面)反射 1~2次後、比直達聲晚到 50ms以內的全部反射聲都屬於早期反射聲。它的貢獻是提高聲壓級、提高聲音清晰度。確定廳堂的封閉特性。它的傳播衰減與反射界面的吸聲特性有關。耳朵無法把它與直達聲區分。

比直達聲晚到 50ms以上的密集的多次反射聲都稱為混響聲。它的貢獻是使聲場變得均勻、音質豐滿,可以幫助人們辨別房間的封閉空間特性(房間容積和空間高度)。但它不包含信息量,對直達聲會產生掩蔽效應,降低聲音的清晰度。超過 100ms的混響聲變成回聲。 超過 100ms延時的混響聲開始具有回聲感覺了。回聲可引起巨大的空間感,但同時也嚴重的影響系統的聲音清晰度, 是室內混響的構成;

接下來說一些EQ的基本概念:EQ是均衡器(Equalizer)的縮寫。其中paragraphiceq是參數圖形均衡器(PEQ),graphiceq是圖示均衡器(GEQ)。它的基本作用是通過對聲音某一個或多個頻段進行增益或衰減,達到調整聽音位直達聲頻響的目的。EQ通常包括如下參數:F(requency),頻率――這是用於設定你要進行調整的頻率點用的參數;G(ain),增益――用於調整在你設定好的F值上進行增益或衰減的參數;Q(uantize)――用於設定你要進行增益或衰減的頻段「寬度」。要注意的一點是:當你設定的Q值越小的時候,你所處理的頻段就越寬,而當你設定的Q值越大的時候,你所處理的頻段就越窄。

特別提示:包括並不限於EQ功能的數字效果器就是通過改變直達聲、早期反射聲、混響聲、混響時間以及它們之間的相對延時等聲場結構參數可在任何場所(包括沒有混響聲場的室外場所)模擬出你所需要的任何聲場效果。請注意,數字混響效果器只能增加原房間的混響時間、混響電平和它們之間的相對延時量,而不能減小原房間中的這些聲場參數,數據實測分析見下圖;

相對於上圖,下圖同樣是有EQ處理保障聽音位直達聲平直,因為有深度聲學處理,100毫秒後的回聲幾乎完全消散到空間本底噪音水平,空間尺寸只有8平方;

上面講了直達聲、反射聲和EQ的具體定義後,接下來我們以影院效果影響最為關鍵的超低頻來作深度剖析;聲波在空間裡傳播有三種研究方法,科普中一般常見的只前兩種:幾何聲學法、統計聲學法,而這兩種方法,都是以忽略聲波波動性的。而第三種方法:波動聲學法一直在被忽略,然後低頻主要研究方法就是波動聲學法。小空間裡在兩個平行面之間,駐波是這樣形成的。當某個頻率的聲音波長的一半恰好等於兩平面之間距離的整數倍時, 就會產生共振和駐波現象。這被稱為軸向模式, 因為它們都是沿矩形房間內的主要軸向方向長、寬、高而存在。

而房間典型的房間模式除了上面圖上算的軸向之外:還有斜向和切向共3種。

房間的尺寸決定了共振頻率本身,而決定共振頻率分布情況的, 卻是房間的長寬高之間的比例。避免使用簡單正方形或是長寬高之間呈簡單整數倍關係的房間已經成為慣例,因為這樣會使共振峰的頻率比較接近,能量消散慢的頻段疊加堆積在一起。即便是如此,同樣超低頻在空間裡不同位置也會起伏差異巨大。

接下來我們用一個比較極端的正方形空間的毛坯與聲學處理的對比數據來作一個分析:

5.1*5.3*3.3正方形破車庫視聽室,MIC放置同一個聽音位,低音炮也放同一個位置;

毛坯時的頻響16HZ-100HZ最高98DB,最低76DB,起伏為22DB;聲學處理後,16HZ-100HZ最高74DB,最低66DB,起伏為8DB;

同時也可以對比看出,處理前後的頻響,在非駐波結點位置的曲線有出平行走勢,同時峰谷的頻率也幾乎在同樣的頻率,只是起伏大幅度變小,峰變低,谷變淺;對駐波有比較大的抑制和優化作用;

接下來看一下毛坯狀態時的瀑布圖,直達聲在32HZ約98DB,經過250毫秒後,回聲電平約94DB,經過250毫秒衰減約5DB;

5.1*5.3*3.3正方形聲學處理後,聽音位直達聲32HZ最高約73DB,經過250毫秒後回聲電平約46DB,衰減量約27DB;

同時從處理後的頻響數據來說,軟體提示無駐波,100HZ以下達到正負4DB;因為低音炮原生頻響為正負3DB內,所以要單炮出現頻響正負1DB的可能性不大;此時,如果要追求頻響數據平直,唯有EQ可以做到,而是否需要EQ,及EQ幹預的程度,個人認為,需要超長時間的在EQ幹預和主觀聽感反覆對比中尋求折中;畢竟現在的EQ處理器,不管是在失真和精度上都比較好,可以比較容易的拉動直達聲頻響曲線;而聽感上定奪依然是最難的;

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