文/ZSOUND總工程師曾山、ZSOUND培訓部經理周強生
這次我們討論的課題是在音響系統調試中的一個重要問題——測試話筒的選點與擺位，因為測試話筒的選點與擺放，很大程度上決定著系統調試的結果。
一、測試話筒選點的類別
根據測試的目的，我們可以將測試話筒的選點分為四種類別，分別是：
1.主要測試點：一般是指音箱或音箱陣列的主軸線上，在其覆蓋深度一半的位置，用於測試音箱或陣列的聲壓和頻率響應，作為設置系統電平（Level）和均衡（EQ）的依據；
2.檢測覆蓋的點：一般用於檢測音箱或音箱陣列垂直、水平的覆蓋區域的點；通過這類點可以考察測試話筒在近場、遠場；軸向與偏軸的頻響差異，以了解其有效的覆蓋區域；
3.交叉點：是指在兩組音箱之間做時間、相位耦合時要取的點，比如主擴陣列和超低音陣列、主擴陣列和前區補聲陣列、主擴陣列和側補聲等等；這類選點的目的，是對兩組音箱共同覆蓋的區域進行相位優化，減小多個聲源由於傳播路徑不一、音箱型號不同等原因，造成到達聽音位置的聲音幹涉；
4.特殊位置點：這類選點通常是為了檢查特定位置音箱響應。可以細分為：
4a)近場測試：主要用於檢測音箱頻響曲線，判斷音箱是否處於正常工作狀態；
4b)調音臺位置點：（主擴）調音臺位置的測試點的重要性是不言而喻的，因為調音師會根據他所在的位置所聽到的來調主擴系統的聲音。因此有必要測試調音師聽音位置的頻響特點，並考察和觀眾席大部分區域的聲音差別；
4c)對稱點：主要用於檢查對稱的兩組音箱的一致性，以及判斷對稱位置的音箱是否都處於正常狀態。實際系統調試中，對於一個對稱系統的調試，往往會先調試其中一側，比如先調試左側，左側調試完畢後，將系統的參數設置複製到右側系統。這時會取左右陣列的聲學中軸線上的點，來驗證右側系統的響應是否與左側一致，來判斷右側陣列的安裝位置、系統設置是否與左側匹配。
二、測試話筒擺放的考慮因素與注意事項
上述選點的類別是以測試目的而做的宏觀歸納，但具體每次測試前話筒的擺放又有一些細節的考慮因素和注意事項：
1.話筒擺放的高度
話筒擺放的高度應視具體的測試環境而定。一般來說對於全頻音箱的近場測試，建議音箱架設在1-2米高度，話筒也在對應的高度指向音箱的聲學中心。測試話筒要有一定的高度，這樣儘可能減小地面反射聲的強度，減小反射聲與直達聲幹涉造成的梳狀濾波效應。這種音箱擺位也比較接近真實使用時的情形，避免音箱靠近地面或其它大的界面而引起的界面耦合效應。
圖1，近場測試音箱頻率響應，話筒具備一定高度，可以減小地面反射
對於一個實際擴聲系統的調試，音箱或音箱陣列已經安裝到位，很多時候需要把測試話筒擺遠測量，測試話筒與音箱距離拉遠之後，直達聲能量相對變小，反射聲能量相對變大，這就導致測試的信噪比降低，測試軟體的相干性（Coherence）曲線變得較差。並且由於反射聲與直達聲的幹涉，可能產生梳狀濾波效應，幅頻響應曲線會出現明顯的「峰」和「谷」，相位曲線在某些頻段有異常扭曲或者持續跳動。這時話筒的擺放可以採用界面法，將測試話筒放於地面，並儘可能縮小話筒頭與地面的間隙，來避免地面反射的影響。界面法可以有效提高測試的信噪比，特別是在低頻段可以獲得更加穩定和有意義的相位曲線。
圖2，界面法擺放話筒，減小地面反射聲示意
採用界面法時也應該注意，話筒放置於地面會有界面耦合效應，通常表現為低頻段會有較明顯的6dB疊加，而高頻段一般會由於測試話筒偏離高音軸線而迅速衰減，這時的幅頻響應曲線並不能作為調整系統均衡的參考。測試話筒置於地面時還應注意保護，避免被踩或被碾壓，可以用一個話筒支架置於話筒後上方以提示過往人員。
2.測試話筒的距離考慮
如上文所述，測試話筒與音箱的距離會影響測試的信噪比。距離近時，直達聲能量大，並且由於傳播路徑差較大，反射聲能量相對較小，能夠保持較好的信噪比，測試的相干性曲線比較高。這個近距離以1-2米較為常見，具體是要根據所測音箱或音箱陣列本身的尺寸而定的。與測量揚聲器單元不同，測量音箱或音箱陣列的頻率響應時，通常會按照音箱（陣列）正面的最大尺寸的3倍以上的距離。對於常規音箱，這可以減少單元之間聲學中心不同導致的梳狀濾波效應；對於線陣列音箱可以避免在陣列垂直方向上近場的波瓣效應。
圖3，音箱近場測試測試話筒距離應不小於音箱最大尺寸的3倍
3.近場測試時的話筒指向的位置
當測試話筒近距離測試音箱頻率響應時，話筒應該對準音箱的什麼位置？這取決於音箱的結構。
對稱結構的音箱，嚴格來說是要求音箱的箱體結構、單元分布在水平方向和垂直方向都是對稱的，比如ZSOUND的雙十寸線陣列、雙十寸線陣列、雙十八寸超低音箱、同軸返送音箱都是對稱結構的音箱。這類音箱的聲學中心就是箱體的物理中心，測試話筒頭指向音箱的正面中心位置。
圖4，對稱音箱結構聲學中心和話筒指向示意圖
非對稱結構的音箱，是指在水平或垂直方向上，箱體結構或單元分布不對稱的音箱。比如常見的非同軸的兩分頻、三分頻音箱。ZSOUND的單十寸線陣列、常規系列兩分頻音箱就是這一類，音箱的低音和高音的聲學中心是分離的。這時要分別考慮高音單元的中心位置和低音單元的中心位置，並將二者的中心連線，這條連線的中點可以視為這隻音箱的聲學相位中心。測試話筒頭要指向這個聲學相位中心。這個聲學相位中心的軸線方向，在測試距離不同時，高音和低音到達測試話筒的傳播路徑差是最小的。
圖5，非對稱結構音箱聲學中心和話筒指向位置示意圖
三、3D虛擬大型擴聲系統調試的步驟與話筒選點
經過上面的介紹，大家對於話筒的擺位應該有了初步的概念和思路。為了更好地詮釋系統調試的步驟及每一步的話筒選點，我們結合虛擬3D系統模型來講解。
圖6是一場典型大型體育場館的音響系統的模型。我們看到主擴音箱陣列、超低音陣列、前區補聲陣列、側補聲陣列、延時補聲陣列；舞臺返送系統由於和觀眾區擴聲系統相對獨立，這裡我們不做介紹了。
圖6，大型體育場館擴聲系統的3D模型圖
在開始系統測試前，音箱的安裝位置、高度、角度都應先行檢查，整個音響系統連接完成，並且功放通道與對應音箱都已經逐一檢查，整個系統達到可以正常工作的狀態，這樣才具備測試的前提條件。對於大型場地，工程師調試位置能夠方便控制調音臺並能遠程控制整個系統的所有處理器，是非常必要的調試前提。不要在這些檢查工作和調試條件達成之前，就貿然開始系統調試。
在大多數情況下，音響系統的分布都是對稱的，因而先調試一側，調試完一側系統後再將參數設置拷貝到另一側系統，再驗證檢測左右兩側對稱系統的一致性，是比較常見的做法。我們現在假設先調試左側的系統。
第一步是測量主擴音箱陣列的軸向響應，這屬於上文說的第一類點。這時話筒選擇擺放在左側主擴陣列的軸線上，在其覆蓋深度一半的位置。這個選點用於對主擴陣列的曲線的初步檢查，並做初步的均衡（EQ）調整。
圖7，從第一類主要測試點，位於待測陣列的主軸線上
第二步，進行主擴音箱陣列與低音陣列的相位耦合，這個話筒選位屬於第三類交叉點，測試話筒擺放在主擴陣列軸線和超低陣列軸線連線的中心軸線上，由於這條軸線距離主擴陣列和超低陣列的距離差是最小的，這樣可以最大程度實現在這條軸線從前至後的位置都能做到較好的相位重疊。
圖8，主擴陣列與超低陣列中軸線中心連線示意圖
這個測試點通常離音箱陣列都有一定的距離，實際測試中可能會發現反射聲的幹擾會非常明顯，導致相位曲線在低頻段有異常的扭曲而不利於觀察和判斷。這時就可以採用上面講到的界面法，將測試話筒擺放在地面上，並使測試話筒頭儘量貼近地面，減小來自地面的反射聲。這樣一般可以在500Hz以下得到較為穩定和準確的相位曲線。對於主擴陣列和超低陣列的相位耦合，我們關注的是它們共同工作的頻段，通常在30Hz-200Hz之間，所以用界面法擺放話筒可以幫助我們測得更準確的相位，更好判斷給哪一組音箱增加延時。
第三步，檢查前區補聲音箱的軸向近場響應，做好曲線檢查和初步的音量和均衡調整後，再調試主擴音箱陣列與前區補聲音箱的相位耦合，這時話筒選點屬於第三類交叉點，要根據主擴陣列與前區補聲的覆蓋角度和覆蓋區域，在兩組音箱的共同覆蓋區域內擺放測試話筒。
圖9，主擴聲聲陣列和前區補聲的水平覆蓋交疊區域示意
實際操作中，主擴陣列與前區補聲音箱的覆蓋區域並不會像圖例中這樣有清晰的界線，系統工程師要結合音箱本身的指向性特點、現場的安裝位置，初步目測判斷兩組音箱交叉覆蓋的大致區域。在這個區域內根據耳朵聽到幹涉最為明顯的點來決定測試話筒的具體位置，也可以藉助一臺手持聲壓級或頻譜儀，單獨測量每組音箱的聲壓和頻譜特性，作為話筒選點的輔助參考。
第四步，進行主擴音箱陣列與側面補聲陣列的相位耦合。與第三步類似，這時測試話筒也要擺放在主擴音箱與側面補聲陣列的交疊覆蓋區域，具體的選點方法也可以參照第三步。
圖10，主擴聲聲陣列和側面補聲陣列的水平覆蓋交疊區域示意
第五步，進行主擴音箱陣列與延時補聲陣列的相位耦合，可以將話筒擺放在主擴陣列與延時補聲陣列正軸線的連線的中線上，深度上可以擺在延時補聲覆蓋區域的一半位置。
圖11，調試延時補聲陣列與主擴聲陣列的話筒選點示意圖
第六步，在左側系統初步調試完畢後，可以將系統的參數設置拷貝到右側，檢測左右系統的一致性。測試話筒應擺放在被測的左右對稱的音箱陣列的中軸線上。
第七步，在整個系統初步調試完成後，還應了解一些特殊點的聲音特性並考察全場的聲音覆蓋的均勻度作進一步細緻的調試。最重要的特殊點是主擴調音臺的位置，這裡的聽音條件很大程度上影響調音師對聲音的判斷和處理。
圖12，調音臺或主擴觀眾區對稱軸線上的選點示意
檢查聲音覆蓋均勻度則需要選擇更多的測試點來做出評估，如最前排觀眾區域、最後排觀眾區域，觀眾區前半場的中間位置、後半場的中間位置。
四、系統調試與話筒選點的現場演示
相信經過上文的三維圖例的講解，大家應該能很直觀地看到每個步驟擺放話筒的考慮因素。下面我們以一套小型的示例系統，來演示一遍系統調試步驟和話筒選點，相比實際演出中大型系統的調試，步驟有所簡化，僅僅為了簡易說明調試過程。
由於場地空間限制，我們設置了「半套」小型的擴聲系統來做演示。之所以說是半套系統，因為只設置了一側的音箱。主擴採用3隻ZSOUND VCM音箱，是一款雙十寸三分頻的線陣列音箱；超低是2隻ZSOUND VCS音箱這是雙十五寸的超低音箱；前區補聲是十二寸同軸音箱ZSOUND CM12，是內置兩分頻音箱；側補聲是一隻ZSOUND LA110，這是單十寸兩分頻線陣列音箱，延時補聲也同樣是一隻LA110。系統共有3臺M44T處理器，每組音箱的處理器輸入通道是獨立的，因而可以在處理器中對每組音箱作延時、均衡、全通濾波器等處理。
圖13調試步驟演示系統的音箱配置
先單獨聽過每組音箱的聲音，確認音箱都處於正常工作狀態，檢查確認系統通道連接無誤。
測試的第一步是檢測主擴的全頻的軸向頻率響應；這時話筒擺放位於主擴陣列的正軸線上，距離約為5米，高度基本對應中間的這隻VCM音箱的高度，測試主擴陣列的頻率響應並保存；
圖14，測試主擴音箱陣列頻率響應時，話筒與音箱的相對位置示意
圖15，在主擴音箱陣列測試到的頻率響應曲線（幅度+相位）
第二步對主擴音箱與超低音箱進行相位耦合。話筒任擺放在第一次測試的軸線位置上，為了減小地面反射對測試的影響，將話筒放置在地面上。首先單獨測試主擴音箱的頻響與相位；然後再單獨測試超低的相位。由於在處理器默認預設中，VCM和VCS的延時已經按照這種擺位方式做過優化，因而這裡不需要再給VCS做任何處理，二者之間的相位曲線在共同工作的頻段即是基本一致的。再測試驗證兩組音箱共同開啟時的疊加情況。
圖16，橙色曲線為主擴陣列的頻響曲線，綠色為超低頻頻響曲線，藍色為二者同時開啟的頻響曲線
第三步，我們對主擴音箱和前區補聲音箱進行調試，測試話筒擺放在兩組音箱聲音交疊的位置上。先測試主擴音箱的頻響曲線並保存，再測試前補聲音箱的響應曲線，這時可以在用測試軟體的「Find Delay」的功能，測得前區補聲音箱與主擴音箱的延時差，在數字處理器中給前區補聲音箱的加入這個延時值，其相位曲線也會變得和主擴聲音箱相位基本一致，這時再測量並保存曲線。最後再同時開啟主擴音箱和前區補聲音箱，驗證二者在測試點位置的聲音在全頻段的疊加情況。
圖17，調試主擴聲音箱和前區補聲音箱時話筒擺位示意
圖18，橙色為主擴陣列的頻響曲線，綠色為經過延時校正的前區補聲的頻響曲線，藍色為二者同時開啟的頻響曲線
第四步，進行主擴音箱和側面補聲音箱的相位耦合，操作步驟上與第三步類似，其話筒擺位和測試曲線如下圖。
圖19，調試主擴聲音箱和側面補聲音箱時話筒擺位示意
圖20，橙色為主擴陣列的頻響曲線，綠色為經過延時校正的側面補聲的頻響曲線，藍色為二者同時開啟的頻響曲線
第五步，調試主擴音箱與延時補聲音箱的相位耦合；操作步驟上亦與第三步類似。其話筒擺位和測試曲線如下圖。
圖21，調試主擴聲音箱和延時補聲音箱時話筒擺位示意
圖22，橙色為主擴陣列的頻響曲線，綠色為經過延時校正的延時補聲的頻響曲線，藍色為二者同時開啟的頻響曲線
由於這裡演示用的幾款音箱，都是ZSOUND的專業演出系列產品，在做處理器預設時，已經將各款音箱的初始相位曲線優化到一致，因而在系統調試中一般通過調整延時都能基本實現相位一致。實際調試中在遇到不同分頻結構、不同品牌型號音箱混用時，相位曲線很難僅通過調整延時來完成優化到一致，需要藉助調整分頻斜率及分頻網絡類型、全通濾波器或者FIR濾波器等手段來調試，這是更為進階的調試手段，希望在以後繼續和大家討論這一方面的話題。
後記：
這篇文章是我們在1月13號下午第一次做網絡視頻直播培訓（內部測試）的講課內容，如果大家看完文章仍然有疑問的話，可以關注ZSOUND公眾號，觀看這次直播的回看視頻，與我們交流。2017年我們將繼續推出更多的關於音響技術的視頻與文章。
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