一套音頻系統(tǒng)的設計就像是“搭積木”
音響系統(tǒng)設計的主要目標包含“還音”和“廣播”。還音意味著需要拾取不同品質(zhì)和內(nèi)容的聲音，廣播意味著對不同環(huán)境進行統(tǒng)一品質(zhì)的還原。而這一頭一尾是發(fā)生在自然環(huán)境中，必然會受到自然環(huán)境的影響，因此如果沒有一個標準化的設計過程，該音響系統(tǒng)將很難有很好的效果。
打個比方
一套音響系統(tǒng)的設計就好像是搭積木。如果重心不在積木的中央，為了搭建得更高，勢必會不斷采取平衡措施。最終也許能夠完成目標高度的搭建，但是其可承受的力量平衡就會小很多。轉(zhuǎn)換到音響的概念上來說，就是系統(tǒng)的動態(tài)被減小了。
以上以積木的搭建做了個例子，類比到音響系統(tǒng)中，道理是一樣的。從拾音環(huán)境到音量放大，到功率放大、揚聲器輸出，最終混合到擴聲環(huán)境中，這一條鏈路必須保障一個穩(wěn)定的重心。否則，最終獲得的擴聲效果就如同左邊的積木，甚至更不如。因為輸入的信號是動態(tài)的，就好像積木的底座有外力推動，只要重心偏移出了黃色區(qū)塊，積木必然坍塌。
擴聲流程梳理
在此，我們需要對一個擴聲流程進行一個梳理，揀選最必須的流程進行整理：
上圖所示為一個常見的單一小型擴聲系統(tǒng)的流程。在此，我們需要先分析容易產(chǎn)生不同品質(zhì)變化的環(huán)節(jié)，才有可能提出標準化建設的方案。
首先，最難受控的就是一頭一尾的兩個“環(huán)境”。聲音在空間環(huán)境中混合、反射，嚴重受到環(huán)境的影響，以至同樣的設備在不同環(huán)境會出現(xiàn)完全不同的擴聲效果。這也是音響系統(tǒng)較其他系統(tǒng)難的地方之所在。
拾音器拾取到聲音后，是否是我們所需的最佳品質(zhì)，是一個很重要的環(huán)節(jié)，也是需要管控的。
除了品質(zhì)，不同的信號輸入的動態(tài)也是不同的，有的人聲音很小，有的器樂聲音很大。這個如果沒有一個要求，也是會導致系統(tǒng)的不確定品質(zhì)輸出的。
揚聲器本身也是一個有個性的產(chǎn)品。不同的揚聲器需要不同的品質(zhì)管控，然而，最終的品質(zhì)管控的目的，是為了與環(huán)境融合。理想狀態(tài)是輸出信號的品質(zhì)與輸入信號一致——即真正的高保真。然而，現(xiàn)實是目前的技術(shù)還做不到這一點，尤其是在眾多傳輸管理環(huán)節(jié)的干擾下。因此，我們做系統(tǒng)設計的時候，就需要盡量接近這一目標。
標準化設計過程
依照我的經(jīng)驗，音響系統(tǒng)的設計應該以矩陣為核心，分兩頭走，獨立考慮系統(tǒng)的需求。
01從輸出端入手
擴聲系統(tǒng)的目的是為了給受眾使用的，因此，有必要先從輸出端考慮。
當我們?yōu)橐粋€環(huán)境設計時，該環(huán)境需要的音量值，其實并不是一個固定的數(shù)據(jù)。而是一個相對于環(huán)境的相對值。系統(tǒng)的最低值，要滿足聽清楚的需求，就要求大于該環(huán)境的本底噪聲的10dB，最高值則只需要滿足該環(huán)境下最低值之上滿足聽感的最低值和耳朵能夠和愿意承受的最大值之間即可。
比如一個會議室，環(huán)境噪聲包括空調(diào)、風機、電器設施和道路噪聲。多數(shù)情況下，在30-50dB之間。我們以50dB為參照，那么我們擴聲的最低值需要達到60dB即可。而最高值，則至少需要滿足聽感上的動態(tài)變化，即60dB+15dB=75dB即可。當然，也許需要更多一些音量，讓聽覺更舒適一些，播放的音樂內(nèi)容動態(tài)更大一些，因此，可以再提升一些音量。但最大值不應該超過人們在這個環(huán)境里愿意承受的最大值(決不是生理上能承受的最大值)。參照語言類內(nèi)容動態(tài)不超過20dB，disco音樂動態(tài)10dB，一般音樂動態(tài)20dB。因此，會議室的最大值定在60dB+20dB=80dB即可。再為系統(tǒng)增加6dB的余額，全系統(tǒng)最大值滿足86dB就足夠此會議室的聽感了。
不過，以上數(shù)據(jù)還不夠。因為，我們上述分析的是人耳聽到的部分。事實上，音箱的安裝距離人耳還有一些距離。我們需要減去距離帶來的損耗。計算這個需要參考 “平方反比定律”：在自由聲場中，每增加一倍距離，聲音衰減6dB。
假設我們的音箱分布能夠滿足聲場均勻度和聲像要求的情況下，我們可以將會議室的音量最高值定在86dB+擴聲補償?shù)臄?shù)值。比如，假設為6dB的補償，則系統(tǒng)擴聲輸出的最大值為86+6=92dB，系統(tǒng)音量范圍為92dB～60dB之間，動態(tài)值為92-60=32dB。這個數(shù)據(jù)非常重要。它決定了我們選擇揚聲器和功率放大器的依據(jù)，同時，它也是我們設定前端信號的動態(tài)值依據(jù)。
由32dB動態(tài)和92dB最大值這個數(shù)據(jù)，我們大概可以知道，音箱的靈敏度不是越高越好，而是它最低時能夠清晰的分辨出聲音的內(nèi)容為最佳。
同樣的道理可以類推到其他的聲場擴聲需求，比如演出環(huán)境的最低值和最高值之間是怎么樣一個關系。
有了動態(tài)數(shù)據(jù)，下一步就需要找到品質(zhì)補償?shù)囊罁?jù)了。這里所說的品質(zhì)補償，是指針對揚聲器本身的缺陷而做出的補償以及對環(huán)境的聲學補償。環(huán)境補償往往又和聲場分布設計有一定的關聯(lián)。限于篇幅，環(huán)境補償此處不再展開描述，以后文章中我們再一起探討。這里只簡單分析一下?lián)P聲器的補償意義。
通常，我們拿到揚聲器的說明書時，會有一些詳細的參數(shù)，同時，還會附有揚聲器的聲學曲線圖。這些圖很好地將該音箱的工作能力體現(xiàn)出來了。那么這個曲線意味著它的工作范圍，圖紙中的曲線寬度就是它的頻率響應范圍，高度就是它的音量輸出的能力范圍。當它的最高值能夠滿足我們的系統(tǒng)要求的最高值，而它和它配套的功率放大器輸出的最低值能夠滿足我們的最低值，那么這只音箱就是可以選擇到本系統(tǒng)的產(chǎn)品。(功放輸出的最低值可參考它的信噪比值)。但是這樣還達不到我們用來作標準化設計的要求，最好能夠提供音箱的補償曲線，即用什么樣的參數(shù)在電子設備中進行補償，可以將此音箱的品質(zhì)提升到最大化。達到最佳的品質(zhì)輸出。
除了動態(tài)的參數(shù)，我們還需要一個頻率帶寬的參數(shù)。即我們需要多少Hz到多少Hz之間的聲音內(nèi)容。通?？梢姷囊笫?0Hz～20KHz。但是，這實際上是理論上的人耳聽覺范圍。不同的工作需求還是有所區(qū)別的。
以人的聲音為例，男低音82～392Hz，基準音區(qū)64～523Hz;男中音123～493Hz，男高音164～698Hz;女低音82～392Hz，基準音區(qū)160～1.2KHz;女低音123～493Hz，女高音220～1.1KHz。
也就是說，人類的聲音范圍在100Hz～1.2KHz范圍就可以滿足聽清楚的需求了。加上各類諧波，可理解的純語音，就只需要200Hz～3.5KHz，電話機的帶寬上限就是4KHz;電視機的播音上限就是8KHz;高清電話會議的帶寬也就是8KHz左右。在語言傳輸范圍內(nèi)，是無限無限制的提高帶寬要求的。因為帶寬提高會導致傳輸負擔、相位干涉等很多其他的負面作用。
因此，我們在系統(tǒng)設計的時候，可以定義一個系統(tǒng)需要的頻率范圍。此范圍可以用來規(guī)范系統(tǒng)各流程的最小值，比如揚聲器和話筒。在系統(tǒng)的品質(zhì)補償環(huán)節(jié)，就是對揚聲器的擴聲帶寬進行補償和標準化，比如音箱的外置分頻和均衡補償。
02規(guī)范輸入端標準
當我們規(guī)范完了輸出端的帶寬和動態(tài)之后，就需要規(guī)范輸入端的標準了。很容易理解的是對不同輸入信號的增益進行控制。使輸入信號的最大值在標準0dB左右，并保留一點音樂峰值的余額。
除此之外，還存在一個輸入的動態(tài)管理。我們已知本案例中，系統(tǒng)需要32dB的動態(tài)，不應該大于，也不應該小于這個參數(shù)。因此，我們就應該規(guī)范一下輸入的動態(tài)范圍。
圖示為一個多節(jié)點的動態(tài)管理器。不同于一般的動態(tài)壓縮器只有一個壓縮轉(zhuǎn)折點，它有多達四個動態(tài)轉(zhuǎn)折點。紅色線段為臨界值，輸入和輸出等值。圖中，2號點標準值0dB輸入和輸出端保持一致;1號點輸出最大值為我們設定的+6dB的動態(tài)許可值，即系統(tǒng)允許最大輸入25dB的額外動態(tài)時，最大輸出僅輸出6dB;4號最低值為系統(tǒng)允許輸入的最低有效值，為-32dB，而更低的值則認為是無效值，做大幅度壓縮處理，-32dB～-40dB之間降低輸出到-60dB。5號點-40dB之下，則認為是完全無用的聲音，大幅度衰減。這個效果與噪聲門又有不同，不會出現(xiàn)聲音中斷的現(xiàn)象，只會平滑降低音量。
總結(jié)
至此，已經(jīng)可以很好的規(guī)范了信號的動態(tài)管理，允許在我們系統(tǒng)許可的范圍內(nèi)正常工作，而無需擔心系統(tǒng)過大和過小。其中保留了一個動態(tài)值3號點，可以用于特殊效果。比如是音樂播放，則保留在紅色線段的臨界值位置，不做任何處理。如果是語音，則可以做一些調(diào)整，比如壓縮動態(tài)。效果區(qū)別在于演唱和語音演講。演唱時，需要近講效應，話筒需要距離嘴較近;而語音演講時，需要嘴距離話筒較遠，此時，就需要做較大幅度的壓縮。
當我們分別做好了輸入和輸出的動態(tài)管理之后，再加上根據(jù)對環(huán)境的聲場補償之后，本系統(tǒng)的標準化設計就可以完成了。如果是大型系統(tǒng)，以矩陣為分界點，分別對輸出環(huán)境和輸入內(nèi)容進行標準化處理，就可以搭建一個標準化的音頻系統(tǒng)了。
- 上一篇：舞臺燈光的鼻祖是TA！
- 下一篇：怎樣合理的選擇會議話筒
