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工厂设计师眼中的扬声器发展趋势
日期:2021-07-19 16:05:28
导读 Introduction
就真正的调音技术而言,不得不提的就是功能强大的FIR(Finite Impulse Response有限脉冲响应)滤波器。很多人提到“ FIR”就会想到线性相位均衡器,当然FIR能做到线性相位均衡,但不仅仅是这些。

一直好奇工厂是怎么研发扬声器的,出厂前要经历哪些步骤?探厂记录来了!

山姆·费恩(Sam Feine)是一位扬声器设计工程师,曾与多家主流的专业扬声器制造商以及音频公司合作。最近我们讨论了现代扬声器开发工作流程中的一些工作内容和趋势。


扬声器设计工程师Sam Feine

1 FIR滤波器
一直很好奇,新生产出来的扬声器上市之前如何为它们进行调音?在这个过程中会涉及哪些技术?

就真正的调音技术而言,不得不提的就是功能强大的FIR(Finite Impulse Response有限脉冲响应)滤波器。很多人提到“ FIR”就会想到线性相位均衡器,当然FIR能做到线性相位均衡,但不仅仅是这些。

费恩解释说:“FIR强大的原因之一是,一旦设置了FIR滤波器,基本上每个FIR卷积都会得到相同的结果。如果制造商推出FIR EQ预设,则意味着将其加载到每个品牌的DSP上结果都是一样的。

而不同制造商对Q的含义有不同的定义,这是IIR(Infinite Impulse Response无限脉冲响应)滤波器的普遍问题。但在滤波器长度相对较短的情况下,FIR通常无法对低频产生预期作用。因此,无论如何,都必须在低频段使用IIR滤波器来进行补充。一些制造商通常会在不同的DSP平台发布大量IIR预设库,因为平台之间的滤波形状略有不同。在不同的软件平台中创建所有这些预设并调整IIR系数,以使其在平台之间匹配是一项繁重的工作,非常耗时耗力。有一些软件可以使这一过程变得更轻松——Eclipse Audio FIR Designer软件很棒,我强烈推荐它——内置了不同的IIR定义,并且还可以在不同DSP平台定义之间进行转换。”

2 兼容性
在有方向性的中高频范围内,FIR的优势非常强大。当深入到最低频程时,将扬声器放在室内空间,则会对频响产生巨大影响。

费恩补充道:“尤其是在扬声器进行配对(立体声或与超低频)时,对它们影响更大。如果对这些扬声器进行调整,使它们之间具有相似的相位响应,那么情况会好一些。如果是来自不同制造商的扬声器,而它们在低频表现截然不同,那就会产生干扰。所以说,制造商会注意这一点,以确保产品线中的多个产品之间的兼容性更高。”

“还有一些制造商会花费多年时间尝试突破,确保顾客可以跨产品线配置系统。这种情况比较少见,确实很难做到,因为不同的产品线可能针对不同的用途。不过也有成功的例子,Adamson旗舰E系列针对的是大型的户外演出,而S系列要紧凑得多,但它们就被设计成为可以互相兼容补充的系统,甚至可用在同一线阵列。不得不承认,他们在塑波方面确实很厉害。”


3 出厂设置
有一个我一直觉得很疑惑的地方就是现场演出调试系统时,可以放入两个,三个,四个滤波器。但是,如果要在扬声器或功放预设中构建DSP,则只需一个滤波器来实现所需的整个频率响应。这是什么原理呢?

费恩告诉我:“制造商能够做到这一点非常强大。在开发过程中,当我们进行设计、试听和调试时,通常将传统的IIR滤波器叠加在“基于实验室曲线的” FIR之上。我们在调整扬声器时会使用IIR滤波器,因为它们很容易辨认。你可以查看曲线并确定哪些滤波器在做什么。但是,归根结底,对于最终产品,我们会将那些手动叠加的IIR直接内置到FIR中,并将它们卷积在一起,得到一个单独的滤波器。这就是内置在扬声器中或作为预设发布的东西。”

4 模拟软件
从某种意义上说,以上这些都是与终端用户无关的幕后事情。不过制造商确实向客户提供了其他工具,例如模拟软件。它可能是独立的模拟程序,也可能是需要在第三方模拟程序中使用的库文件。无论哪种方式,都可以使用户查看产品在实际中的交互结果。相比以前,这不再是一件奢侈的事情。

Adamson 声场模拟软件Blueprint AV工作界面

现在几乎所有的主流制造商都提供某种形式的模拟工具,这确实改变了我们现场部署扬声器的方式,现在我们可以进入现场直接告诉工人,这是吊挂高度,这是倾斜角度,如果扬声器安装正确,只需期待它们的出色表现。

费恩也表示赞同:“厂商提供的新工具非常精确,而且通常易于使用。不得不承认,很多时候人们不喜欢自己进行建模,但是你可以咨询主流制造商并与他们讨论。与我合作的制造商都有相应的应用程序团队。他们可以为你的场地推荐扬声器,有时他们还会帮你将所有扬声器都放入场地进行模拟预测。每个制造商在处理方式上都各有不同,但确实很有帮助。”

不过很多人没有意识到这一点——他们的思维惯性会告诉自己:制造商就是生产扬声器的,他们把扬声器放进箱子然后运送给你就完事了。往往忽略了他们也可以为你的项目提供支持,并帮助你找出最好的部署方式。

不过说到第三方行业标准模拟软件与制造商特定模拟软件时,费恩表示自己喜欢行业标准软件,“因为例如,一场演出配置了来自三个制造商的产品,我可以在一个模型中完成模拟和预测,这样就直观多了。”

不过对于我来说,使用特定品牌的软件,进入模拟预测,实际上可以将麦克风放置在虚拟空间中,模拟测量结果并调整测试中的系统,然后将这些滤波器和延时数据推送到真实的DSP上,这一点真的很棒。


从左至右,山姆·费恩(Sam Feine)迈克尔·里德(Michael Reed)和技术编辑迈克尔·劳伦斯(Michael Lawrence)在纽约“音频聚会”上

除此之外,对于某些更高级的应用,你还可以运行一种算法来对每只扬声器进行优化,以更均匀地覆盖空间。当我第一次看到别人演示这个技术时,心里想的是:“这真是太高级了,我可能这辈子也弄不清楚这些原理。”

但事实是,如果你有一个很好的模拟预测软件,它并没有你想的那么复杂。而且,当你处于制造商自己的生态系统中时(从网络系统,到处理器,到功放,再到扬声器),只需单击“开始”,所有与网络连接的处理器都将同步这些参数。

不过,将处理电子设备的系统与预测软件以及扬声器本身集成绑定在一起,通常意味着你被限定在同一制造商那里购买电子设备和扬声器。这可能会有点贵(不过带来的便利真是太值了!)

费恩总结说:“这似乎是当今行业发展的趋势。它减轻了现场人员的工作量,他们无需做很多深入的工作,还得到了更好的结果。带着一个无源两通道扬声器进入现场,并且必须弄清楚需要使用哪些滤波器,这基本上已经成为过去时。我们不再需要在功放机架中放置电子分频器,只需旋转旋钮,直到听起来满意为止。这些工作现在已经由制造商为我们完成,既可以在有源扬声器内部,也可以在扬声器预设中。如果你想了解整个系统我们能做的所有非常酷的事情,我们可能要聊一整天。”

他似乎想结束了,我赶忙接过话头:“我还想聊一聊系统保护。”

“如果你了解驱动扬声器的知识,那么你可以用一个尺寸合适的放大器进行有效的驱动。一些更高级的应用程序带有额外的传感器来跟踪驱动器的工作,例如,限制电压峰值,并使用该数据来限制偏移。这些限制器可以很好地保护扬声器。”

5 现代扬声器带来的变化
聊到这里我发现,我们正在脱离以前的工作模式,即“我必须给这个双通道扬声器进行校准,加上分频滤波器。”的思路已经过时了,现在PA工程师更多思考的是,“我需要一个设计合理的扬声器,它会保护自己,并且听起来很棒。”

现在,我们只需讨论它如何与其他扬声器相互作用,如何与空间相互作用以及如何获得所需的覆盖范围。而且,我们可以花更多的时间在演出上,而不是一直调试系统,加各种滤波器和限幅器来确保系统不会烧。
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