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    建模分析:超低音音箱最佳位置不全是地面
    更新時間:2019-11-12 17:59:37 編輯:溫情 文章來源:蘭格電子 調整文字大小:【

    如果我們看看聲學物理,那么我們可以知道,與音頻界的大多數事物一樣,這要“看情況而定”。因此,讓我們從討論為什么地面也許確實是放置超低音音箱的合適位置開始。

    將任意音箱放在一個大型水平面(與波長相關)上制造一個半空間環境負載條件,意味著從音箱發出的球面波(在所有方向上的能量均等)現在將所有能量都輻射到半球之內,或者覆蓋區域的一半。這為半球帶來3dB的能量輻射增量,與將超低音音箱數目增加一倍帶來的增量相同。

    如果超低音音箱恰好同時離一個垂直表面很近,例如,高高的舞臺表面,這樣帶來的結果是形成四分之一空間負載,產生另外3dB的增量(假設舞臺表面是固態的);換言之,再次將超低音音箱數目“加倍”。例如,4只超低音音箱在地面上,并且接近一個垂直表面,能夠提供相當于16只超低音音箱輸出的聲能量。

    這看上去明顯是支持將其放在地面上(并且靠近一個垂直表面)的論點,不過還需要考慮哪些其他情況?平方反比定律又是如何呢?即是說,離開聲源的距離每增加一倍或減少一半,聲壓級(戶外)就會有6dB的改變?

    在一些現場演出中,聽眾可能會距離地面上擺放的超低音音箱僅僅3米之近,也可能遠在60米之外。我們可以假定調音位置距離超低音音箱30米。如果超低音音箱在調音位置達到100 dB聲壓級,那么在前排聽眾位置處約為120 dB,在后排聽眾位置處約為94dB。從前排到后排有26 dB的差別!

    當然,在室內不會有這么大的聲壓級差別,但仍然會讓前面幾排的聽眾感覺不舒服。現在讓我們考慮一下分頻點的問題。加上地面上的超低音音箱,我們有兩個聲源(主擴聲源和超低音聲源),重現相同的頻段,兩個聲源彼此間隔了相當遠的距離。

    假設主擴聲源在超低音聲源上方約8米處。在分頻點會發生什么?

    第一個任務是將超低音音箱的聲音與主擴音箱的中高音保持同步到達。對于前排聽眾位置處,超低音聲源需要延遲約13毫秒(ms)來保持與主擴聲源的同步到達。然而,在30米遠的調音位置,其物理位置偏移僅為約1米(或2.7 ms),后排聽眾位置處的物理位置偏移僅為0.5米(或1.3ms)。

    那么誰得到了好的聲音?

    物理位置偏移會影響系統校準,導致分頻點附近的頻率響應異常。任何有著兩個或更多個重現相同聲音的間隔聲源的音箱陣列,其極坐標響應會因為聲源的頻率和物理位置間距的不同,將在一個或多個方向上產生凹陷。所以,在每個位置的聽眾將獲得在分頻點附近有不同谷值的頻率響應。


    讓我們為此建模來看看發生了什么!

    【圖1】

    圖1是一只吊裝在8米高處的中高頻音箱和一只擺放在地面上的超低音音箱,在80至125Hz范圍位于100Hz分頻點附近的垂直極坐標圖。

    我不認為有人會想要這樣的極坐標表現!這對聽眾意味著什么呢?

    讓我們看看在每個聽眾位置處的頻率響應。

    【圖2,基礎SLM的函數圖】

    在圖2中,顯示了從20到1000Hz之間,低通和高通濾波器以及在3米(綠線)、30米(藍線)及60米(粉紅線)聽眾位置處的頻率響應。

    我們首先注意到的是,在不同聽眾位置處的頻率響應彼此之間有聲壓級差異。

    其次是在3米聽眾位置處的頻率響應(綠線)上,中高音和超低音之間的聲壓級差異。(還記得原因嗎?)

    然后我們注意到,在100 Hz分頻點附近的頻率響應異常及其在每個聽眾位置處的不同。

    這是超低音和中高音的校準錯誤造成的。校準差錯越大,響應中的谷值越大。

    那么我們是否能夠用延時來對此做修正?讓我們來看看。

    【圖3】

    如果我們增加13ms的延時到超低音音箱(圖3),那么通過分頻點的響應在3米聽眾位置處將變得平滑。但是請注意,在30米和60米聽眾位置處的響應卻變得更糟糕了。

    好,讓我們假設,基于工程師在調音位置(30米遠處)聽到的聲音效果而做出了系統調整。

    【圖4】

    圖4顯示的是如此校準后的結果。

    很好,藍線正是我們所需要的通過分頻點的響應結果,但現在看一下在前排聽眾位置處的響應(綠線)。

    結論是,這不能同時為所有聽眾修正物理位置偏移所引起的音效異常。系統可以進行優化,在房間中相對狹小的座位區域實現高質量聲音表現,但大多數聽眾將會獲得粉紅線和綠線之間的聲音效果。

    現在讓我們嘗試將超低音音箱與主擴音箱一同吊裝起來。

    【圖5】

    【圖6】

    我們將它們安裝在8米高的同一個水平面上,位于主擴音箱后方約1.3米。圖5顯示了在校準之前于三個聽眾位置處得到的極坐標響應。同時,圖6 則顯示了在三個聽眾位置處得到的頻率響應。這樣看上去已經好多了。

    這些垂直極坐標響應沒有像放在地面上的超低音音箱的垂直極坐標響應那樣有著巨大的空值,并且在三個聽眾位置處的頻率響應也更加相似。

    現在讓我們為主擴聲源增加一點延時來校準到達時間。

    【圖7】

    【圖8】

    圖7和圖8顯示了在極坐標表現上的巨大改進。

    同時,超低音音箱和主擴音箱之間的聲像平衡在3米聽眾位置處的改進也很明顯,并且在30米和60米聽眾位置處通過分頻點的頻率響應都很平滑。

    也許將這些超低音音箱吊掛起來更好?

    另外,超低音音箱是否應當左右分開?這將會產生如圖9所示的“能量徑”。

    【圖9】

    如你所見,在房間水平面不同位置處的頻率響應根據頻率不同都會出現聲波抵消現象。

    也許更好的解決方案是,將它們垂直堆疊起來再吊掛在中間。

    在下面 圖10 中,超低音音箱被垂直堆疊起來,產生了遠為平滑的水平覆蓋。

    【圖10】


     

    地面是放置超低音音箱的最佳位置嗎?

    如果整個全頻與超低音系統都是堆疊放置在地面上時,回答是肯定的。因為這樣做可以保持物理位置偏移最小;并且當出現平方反比定律方面的問題時,至少這個問題將在整個頻率范圍都保持一致。

    但是如果吊掛全頻音箱,那么也很應該吊掛超低音音箱。這樣做可能會需要更多的超低音音箱,不過市場上最新的極高輸出與/或高功效超低音音箱減少了此項需求。

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