華匯音響技術(shù)分享|關(guān)于均衡的那點(diǎn)兒事兒

　　在目前的音頻系統當中，越來(lái)越多設備走向數字化，也就是說(shuō)很多系統都會(huì )采用DSP或者CPU運算，而DiGiCo的調音臺就采用了FPGA多線(xiàn)程處理技術(shù)，讓整個(gè)數字處理系統變得快捷高效，解決了數字系統所帶來(lái)的延時(shí)問(wèn)題。

　　Quantum338

　　我們今天的分類(lèi)，就和系統的數字化有關(guān)。

　　我們在之前所講的分類(lèi)當中，不管是參量均衡，還是圖示均衡，實(shí)際上我們默認了一件事：在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下，我們普遍所談?wù)摰木夥N類(lèi)是IIR均衡，即Infinite Impulse Response(無(wú)限脈沖響應均衡)。相對于IIR均衡，還有一類(lèi)均衡叫做Finite Impulse Response(有限脈沖響應均衡)。

　　那么兩種均衡有什么不同呢?我們可以通過(guò)一個(gè)實(shí)驗來(lái)向大家解釋。

　　我們先來(lái)模擬一下經(jīng)常會(huì )出現的一個(gè)現象。

　　有時(shí)候，我們用Smaart或者其它軟件所測得左右立體聲音箱在某個(gè)聲場(chǎng)當中的頻率響應幾乎完全一樣。單獨聽(tīng)其中任意一只音箱，沒(méi)有什么問(wèn)題，但是兩只音箱同時(shí)打開(kāi)后聽(tīng)起來(lái)卻有一些不同，這是為什么呢?

　　我們與之前一樣，先要將討論范圍圈定，再來(lái)分析問(wèn)題。

　　首先，我們將環(huán)境理想化，假設我們的測量點(diǎn)位或聽(tīng)音位置為兩個(gè)相干聲源完全疊加的位置，即兩個(gè)聲源距離測量點(diǎn)的距離完全一樣。

　　這樣一來(lái)，可以避免由于距離問(wèn)題所產(chǎn)生的聲干涉及延時(shí)所產(chǎn)生的聽(tīng)感不一。理論上，在這個(gè)點(diǎn)上，我們聽(tīng)一只音箱和一對音箱的區別，僅僅是聲音大小，而聲音的成分不應該有任何改變。但實(shí)際情況是我們聽(tīng)出了不同，是什么造成了這個(gè)現象?如果我們想了解這個(gè)問(wèn)題，我們就不能單單看頻率方面的問(wèn)題，還要多了解一下相位對于系統的影響。

　　用過(guò)Smaart或類(lèi)似測量軟件的用戶(hù)都知道，除了頻率響應窗口，還有一個(gè)相位窗口，而相位窗口就是從一個(gè)側面反映了各個(gè)頻段到達測量點(diǎn)的時(shí)間差異。

　　通常來(lái)說(shuō)相位曲線(xiàn)圖例的中部是0°線(xiàn)，當相位曲線(xiàn)與0°線(xiàn)十分接近甚至完全重合的時(shí)候，我們可以說(shuō)，參考信號和對比信號的相位是一致的。當頻率曲線(xiàn)偏離0°線(xiàn)的時(shí)候，就意味著(zhù)某個(gè)頻率或頻段發(fā)生了相位偏移，這個(gè)時(shí)候的參考信號和對比信號的成分，已經(jīng)有所不同，可以說(shuō)，產(chǎn)生了失真，而且不同頻段的偏移量，也會(huì )有所不同。

　　在本文中，我們先不去討論偏離所產(chǎn)生的原因以及表現。我們首先將問(wèn)題聚焦在聽(tīng)感與相位之間的聯(lián)系上。

　　實(shí)驗中我們使用L-Acoustics X8作為測試音箱，

　　L-Acoustics X8

　　由于L-Acoustics高品控的一致性，讓兩只音箱在相位上幾乎表現一樣，這會(huì )讓我們所希望展示的現象非常的不明顯。

　　為了能夠讓大家從視覺(jué)上顯著(zhù)地了解相位對于聽(tīng)感的影響，我們人為地將其中一只音箱反向，進(jìn)行實(shí)驗。

　　我們在Network Manager當中對B音箱做了反相，再出來(lái)的曲線(xiàn)，我們命名為B1。

　　Network Manager

　　可以看到，B1與B在頻響上幾乎是完全一樣，不一樣的，只是在相位上有了近乎180°的改變。

　　將A與B1放到一起對比，可以看到兩者的頻響幾乎完全一樣，但相位差距較大。

　　可以對比一下當同相位疊加時(shí)(A+B=C)與有相位差時(shí)(A+B1=C1)的曲線(xiàn)的區別。

　　從上圖當中，我們可以清楚地證明，即使兩只音箱頻響曲線(xiàn)完全一樣，單只聽(tīng)起來(lái)沒(méi)有不同。但是由于相位的原因，在多只音箱疊加時(shí)，出現了很大的區別。

　　在證明了相位對于聽(tīng)感的影響之后，我們來(lái)看一下IIR和FIR對于相位的影響。

　　假設我們需要對音箱進(jìn)行均衡的修正，我們先來(lái)使用IIR均衡，為了更明顯的向大家演示，我們對均衡做了比較大改動(dòng)。

　　這個(gè)時(shí)候，我們看到由于調整了某個(gè)頻段的均衡，該頻段內的相位曲線(xiàn)(A1)發(fā)生了變化。

　　也就是說(shuō)我們在改變頻率曲線(xiàn)的同時(shí)，也改變了相位曲線(xiàn)。

　　我們知道在IIR均衡的沖激響應在理論上應該是無(wú)限持續的，而由這種無(wú)限持續帶來(lái)的后果就是其相位不線(xiàn)性。用通俗的語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，IIR均衡會(huì )改變相位。

　　FIR均衡的沖激響應是有限的，可控的，其相位是線(xiàn)性的。用一句話(huà)來(lái)翻譯的話(huà)，就是FIR均衡在調整頻率時(shí)不會(huì )產(chǎn)生相位的改變。

　　為了證明這一點(diǎn)，我們在同樣頻段，添加一個(gè)FIR均衡，并使其改變量與IIR均衡的改變量盡量相等。

　　在測量出的曲線(xiàn)中，我們可以看到，FIR均衡所調整的頻段，并沒(méi)有對相位產(chǎn)生影響。

　　為了從視覺(jué)上更加明確這一點(diǎn)，我們將三條曲線(xiàn)放在一起進(jìn)行對比。

　　看到這里，我們也會(huì )有一個(gè)問(wèn)題，既然FIR均衡對于相位沒(méi)有影響，那為什么還在使用IIR均衡呢?這里面就要涉及到FIR均衡在設計上需要有更多的參數進(jìn)行控制。相比于IIR均衡，FIR均衡在數字系統里面需要的儲存單元及算力都比IIR均衡要大。對于現場(chǎng)演出系統來(lái)說(shuō)，這會(huì )產(chǎn)生一個(gè)致命的問(wèn)題--數字延時(shí)。高階的FIR均衡可以導致系統以毫秒級別進(jìn)行延時(shí)，這對于現場(chǎng)觀(guān)眾來(lái)說(shuō)，就會(huì )產(chǎn)生音畫(huà)不同步的感觀(guān)。目前來(lái)說(shuō)，FIR均衡在音頻領(lǐng)域的應用暫時(shí)還不是全能的，還需要考慮應用場(chǎng)景以及算力的問(wèn)題。當然，隨著(zhù)算力的提升，相同采樣率及階數的FIR所需的時(shí)間會(huì )越來(lái)越短，對系統的影響也會(huì )大大降低。這樣一來(lái)就方便我們在不影響相位的情況下調整均衡，將兩者獨立調整，達到我們所需的理想狀態(tài)。