洞見(jiàn) | 工廠(chǎng)設計師眼中的揚聲器發(fā)展趨勢

一直好奇工廠(chǎng)是怎么研發(fā)揚聲器的，
出廠(chǎng)前要經(jīng)歷哪些步驟？
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探廠(chǎng)記錄來(lái)了！

　　山姆·費恩(Sam Feine)是一位揚聲器設計工程師，曾與多家主流的專(zhuān)業(yè)揚聲器制造商以及音頻公司合作。最近我們討論了現代揚聲器開(kāi)發(fā)工作流程中的一些工作內容和趨勢。

　　1 FIR濾波器

　　一直很好奇，新生產(chǎn)出來(lái)的揚聲器上市之前如何為它們進(jìn)行調音?在這個(gè)過(guò)程中會(huì )涉及哪些技術(shù)?

　　就真正的調音技術(shù)而言，不得不提的就是功能強大的FIR(Finite Impulse Response有限脈沖響應)濾波器。很多人提到“ FIR”就會(huì )想到線(xiàn)性相位均衡器，當然FIR能做到線(xiàn)性相位均衡，但不僅僅是這些。

　　費恩解釋說(shuō)：“FIR強大的原因之一是，一旦設置了FIR濾波器，基本上每個(gè)FIR卷積都會(huì )得到相同的結果。如果制造商推出FIR EQ預設，則意味著(zhù)將其加載到每個(gè)品牌的DSP上結果都是一樣的。

　　而不同制造商對Q的含義有不同的定義，這是IIR(Infinite Impulse Response無(wú)限脈沖響應)濾波器的普遍問(wèn)題。但在濾波器長(cháng)度相對較短的情況下，FIR通常無(wú)法對低頻產(chǎn)生預期作用。因此，無(wú)論如何，都必須在低頻段使用IIR濾波器來(lái)進(jìn)行補充。一些制造商通常會(huì )在不同的DSP平臺發(fā)布大量IIR預設庫，因為平臺之間的濾波形狀略有不同。在不同的軟件平臺中創(chuàng )建所有這些預設并調整IIR系數，以使其在平臺之間匹配是一項繁重的工作，非常耗時(shí)耗力。有一些軟件可以使這一過(guò)程變得更輕松——Eclipse Audio FIR Designer軟件很棒，我強烈推薦它——內置了不同的IIR定義，并且還可以在不同DSP平臺定義之間進(jìn)行轉換。”

　　2 兼容性

　　在有方向性的中高頻范圍內，FIR的優(yōu)勢非常強大。當深入到最低頻程時(shí)，將揚聲器放在室內空間，則會(huì )對頻響產(chǎn)生巨大影響。

　　費恩補充道：“尤其是在揚聲器進(jìn)行配對(立體聲或與超低頻)時(shí)，對它們影響更大。如果對這些揚聲器進(jìn)行調整，使它們之間具有相似的相位響應，那么情況會(huì )好一些。如果是來(lái)自不同制造商的揚聲器，而它們在低頻表現截然不同，那就會(huì )產(chǎn)生干擾。所以說(shuō)，制造商會(huì )注意這一點(diǎn)，以確保產(chǎn)品線(xiàn)中的多個(gè)產(chǎn)品之間的兼容性更高。”

　　“還有一些制造商會(huì )花費多年時(shí)間嘗試突破，確保顧客可以跨產(chǎn)品線(xiàn)配置系統。這種情況比較少見(jiàn)，確實(shí)很難做到，因為不同的產(chǎn)品線(xiàn)可能針對不同的用途。不過(guò)也有成功的例子，Adamson旗艦E系列針對的是大型的戶(hù)外演出，而S系列要緊湊得多，但它們就被設計成為可以互相兼容補充的系統，甚至可用在同一線(xiàn)陣列。不得不承認，他們在塑波方面確實(shí)很厲害。”

　　3 出廠(chǎng)設置

　　有一個(gè)我一直覺(jué)得很疑惑的地方就是現場(chǎng)演出調試系統時(shí)，可以放入兩個(gè)，三個(gè)，四個(gè)濾波器。但是，如果要在揚聲器或功放預設中構建DSP，則只需一個(gè)濾波器來(lái)實(shí)現所需的整個(gè)頻率響應。這是什么原理呢?

　　費恩告訴我：“制造商能夠做到這一點(diǎn)非常強大。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，當我們進(jìn)行設計、試聽(tīng)和調試時(shí)，通常將傳統的IIR濾波器疊加在“基于實(shí)驗室曲線(xiàn)的” FIR之上。我們在調整揚聲器時(shí)會(huì )使用IIR濾波器，因為它們很容易辨認。你可以查看曲線(xiàn)并確定哪些濾波器在做什么。但是，歸根結底，對于最終產(chǎn)品，我們會(huì )將那些手動(dòng)疊加的IIR直接內置到FIR中，并將它們卷積在一起，得到一個(gè)單獨的濾波器。這就是內置在揚聲器中或作為預設發(fā)布的東西。”

　　4 模擬軟件

　　從某種意義上說(shuō)，以上這些都是與終端用戶(hù)無(wú)關(guān)的幕后事情。不過(guò)制造商確實(shí)向客戶(hù)提供了其他工具，例如模擬軟件。它可能是獨立的模擬程序，也可能是需要在第三方模擬程序中使用的庫文件。無(wú)論哪種方式，都可以使用戶(hù)查看產(chǎn)品在實(shí)際中的交互結果。相比以前，這不再是一件奢侈的事情。

Adamson 聲場(chǎng)模擬軟件Blueprint AV工作界面

　　現在幾乎所有的主流制造商都提供某種形式的模擬工具，這確實(shí)改變了我們現場(chǎng)部署揚聲器的方式，現在我們可以進(jìn)入現場(chǎng)直接告訴工人，這是吊掛高度，這是傾斜角度，如果揚聲器安裝正確，只需期待它們的出色表現。

　　費恩也表示贊同：“廠(chǎng)商提供的新工具非常精確，而且通常易于使用。不得不承認，很多時(shí)候人們不喜歡自己進(jìn)行建模，但是你可以咨詢(xún)主流制造商并與他們討論。與我合作的制造商都有相應的應用程序團隊。他們可以為你的場(chǎng)地推薦揚聲器，有時(shí)他們還會(huì )幫你將所有揚聲器都放入場(chǎng)地進(jìn)行模擬預測。每個(gè)制造商在處理方式上都各有不同，但確實(shí)很有幫助。”

　　不過(guò)很多人沒(méi)有意識到這一點(diǎn)——他們的思維慣性會(huì )告訴自己：制造商就是生產(chǎn)揚聲器的，他們把揚聲器放進(jìn)箱子然后運送給你就完事了。往往忽略了他們也可以為你的項目提供支持，并幫助你找出最好的部署方式。

　　不過(guò)說(shuō)到第三方行業(yè)標準模擬軟件與制造商特定模擬軟件時(shí)，費恩表示自己喜歡行業(yè)標準軟件，“因為例如，一場(chǎng)演出配置了來(lái)自三個(gè)制造商的產(chǎn)品，我可以在一個(gè)模型中完成模擬和預測，這樣就直觀(guān)多了。”

　　不過(guò)對于我來(lái)說(shuō)，使用特定品牌的軟件，進(jìn)入模擬預測，實(shí)際上可以將麥克風(fēng)放置在虛擬空間中，模擬測量結果并調整測試中的系統，然后將這些濾波器和延時(shí)數據推送到真實(shí)的DSP上，這一點(diǎn)真的很棒。

　　除此之外，對于某些更高級的應用，你還可以運行一種算法來(lái)對每只揚聲器進(jìn)行優(yōu)化，以更均勻地覆蓋空間。當我第一次看到別人演示這個(gè)技術(shù)時(shí)，心里想的是：“這真是太高級了，我可能這輩子也弄不清楚這些原理。”

　　但事實(shí)是，如果你有一個(gè)很好的模擬預測軟件，它并沒(méi)有你想的那么復雜。而且，當你處于制造商自己的生態(tài)系統中時(shí)(從網(wǎng)絡(luò )系統，到處理器，到功放，再到揚聲器)，只需單擊“開(kāi)始”，所有與網(wǎng)絡(luò )連接的處理器都將同步這些參數。

　　不過(guò)，將處理電子設備的系統與預測軟件以及揚聲器本身集成綁定在一起，通常意味著(zhù)你被限定在同一制造商那里購買(mǎi)電子設備和揚聲器。這可能會(huì )有點(diǎn)貴(不過(guò)帶來(lái)的便利真是太值了!)

　　費恩總結說(shuō)：“這似乎是當今行業(yè)發(fā)展的趨勢。它減輕了現場(chǎng)人員的工作量，他們無(wú)需做很多深入的工作，還得到了更好的結果。帶著(zhù)一個(gè)無(wú)源兩通道揚聲器進(jìn)入現場(chǎng)，并且必須弄清楚需要使用哪些濾波器，這基本上已經(jīng)成為過(guò)去時(shí)。我們不再需要在功放機架中放置電子分頻器，只需旋轉旋鈕，直到聽(tīng)起來(lái)滿(mǎn)意為止。這些工作現在已經(jīng)由制造商為我們完成，既可以在有源揚聲器內部，也可以在揚聲器預設中。如果你想了解整個(gè)系統我們能做的所有非?？岬氖虑?，我們可能要聊一整天。”

　　他似乎想結束了，我趕忙接過(guò)話(huà)頭：“我還想聊一聊系統保護。”

　　“如果你了解驅動(dòng)揚聲器的知識，那么你可以用一個(gè)尺寸合適的放大器進(jìn)行有效的驅動(dòng)。一些更高級的應用程序帶有額外的傳感器來(lái)跟蹤驅動(dòng)器的工作，例如，限制電壓峰值，并使用該數據來(lái)限制偏移。這些限制器可以很好地保護揚聲器。”

　　5 現代揚聲器帶來(lái)的變化

　　聊到這里我發(fā)現，我們正在脫離以前的工作模式，即“我必須給這個(gè)雙通道揚聲器進(jìn)行校準，加上分頻濾波器。”的思路已經(jīng)過(guò)時(shí)了，現在PA工程師更多思考的是，“我需要一個(gè)設計合理的揚聲器，它會(huì )保護自己，并且聽(tīng)起來(lái)很棒。”

　　現在，我們只需討論它如何與其他揚聲器相互作用，如何與空間相互作用以及如何獲得所需的覆蓋范圍。而且，我們可以花更多的時(shí)間在演出上，而不是一直調試系統，加各種濾波器和限幅器來(lái)確保系統不會(huì )燒。