什么是主動式房間聲學(xué)校正？DIRAC ART與Trinnov WaveForming有啥區(qū)別？

轉(zhuǎn)自Audioholics，作者M(jìn)atthew Poes

現(xiàn)在叫得上號的AV功放基本都會配備房間自動校正系統(tǒng)，可以通過對測量結(jié)果加EQ抵消干擾，起到基本的優(yōu)化作用。

尤其是近兩年不光新款歐美機，日系也開始支持Dirac live甚至ART（主動式房間聲學(xué)校正技術(shù)），著實讓家庭影院玩家興奮地討論了很久。

那什么是主動式房間聲學(xué)校正呢？

你可能聽說過的主動降噪耳機，原理有幾分相似，但它是針對整個聽音環(huán)境這樣一個更大的空間。

它主要利用數(shù)字信號處理（DSP）算法和多個揚聲器協(xié)同工作，來主動抑制房間內(nèi)的有害聲學(xué)反射、抵消駐波，從而改善聲音重放的清晰度和準(zhǔn)確性。

最大的區(qū)別，就是它會利用所有的揚聲器，實時抵消反射和駐波。

尤其具有代表性的就是最近很火的Dirac ART。你可以把房間想象成一個充滿各種反射和共振的復(fù)雜環(huán)境。傳統(tǒng)的被動處理，比如吸音棉、擴(kuò)散板，雖然有一定效果，但對超低頻問題往往效果有限，而且要占用大量空間。

主動式房間聲學(xué)校正技術(shù)則不同：

測量分析：通過專業(yè)測試麥克風(fēng)在聽音區(qū)內(nèi)多個點位采集數(shù)據(jù)，精確識別出房間在特定頻率（主要是低頻）存在的駐波、共振以及反射等聲學(xué)問題。

生成反相波：系統(tǒng)計算出與這些有害聲波幅度相等、相位相反的校正信號。

協(xié)同抵消：利用房間內(nèi)的多個揚聲器（通常是低音炮，有時也會用到其他聲道喇叭）發(fā)射出這些反相聲波，與原有的有害聲波在空氣中相互疊加抵消，從而達(dá)到“凈化”聽音環(huán)境的效果。

這個過程通常需要在強大的處理器上運行復(fù)雜的算法，涉及多輸入多輸出（MIMO）混合相位校正實時分析運算。家庭影院系統(tǒng)可以用到的主流技術(shù)包括Trinnov WaveForming 與 DIRAC ART等。

DIRAC ART可以做什么？

在DIRAC ART中，我們利用所有房間內(nèi)的聲源來解決反射問題。雖然我之前主要談到了駐波問題，但還有其他一些問題也很重要，比如揚聲器邊界干擾效應(yīng)（SBIR）。

這些問題都是由于聲波反射引起的，可能會讓人感到很煩惱。DIRAC通過將低音炮、LCR揚聲器、側(cè)環(huán)繞揚聲器、后環(huán)繞揚聲器，甚至頂部的ATMOS揚聲器都納入校正過程來解決低音問題。

DIRAC的方法是根據(jù)可用的資源來優(yōu)化校正。然而，DIRAC并沒有提供有關(guān)如何選擇揚聲器的明確指導(dǎo)，也沒有試圖在問題發(fā)生之前防止它們的出現(xiàn)。但值得一提的是，所有這些方法，包括DIRAC ART，在實施特定設(shè)計策略時都會表現(xiàn)得更好。在房間里巧妙地使用多個位置的多個聲源可能會帶來更好的效果。

另一個需要克服的難題是將揚聲器用作主動吸聲器。這些揚聲器接收經(jīng)過特殊處理的信號，以在聲波到達(dá)時完全抵消它們。但是，使用揚聲器作為主動吸聲器也存在一個問題。由于抵消信號來自一個聲源，一部分信號會變成房間中不需要的噪音，就像是增加了失真一樣。這種噪音會在房間內(nèi)傳播，引入另一個需要抵消的因素。

因此，純粹的主動抵消方法并不完美。雖然有一些技術(shù)可以減輕這個問題，并減少與主動抵消相關(guān)的不良影響，但也存在其他更優(yōu)秀的替代方法。

比如說，當(dāng)我們使用一排揚聲器來取消聲波時，效果最好。但這就需要準(zhǔn)確地了解房間內(nèi)的三維聲音分布，并把揚聲器準(zhǔn)確地對準(zhǔn)。雖然不需要把揚聲器放得跟尺子一樣準(zhǔn)確，但位置還是要相對精確才行，才能發(fā)揮最大作用。簡單地把四個低音炮放在房間的四個角落里是不夠的。事實上，它們甚至不能直接放在地板上。

想象一下，把一個18英寸的低音炮吊在半空中，安裝在墻的中間，可能已經(jīng)讓一些人做噩夢了。

Trinnov WaveForming與DIRAC的不同之處?

Trinnov WaveForming與Dirac ART雖然同屬目前最尖端的主動式房間聲學(xué)校正技術(shù)，目標(biāo)都是解決讓無數(shù)發(fā)燒友頭疼的低頻駐波問題，但它們在核心原理、實現(xiàn)方式和硬件要求上，有著本質(zhì)的不同。

簡單來說，Dirac ART更像一個“問題解決者”，它調(diào)動房間里所有的音箱來“收拾”已經(jīng)產(chǎn)生的駐波；而Trinnov WaveForming則更像一個“問題預(yù)防者”，它通過精心布置的音箱陣列，從源頭上塑造和引導(dǎo)聲波，讓破壞性的駐波難以形成。

具體來說，它們的差異主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

核心機制：主動吸收 vs. 主動控制

Dirac ART (主動房間處理)：其核心機制是“主動吸收”。它的工作原理是在檢測到房間內(nèi)產(chǎn)生有害反射（如駐波）時，利用系統(tǒng)中所有的音箱（包括主聲道、環(huán)繞聲、天空聲道等）在精確的時間點發(fā)出反相位的聲波，去抵消這些多余的能量，從而達(dá)到消除駐波的目的。

你可以把它想象成一個全屋的“主動式消聲器”，哪里有噪音，它就指揮附近的音箱去“以毒攻毒”。但這種方式也存在一個潛在的副作用：用于抵消的聲音本身也會變成新的聲波在房間內(nèi)傳播，可能會引入額外的“噪聲”或失真。

Trinnov WaveForming (波形整形)：它的機制是更先進(jìn)的“主動控制與吸收”。WaveForming要求在視聽室的前墻和后墻分別布置兩組由多只低音炮組成的陣列。它的工作流程分工非常明確：

1. 前墻陣列：負(fù)責(zé)發(fā)出影片中原本的低頻信號，同時通過波束成形等技術(shù)，將低頻聲波塑造成一個均勻的“平面波”向前傳播，盡量減少與天花板、側(cè)墻的有害反射。

2. 后墻陣列：不參與重放節(jié)目源的低頻，其唯一的任務(wù)就是作為一個“主動式吸音墻”，發(fā)出與到達(dá)后墻的聲波完全反相的聲音，精準(zhǔn)地將其抵消，從而從根本上杜絕了前后墻之間最頑固的縱向駐波的形成。

這種機制上的差異，也對應(yīng)著不同的技術(shù)名稱和硬件要求：

Dirac ART：采用的是SSMC（單聲源多控制機制）。它不限定低音炮的擺放方式，可以利用現(xiàn)有系統(tǒng)中的任意音箱進(jìn)行優(yōu)化。這為用戶提供了極大的靈活性，即便你只有少量低音炮，甚至沒有獨立低音炮（使用主音箱），理論上也能獲得ART的部分收益。

Trinnov WaveForming：采用的是MSMC（多聲源多控制機制）。它對硬件和安裝有極其嚴(yán)格的要求：

• 低音炮數(shù)量：最少需要4只（前后各2只），而為了達(dá)到最佳效果，往往會使用6只、8只甚至更多，以形成更理想的平面波。

• 擺位要求：前后墻的低音炮必須按照特定規(guī)則安裝，通常需要上墻，并且位置要經(jīng)過精確測算，這對于普通家庭用戶來說，無疑是一個巨大的挑戰(zhàn)。

什么是Multiple Source Multiple Controller, MSMC？

MSMC（多源多控制器）是一種綜合方法，結(jié)合了“預(yù)防性”和“治療性”的校正方法，以實現(xiàn)最佳性能。通過利用定向方法和主動消聲，MSMC有效地解決了最具挑戰(zhàn)性的聲學(xué)問題，同時避免了首次產(chǎn)生問題性條件。這個概念源于雙低音陣列Double Bass Arrays（DBA）的引入，長期以來，DBA因其在房間環(huán)境中產(chǎn)生優(yōu)越的低音能力而被認(rèn)可。

DBA的核心原理是形成平面波而不是球形波。通常，從揚聲器輻射出的聲音會以球形波的形式傳播，這會導(dǎo)致反射發(fā)生。然而，平面波會均勻地延伸到所有邊界，就像在吹成球形之前將泡泡紙粘在魔杖的邊緣一樣。同樣，房間中的低音波會粘附在墻壁、地板和天花板上，而不會發(fā)生顯著的反射。

MSMC依賴于聲音設(shè)計原理來預(yù)防聲學(xué)問題的形成。盡管通過波束成形形成一個狹窄的低音束，專門覆蓋座位區(qū)域（而不是側(cè)墻）是一個可行的方法，但平面波方法提供了最佳解決方案。此外，平面波可以通過具有相等且相反功率的對立平面波輕松抵消。傳統(tǒng)的DBA方法涉及應(yīng)用簡單的DSP技術(shù)，例如向后陣列發(fā)送一個反相信號，延遲與房間長度匹配。然而，DBA往往只在完美的房間中有效，在房間偏離理想條件時會遇到困難，例如包括一個墊高或具有非矩形形狀。DBA對錯位也非常敏感。

這就是MSMC的優(yōu)勢所在。雖然它可以利用DBA，但它的獨特之處在于能夠自動確定發(fā)送到低音炮的每個信號的最佳DSP處理，從而實現(xiàn)最佳性能。不需要耗時的反復(fù)嘗試或像COMSOL這樣的專業(yè)軟件。以前的方法如果房間發(fā)生重大變化，則需要重新開始。然而，對于Trinnov來說，這并不是問題，因為它的假設(shè)是基于房間的實際特性的，可以根據(jù)需要進(jìn)行重新評估和調(diào)整。無論是增加更多低音炮、使用不同的低音炮、更改座位安排還是重新布置影院，Trinnov的MSMC都可以在環(huán)境不斷變化的情況下無縫適應(yīng)，而無需復(fù)雜的操作。

Trinnov的WaveForming技術(shù)消除了這些顧慮。通過遵循適當(dāng)?shù)牡鸵襞诓季衷瓌t并利用新算法，幾乎可以在幾乎每個座位上實現(xiàn)完美的低音再現(xiàn)。雖然我對這項技術(shù)的新穎性謹(jǐn)慎地使用了“幾乎”一詞，但在適當(dāng)?shù)脑O(shè)置下，它有潛力在每個座位上提供無瑕的低音表現(xiàn)。主要的限制因素在于系統(tǒng)中低頻（LF）源的數(shù)量和位置。隨著源與墻面尺寸的比例減小，源之間的間距增大，導(dǎo)致系統(tǒng)帶寬上限的性能下降。

在筆者的私人劇院中，寬約15.5英尺，天花板高約9.8英尺，我發(fā)現(xiàn)兩個低音炮表現(xiàn)出人意料地良好。然而，為了在50Hz至150Hz范圍內(nèi)實現(xiàn)最佳效果，由于我的天花板高度，需要額外增加一層低音炮。配置三個或四個低音炮成三角形或正方形布局將顯著減少上低音范圍的變化。這帶我們來到了一個關(guān)鍵方面：低音炮的布局和數(shù)量。

需要安裝更多的超低音？

首先，我必須澄清一個似乎在流傳的關(guān)于Dirac ART和Trinnov WaveForming的謬論。有一種觀點認(rèn)為這些技術(shù)只是為了銷售更多的低音炮，或者成功所需的低音炮數(shù)量非常之多，以至于只有超級富豪才能負(fù)擔(dān)得起。

這完全是不正確的：《》

由于這項技術(shù)的新穎性，我們目前缺乏足夠的部署系統(tǒng)來充分了解它們的能力。我的意思是，實踐中，我們發(fā)現(xiàn)事情并不需要像預(yù)期的那樣完美。最終結(jié)果往往超出了預(yù)期，即使低音炮數(shù)量不足或者擺放不當(dāng)。因此，認(rèn)為要獲得良好的結(jié)果就必須在前后各放置12個低音炮（總共24個），甚至在前后各放置6個也是錯誤的。雖然這些配置在大房間中會產(chǎn)生出色的效果，但它們忽略了關(guān)鍵點。

在許多中等大小的影院中，僅在前墻的中點安裝兩到三個低音炮，以及在后墻的中點安裝兩個低音炮就可以獲得非常良好的結(jié)果。僅使用總共4個或者5個低音炮就可以達(dá)到卓越的效果。然而，關(guān)鍵是要避免將低音炮放在地板上或者墻壁的極端邊緣。它們應(yīng)該安裝在墻上，或者可能是放在支架上。此外，僅使用一個低音炮獲得令人滿意的結(jié)果是具有挑戰(zhàn)性的，因此至少需要兩個低音炮，因為至少需要兩個源來有效地操控低頻波。

有趣的是，輸出效益主要來源于前置陣列。例如，如果在前墻安裝三個低音炮，在后墻安裝兩個低音炮，與單個低音炮相比，可以實現(xiàn)額外9dB的輸出增益。后墻陣列不會為輸出做出貢獻(xiàn)；它的目的僅僅是進(jìn)行治療性校正。

然而，根據(jù)Trinnov公司的Arnaud先生的評論，和筆者對這項技術(shù)基本物理原理的理解，我們認(rèn)為這種說法并不完全準(zhǔn)確。在20或25Hz以下，不需要進(jìn)行任何校正，因為所有房間基本上都是壓力容器，低音炮會均勻地影響房間的壓力。在這種情況下，我們可以向低音炮提供不同類型的信號，讓它們共同合作以增強輸出。

優(yōu)勢在于我們可以使用較小的低音炮。只要低音炮在20Hz及以下頻率產(chǎn)生任何輸出，即使很小，它們也可以共同發(fā)揮作用。在之前提供的例子中，使用五個低音炮，我們觀察到輸出增益從額外的9dB過渡到大約額外14dB。這種效應(yīng)僅適用于均勻壓力點，這正好符合我們最需要的地方。

還需要進(jìn)行房間的聲學(xué)處理嗎？

接下來我們來回答另外一個問題，或者說解決另外一個疑惑：與普遍的觀念相反，Trinnov并沒有聲稱這項技術(shù)使房間處理變得不再必要。相反，房間處理現(xiàn)在比以往任何時候都更為重要。

事實上，低音陷阱并不特別有效。它們效率低下，而像MSMC這樣的主動方法在處理低音阻尼方面要優(yōu)于“消極”的處理方案 。然而，這項技術(shù)確實有其局限性。在超出這些限制之后，傳統(tǒng)的被動吸音材料是必不可少的。核心問題就是在于在主動吸收和被動吸收之間達(dá)到合適的平衡。僅僅在墻上掛上面板并認(rèn)為工作已經(jīng)完成是不夠的。如圖所示：

相反，需要仔細(xì)選擇吸音材料，重點放在在交叉區(qū)域的關(guān)鍵吸收集中。WaveForming不會在特定頻率突然停止工作，就像被動吸音材料沒有硬性截止一樣。例如，2英寸的吸音材料可以有效地工作到300Hz，但其效果在此之下逐漸減弱。在125Hz處，其吸收系數(shù)約為0.2，相對較低。盡管如此，通過足夠的表面積，它仍然可以對整體吸收做出貢獻(xiàn)。這個重疊的區(qū)域至關(guān)重要，可能需要使用4英寸的吸音材料來增強100Hz到150Hz范圍內(nèi)的低頻吸收。挑戰(zhàn)在于這項新技術(shù)的顯著有效性。為了實現(xiàn)適當(dāng)?shù)闹丿B，我們可能需要比中/高頻吸收更大的面積來進(jìn)行低頻吸收，考慮到隨著頻率降低，吸音材料的效率會降低。這意味著專門針對100Hz到150Hz范圍內(nèi)最大效率進(jìn)行優(yōu)化的低音吸音材料可以提供顯著的好處。

請記住，這項技術(shù)可以在80Hz以上很好地運作，但在實踐中將受到陣列中低音炮的間距和所選分頻點的限制。最終，這項技術(shù)減少了專門設(shè)計用于20Hz到80Hz范圍及以上的低音陷阱的需求。然而，重要的是要認(rèn)識到這樣的產(chǎn)品要么極其罕見，要么根本不存在（值得注意的是，很少有實驗室和標(biāo)準(zhǔn)方法來測量這么低頻率的吸收）。

這項技術(shù)即將徹底改變揚聲器和家庭影院的設(shè)計。

將低頻源放置在墻上已經(jīng)成為一個引人注目的方案，這需要開發(fā)出能夠提供出色輸出的優(yōu)化壁掛式或嵌入式低音炮。目前這個類別的市場供應(yīng)稀缺且不足，需要真正滿足這項技術(shù)需求的家庭影院低音炮。尺寸也是一個關(guān)鍵考慮因素，過高的壁掛式箱體會妨礙在典型墻壁上安裝4、6或12個低音炮。此外，整個房間內(nèi)全頻揚聲器的加入可以通過增加戰(zhàn)略有利位置的低頻源，帶來明顯的好處。值得注意的是，前墻成為放置重要低頻源的最關(guān)鍵區(qū)域，使全頻主音箱成為無價之寶。

結(jié)語

總之，這項技術(shù)的出現(xiàn)代表了家庭影院設(shè)計和我們處理低頻模式控制方式的巨大變革。通過利用先進(jìn)的算法和復(fù)雜的信號處理，這一劃時代的技術(shù)提供了對低頻聲音再現(xiàn)的無與倫比的控制能力。

兩種技術(shù)路徑也帶來了不同的聲音表現(xiàn)和用戶場景：

Dirac ART：優(yōu)勢在于靈活性高，易于集成到現(xiàn)有系統(tǒng)中。但由于依賴所有音箱參與抵消，可能會給中高頻音箱帶來額外的負(fù)擔(dān)，有發(fā)燒友擔(dān)心這可能引起中頻的互調(diào)失真，對主音箱的播放產(chǎn)生細(xì)微影響。

Trinnov WaveForming：優(yōu)勢在于效果最純粹、最精準(zhǔn)。通過明確的分工和物理陣列，它能在不干擾其他聲道的情況下，最徹底地消除低頻駐波，帶來極其干凈、快速、有沖擊力和細(xì)節(jié)的低頻表現(xiàn)，甚至能“打開”房間的空間感。然而，它為此付出的代價是高昂的硬件成本和復(fù)雜的安裝調(diào)試，幾乎是為追求極致效果的定制影院而生的“終極解決方案”。

不管怎樣，是時候踏上音頻卓越的新時代了，在這個時代，每部電影、每個游戲和每首音樂作品都會以超越想象的深度和清晰度共鳴。

“The possibilities are limited only by our willingness to embrace the cutting edge.”

阻礙我們前進(jìn)的，只是我們沒有前進(jìn)的決心。

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