什么是主動(dòng)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(hào)的AV功放基本都會(huì)配備房間自動(dòng)校正系統(tǒng)，可以通過(guò)對(duì)測(cè)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(jī)，日系也開始支持Dirac live甚至ART（主動(dòng)式房間聲學(xué)校正技術(shù)），著實(shí)讓家庭影院玩家興奮地討論了很久。

那什么是主動(dòng)式房間聲學(xué)校正呢？

你可能聽說(shuō)過(guò)的主動(dòng)降噪耳機(jī)，原理有幾分相似，但它是針對(duì)整個(gè)聽音環(huán)境這樣一個(gè)更大的空間。

它主要利用數(shù)字信號(hào)處理（DSP）算法和多個(gè)揚(yáng)聲器協(xié)同工作，來(lái)主動(dòng)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(huì)利用所有的揚(yáng)聲器，實(shí)時(shí)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(gè)充滿各種反射和共振的復(fù)雜環(huán)境。傳統(tǒng)的被動(dòng)處理，比如吸音棉、擴(kuò)散板，雖然有一定效果，但對(duì)超低頻問(wèn)題往往效果有限，而且要占用大量空間。

主動(dòng)式房間聲學(xué)校正技術(shù)則不同：

測(cè)量分析：通過(guò)專業(yè)測(cè)試麥克風(fēng)在聽音區(qū)內(nèi)多個(gè)點(diǎn)位采集數(shù)據(jù)，精確識(shí)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(wèn)題。

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

協(xié)同抵消：利用房間內(nèi)的多個(gè)揚(yáng)聲器（通常是低音炮，有時(shí)也會(huì)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(gè)過(guò)程通常需要在強(qiáng)大的處理器上運(yùn)行復(fù)雜的算法，涉及多輸入多輸出（MIMO）混合相位校正實(shí)時(shí)分析運(yùn)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(lái)解決反射問(wèn)題。雖然我之前主要談到了駐波問(wèn)題，但還有其他一些問(wèn)題也很重要，比如揚(yáng)聲器邊界干擾效應(yīng)（SBIR）。

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

DIRAC的方法是根據(jù)可用的資源來(lái)優(yōu)化校正。然而，DIRAC并沒(méi)有提供有關(guān)如何選擇揚(yáng)聲器的明確指導(dǎo)，也沒(méi)有試圖在問(wèn)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(shí)施特定設(shè)計(jì)策略時(shí)都會(huì)表現(xiàn)得更好。在房間里巧妙地使用多個(gè)位置的多個(gè)聲源可能會(huì)帶來(lái)更好的效果。

另一個(gè)需要克服的難題是將揚(yáng)聲器用作主動(dòng)吸聲器。這些揚(yáng)聲器接收經(jīng)過(guò)特殊處理的信號(hào)，以在聲波到達(dá)時(shí)完全抵消它們。但是，使用揚(yáng)聲器作為主動(dòng)吸聲器也存在一個(gè)問(wèn)題。由于抵消信號(hào)來(lái)自一個(gè)聲源，一部分信號(hào)會(huì)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(huì)在房間內(nèi)傳播，引入另一個(gè)需要抵消的因素。

因此，純粹的主動(dòng)抵消方法并不完美。雖然有一些技術(shù)可以減輕這個(gè)問(wèn)題，并減少與主動(dòng)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(shuō)，當(dāng)我們使用一排揚(yáng)聲器來(lái)取消聲波時(shí)，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(yáng)聲器準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)。雖然不需要把揚(yáng)聲器放得跟尺子一樣準(zhǔn)確，但位置還是要相對(duì)精確才行，才能發(fā)揮最大作用。簡(jiǎn)單地把四個(gè)低音炮放在房間的四個(gè)角落里是不夠的。事實(shí)上，它們甚至不能直接放在地板上。

想象一下，把一個(gè)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(mèng)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(dòng)式房間聲學(xué)校正技術(shù)，目標(biāo)都是解決讓無(wú)數(shù)發(fā)燒友頭疼的低頻駐波問(wèn)題，但它們?cè)诤诵脑怼?shí)現(xiàn)方式和硬件要求上，有著本質(zhì)的不同。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，Dirac ART更像一個(gè)“問(wèn)題解決者”，它調(diào)動(dòng)房間里所有的音箱來(lái)“收拾”已經(jīng)產(chǎn)生的駐波；而Trinnov WaveForming則更像一個(gè)“問(wèn)題預(yù)防者”，它通過(guò)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(lái)說(shuō)，它們的差異主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

核心機(jī)制：主動(dòng)吸收 vs. 主動(dòng)控制

Dirac ART (主動(dòng)房間處理)：其核心機(jī)制是“主動(dòng)吸收”。它的工作原理是在檢測(cè)到房間內(nèi)產(chǎn)生有害反射（如駐波）時(shí)，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(shí)間點(diǎn)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(gè)全屋的“主動(dòng)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(gè)潛在的副作用：用于抵消的聲音本身也會(huì)變成新的聲波在房間內(nèi)傳播，可能會(huì)引入額外的“噪聲”或失真。

Trinnov WaveForming (波形整形)：它的機(jī)制是更先進(jìn)的“主動(dòng)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(hào)，同時(shí)通過(guò)波束成形等技術(shù)，將低頻聲波塑造成一個(gè)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(gè)“主動(dòng)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(jī)制上的差異，也對(duì)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(jī)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(méi)有獨(dú)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(jī)制）。它對(duì)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(huì)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(guò)精確測(cè)算，這對(duì)于普通家庭用戶來(lái)說(shuō)，無(wú)疑是一個(gè)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(shí)現(xiàn)最佳性能。通過(guò)利用定向方法和主動(dòng)消聲，MSMC有效地解決了最具挑戰(zhàn)性的聲學(xué)問(wèn)題，同時(shí)避免了首次產(chǎn)生問(wèn)題性條件。這個(gè)概念源于雙低音陣列Double Bass Arrays（DBA）的引入，長(zhǎng)期以來(lái)，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(yáng)聲器輻射出的聲音會(huì)以球形波的形式傳播，這會(huì)導(dǎo)致反射發(fā)生。然而，平面波會(huì)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(huì)粘附在墻壁、地板和天花板上，而不會(huì)發(fā)生顯著的反射。

MSMC依賴于聲音設(shè)計(jì)原理來(lái)預(yù)防聲學(xué)問(wèn)題的形成。盡管通過(guò)波束成形形成一個(gè)狹窄的低音束，專門覆蓋座位區(qū)域（而不是側(cè)墻）是一個(gè)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(guò)具有相等且相反功率的對(duì)立平面波輕松抵消。傳統(tǒng)的DBA方法涉及應(yīng)用簡(jiǎn)單的DSP技術(shù)，例如向后陣列發(fā)送一個(gè)反相信號(hào)，延遲與房間長(zhǎng)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(shí)會(huì)遇到困難，例如包括一個(gè)墊高或具有非矩形形狀。DBA對(duì)錯(cuò)位也非常敏感。

這就是MSMC的優(yōu)勢(shì)所在。雖然它可以利用DBA，但它的獨(dú)特之處在于能夠自動(dòng)確定發(fā)送到低音炮的每個(gè)信號(hào)的最佳DSP處理，從而實(shí)現(xiàn)最佳性能。不需要耗時(shí)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(duì)于Trinnov來(lái)說(shuō)，這并不是問(wèn)題，因?yàn)樗募僭O(shè)是基于房間的實(shí)際特性的，可以根據(jù)需要進(jìn)行重新評(píng)估和調(diào)整。無(wú)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(wú)縫適應(yīng)，而無(wú)需復(fù)雜的操作。

Trinnov的WaveForming技術(shù)消除了這些顧慮。通過(guò)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(gè)座位上實(shí)現(xiàn)完美的低音再現(xiàn)。雖然我對(duì)這項(xiàng)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(gè)座位上提供無(wú)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(gè)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(shí)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(gè)或四個(gè)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(lái)到了一個(gè)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(gè)似乎在流傳的關(guān)于Dirac ART和Trinnov WaveForming的謬論。有一種觀點(diǎn)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(jí)富豪才能負(fù)擔(dān)得起。

這完全是不正確的：《》

由于這項(xiàng)技術(shù)的新穎性，我們目前缺乏足夠的部署系統(tǒng)來(lái)充分了解它們的能力。我的意思是，實(shí)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(gè)低音炮（總共24個(gè)），甚至在前后各放置6個(gè)也是錯(cuò)誤的。雖然這些配置在大房間中會(huì)產(chǎn)生出色的效果，但它們忽略了關(guān)鍵點(diǎn)。

在許多中等大小的影院中，僅在前墻的中點(diǎn)安裝兩到三個(gè)低音炮，以及在后墻的中點(diǎn)安裝兩個(gè)低音炮就可以獲得非常良好的結(jié)果。僅使用總共4個(gè)或者5個(gè)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(gè)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(gè)低音炮，因?yàn)橹辽傩枰獌蓚€(gè)源來(lái)有效地操控低頻波。

有趣的是，輸出效益主要來(lái)源于前置陣列。例如，如果在前墻安裝三個(gè)低音炮，在后墻安裝兩個(gè)低音炮，與單個(gè)低音炮相比，可以實(shí)現(xiàn)額外9dB的輸出增益。后墻陣列不會(huì)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(píng)論，和筆者對(duì)這項(xiàng)技術(shù)基本物理原理的理解，我們認(rèn)為這種說(shuō)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?yàn)樗蟹块g基本上都是壓力容器，低音炮會(huì)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(hào)，讓它們共同合作以增強(qiáng)輸出。

優(yōu)勢(shì)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(gè)低音炮，我們觀察到輸出增益從額外的9dB過(guò)渡到大約額外14dB。這種效應(yīng)僅適用于均勻壓力點(diǎn)，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(lái)我們來(lái)回答另外一個(gè)問(wèn)題，或者說(shuō)解決另外一個(gè)疑惑：與普遍的觀念相反，Trinnov并沒(méi)有聲稱這項(xiàng)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(shí)候都更為重要。

事實(shí)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(dòng)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(xiàng)技術(shù)確實(shí)有其局限性。在超出這些限制之后，傳統(tǒng)的被動(dòng)吸音材料是必不可少的。核心問(wèn)題就是在于在主動(dòng)吸收和被動(dòng)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(diǎn)放在在交叉區(qū)域的關(guān)鍵吸收集中。WaveForming不會(huì)在特定頻率突然停止工作，就像被動(dòng)吸音材料沒(méi)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(duì)較低。盡管如此，通過(guò)足夠的表面積，它仍然可以對(duì)整體吸收做出貢獻(xiàn)。這個(gè)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(lái)增強(qiáng)100Hz到150Hz范圍內(nèi)的低頻吸收。挑戰(zhàn)在于這項(xiàng)新技術(shù)的顯著有效性。為了實(shí)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(lái)進(jìn)行低頻吸收，考慮到隨著頻率降低，吸音材料的效率會(huì)降低。這意味著專門針對(duì)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(qǐng)記住，這項(xiàng)技術(shù)可以在80Hz以上很好地運(yùn)作，但在實(shí)踐中將受到陣列中低音炮的間距和所選分頻點(diǎn)的限制。最終，這項(xiàng)技術(shù)減少了專門設(shè)計(jì)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(shí)到這樣的產(chǎn)品要么極其罕見(jiàn)，要么根本不存在（值得注意的是，很少有實(shí)驗(yàn)室和標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)測(cè)量這么低頻率的吸收）。

這項(xiàng)技術(shù)即將徹底改變揚(yáng)聲器和家庭影院的設(shè)計(jì)。

將低頻源放置在墻上已經(jīng)成為一個(gè)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(gè)類別的市場(chǎng)供應(yīng)稀缺且不足，需要真正滿足這項(xiàng)技術(shù)需求的家庭影院低音炮。尺寸也是一個(gè)關(guān)鍵考慮因素，過(guò)高的壁掛式箱體會(huì)妨礙在典型墻壁上安裝4、6或12個(gè)低音炮。此外，整個(gè)房間內(nèi)全頻揚(yáng)聲器的加入可以通過(guò)增加戰(zhàn)略有利位置的低頻源，帶來(lái)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(wú)價(jià)之寶。

結(jié)語(yǔ)

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

兩種技術(shù)路徑也帶來(lái)了不同的聲音表現(xiàn)和用戶場(chǎng)景：

Dirac ART：優(yōu)勢(shì)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(huì)給中高頻音箱帶來(lái)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(duì)主音箱的播放產(chǎn)生細(xì)微影響。

Trinnov WaveForming：優(yōu)勢(shì)在于效果最純粹、最精準(zhǔn)。通過(guò)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(lái)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(jià)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(shí)候踏上音頻卓越的新時(shí)代了，在這個(gè)時(shí)代，每部電影、每個(gè)游戲和每首音樂(lè)作品都會(huì)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(méi)有前進(jìn)的決心。

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