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音箱摆放要科学,超低音音箱较佳位置不全是地面

摘自:慧聪音响灯光网|2019-11-14 08:51|作者:慧聪音响灯光网

文章摘要:物理位置偏移会影响系统校准,导致分频点附近的频率响应异常。任何有着两个或更多个重现相同声音的间隔声源的音箱阵列,

如果我们看看声学物理,那么我们可以知道,与音频界的大多数事物一样,这要“看情况而定”。因此,让我们从讨论为什么地面也许确实是放置超低音音箱的合适位置开始。

将任意音箱放在一个大型水平面(与波长相关)上制造一个半空间环境负载条件,意味着从音箱发出的球面波(在所有方向上的能量均等)现在将所有能量都辐射到半球之内,或者覆盖区域的一半。这为半球带来3dB的能量辐射增量,与将超低音音箱数目增加一倍带来的增量相同。


如果超低音音箱恰好同时离一个垂直表面很近,例如,高高的舞台表面,这样带来的结果是形成四分之一空间负载,产生另外3dB的增量(假设舞台表面是固态的);换言之,再次将超低音音箱数目“加倍”。例如,4只超低音音箱在地面上,并且接近一个垂直表面,能够提供相当于16只超低音音箱输出的声能量。

这看上去明显是支持将其放在地面上(并且靠近一个垂直表面)的论点,不过还需要考虑哪些其他情况?平方反比定律又是如何呢?即是说,离开声源的距离每增加一倍或减少一半,声压级(户外)就会有6dB的改变?

在一些现场演出中,听众可能会距离地面上摆放的超低音音箱仅仅3米之近,也可能远在60米之外。我们可以假定调音位置距离超低音音箱30米。如果超低音音箱在调音位置达到100 dB声压级,那么在前排听众位置处约为120 dB,在后排听众位置处约为94dB。从前排到后排有26 dB的差别!


当然,在室内不会有这么大的声压级差别,但仍然会让前面几排的听众感觉不舒服。现在让我们考虑一下分频点的问题。加上地面上的超低音音箱,我们有两个声源(主扩声源和超低音声源),重现相同的频段,两个声源彼此间隔了相当远的距离。

假设主扩声源在超低音声源上方约8米处。在分频点会发生什么?

一个任务是将超低音音箱的声音与主扩音箱的中高音保持同步到达。对于前排听众位置处,超低音声源需要延迟约13毫秒(ms)来保持与主扩声源的同步到达。然而,在30米远的调音位置,其物理位置偏移仅为约1米(或2.7 ms),后排听众位置处的物理位置偏移仅为0.5米(或1.3ms)。

那么谁得到了好的声音?

物理位置偏移会影响系统校准,导致分频点附近的频率响应异常。任何有着两个或更多个重现相同声音的间隔声源的音箱阵列,其极坐标响应会因为声源的频率和物理位置间距的不同,将在一个或多个方向上产生凹陷。所以,在每个位置的听众将获得在分频点附近有不同谷值的频率响应。


让我们为此建模来看看发生了什么!

【图1】
图1是一只吊装在8米高处的中高频音箱和一只摆放在地面上的超低音音箱,在80至125Hz范围位于100Hz分频点附近的垂直极坐标图。
我不认为有人会想要这样的极坐标表现!这对听众意味着什么呢?
让我们看看在每个听众位置处的频率响应。

【图2,基础SLM的函数图】
在图2中,显示了从20到1000Hz之间,低通和高通滤波器以及在3米(绿线)、30米(蓝线)及60米(粉红线)听众位置处的频率响应。
我们首先注意到的是,在不同听众位置处的频率响应彼此之间有声压级差异。
其次是在3米听众位置处的频率响应(绿线)上,中高音和超低音之间的声压级差异。(还记得原因吗?)
然后我们注意到,在100 Hz分频点附近的频率响应异常及其在每个听众位置处的不同。
这是超低音和中高音的校准错误造成的。校准差错越大,响应中的谷值越大。
那么我们是否能够用延时来对此做修正?让我们来看看。

【图3】
如果我们增加13ms的延时到超低音音箱(图3),那么通过分频点的响应在3米听众位置处将变得平滑。但是请注意,在30米和60米听众位置处的响应却变得更糟糕了。
好,让我们假设,基于工程师在调音位置(30米远处)听到的声音效果而做出了系统调整。

【图4】
图4显示的是如此校准后的结果。
很好,蓝线正是我们所需要的通过分频点的响应结果,但现在看一下在前排听众位置处的响应(绿线)。
结论是,这不能同时为所有听众修正物理位置偏移所引起的音效异常。系统可以进行优化,在房间中相对狭小的座位区域实现高质量声音表现,但大多数听众将会获得粉红线和绿线之间的声音效果。
现在让我们尝试将超低音音箱与主扩音箱一同吊装起来。

【图5】

【图6】
我们将它们安装在8米高的同一个水平面上,位于主扩音箱后方约1.3米。图5显示了在校准之前于三个听众位置处得到的极坐标响应。同时,图6 则显示了在三个听众位置处得到的频率响应。这样看上去已经好多了。
这些垂直极坐标响应没有像放在地面上的超低音音箱的垂直极坐标响应那样有着巨大的空值,并且在三个听众位置处的频率响应也更加相似。
现在让我们为主扩声源增加一点延时来校准到达时间。

【图7】

【图8】
图7和图8显示了在极坐标表现上的巨大改进。
同时,超低音音箱和主扩音箱之间的声像平衡在3米听众位置处的改进也很明显,并且在30米和60米听众位置处通过分频点的频率响应都很平滑。
也许将这些超低音音箱吊挂起来更好?
另外,超低音音箱是否应当左右分开?这将会产生如图9所示的“能量径”。

【图9】
如你所见,在房间水平面不同位置处的频率响应根据频率不同都会出现声波抵消现象。
也许更好的解决方案是,将它们垂直堆叠起来再吊挂在中间。
在下面 图10 中,超低音音箱被垂直堆叠起来,产生了远为平滑的水平覆盖。


地面是放置超低音音箱的较佳位置吗?

如果整个全频与超低音系统都是堆叠放置在地面上时,回答是肯定的。因为这样做可以保持物理位置偏移最小;并且当出现平方反比定律方面的问题时,至少这个问题将在整个频率范围都保持一致。
但是如果吊挂全频音箱,那么也很应该吊挂超低音音箱。这样做可能会需要更多的超低音音箱,不过市场上较新的极高输出与/或高功效超低音音箱减少了此项需求。
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