在上一篇文章當(dāng)中,我們簡單地說了一下最常見的均衡分類。今天的這一篇,我們來了解一下另外一種均衡的分類以及應(yīng)用。
在目前的音頻系統(tǒng)當(dāng)中,越來越多設(shè)備走向數(shù)字化,也就是說很多系統(tǒng)都會采用DSP或者CPU運(yùn)算,而DiGiCo的調(diào)音臺就采用了FPGA多線程處理技術(shù),讓整個(gè)數(shù)字處理系統(tǒng)變得快捷高效,解決了數(shù)字系統(tǒng)所帶來的延時(shí)問題。
Quantum338
我們今天的分類,就和系統(tǒng)的數(shù)字化有關(guān)。
我們在之前所講的分類當(dāng)中,不管是參量均衡,還是圖示均衡,實(shí)際上我們默認(rèn)了一件事:在沒有特殊說明的情況下,我們普遍所談?wù)摰木夥N類是IIR均衡,即Infinite Impulse Response(無限脈沖響應(yīng)均衡)。相對于IIR均衡,還有一類均衡叫做Finite Impulse Response(有限脈沖響應(yīng)均衡)。
那么兩種均衡有什么不同呢?我們可以通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)來向大家解釋。
我們先來模擬一下經(jīng)常會出現(xiàn)的一個(gè)現(xiàn)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)聲場當(dāng)中的頻率響應(yīng)幾乎完全一樣。單獨(dú)聽其中任意一只音箱,沒有什么問題,但是兩只音箱同時(shí)打開后聽起來卻有一些不同,這是為什么呢?
我們與之前一樣,先要將討論范圍圈定,再來分析問題。
首先,我們將環(huán)境理想化,假設(shè)我們的測量點(diǎn)位或聽音位置為兩個(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,可以避免
由于距離問題所產(chǎn)生的聲干涉及延時(shí)所產(chǎn)生的聽感不一。理論上,在這個(gè)點(diǎn)上,我們聽一只音箱和一對音箱的區(qū)別,僅僅是聲音大小,而聲音的成分不應(yīng)該有任何改變。但實(shí)際情況是我們聽出了不同,是什么造成了這個(gè)現(xiàn)象?如果我們想了解這個(gè)問題,我們就不能單單看頻率方面的問題,還要多了解一下相位對于系統(tǒng)的影響。
用過Smaart或類似測量軟件的用戶都知道,除了頻率響應(yīng)窗口,還有一個(gè)相位窗口,而相位窗口就是從一個(gè)側(cè)面反映了各個(gè)頻段到達(dá)測量點(diǎn)的時(shí)間差異。
通常來說相位曲線圖例的中部是0°線,當(dāng)相位曲線與0°線十分接近甚至完全重合的時(shí)候,我們可以說,參考信號和對比信號的相位是一致的。當(dāng)頻率曲線偏離0°線的時(shí)候,就意味著某個(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,產(chǎn)生了失真,而且不同頻段的偏移量,也會有所不同。
在本文中,我們先不去討論偏離所產(chǎn)生的原因以及表現(xiàn)。我們首先將問題聚焦在聽感與相位之間的聯(lián)系上。
實(shí)驗(yàn)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(xiàn)一樣,這會讓我們所希望展示的現(xiàn)象非常的不明顯。
為了能夠讓大家從視覺上顯著地了解相位對于聽感的影響,我們?nèi)藶榈貙⑵渲幸恢灰粝浞聪颍M(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
我們在Network Manager當(dāng)中對B音箱做了反相,再出來的曲線,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(dāng)同相位疊加時(shí)(A+B=C)與有相位差時(shí)(A+B1=C1)的曲線的區(qū)別。
從上圖當(dāng)中,我們可以清楚地證明,即使兩只音箱頻響曲線完全一樣,單只聽起來沒有不同。但是由于相位的原因,在多只音箱疊加時(shí),出現(xiàn)了很大的區(qū)別。
在證明了相位對于聽感的影響之后,我們來看一下IIR和FIR對于相位的影響。
假設(shè)我們需要對音箱進(jìn)行均衡的修正,我們先來使用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。
這個(gè)時(shí)候,我們看到由于調(diào)整了某個(gè)頻段的均衡,該頻段內(nèi)的相位曲線(A1)發(fā)生了變化。
也就是說我們在改變頻率曲線的同時(shí),也改變了相位曲線。
我們知道在IIR均衡的沖激響應(yīng)在理論上應(yīng)該是無限持續(xù)的,而由這種無限持續(xù)帶來的后果就是其相位不線性。用通俗的語言來說,IIR均衡會改變相位。
FIR均衡的沖激響應(yīng)是有限的,可控的,其相位是線性的。用一句話來翻譯的話,就是FIR均衡在調(diào)整頻率時(shí)不會產(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。
在測量出的曲線中,我們可以看到,F(xiàn)IR均衡所調(diào)整的頻段,并沒有對相位產(chǎn)生影響。
為了從視覺上更加明確這一點(diǎn),我們將三條曲線放在一起進(jìn)行對比。
看到這里,我們也會有一個(gè)問題,既然FIR均衡對于相位沒有影響,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(shè)計(jì)上需要有更多的參數(shù)進(jìn)行控制。相比于IIR均衡,F(xiàn)IR均衡在數(shù)字系統(tǒng)里面需要的儲存單元及算力都比IIR均衡要大。對于現(xiàn)場演出系統(tǒng)來說,這會產(chǎn)生一個(gè)致命的問題--數(shù)字延時(shí)。高階的FIR均衡可以導(dǎo)致系統(tǒng)以毫秒級別進(jìn)行延時(shí),這對于現(xiàn)場觀眾來說,就會產(chǎn)生音畫不同步的感觀。目前來說,F(xiàn)IR均衡在音頻領(lǐng)域的應(yīng)用暫時(shí)還不是全能的,還需要考慮應(yīng)用場景以及算力的問題。當(dāng)然,隨著算力的提升,相同采樣率及階數(shù)的FIR所需的時(shí)間會越來越短,對系統(tǒng)的影響也會大大降低。這樣一來就方便我們在不影響相位的情況下調(diào)整均衡,將兩者獨(dú)立調(diào)整,達(dá)到我們所需的理想狀態(tài)。
通過兩篇文章,我們簡單地了解了一下均衡的兩種常見分類方法,當(dāng)然還有更多更細(xì)致的方面我們沒有涉獵。希望能對各位讀者學(xué)習(xí)音頻有一定的幫助,也希望各位讀者能夠指出文中錯(cuò)誤,及會產(chǎn)生誤會的描述。