音箱摆位的专业指导

音箱摆位的专业指导

现在,越来越多的制作人会在不完美的空间里进行工作,了解声音反射背后的科学知识对加速工作流程有极大的帮助。让Robbie Stamp拿起他的物理课本,为你做一个讲解吧。

从监听音箱到耳朵的短暂距离看起来没什么大不了,不就是我们平时呼吸的空气吗?可事实并非如此简单。这一段短暂的旅程充满了危险,你的信号会被扭曲,发生相位偏移和共鸣突起的现象。你房间的墙壁、监听音箱的形状、制作人座椅的位置、LCD屏幕的角度…所有这些都会毁掉“完美”的声音(虽然你不可能获得“完美”的声音)。

这样说起来有点令人沮丧,但事实就是如此,世上并没有完美存在,只有不同程度的妥协。如果你对声学状况有一定理解,便能利用这些妥协来提升你的听音体验。无论是在混音、创作或录音的过程中,优秀的监听都是做出好声音的基础。你可以做很多工作来提升听音的状况,而这些都不需要支出过多的费用。

在这个专题中,我们会研究人、监听音箱和房间在工作中的三角关系。理解了这些基础内容和它们之间的微妙关系后,再应用到实际中,找到监听音箱摆放的最佳位置。当然,这可能需要你对房间做一些简单的改变,以便最大程度地提升听音体验。

监听音箱 vs. 物理学

假设你已经拥有了一对不错的监听音箱,目前它们在房间里的表现还行,但总感觉缺少了点什么。你开始对背面的EQ做调整,但这让你感到困惑,所以你学着采访视频里那些很酷的人,将音箱摆在两侧(他并不酷,只是很安静地坐着——继续读下去,你就知道原因了),但还是没有帮助。不要失望!监听音箱应该是没问题的,只是你要稍微习惯它一下。你需要做的就是坐下来,读完这篇指导,再对你的配置做系统性的调整,用多种方式来找出差异。

在进入科学知识部分前,让我们来做一些假设。首先,我们假设这对监听音箱是你想要的。其次,它们摆放的房间是你唯一可以自由支配的,这关系着最终的假设——你不想花很多钱对房间做声学处理。

监听音箱,耳朵和它们存在的空间是由物理规律所支配的。了解越多跟科学有关的事,揭示的原理也就越多。跟随声音的旅程,我们会关注声波从监听音箱开始的传播过程,音箱设计对传播的影响,以及它们在频谱上表现的差异。

这一切中,最重要的规则是相位。对相位和相位偏移有良好的认识,会帮助音频工程师更好地完成工作。即使你不知道相位偏移的意义(我们会讲述到,不用担心),只用在你脑中保留这个想法:每个EQ,压缩器,放大器,AD/DA转换器和效果处理都会造成相位偏移,但更重要的是,每个监听音箱和房间也都会造成这个现象。实际上,每只耳朵和人脑也都会造成。

我们要做另外一个假设:你拥有的是一对立体声监听音箱。环绕声配置遵循着同样的规则,如果你对如何配置两支监听音箱有了很好的理解,那么剩下三、四支的配置也就非常容易了。

声波和相位

好了,在继续前,还需要做另一个假设;假设你知道声波是什么。幸运地是,我们讨论的是扬声器,它通过不断地向前后推动空气,对空气进行挤压和扩散,驱使声音震动。这种震动最简单的形式用2D图表示就是正弦波(在DAW中的波形显示),高于中心线时为挤压,反之,则为扩散。中心线表示的是零压力点,在那个位置是没有外力作用的。我们谈论这种振荡的方式(挤压和扩散,或从积极到消极的摆动)与时间的关系(声波的距离)就是相位。

相位指的是振荡中任意离散点与原始位置的角度。振荡开始时是处于0°,结束时处于360°。对于正弦波,0°、180°和360°是零压力点,因为它们处于声波挤压和扩散之间,而90°和270°则是最大挤压点(也是零速度点)。因为这种振荡随着时间发生,所以相位也可以通过时间进行丈量。比如,100Hz正弦波振荡一圈需要10ms(100Hz=100圈/秒=1/100秒),所以到达90°、180°、270°和360°相位点的时间分别为2.5ms、5ms、7.5ms和10ms。

对于声波,相位的循环可以用距离表示。如果考虑声音速度(20℃的海平面,速度为343m/s),我们可以说100Hz的波经过3.34m后会达到360°点(343m/s×0.01s),这就是它的波长。四分之一、二分之一和四分之三波长就对应了90°、180°和270°的相位角,通过简单的划分,分别为0.86m、1.72m和2.58m。

相位偏

在我们串联这些知识点前,先做一些迅速的填鸭工作。将正弦波的相位角与时间和距离进行关联只是一个方面,而(a)监听音箱里放出的是更复杂的波(虽然它可以被分解成一组正弦波),(b)有两只音箱,所以复杂性会加倍,还有(c)有很多物体会反射声波。我们应该先处理监听音箱本身的相位和频率响应关系。之后,我们才能理清思绪,开始考虑(c)以及人、监听音箱和所在房间的效果。

跟这些思考有关的一个词是“相位偏移”。无论你喜不喜欢,它几乎是所有音频处理的核心。也是我们听到立体声的原因。简单来说,如果将两个信号在时间上进行偏移,就会失去同步。时间偏移产生的原因可能是两只音箱不在同一参考点,或者是听音者将头转向某只音箱。在这两种情况下都会产生不同的路径长度(声音不得不通过更长的距离达到最远的耳朵),这个差异反应在时间上,就产生了相位偏移。

什么是相位偏移呢?当同样频率不同相位的振荡相遇时,它们会叠加各自的压力幅度,响应结果会从完全抵消到加倍叠合(+6dB)(参看图示)。因此,(几乎)所有的相位偏移都有它的效果,积极或消极,加和或抵消。记住这个思路,我们再引入监听音箱…

士】当相位碰撞

欢迎来到那被人反复提到,并让人赞赏的音频工程文献,这里有关于波形叠加的图文演示。 这是很重要的一个方面,理解它的曲线会对你有帮助。 此序列显示了一个波长内的相位点以及两个振荡波相互叠加的效果。

此序列显示了一个波长内的相位点以及两个振荡波相互叠加的效果。

监听音

你应该不是怪人,所以我很放心地假设声音从监听音箱出来时是比单一正弦波更复杂的。越复杂的信号就会发生越复杂的相位偏移。信号链的每个部分都会有点瑕疵,所以不可能完全纯净:监听控制器/DAW、监听放大器、音箱驱动器、转接线路和箱体都会导致频谱发生相位偏移。在优秀的设备上,这类问题很小,不用太过在意。但即使这样,从监听音箱产生的声音也是有微妙变化的。

最麻烦的一点是,相位偏移不会整齐地在整个频谱或某个频率上发生,它会跨越不同的范围。关键就是任何延迟(放大器电容充电或扬声器纸盆的惯性导致的)都会改变相位角。因为当波长越短时,波长与延迟时间的比例就越大。60Hz在某些度数也会与1000Hz完全抵消。 幸运地是,我们的耳朵对高频的相位偏移不那么敏感。优秀的监听音箱设计也试图将高频和低频驱动转接线路和机械差异产生的相位偏移维持在最小状态。

最佳听音点

监听摆位的内容主要是距离、比例和你在几何学课程中学到的等边三角形。后者是立体声监听音箱与听音位置的最佳配置。关于这点有很多原因:首先,这种配置很简单,你只需要测量头到两只监听音箱以及监听音箱之间的距离。记住,监听音箱需要指向你的耳朵,所以它们需要转动30°。其次,这样做能保持相位关系一致,当然,小的误差是允许存在的——你可以大致移动一下。

人们通常所指的“最佳听音点”是在监听音箱之间的有效听音点,这个区域(越大越好)由监听角度、设计和房间的声学状况所决定(稍后会讲到)。60°是不错的中心点,能获得较自然的立体声效果,同时能做一定的平面移动,且不会发生相位脱散。很多现代的监听音箱设计包含了凹形的波导管,特别是在高频驱动上。同时,也会去掉箱体上锋利的边角和平直的区域。

声波的主要特征需要靠波导管来塑造;低频基本上是全方向的,而高频区域会逐渐具有指向性。通过使用波导管,高频狭窄的传播方向就能得到扩散,形成“偏轴”响应,最终获得更宽的听音范围。60°角有灵活的区域深度,在团体检验混音时,每个人都能听到同样的音响范围。

监听音响应与你的头部保持在同一平面上。制造商已经在低频与高频驱动(以及中频驱动,如果你是三分频系统)的相位相干性上做了最好的处理。在垂直平面进行旋转,会干扰平衡,导致中频产生不必要的相位失真——根据交叉频率位置而定。所以,推荐你将监听音箱与头部放置在同一平面,但如果你想有一点灵活性,比如站起来或跳舞,可以将它们放置得略高一些,向下指向你的座位点。这样做有助于增加地面的反射,让后墙吸收更多声音。

虽然我们谈到了垂直面——我们人耳并不是那么灵敏,因为耳朵位于我们头部的两侧——但不要将监听音箱放在两侧,除非它们是这样设计的。将高频与低频驱动在垂直面排列,意味着当你移动轴线时,它们能保持最大的相位一致性。将它们放倒,任何水平运动都会快速导致不必要的相位偏移,产生梳状滤波(频段相位偏移导致发出类似辐射器的声音效果)。没人知道为什么Yamaha的NS10M监听音箱要在两侧这样注明,但人们都这样做,即使立体声声场问题很严重(我有一对,可以证实这一点)。

调节控制

如果你使用的是有源监听,可能会有一组调节控制,用来对房间的反应做调试。它们通常是高频和低频的倾斜控制,用以平衡房间的效果。通常可以切掉高频区域的限制频段,来减少房间的影响。这些都应当在你配置好监听音箱和房间后来使用。有的还能调节1/1,1/2和1/4空间,用来修整近墙或角落放置的低频效果。通常,这一点应该提前设置,因为你不会想要太多的低频。

监听音箱的摆放是性能发挥的重要组成部分。经过箱体振动,监听音箱会失去很多能量。它们并不是高效的野兽,所以无论接触到什么,能量都会进行传导。无论它们是安装在支架上、调音台表桥或工作站隔板上,无论与谁接触,这种传导都会产生共鸣,创造出另一个声音来源——等等——声波发生相位偏移了。如果它们被连接到相同的对象上,彼此间也会发生振动,这可能会导致立体声声场的减弱,因为它们发生了相互耦合(扬声器驱动器在很低的频率下彼此驱动的现象)。

安放在高密度材料(混凝土块)或吸音材料(泡沫垫)上会减少传输,有助于提升频率响应和立体声成像的清晰度。连接的表面积在传输中也起着很大的作用,所以加上脚钉也会有所帮助。

房间

等边三角形监听区域的实际大小将取决于你的房间大小。首先,它需要放置在中心线上,这样能使监听音箱与侧墙的距离保持一致,也能确保反射声波经由相同的距离到达听音位置,所以尽管它们会与直接达到的声音发生相位偏移,但它们之间是一致的。假设你在一个矩形的房间里,那么在最大宽度或长度间需要做出一个选择。可取的做法是使用最长的尺寸为宽,但深度可能不足以放置好监听音箱和工作站,而听音位置可能会在房间的中心或偏后位置,这是空间中最糟糕的点(参看监听放置)。

这意味着深度必须在4米以上。这样的横向配置有助于让侧壁的反射路径长度尽可能长,给它们最大的削弱和分散距离,从而使它们更容易被我们的听觉系统过滤掉(声源和反射之间的距离越大,我们越能够区别出)。房间的后方是最理想的吸收空间,因为它没有太多作用,所以可以用来做一些对空间有需求的声学处理; 让后墙反射减少是最为重要的。

如果你没有空间来做到这一点,那么尽可能让它长一些,依旧遵循相同的规则。你可能会说,房间里的最低共鸣频率会给后墙的吸收造成沉重的负担。

士】完美的听音箱

监听音箱的角度、设计和房间的声学状况决定了“最佳听音点”的大小。 “等边三角形”配置保证了你与扬声器以及扬声器之间具有相同的相位关系。 房间的中心常常会引起低频问题,因为声波很可能会与它们同等位置的反射波进行抵消或叠加。

 “等边三角形”配置保证了你与扬声器以及扬声器之间具有相同的相位关系。

反射与共鸣

让我们准备一下,开始了解反射与共鸣的问题,这也是室内声学的重要方面。在所有可能对听音体验造成相位偏移的捣蛋鬼中,房间形状和尺寸最严重的。你房间平行面(墙壁,地板和天花板)之间的距离可以转换为某个频率的波长。

当距离等于半波长的整数倍时,声波会按照相同的相位进行反射,因此它的振幅就进行了叠加。如果只有很少的能量损失在墙壁上(它们是会反射的),这些同相反射便会创建出明显的共鸣。这两个平行墙壁的表现被称为轴上模式,说得更糟一些,它会产生较弱但仍然明显的驻波——在回到原始路径前敲击四个面(切线模式)或六个面(斜面模式)。

这些共鸣模式合起来形成了房间的频率响应状况,不过,它并不总是糟糕的。声学专家定义的理想房间尺寸比例不包含整数关系,这样可以防止同一频率的聚集。这种模态行为只关注频谱较低的倍频程(上至300Hz),但在这个精确的范围里,监听音箱的传播基本上是全方位的,因此它们更容易在整个房间里驱动这些模式。

此模式的特点是包含最大声压(波腹)的很多点普遍存在于房间的边角处,所以,让你的监听音箱远离这些位置是很重要的。要了解房间的不均匀程度,只需要演奏一个低音音符,再四处走动,听听峰值和谷值——峰值越极端,频率越接近振荡基型。

因为房间模式依赖于半波长来进行同相叠加,四分之一波长进行反相抵消(根据反射),所以它也是决定监听音箱与墙距离的关键因素。当距离在1到2.3m之间时,反射声波会造成86Hz到38Hz的抵消,而该模式的空间很大,足以掩盖频率响应中的问题。除非你的房间很大,否则你可能会想保持在1米以下。如果可能的话,我希望你可以让监听音箱和侧壁之间的距离多一点,这也是采用横向配置的原因。

如果可能的话,我希望你可以让监听音箱和侧壁之间的距离多一点,这也是采用横向配置的原因。

士】五步声学

在这个专题的开头,我们做了假设:你没有预算进行全面的声学设计。 尽管这样,你也不能草草地摆上监听音箱就开始工作。 这里,有一些简单的处理方法,能够让你的房间变得更适合你工作。

1.尽可能消平行面,比如白有两种方法,其一是用吸音材料覆盖:挂毯、地毯或画布,在背后保留空气间隙将创建出一个基本的多频率吸音材料。 部分填充空气间隙的吸音材料(泡沫,内饰馅,包装毛毡)能增加吸收性能。 使用另外的反射面(镜面,光滑板,床板)改变听音位置的角度能有助于将更多的声波反弹到吸音区域中。 综合这些方法,可以获得不错的结果。

2.于后,吸收和散的合是关前者是针对低频和中低频,后者是针对中高频和高频。 吸收可以用上面提到的多频率吸音材料,但也可以是沙发,扶手椅和书架这样的物件。 隔板是构建声学处理的不错方式。 靠近角落的地方可以用沙发、纤维材料填充来做低频陷阱。 隔板上的物件可以提供吸收和扩散的功效,特别是唱片、书籍和杂志。随意的深度和偶然的空隙能避免来自后方的共鸣和回声对听音位置造成的干扰。

3.边墙,注意听音箱通向耳的反射路径所在的区域。 在墙上放置镜面可以找出这一区域,移动它,直到在你的听音位置处看到监听音箱。 使用多频率吸收材料(参看要点1),如果可能的话,防止低频和中低频发生冲突。 扩散在这里也能起作用,因为它能够分开反射高频和中高频。 隔板物件也是不错的选择,特别是在上面放置一些书籍和唱片。

4.在听音位置部的天花板上可以挂一些多率吸音材料,尽可能靠近听音箱,来减少反射路径。 朝监听音箱方向调整角度会强化效果。 挂毯,帆布或织物,包上吸音材料(留出空气间隙),能够轻松而便宜地实现。

5.最后,前 直接在监听音箱后面使用吸音材料,尺寸至少是监听音箱的两倍。 最棘手的反射路径在监听音箱之间,所以尽可能集中精力去处理这边。 这里主要是做低频吸收,而300Hz左右的声波只从驱动器的前部传播。 在你面前直接放置吸音材料和扩散材料可以提升立体声声场,但不要遮住屏幕。

相位干

反射路径进入到你的耳朵前总会对监听音箱里的直接信号产生某种程度的相位干涉,所以对这些造成反射的摆位做一些基本的处理是很明智的。这些反射来自于人与监听音箱之间的边墙,头顶,身后以及音箱后面的墙面。如果不清楚具体的区域,可以将镜面安放在墙面上,调整它,直到从理想的听音位置看到镜面里的监听音箱。

使用基本的吸音材料就能发挥很大作用。简单来说,使用带有吸音材料的画布就行(想想坐垫里的东西)。使用放置了书籍、唱片和杂志的隔板是一种经典的后墙处理方式(吸收的扩散体),而厚重的的窗帘也能摆脱烦人的回声(因为平行墙导致了延迟)。最后,角落的低频陷阱可以用上重的椅子或一圈地毯。

士】量和分析

SPL仪表

声压级仪表不是一个热门的商品,但它对任何工作室来说都是很有用的工具。了解声音的响度对录音起着很大作用,当然,对于声学处理也是一样。最重要的是,它们能帮助你监视监听音箱的电平,以防听力受到损伤。买新的可能会很贵,但你可以选择购买二手的——唯一的问题是确保它们足够精准。一些手机应用程序能提供一个大概的读数,也可用作监听电平的检查。

测量麦克风

有些全指向的电容麦克风,具有广泛的带宽(通常超过20Hz-20KHz)和平直的频率响应。 它们也是不错的录音话筒,不过与“通常”的录音麦克风相比,会显得比较刻板。 无论你是想做室内声学、监听响应或电脑风扇的噪音分析,这些都是有用的设备。

价格范围从Behringer ECM8000的40欧元,到Audix TM-1的250欧元,再到Earthworks M23的360欧元,甚至是DPA的1,000欧元以上。

分析软件

每一款DAW似乎都有基本的频率和相位分析工具,许多接口制造商还在它们的硬件上提供了解决方案(RME的Digicheck就是一个例子)。Voxengo SPAN是一个优秀的免费频率分析插件(Mac和PC),击败了多数DAW提供的产品。

如果想要进一步探索,并制作更全面的分析图表,可以考虑来自Home Theater Shack论坛的REW(RoomEQWizard)。 如果提前注册,是可以免费获取的。或者是FuzzMeasure(仅限OSX),在评估模式中,它也非常不错。

扬声器设置

设置扬声器角度,可以使用Genelec的SpeakerAngle应用程序(iPhone/iPad),或者用量角器、卡片和尺子。 许多制造商提供了用于配置自己的监听音箱和调整EQ的工具: Event Opals有测量麦克风、USB音频接口和软件,而Genelec的DSP监听音箱有GLM测量系统。 IK Multimedia有独特的ARC 2系统(测量麦克风和软件),用于对监听音箱在房间内的表现做测量。将插件放置在总线上,可以用来纠正输出。同时,它也提供了软件监听控制器。

(作者:Robbie Stamp 编译:Logic Loc)

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