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听音室的低音特性与低音炮的PEQ

2020-9-24 10:10| 发布者: ywen| 查看: 749| 评论: 0 |原作者: 文 / 李楠

简介:声音是一种看不见、摸不着的东西。发烧友都有这样的经验:从商店里选好的发烧器材,搬回家里欣赏的时候,会感觉声音的效果与在商家听音室里面听到的不一样……器材的组合并没有改变,为什么声音就随着环境改变了呢?
听音室的低音特性与低音炮的PEQ©视听前线

声音是一种看不见、摸不着的东西。发烧友都有这样的经验:从商店里选好的发烧器材,搬回家里欣赏的时候,会感觉声音的效果与在商家听音室里面听到的不一样……器材的组合并没有改变,为什么声音就随着环境改变了呢?本文提到的PEQ(参量均衡器)是一个相当专业的调音装置,为了正确的用好它,我们有必要先学习一些声音的知识。


房间的驻波与声共振的原理
声音在房间中传导,直接传入我们耳朵的,叫直达声;碰到墙面反弹回来被我们听到的,叫做反射声。如图一所示。直达声和反射声是一对伴侣,除了在大型的专业消声室里面,他们总是会相伴相随。

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直达声t1与反射声t2传播距离上的差值,我们可以按照波周期等于360度,来画出它们的相位关系,如图二a表示。直达声与反射声的叠加:如果两个波的相位同相,则合成的声波,声压增加,如图二b;如果这两个声波叠加的相位反相,则合成的声压会相互抵消。如图二c。

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直达声与反射声的形影不离,带来的问题就是房间的波峰波谷。声音在房间的对墙之间弹跳,那些波长正好与墙间距成比例的声音频率,声压就会形成固定的叠加和抵消关系。使得本来是很平直的音箱曲线变成如图三的样子。这种像梳子一样峰谷交错的曲线,声学上叫做房间的梳状滤波特性。

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矩形房间的X、Y、Z三轴,每对墙的间距 长=LX,宽=LY,高=LZ。我们可以用“Rayleigh”房间模式方程式(图四),计算出房间的共振频率以及声音的峰谷特性。

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每一个房间的长宽高尺寸不一定会是相同的,这种尺寸的差异,也就造成了声音特性的不同。举例说明三种体积相近、长宽高比例不同的房子,它们的驻波和空气共振频率的对比情况,如图五所示。

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了解声音在房间内的传播特性,更直接可视的方法,是用测试仪器的实测和分析。如图六、图七、图八,是一位日本发烧友听音室的示例。这样的器材摆位和房间结构,对于大多数在自家开辟听音室的发烧友来说也有一定的代表性。

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低音炮的PEQ
前面我们谈到,声音在房间内传播产生的空间驻波和声共振,会因为房间的不同、音箱与皇帝位相对位置关系的不同产生差异性。我们在实际的调校工作时,如果用常见的固定频点式GEQ,经常会因为房间的峰谷频率与器材设定的频率对不上而捉襟见肘。所以,实现均衡器的补偿频率可调,就能让调校工作变得更简单。

图九是笔者根据不同房间调校声音特性的需要,设计的一款带PEQ功能的低音炮前级电路。它装备的参数均衡器,“补偿频率”、“增益量”以及“补偿曲线的锐度(Q值)”都是可调的。

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如图所示的电路原理图,IC1a以及它的外围电路,是供接驳立体声音箱接线柱用的低阻功率信号输入端。功放输出给音箱的功率信号,通过R6、R12、R13的分压衰减转换成小信号。IC1b是低阻输入模块&高阻低电平信号端口的选择器。IC1c是切除信号中的超低频(小于20Hz),防止扬声器拍边的滤波电路。IC1d是一个频率可调的低通滤波器,对高频的切除频率在50 ~ 150Hz可调,通过电位器W1的调节,实现低音炮与全频扬声器的低频衔接。IC2a是低音炮声音信号的0/180度相位转换电路,IC2a的 +  - 两个输入端均接入到前一级输出。当转换开关开路时,信号经运放的正输入端,组成正相跟随器放大;当开关短路强制IC2a的正相输入端对地时,IC2a变成反相跟随器输出。以此对低音炮输出的声音相位进行转换。以上的单元电路是组成低音炮的经典形式。

IC2b向后的部分,是本文介绍的PEQ参数均衡器新颖设计。考虑到均衡电路在实际使用时可能产生+15dB的信号增益,使某些频点的信号电压过载。所以,我们在这个PEQ电路的前面设置了低音炮的总音量调节W2。

IC3a是均衡器(EQ)的信号混合电路。R22、R23与IC3a组成基本放大增益为1的反相放大器。IC3b、IC3c、IC3d以及相关的外围电路,组成完善的参量式滤波器(参量式滤波器是并行工作的,它的个数可以根据设计需要与个人的想法任意设置n个)。每个独立频点的增益调节电位器W101、W201、W301接于电路的A B C D。W103是滤波器的中心频率调节,旋转电位器的角度,中心频率在40到200Hz之间变化。各个参量滤波器的带通信号输出通过R110隔离,耦合到电路的D。W102是补偿曲线的锐度(Q值)调节。

当增益电位器W101旋向A点时,滤波器(1)经R101拾取的信号经过带通滤波输出到D,实现对W103设定频率的信号提升;当W101滑向B点时,R101拾取的信号与D端反相,均衡器实现对W103设定频率的衰减。

在对电路的实际装机验证时,我们尝试过把每一个滤波器单元都调整到同一个频率上,改变Q值在1到17的范围,增益设置到最大提升或者衰减,电路的工作状态都很稳定。当然,把几个补偿单元都集中到一个频点提升时,A1+A2+A3的提升量之和,会使IC3a出现输出信号削波的情况。这个问题,可以通过关小音量电位器来解决。本PEQ所有滤波器的元器件和参数都使用相同的值。故图上的多个滤波器,仅标注了其中的一个模块。

听音室的低音特性与低音炮的PEQ©视听前线

PEQ的调整和使用
PEQ作为一种能够随意改变声音曲线的专业控制设备。因为它的频率、Q值和增益提升量都是可以自由调节的,如果参数的设置不合理,就有可能把声音搞得比不用它的时候更难听。所以,对它的参数设置,需要兼顾房间的实测,特别是耳朵听感的验收。在对它的各个旋钮进行设置和调整时,您一定需要借助声学测试仪器的监测,还要仔细体会声音的变化。房间的共鸣造成轰轰隆隆的低音,这是破坏声音平衡的第一个大敌,用PEQ去修正房间的频响,我更喜欢多做压峰衰减的工作,而不是把主要的精力放在对频率谷点的提升上。

随想
音响是一个技术与自然的妥协。环境会让声音的品质劣化;同时,用LC、RC、DSP电子技术去做的频响改变,也会影响到决定声音味道的其他要素。这些为了把曲线拉平所进行的工作,虽然让我们的眼睛看起来,频响曲线是修得很直了,但是,有很多的结果是声音也从此失去灵性。对器材的调校、对房间的修正,一直都是值得我们抱着不断尝试的心态,去不断总结和不断积累的技术,并不是看着测试仪的屏幕,机械地去提升和衰减就能完成的。电子滤波器会改变信号的相位,对于高品质HI FI应用,房间的处理还是用低音陷阱和驻波吸收器会效果更好。以上,欢迎各位老烧新朋多多批评指正。

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