你真的会用Smaart吗?(上)

                                                                                                                                                                     作者:    曾山

什么是相干性?

测出曲线看不出问题?

用顶级测试话筒却测不出超低?

         在05年开始做Smaart培训班到现在的12年间,很多朋友问我:学Smaart要注意什么?

         我总是回答:学会Smaart的软件操作是容易的,最难的是透过曲线分析问题,因为你要学会正确的理论,还要能把这些理论运用在你的工作中。

 你真的会用Smaart吗?

        在我教学的12年间,遇到过不少人,可以用键盘快捷键来操作Smaart, 非常熟练,但是他们有些人会单独测超低的延时值来判断加多少延时给超低;有些人会送100Hz给全频和超低,用耳朵来判断是否有叠加;有些人会在测试中一直给着令人难以忍受的声压的粉红噪音持续半个小时都不关;还有些人会把测试话筒放在场地中间,为了把频响调成直线,在中低频段使用了高达8个PEQ,在整个系统的调试过程中,居然话筒没有移动过……

        以上都是一些会操作Smaart,但并不是真正会用的例子。那么,怎么才能成为真正懂用Smaart的高手,而不是一个不懂装懂的低手呢?

         我的经验是:坚持学习正确的理论,不断在工作实践中思考问题,不断地问为什么,不断地用实验来检验理论,养成用理论解释现象的习惯。

          可能有些读者看到这里,心里会说:你总结的都对,但是我好像没有学到什么东西……

          好吧,就让我用一些Smaart操作过程中,最多人问的问题作为例子,来帮助大家往Smaart高手的方向向前迈进一步!

相干性(Coherence)是什么?

        相干性可以理解为测试通道的信号和参考通道的信号对比后的相关程度,用0-100%来表示相关联的程度高低。我们知道如果测量一台电子音频设备,在插入参考通道延时后,相干性在整个频段都会上去,接近100%,这是因为测量电子音频设备的过程中,全部都是电信号的传递,不受外界声学噪声的干扰,而本身电子音频设备信噪比都比较高,所有会红色的相干性曲线都在最上面。当测量数字电子音频设备时,如果忘了测量并插入参考通道延时,被测的数字设备的时滞(Lantency)会导致相干性曲线在中高频段下降。还有一种情形与此类似,当你的测试话筒在一个位置对好延时后,话筒被人碰了一下或者移开原来的位置,你会发现相干性曲线下来了。

图1. 测量一台模拟调音台的一个通道

图2. 测量一台数字调音台的一个通道,参考通道延时为0ms.

图3.对好延时后移动话筒导致相干性曲线下降

(注意高频部分)

        而在声学测量中,相干性曲线就不会一直在测试图的最上面了,因为测试话筒在测量被测的音箱系统的同时,把环境的噪音也一起拾取了,同时反射声也拾取了。环境的噪声和参考通道的电信号没有任何关联,因此环境噪声会明显降低相干性曲线;而反射声因为比直达声慢了,时间上和参考通道的信号关联度不高,也会导致相干性曲线下降,尤其是梳状滤波对应180度相移的频率,下降更为明显,因为直达声信号在这些频率被抵消了一部分。

图4. 测量过程中,拍手导致的相干性曲线下降

图5.测量音箱时地板反射导致的梳状滤波引起相干性曲线下降

总结:

     1.测试通道和参考通道的延时不同会导致相干性曲线从高频开始下降

      2.声学测量中环境噪声会导致相干性曲线下降(在噪声对应的频率)

      3.梳状滤波会导致相干性曲线下降(在梳状滤波对应180度相移的频率),不管是反射声还是两组有时间差的音箱同时出声导致的梳状滤波。

超低脉冲测得准吗?

        如果我们做一个实验,在传递函数界面下用FIND多次测量超低音的延时值,你会发现      每一次的结果都是不同的,测到的延时值是随机没有规律的数值,那我们究竟应该按照那一次的数值来确定超低与全频音箱之间的延时差呢?答案是不能用测超低脉冲的方法来确定其与全频之间的延时差,用这个方法是错误的!

        那么为什么超低测脉冲测不准呢?第一个原因是FFT的尺寸不够大,因为FFT是按线性频谱来分布采样点数的,这导致32k的尺寸在超低频段分得的采样点数不够多,分辨率不够。

图6  Smaart 8 在传递函数界面内的Live Impulse Response最大的FFT size是32k

       那么如果我们在脉冲响应界面下用大尺寸的FFT,是不是可以测得准呢?没错,当FFT的尺寸足够大时,的确每一次测量的可重复性大大提高了,但不代表测到的延时值就是超低的传输延时!这就要看第二个导致低频脉冲测不准的原因!

        第二个原因是LPF低通滤波器的引起的相移会导致测到的延时量比实际的传输延时长,多出来的延时就是LPF对应转折频率的相移换算过来的值。我们可以用测量处理器的方式来验证!当处理器直通时,我们测到的是时滞(lantency), 当处理器加上100Hz 24dB/oct 的LPF后,测到的脉冲是刚好是时滞加上5ms(100Hz 处 180度的相移等于5ms, 24dB/oct的斜率相移为180度).

图7.处理器直通的时泄(1.27ms)点击图片放大

图8.处理器使用100Hz Buttw 24dB/oct 的LPF后测到的延时量(5.73ms)

      好,我们知道了直接测超低的脉冲是测不准的,那究竟应该用什么方法来找到全频和超低之间的时间差呢?

       答案是:观察相位曲线的方法,同时在相同测试点的时候,以全频的参考通道延时为基准,也就是说,当测试话筒放在全频和超低之间的交叉位置时,先按FIND单独测全频的延时值,把该延时值插入参考通道,保存全频的相位曲线,然后关掉全频,单独打开超低,直接保存超低的相位曲线(切记此时不能按FIND) 。对比两条相位曲线在分频频段的相位差,用公式计算出该相位差对应的延时量或者直接一边给处理器加延时一边观察相位曲线的变化,把延时加到两条相位曲线在分频频段完全重合即可。

总结:

1.单独测超低的脉冲是不能得到准确的延时值的。原因一个是FFT尺寸不够大,导致低频分辨率不够,另外一个是LPF低通滤波器的相移会变成延时被加入测试结果中,导致测试结果比实际的物理距离传输延时要长。

2.我们要用观察相位曲线的方法来判断全频与超低的相位差,可以用公式: 延时差=相位差/360 f 计算出该相位差对应的延时量,也可以用边加延时,边观察的方法。

图9. 全频和超低在100Hz 相位差90度的Smaart 传递函数曲线

图10. 延时差= 相位差/360 f = 90/360x100 =0.0025s =2.5ms 

相位曲线怎么才能稳定?

        相信用过Smaart 5或者更老版本的朋友都有一个共同的感觉:超低频段的相位曲线极会发生跳变,这直接导致判断困难,尤其是在相干性比较低的时候。在Smaart 7以后,这种情况有了一定的改善,但在话筒离音箱比较远的时候,这个问题依然存在! 在大型的系统调试过程中,我们必须把话筒放在20m甚至更远的地方,这个时候怎么才能让相位曲线稳定下来呢?

        1.  提高测试噪声的声压级,这是通过提高信噪比的方式,但声压本身不是很小的情况下,再提高声压对提升相位曲线的稳定度作用就很有限了。

         2.  增加平均次数,理论上每增加1倍的平均次数,信噪比会提高6个dB, 相位曲线也会更加稳定,但会带来测试时间更长,曲线反应慢的问题。

         3.  把测试话筒用界面法做测试,也就是说,直接把测试话筒放在地面上,让话筒头尽量靠近地面,形成界面话筒,可以有效去除反射声,对反射声导致的相位曲线扭曲,跳动有很明显的改善。这个方法带来的问题是高频测不准(高频频响曲线下降很多),一个是因为音箱高频垂直指向窄,另外是高频波长短,话筒头离地面的间距对于高频来说还不够小,不能在高频有效形成界面话筒的效应,去除高频反射声。所以这个方法主要是用来提升低频测试的准确性。

        限于篇幅,上篇先讲三个问题,下篇我将和大家讨论:四.究竟应该给谁加延时,五.频响曲线是否要调成直线,六. 什么时候不应该加EQ,什么时候该加EQ?

 

 

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