标签: 时间对齐

  • 技术|关于时间:超低音的时间对齐(Driver Time Alignment)

    之前的It’s About Time文章介绍了时间对齐中的两个基本概念:喇叭单元和扬声器的时间对齐。现在让我们关注将超低音引入扬声器布局如何影响时间对齐。此外,我们还将介绍将多个超低音集成到系统中的不同方法,以便在更大的聆听区域内实现更一致的响应

    将超低音与扬声器集成

    也许您认为,您所要做的,就是像系统中所有其它扬声器一样,对超低音进行时间对齐,以补偿它们与主聆听位置(MLP)的距离。

    事实上,让这些超低音与主扬声器平滑无缝地集成有点困难。扬声器设计师长时间努力工作,以确保从低音到中音的切换顺畅无失真。如果做得正确,挑战涉及驱动单元自身的特征、单元之间的物理间距以及分频器的设计。

    即使在这种情况下,设计者可以控制扬声器本身的所有方面(选择驱动单元、它们的间距和分频器设计),从一个扬声器到下一个扬声器很难实现无缝切换。想象一下,如果设计师不知道将使用何种超低音以及将超低音放置在哪里,这会困难得多。这就是超低音与主扬声器集成时的情况。

    室内声学和超低音

    似乎这还不够,在一般大小的住宅空间中,室内声学决定了超低音的性能。与“低音是全向的,所以您可以将超低音放在任何地方”的看法相反,超低音的放置位置,实际上对于最大限度地发挥其性能至关重要

    部分原因是低频的波长与房间尺寸不匹配,因此声音在两面墙之间的反射会加强或抵消特定频率。这些频率要么被房间本身“放大”,要么被房间本身在很大程度上抵消,从而导致低音不均匀,而这与扬声器本身关系不大。

    这些差异并不微妙:房间本身引起的响应变化从最小到最大频率可能相差20dB或更多。20dB的变化听起来大约是原来的4倍,通常需要放大器提供100倍的功率,但在这种情况下,是房间本身造成了差异。

    这些变化取决于房间尺寸,这就是为什么房间在相同频率下不会以相同的方式做出反应。它们被称为“房间模式”

    体验房间模式

    如果您想向自己证明,这对您的系统在低频下的性能具有真实而显著的影响,请尝试这个简单的实验。

    1. 将一个超低音放在房间一角,播放正弦波测试音。为简单起见,只需使用一个超低音。如果您有多个超低音,请暂时关闭其他超低音。

    2. 播放40~80Hz之间某个频率的纯音(简单正弦波)。任何频率都可以,我们只是在寻找一个适合超低音频率范围内的频率。

    3. 从房间的一角开始,慢慢沿着房间的长边走,注意测试音调有多大,它的变化会比大多数人想象的要大得多。

    4. 重复同样的慢速行走,与上一条路径呈90°,而不是沿着它行走。同样,情况会发生很大变化。

    用几个不同频率的低音信号重复这些简单步骤,以更好地展示您的系统如何受到房间尺寸、.超低音在房间内的位置、听众在房间内的位置这三者间的影响

    如果您想要更戏剧性的结果,请测量房间的长度,然后用音速除以该测量值。音速为每秒343米,例如,343米/秒除以7米长的房间,得出的频率为49Hz,这意味着49Hz的声波将完美地适合7米长的房间

    用与房间长度或宽度相对应的频率重复上述步骤1~4。您会发现房间中有些地方声音很大,而其他地方声音几乎完全消失

    多个超低音的放置和校准

    您可能听说过,多个超低音可以产生更平滑、更准确的低音。正如我们刚刚看到的,房间本身会极大地(且不同地)改变即使是“完美”超低音的频率响应,具体取决于它和听众在房间中的位置。

    您可以这样来思考使用多个超低音的想法:由于房间在响应曲线中引入了山丘和山谷,因此使用多个超低音并正确放置它们且进行时间对齐,可以使一个超低音的“山丘和山谷”被另一个超低音的“山谷和山丘”所缓解,从而在房间的更多区域产生更一致的低音(其实还有更多需要探讨的内容,但您应该明白我的意思)。

    关于配置和校准超低音的“最佳”方法,有几种不同的观点。在Altitude中,我们旨在支持所有这些方法,并通过我们独特的WaveForming 技术(本文将进一步介绍)实现更多支持。

    如何全面优化房间的低频效果,这超出了本文的讨论范围

    但是,现在我希望您明白,通过仔细放置和校准多个超低音,您可以在房间中创造出更平滑、更一致的低音。

    让我们了解一下众所周知的手动时间对齐技术。

    超低音阵列对齐技术

    实现平滑、有冲击力低音的一种方法涉及多步骤过程,首先优化超低音之间的协作方式,然后优化整个超低音阵列与系统其余部分的集成方式。

    1. 首先将4个超低音放置在房间的4个角落,或放置在相对墙壁的1/4和3/4点。这两种布置方式在大多数房间中效果都很好。它们将被称为超低音1、2、3和4,只要保持一致,任何顺序都可以。

    2. 使用REW或类似的声学测量工具,分别测量Sub 1和Sub 2的响应。然后测量Sub1+Sub 2(一起演奏)的响应。

    3. 理想情况下,Sub 1+2曲线在所有相关频率上应至少比Sub 1或Sub 2稍微响亮一些(2dB 左右)。在大多数情况下,情况并非如此,因为两个超低音在某些频率上会相互加强(好),但在其他频率上会相互抵消(坏)。在此阶段,不要担心平坦响应,只需关注组合响应是否大于单个响应曲线。

    4. 尝试向其中一个超低音添加少量延迟,直到组合响应至少比范围内的单个曲线大一点(例如从20~80Hz)。

    5. 一旦Subs 1+2经过优化,能够以这种方式很好地协同工作,就将它们视为单个超低音,并对Sub 3重复步骤2~4。

    6. 一旦Sub 1+2+3在整个范围内协同工作良好,就对Sub 4重复该过程

    7. 一旦所有超低音组合在一起,在所有相关频率上持续产生更多低音,而不是单独产生,则将所有4个超低音视为一个超低音阵列(现在它们就是这样)。现在,您可以将它们均衡到房间中整个座位区所需的响应

    最后一步可以通过PEQ手动完成,也可以通过房间校正软件自动完成(Altitude支持任一方法,也可以同时使用两者。)

    Altitude的另一个功能是脉冲测试信号,它可用于微调超低音和主扬声器之间的时间对齐。

    这一点很重要,因为从本质上讲,低频的时间对齐更加困难。理论上,低频比中频和高频速度更慢。毕竟,50Hz的单个正弦波会持续整整20毫秒,而5000Hz的相同单个波仅存在0.2 毫秒

    脉冲信号重复一个极短的正脉冲,刺激所有选定的扬声器。

    在此示例中,我们将脉冲应用于中置和LFE。经过一些练习,可以相对轻松地微调超低音与系统中最重要的扬声器(主扬声器)的时间对齐。

    当通过这些扬声器聆听脉冲信号时,您希望将脉冲的高频部分“集中”在来自超低音的低频“砰砰”声中

    如果主扬声器稍微领先于超低音,那么脉冲信号听起来音调就会下降(也就是说,超低音的输出会落后于主扬声器一点点);相反,如果脉冲听起来音调上升,那么超低音就会领先于主扬声器,需要稍微延迟一下。

    对于那些更注重视觉的人来说,您听到的点击声可能会“倾向于”这个或那个方向,如下所示。

    将脉冲的高频部分集中在低频部分内

    我们之所以看到(和听到)类似钟形曲线的现象,是因为低频对脉冲的响应比高音慢。它们在较低频率下完成一个完整周期所需的时间比在较高频率下更长。

    请注意,有许多不同的方法可以最大限度地提高“小”房间(即家庭房间,而不是大型音乐会场地)的低频性能。超低音之间的对齐和脉冲对齐技术只是声音的一个小方面,如果操作正确,可以大大增强低音的冲击力。

    人们需要遵循这样的过程,这一事实说明了房间在这些频率下的声学效果所带来的一些挑战

    值得庆幸的是,在集中研究这一挑战之后,我们现在有了更好、更高效、更简单的解决方案

    介绍WaveForming

    WaveForming专利技术的引入,极大地改变了人们理解低频再现的方式。

    如果您已经读到这里,您现在就会明白,房间中超低音的摆放位置与超低音如何与主扬声器对齐一样重要

    WaveForming被设计为一个整体解决方案,结合了推荐的超低音放置和先进的时间/频率处理。这真正使Trinnov在竞争中脱颖而出,并通过简化的自动校准过程,提高了性能和可预测性

    一个可能的超低音放置位置,以利用WaveForming

    WaveForming 的另一个根本区别是,它不是让多个超低音在某些频率上相互对抗,以实现更平滑的低频响应,而是驱动房间中的多个超低音,使它们作为单个“智能”超低音共同贡献于同一目标

    在时间对齐方面,WaveForming执行多步计算以有效地:

    1. 对每个超低音阵列内的超低音进行时间对齐,WaveForming需要前置和后置超低音阵列;

    (1)确保来自屏幕的波前一致,并以最佳方式传播到房间后部

    (2)根据房间特点优化低频传播,使用与房间匹配的低频导向,避免对地板、天花板和侧壁产生过度反射(解决问题,而非减轻其影响)

    (3)确保后超低音的时间也对齐

    2. 将前后阵列进行时间对齐,以确保超低音的后阵列及时“捕捉”波前以消除剩余的反射。

    这是WaveForming功能的简化解释,但我可以补充一点,除了上述内容之外,这种时间对齐也依赖于频率

    关键要点

    本文的主要思想是,您可以通过精心放置和校准多个超低音在房间中创造更平滑、更一致的低频

    房间声学和尺寸对超低音的性能有很大影响,以至于两面墙壁之间的声音反射会增强或抵消特定频率。

    拥有多个超低音并将它们放置在正确的位置且进行时间对齐,可以使一个超低音被另一个超低音所减弱,从而在房间的更多区域产生更一致的低音

    我们相信,对所有超低音进行时间校准是正确的开始,但诸如WaveForming之类的更新、更先进的方法代表着重大突破,通过智能分析和算法实现了手动无法实现的结果

    ※ 本文原载自Trinnov官方博客。

  • 技术|关于时间:喇叭单元的时间对齐(Driver Time Alignment)

    上一篇文章中,我们讨论了扬声器的时间对齐以及它如何使所有类型环境受益。除了确保每个扬声器通过延迟来匹配距离MLP(主聆听位置)最远扬声器的到达时间之外,几乎所有扬声器还可以受益于内部各个喇叭单元的时间对齐。

    自然界,我们会同时听到与声音相关的所有频率。例如,当拨动吉他弦时,您会同时听到其基音以及该音符所有相关的泛音(呈频率倍数)。无论频率如何,音速都是相同的,因此所有东西都会一起到达。

    单一声源重播时

    但是,具体到扬声器上时,不同频率分为两个或多个独立喇叭单元来重播:低音单元用于重播低频,中音单元用于重播中频,高音单元用于重播高频。

    不同喇叭单元到达时间的差异,意味着吉他弦声中的低频、中频和高频将不再同时到达。这些时序差异会影响原始信号3个部分在听众耳中重组的方式:它们会引入频率响应畸变以及混乱、不精确的结像。它可能听起来仍然“不错”,但不再是真实地还原声音。

    良好的扬声器设计尝试以多种方式解决这些时序差异,包括复杂的分频器、阶梯式和/或倾斜挡板,以物理方式排列单元。

    这种区分频率的方式以及扬声器本身的其他特征,使得某些频率有可能(甚至是很可能)先于其他频率到达您的耳朵。尽管这不是我们在自然界中通常听到的声音,而且这种声音“模糊”、被认为不太“真实”。

    喇叭单元的时间对齐

    即便如此,仍有一些因素超出了扬声器设计师的控制范围。在上述情况下,需要对听者的耳朵相对于歌手/演员的精确位置做出一些假设。尽管扬声器设计师竭尽全力,但他或她的劳动成果根本无法完全控制。

    使喇叭单元与主动分频保持一致

    理想情况下,喇叭单元的排列不应随着扬声器的设计而结束。它还应该针对特定的房间进行微调,尤其是听众相对于扬声器的位置。每个扬声器不同的喇叭单元到达时间不一致,会引入相位失真,从而在分频点处产生巨大问题,要抵消它又会导致频率响应的下降。

    当使用Altitude的Active Crossover(主动分频)时,我们为扬声器的不同“方式”提供了自动校准过程,以便在正常的Optimizer(优化器)校准之前就得到正确的结果。因此,我们可以控制每个频率范围相对于其他频率范围的精确电平和延迟。该算法旨在最大限度地提高从一个喇叭单元到下一个喇叭单元过渡时的平滑度。由于麦克风放置在所有者头部所在的参考位置,因此它可以有效地将这些喇叭单元一起再现的最佳声音“引导”到主要聆听位置。

    注意对电平和延迟的调整,用于将最佳声音集中在聆听位置

    关键要点

    与自然界不同,来自不同喇叭单元再现的声音不会同时到达,因此需要时间对齐。Altitude 的Active Crossover(主动分频)通过校准不同的喇叭单元并在时间上将它们与延迟对齐来提供自动化解决方案。

    在下一篇关于时间的文章中,我们将看到在引入超低音后,时间对齐如何变得更具挑战性。

    ※本文原载自Trinnov官方博客。

  • 技术|关于时间:扬声器的时间对齐(Speakers Time Alignment)

    在之前的“关于时间”中,我们介绍了时间对齐的概念以及我们耳朵如何感知声音以便能够通过立体声系统再现中心图像的基础知识。

    本文中,我们将特别关注扬声器时间对齐(Speakers Time Alignment)以及为什么它在高保真、家庭影院、录音室和商业影院中如此重要。

    Hi-Fi中的时间对齐

    音响发烧友很早就明白将立体声系统中的两个扬声器与聆听位置保持相同距离的重要性。有些人甚至不厌其烦地使用激光测量设备来使距离测量尽可能精确。即使很小的误差也会导致立体图像向先到达的图像一侧偏移。

    由于我们对时间到达的敏感性,立体声中的“最佳听音位置(皇帝位)”实际上相当小

    因此,歌手应位于两个扬声器之间正中心的录音位置。

    我们希望之前“打响指”的思维实验和这里提到的发烧友示例已经证明,如果空间真实感对您的聆听体验很重要,那么让所有扬声器与听众之间的距离完全相同很重要。

    多声道音乐

    这是否意味着多声道音乐需要听者恰好坐在扬声器的完美圆中心?尽管它可能被认为是理想的配置。幸运的是,事实并非如此。

    即使是最基本的AV放大器也有一定的能力来“时间对齐”不同扬声器的声音。在这种情况下,时间对齐是指将所有扬声器发出的声音延迟到与最远(因此也是延迟最多)扬声器的到达时间,这是个相对简单的问题。

    ITU(国际电信联盟)的参考环绕扬声器布置清楚地显示了一个圆圈

    通过这样做,主观效果是虚拟地创建完美的扬声器圈。因此,如果距离听众最远的扬声器是6m远,则所有其他扬声器都会被电子设备延迟,以模拟它们在6m开外。

    如果您仔细想想,很快就会发现它只能适用于单一的主要聆听位置。然而,坐在主聆听位置(MLP)的幸运者旁边的人,仍然会比根本没有时间对齐的情况要好得多。对于不在MLP的人来说,这不太完美。

    这就是为什么任何给定的Optimizer预设只有一个参考位置的原因:Trinnov Optimizer根据您指定为参考位置的任何测量结果,自动且高精度地为您处理此细节。其他辅助测量对于其他计算仍然很重要,但只有参考位置用于计算、用于时间对齐扬声器的各种延迟。

    录音室中的时间对齐

    在录音室中,时间对齐可确保录音工程师能够保留艺术家的创作意图,而不会引入可能破坏最终混音质量的虚假空间偏移。即使在“简单”立体声系统中,通常也可以通过确保声波到达时间完美对齐来改善成像(仅使用卷尺很难实现这一点)。然而,除了简单的扬声器放置之外,很少有立体声系统具有任何这样做的规定。不用说,Trinnov立体声处理器可以轻松且准确地执行此补偿。

    家庭影院中

    在基本的AV放大器中,通常用卷尺估计每个扬声器到收听位置的距离,然后输入距离或延迟(大约为每英尺1毫秒)。这些产品通常仅限于大约1毫秒的步长(回想一下,我们可以在短短十分之一毫秒内感知图像移位)。虽然缺乏精确性,但仍然比什么都不做要好得多。在沉浸式音频系统中,所有主要格式都建议扬声器进行时间对齐,因为您正上方和两侧的扬声器几乎总是比屏幕通道离您更近。

    家庭影院扬声器定位

    如果您因为距离太近而先听到它们的声音,您的注意力就会从屏幕上转移到最近的扬声器上,这样艺术幻觉就会消失。

    商业影院中

    有趣的是,在商业影院中,电影和电视工程师协会(SMPTE)并未包含支持或反对时间对齐的建议,大概是因为它只在拥有数百人的剧院中单个座位上完美运行。在商业影院中,至少延迟环绕声通道以确保人们在环绕声效果之前听到屏幕对话是极其常见的,将他们的注意力保持在屏幕上(电影制片人想要的地方)。

    Trinnov在所有这些市场开展业务:消费者/专业立体声、消费者/专业多声道和商业影院。我们丰富的经验使我们对于商业影院校准得出了不同的结论。我们强烈建议对影院参考“主要聆听位置”(PLP)进行扬声器时间对齐,该位置位于屏幕后方三分之二处以及影院左右两侧的正中心。差异是相当惊人的。

    具有时间对齐功能的聆听区域

    没有时间对齐的聆听区域

    通过时间对齐,中央座位区的一个座位非常完美,并且对于该位置周围的所有座位来说仍然相当好。正如你所想象的那样,最糟糕的座位是在房间的角落里。

    如果没有时间对齐,房子里可能没有一个座位是正确的。有些座位会比其他座位好,但就时间安排而言,它们很容易从平庸到糟糕。改善一个座位的时间对齐和由此产生的空间感知不会对该位置周围的结果产生负面影响;相反,与没有时间对齐相比,它改善了附近每个人的情况。

    我们的商业影院处理器在校准过程中快速自动地完成此操作。与家庭影院一样,完美的座位可能只有一个;然而,对于接近该位置的每个人来说,体验都得到了显着改善,其中包括绝大多数可用(和理想)座位。唯一可能被认为听觉体验会变得更糟的座位,是最前排的座位——这些座位是最后一个被占用的座位,因为它们距离屏幕太近,无法舒适地观看。

    最新的影院处理器Trinnov Ovation2

    要点

    我们看到了时间对齐在多种环境中的应用,例如Hi-Fi、录音室、家庭影院和商业影院。它们的一个共同点是,它们都受益于时间对齐,对听众来说听起来更好。尽管时间对齐是参考房间中的一个点(主聆听位置),但其他座位的时间对齐情况仍然比以前好得多。

    请继续关注“关于时间”的连载,下次将介绍单元对齐。

    ※本文原载自Trinnov官方博客。

  • 技术|关于时间对齐(Time Alignment)的系列

    这是关于时间(About Time)的一系列技术文章,旨在解释一个基本但不太容易理解的概念:时间对齐(Time Alignment)。我们将通过4篇文章中讨论时间对齐的概念,涵盖扬声器、驱动单元、超低音对齐以及脉冲响应。

    如果您想要重建令人信服且详尽的三维声场,让您感觉自己身处客厅之外的某个地方(无论是音乐、电影还是视频游戏),那么时间对齐绝对是必要的。它在几个不同的层面上都很重要,这也许可以解释为什么许多人会感到困惑。它的重要性如此之大,以至于在过去20年里一直是Trinnov研究和创新的焦点。

    我们的重点始终是重新创造这种令人信服的声音“泡沫”,它可以将您的感官带到不同的时间和地点。这一事实反映在我们的名称中:“Tri”(代表“三”)加上“Innovation and Audio”(代表我们在3D声音方面的创新目标)。

    在高性能音频领域,大多数人都知道“频率响应”很重要。有时它有不同的名称(例如幅度响应),但不同频率需要以适当的音量相互播放的想法似乎相当基本。您希望听到所有的声音都以正确的电平再现:偏差听起来就是错误的,不自然地偏向某些频率而不是其他频率。

    频率响应很重要,但并不能说明全部情况

    “时间对齐”同样重要,但人们对它的理解不那么深入。高质量的音频再现不仅涉及使所有不同声音彼此保持正确的音量,而且这些声音还需要彼此在正确的时间到达。我们的耳朵对哪怕微小的时间误差都很敏感。

    我们是如何听到的……

    想象一下,您闭上眼睛,有人站在您面前约3m处打响指。即使你闭着眼睛,你也可以指出声音的来源。大多数听力正常的人甚至可以察觉到此类声音的微小移动,大约为几个cm。声音在空气中传播的速度约为每秒343m。想象一下,如果我们能够检测到到达时间如此微小的变化,那么我们耳朵对这些微小的时间差异必须有多敏感。即使是0.1~0.2毫秒(大约千分之一秒)的差异,也会导致我们将声音“定位”为来自稍微不同的方向。

    我们如何看待这些事情的一个重要部分与耳间延迟有关。当两个相似的声音几乎同时到达我们的耳朵时,我们的注意力就会被第一个听到的声音所吸引。在打响指的例子中,如果声音有点偏向我们的左侧,它首先到达我们的左耳,我们认为它来自左侧。如果它离我们更左边,到达我们耳朵的时间延迟就更大,我们就会认为它离我们更左边(事实确实如此)。

    有趣的是,立体声成像的工作原理是“伪造”直接在您面前的物体的声音。

    但请注意,在中心图像的立体声再现中,每只耳朵都会听到每个扬声器两次,因为有两个扬声器而不是单个乐器。这让我们的听力有点混乱,因为它不是自然发生的。因此,中心图像的清晰度可能比现实生活中的图像要差一些。

    一些公司发明了旨在最大限度减少上面幻影成像图中“虚线”到达的技术。想象一下,放置一堵由吸音材料制成的实心墙,从您的鼻子延伸到扬声器之间的某个位置。

    尽管这听起来很愚蠢,但它确实有效!通过消除每只耳朵的第二次到达,中心图像的感知获得焦点和真实感,如果您真正尝试这个实验,这会让您感到惊讶。

    Nerdy侧边栏:我们横向听到小动作的能力比垂直方向的相同能力更好。这是因为我们的耳朵位于头的两侧。即使某物水平方向的微小移动也会导致其声音先于另一只耳朵到达一只耳朵。(还有一种称为头部相关传递函数(HRTF)的东西,它超出了本文的范围)。相比之下,我们对声音垂直方向性的感知是基于外耳的不对称性。从我们的外耳到达耳膜的反射在不同的垂直角度下会略有不同——我们在小时候就了解自己特定耳朵的特质。但密切关注此类事物的人仍然可以单独听到相对较小的高度变化——只是不像水平面的变化那么小。

    现在我们已经介绍了时间对齐的概念,您开始了解它在几个不同层面上的重要性。考虑到我们耳朵的敏感性,实现中心图像的立体声再现也非常具有挑战性,并且在增加与低音炮混合的扬声器数量时更具挑战性。我们将在下一篇关于时间的文章中介绍时间调整的其他方面。

    ※本文原载自Trinnov官方博客。