我要平衡這個房間。我們經(jīng)常聽到這種說法，但幾乎從來不去想這句話的字面意思。我們都知道這句話其實是說調(diào)整均衡器，讓房間里的聲音聽起來符合你的口味。可以用高科技設(shè)備，或者一些黑暗魔法，或者干脆把聲音調(diào)到“聲音合適”。

但話說回來，我們真的，真的是“平衡房間”嗎？我們到底在干什么？其實在這個問題上有很多不同的看法和分歧，但大家都同意，無論你怎么調(diào)整均衡器，都無法調(diào)整整個房間的結(jié)構(gòu)。

但是可以調(diào)整音響系統(tǒng)的頻率響應(yīng)。但是，一個房間不可能適合所有的系統(tǒng)設(shè)置，這也是一個爭論點(diǎn):這不僅是語言學(xué)上不同含義的問題，而且對音響系統(tǒng)的調(diào)整有著特別關(guān)鍵的實際影響。

均衡器是如何“平衡”的？

讓我們假設(shè)我們的擴(kuò)聲系統(tǒng)具有平坦(或其他理想)的自由場頻率響應(yīng)。也就是說，系統(tǒng)本身不需要進(jìn)一步的均衡處理。通常有三個原因?qū)е骂l率響應(yīng)改變或變得“不平衡”。

首先是說話人之間的互動。當(dāng)揚(yáng)聲器從一個變成兩個，從而成為“揚(yáng)聲器組合”時，頻率響應(yīng)幾乎處處都會發(fā)生變化。無論廠家怎么炒作，這都是任何音箱和音箱線陣列之間的現(xiàn)實問題。

兩種頻率響應(yīng)的組合會導(dǎo)致不同位置頻率響應(yīng)的不同變化，這取決于相對到達(dá)時間和兩個說話人之間的相對電平差。隨著發(fā)言人數(shù)的增加，回應(yīng)的變化也會成比例地增加。

第二是音箱與房間的互動。這一類別通常被稱為耦合聲、反射聲或反射聲。這種機(jī)制類似于剛才提到的揚(yáng)聲器之間的影響，這取決于相對到達(dá)時間和直接聲音與反射聲音之間的電平差。

剛才提到的兩個是多個聲源(揚(yáng)聲器之間、揚(yáng)聲器與反射聲之間)相互作用的結(jié)果。所以這些問題的解決也與多個聲源的影響密切相關(guān)。

第三是溫度、濕度、吸聲指數(shù)等動態(tài)條件的影響。但是相對于剛才提到的兩個原因，這個原因造成的后果是很小的，所以在后面的文章中就不討論這一點(diǎn)了。

用均衡器可以解決剛才提到的這些問題嗎？答案當(dāng)然是“有”。通過使用均衡器，可以有效地降低上述問題的嚴(yán)重性，并且可以在恢復(fù)原始理想頻率響應(yīng)方面取得實質(zhì)性進(jìn)展。

畢竟，如果均衡器沒用，我們就不會在過去的35年里把它安裝在我們的機(jī)架上。但在實際意義上，均衡器只有與其他技術(shù)結(jié)合使用，如合理的建筑聲學(xué)裝飾、準(zhǔn)確合理的揚(yáng)聲器擺放、合理的延時和電平設(shè)置等，才能充分發(fā)揮均衡頻響的作用。

那么，揚(yáng)聲器和房間的交互可以通過均衡調(diào)整到什么程度呢？這個問題爭論了15年。特別是，一些聲學(xué)測量系統(tǒng)的倡導(dǎo)者已經(jīng)開始努力解決這些問題。

我們做的是在音響系統(tǒng)上使用均衡器，包括其他效果器，從而優(yōu)化房間的聲音。那么，為什么會在這一點(diǎn)上產(chǎn)生爭議呢？這要追溯到均衡器和分析器的歷史關(guān)系。接下來我們拿個時光機(jī)，看看那一年發(fā)生了什么。

早期分析儀

很久以前(20世紀(jì)70年代)，音響系統(tǒng)的校準(zhǔn)系統(tǒng)是圍繞一種叫做RTA的原始設(shè)備及其配套解決方案設(shè)備——圖形均衡器開發(fā)的。

分析儀將以1/3倍頻程的分辨率顯示振幅的變化，以便不斷調(diào)整均衡器，直到產(chǎn)生足夠平坦的頻率響應(yīng)。

圖示均衡器的使用也非常簡單，幾乎沒有技術(shù)門檻，只要旋轉(zhuǎn)按鈕，直到RTA上的所有發(fā)光二極管都在一條水平線上。太簡單了，猴子都能做到。

雖然這些工具在當(dāng)時是行業(yè)基準(zhǔn)，但它們?nèi)匀挥泻艽蟮木窒扌?。然而，這些限制可能會導(dǎo)致對揚(yáng)聲器和揚(yáng)聲器之間以及揚(yáng)聲器和房間之間的交互的嚴(yán)重誤解，從而導(dǎo)致可選的調(diào)整方法越來越少。

造成這些限制的部分原因是RTA缺乏系統(tǒng)頻率響應(yīng)的時間信息。此外，沒有關(guān)于系統(tǒng)相位和麥克風(fēng)能量到達(dá)順序的信息。

RTA無法區(qū)分直達(dá)聲和混響聲，無法顯示響應(yīng)變化是由揚(yáng)聲器之間還是揚(yáng)聲器與房間之間的相互作用引起的。因此，RTA在關(guān)鍵揚(yáng)聲器定位、延遲設(shè)置甚至建筑聲音處理方面都無法提供任何幫助。

其次，RTA不能解釋麥克風(fēng)響應(yīng)和進(jìn)入揚(yáng)聲器的信號之間的關(guān)系。RTA可以報告麥克風(fēng)的聲能狀態(tài)，但沒有關(guān)于峰值響應(yīng)和谷值的原因的參考。

這些波峰和波谷可能是早期的室內(nèi)反射聲或揚(yáng)聲器之間的相互作用造成的，可以對均衡器做出積極的響應(yīng)。然而，這些響應(yīng)的不規(guī)則性可能來自后期反射、升降機(jī)的噪音或揚(yáng)聲器前鋼梁的反射聲。

均衡器無法去除電梯的噪音和鋼梁的發(fā)射，但RTA無法讓你意識到這些原因的影響。RTA是這樣的:它讓你覺得你對系統(tǒng)做了清晰的分析，一切都在你的掌控之下，其實不然。

第三，其實1/3倍頻程的分辨率根本無法支持調(diào)準(zhǔn)決定。此外，還有一種誤解，認(rèn)為分析儀和過濾器的分辨率必須相互匹配，事實并非如此。分析儀的分辨率應(yīng)為濾波器的三倍，以便提供足夠的可視數(shù)據(jù)來檢測中心頻率、帶寬和響應(yīng)的偏差。

1/3倍頻程RTA只能確定倍頻程或更高的帶寬，實際上比1/3倍頻程的峰值更窄。看似2/3倍頻程的峰值實際上可能是1/3倍頻程之間的較窄峰值。如果是這種情況，不言而喻，用圖示的均衡器進(jìn)行調(diào)整會導(dǎo)致后果。

不幸的是，因為人們認(rèn)識到平衡是系統(tǒng)校準(zhǔn)的唯一關(guān)鍵參數(shù)，缺乏對其他關(guān)鍵信息的認(rèn)識會導(dǎo)致許多用戶自滿。很多情況下，均衡器會被人用來糾正自己解決不了的問題，但后果往往會更嚴(yán)重。

圖示的均衡器不可能創(chuàng)建房間和揚(yáng)聲器之間交互的響應(yīng)曲線。

因此，使用音頻分析儀的效果并不理想，這也導(dǎo)致了分析儀的風(fēng)評價較差。所以很多工程師得出的結(jié)論是，用自己的耳朵和常識去調(diào)整，比用分析儀可靠多了。

所以，雖然RTA這個詞經(jīng)常出現(xiàn)在公眾的視野中，但在展會上展出時，它只會受到一點(diǎn)點(diǎn)關(guān)注。

現(xiàn)代分析儀

技術(shù)進(jìn)步導(dǎo)致了80年代初兩種分析技術(shù)的發(fā)展和普及:時延譜(TDS)和雙通道FFT分析。

這兩個系統(tǒng)都有新的功能，如測量相位響應(yīng)、識別反射聲波和提高分辨率。

這樣，在使用分析的時候，就不會像以前那樣，傻逼和專業(yè)人士看起來都很體面。這些分析人員非常復(fù)雜，需要經(jīng)過真正訓(xùn)練和熟練的員工才能讓他們發(fā)揮真正的作用。

這兩項技術(shù)的倡導(dǎo)者強(qiáng)調(diào)，工程師需要使用系統(tǒng)中的所有工具來修復(fù)頻率響應(yīng)曲線，而不是僅僅依靠均衡器。盡量使用延遲調(diào)整、揚(yáng)聲器定位、交叉優(yōu)化、架構(gòu)等解決方案。

也就是說，現(xiàn)在我們有了可以識別不同影響的工具。

但是，在“平衡房”的問題上，又有分歧。幾乎所有人都同意，揚(yáng)聲器之間的互動可以通過均衡器來調(diào)節(jié)。區(qū)別的關(guān)鍵在于，揚(yáng)聲器與房間之間的交互所引起的響應(yīng)變化是否可以通過均衡器進(jìn)行微調(diào)。

TDS技術(shù)陣營主張，音箱與房間的互動所引起的相應(yīng)變化是不可調(diào)的。因此，測量系統(tǒng)應(yīng)該過濾掉揚(yáng)聲器和房間之間的相互作用，在分析儀的屏幕上只留下?lián)P聲器系統(tǒng)的平衡部分。然后通過均衡器，產(chǎn)生這些數(shù)據(jù)的反向數(shù)據(jù)來調(diào)整系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。

TDS系統(tǒng)的設(shè)計是通過正弦頻率掃描和延時跟蹤濾波機(jī)制篩選出房間的可調(diào)頻率響應(yīng)曲線，生成曲線的反曲線，從而模擬出理想的響應(yīng)曲線。量化后的結(jié)果可以清晰地顯示一系列說話人之間的相互作用，并提供有效的優(yōu)化參考數(shù)據(jù)。

這種方法在中頻和高頻范圍內(nèi)非常有效，即使在高速掃描的前提下也能保持很高的分辨率，但在低頻范圍內(nèi)效率相對較低。低頻的波長周期很長，如果整個房間都包含在測量范圍內(nèi)，不花很長時間記錄，很難獲得高分辨率的數(shù)據(jù)。

比如要達(dá)到1/12倍頻程的分辨率，就必須有比問題周期長12倍的錄音時間。在30Hz時，需要360毫秒(12x30ms毫秒)。如果要通過快速掃描從測量數(shù)據(jù)中篩選出反射聲波，低頻數(shù)據(jù)的分辨率無法支持實際應(yīng)用。

雙通道快速傅立葉變換分析儀記錄不同時間的波長。在短波長周期的高頻范圍內(nèi)，記錄時間非常短，并且隨著頻率的降低，記錄波長所花費(fèi)的時間也增加，從而產(chǎn)生近似恒定的頻率分辨率。

測量結(jié)果將顯示直接聲音和早期反射聲音的恒定比率。這也是音響系統(tǒng)中人們感知音質(zhì)好壞的最關(guān)鍵區(qū)域。

最流行的快速傅立葉變換系統(tǒng)通常具有1/24倍頻程的分辨率，這意味著測量將限于24波長時間段內(nèi)的直接聲音和反射聲音。

這是一個非常實用的分辨率，使我們能夠在1/8倍頻程左右進(jìn)行更精確的均衡調(diào)整。

使用FFT方法，隨著頻率的降低，越來越多的房間因子會被計算到響應(yīng)曲線中。這也是好事，因為在低頻范圍內(nèi)，房間和揚(yáng)聲器相互作用引起的響應(yīng)變化也可以通過均衡來調(diào)節(jié)。

比如競技場中的記分牌，其反射聲比直接聲信號晚150毫秒。在10kHz時，反射聲音的波峰和波谷之間的間隔約為1/1500倍頻程。30Hz時，音程只有1/3倍頻程。所以記分板比高音單元更遠(yuǎn)，用均衡器抵消其影響是不切實際的。

這種問題也可以通過懸掛窗簾等建筑聲學(xué)來解決。而對于低音炮來說，記分板是近場邊界，更容易被濾波器控制，這種控制帶來的影響甚至需要整整50噸的吸聲材料來抑制。

很多年前，F(xiàn)FT技術(shù)陣營就大膽聲明，通過均衡調(diào)整可以抑制房間內(nèi)的反射聲。遺憾的是，這些表述過于絕對，因為沒有加入有限的參數(shù)，給人的印象是，F(xiàn)FT系統(tǒng)的倡導(dǎo)者認(rèn)為，通過均衡消除反射聲帶來的所有影響是可行的。

理論上可以證明，單一反射聲對頻響的影響是可以完全補(bǔ)償?shù)?，但這并不意味著這種操作足夠可行或理想。只有當(dāng)反射聲的相對電平不等于或高于直接聲的電平，并且沒有其他特殊情況時，才有可能成功調(diào)整頻率響應(yīng)(過度延遲會導(dǎo)致“非最小相位”的偏差，但這超出了本文的范圍，故不討論)。

如果直射聲的電平和反射聲的電平相等，它們相互干擾造成的波谷是無限的，那么消除這種影響所需要的電平峰值是無限的。而且我們都看過科幻電影，所以也應(yīng)該知道，當(dāng)無窮遇到無窮小的時候，就會發(fā)生不好的事情。

需要一個帶寬可調(diào)的濾波器來補(bǔ)償頻率響應(yīng)曲線，使其產(chǎn)生與各梳狀濾波器峰值相反的波谷，并將響應(yīng)曲線補(bǔ)償回理想平坦?fàn)顟B(tài)。隨著反射聲音數(shù)量的增加，所需的窄帶濾波器的數(shù)量也在增加。

20kHz的反射聲校正一毫秒大概需要40個濾波器，因為會有20個波峰和20個波谷，帶寬從1到0.25八度不等。對于10毫秒的反射聲音，需要400個帶寬低至1/400倍頻程的濾波器。

顯然，不可能試圖抵消禮堂中每個位置的影響。在現(xiàn)實世界中，我們不必偏移每一個微小的波峰波谷，只要波形盡可能平滑即可。同樣，濾波器越窄，越不實用，因為響應(yīng)在每個不同的位置都會略有變化。

實踐意義

通過均衡來抑制揚(yáng)聲器之間以及揚(yáng)聲器與房間之間的相互作用所引起的一些頻率響應(yīng)變化是可行的。如果不可能，那么正確的方法是在店里平衡你的設(shè)備，直接在均衡器框架周圍放一個鐵殼就行了。

說到實際意義或?qū)嶋H效果，我們其實只有一個目標(biāo):實現(xiàn)目標(biāo)的可行和可能的途徑是什么？

揚(yáng)聲器與房間相互作用引起的頻率響應(yīng)曲線的變化總是隨著位置的變化而變化。

一旦看到某些特定位置的高分辨率數(shù)據(jù)，就不會回去查其他地方，而是理所當(dāng)然的認(rèn)為自己解決了整個房間的平衡問題。

在音響系統(tǒng)中，如果能先控制上述影響，就能很好地平衡整個聽音環(huán)境，從而保證均衡過程的最大收益。如果每個座位聽到的聲音差距很大，我們就關(guān)掉調(diào)音臺去吃飯吧。

為了盡量減少揚(yáng)聲器之間的相互影響，我們需要重新調(diào)整揚(yáng)聲器的位置，并仔細(xì)調(diào)試不同位置和線陣列的設(shè)置。在揚(yáng)聲器覆蓋區(qū)域重疊的地方，時間延遲和電平控制將使重疊區(qū)域的不利影響最小化。為了盡量減少揚(yáng)聲器與房間的相互影響，合理的解決方案是對整個建筑進(jìn)行聲學(xué)改造(如拉窗簾)，也可以配合方向控制元件，更合理地調(diào)整揚(yáng)聲器位置。

最后，我們開始思考平衡。為了與均衡系統(tǒng)中的各個子系統(tǒng)配合，你需要在房間的每個地方和盡可能多的地方使用麥克風(fēng)來測試不同位置的頻率響應(yīng)，檢查規(guī)律和趨勢。

重要的是要記得測量揚(yáng)聲器的中心覆蓋區(qū)域。遠(yuǎn)離那些影響很大的區(qū)域，每一寸距離產(chǎn)生的轉(zhuǎn)化是巨大的。

例如，線陣列揚(yáng)聲器中兩個揚(yáng)聲器之間的接縫太窄，或者整個揚(yáng)聲器離墻壁太近。每個位置都是獨(dú)一無二的，但是如果在前四六個有問題的區(qū)間使用濾波器，基本上可以抵消這個區(qū)域的頻率響應(yīng)問題。

總結(jié)

現(xiàn)代分析儀可以顯示令人眼花繚亂的光譜數(shù)據(jù)。但如果繼續(xù)采用RTA時代的過時方法，收益會很小。為了使均衡器充分發(fā)揮作用，我們必須充分理解系統(tǒng)分析和識別“不平衡”的機(jī)制。

借助這些現(xiàn)代工具，我們可以分析響應(yīng)曲線，然后提取并查看揚(yáng)聲器系統(tǒng)中相互影響的因素。這使工程師能夠根據(jù)這些技術(shù)分析的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備合理的應(yīng)對方法，從而成功降低各種元素之間交互的影響，增加系統(tǒng)聲音的一致性。

“平衡房間”仍將是建筑聲學(xué)領(lǐng)域的主要話題，但借助先進(jìn)的工具和技術(shù)，我們可以更好地平衡房間內(nèi)的音響系統(tǒng)。