使用Sonarworks和等響曲線對小型監(jiān)聽系統(tǒng)進行頻響校準(zhǔn)

內(nèi)蒙古機場集團有限公司錫林浩特分公司 秦敏恒

錄音師和擴聲調(diào)音師希望揚聲器系統(tǒng)有較為平直的頻響曲線，以更真實地反映出音樂本身的效果。而實際中頻響曲線并非一條直線，這就需要對頻響曲線進行校準(zhǔn)。使用Sonarworks Reference 4對耳機的頻響曲線進行校準(zhǔn)，使用FCS 966型均衡器基于等響曲線對揚聲器的頻響曲線進行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)后經(jīng)過一些有經(jīng)驗的音響師、錄音師和樂手對音質(zhì)進行主觀評測，得到了評測人的認可。

1 頻響校準(zhǔn)的基本概念和原理

頻率響應(yīng)在一定程度上表示揚聲器系統(tǒng)對聲音還原的能力。頻響曲線越平直，說明揚聲器系統(tǒng)對聲音的還原越真實；頻響曲線凹凸不平，說明揚聲器系統(tǒng)對不同頻率的聲音有或高或低的增益，失真也越大。在錄音和擴聲的監(jiān)聽中，錄音師和擴聲調(diào)音師對音樂質(zhì)量的把握與揚聲器系統(tǒng)的頻響曲線有直接的關(guān)系。一個平直的頻響曲線可以更真實地反映出音樂本身的效果，而不平直的頻響曲線則會產(chǎn)生較大的失真，干擾監(jiān)聽效果。因此錄音師和擴聲調(diào)音師希望揚聲器系統(tǒng)有較為平直的頻響曲線，以更真實地反映出音樂本身的效果。而實際中頻響曲線并非一條直線，這就需要對頻響曲線進行校準(zhǔn)。

校準(zhǔn)揚聲器系統(tǒng)頻響的主要方法是在揚聲器和功放前加入均衡器。均衡器的作用是在頻域上對20Hz至20000Hz各個頻率上的電信號進行增益的改變，以實現(xiàn)改變揚聲器系統(tǒng)頻響的功能。最常用的31段均衡器采用1/3倍頻程劃分31個頻率。但1/3倍頻程的帶寬在3dB以內(nèi)是上限頻率和下限頻率連續(xù)覆蓋，一旦超過3dB，則帶寬會增大，即調(diào)整一個中心頻率的增益，也會影響到另一個中心頻率點所對應(yīng)帶寬的增益。如調(diào)整800Hz頻點，在3dB以內(nèi)對1000Hz頻點所對應(yīng)帶寬的增益沒有影響，而超過3dB，則會影響到1000Hz頻點所對應(yīng)帶寬的增益。故對工作室某型號揚聲器系統(tǒng)頻響的校準(zhǔn)選用恒定帶寬的FCS 966型均衡器，對監(jiān)聽耳機的校準(zhǔn)則直接采用Sonarworks Reference 4軟件完成。

2 監(jiān)聽耳機的校準(zhǔn)

Sonarworks Reference 4是一款專用的耳機頻響校準(zhǔn)軟件，軟件服務(wù)器上預(yù)置了大量型號的耳機的頻響數(shù)據(jù)，使用時只需聯(lián)網(wǎng)后選擇對應(yīng)的耳機型號，打開自動校準(zhǔn)開關(guān)，軟件即可根據(jù)所選的耳機型號自動對計算機輸出的音頻信號進行均衡處理。使用Sonarworks Reference 4對耳機頻響進行校準(zhǔn)，操作簡便，精度高，可以得到準(zhǔn)確的頻響曲線，對于確保音樂制作過程中的監(jiān)聽質(zhì)量有著重要的意義。

以森海塞爾Sennheiser HD 300耳機為例，Sonarworks Reference 4中選擇“Before”可以看到校準(zhǔn)前的頻響曲線如圖1所示。

圖1 森海塞爾Sennheiser HD 300校準(zhǔn)前的頻響曲線

如果直接校準(zhǔn)，則頻響曲線會校準(zhǔn)為一條直線，由一些有經(jīng)驗的音響師、錄音師和樂手對音質(zhì)進行主觀評測，均表示高頻分量較大而低頻分量較小。為平衡高頻分量和低頻分量，校準(zhǔn)方案選用Bass Boost +6dB和Tilt +3dB，經(jīng)過校準(zhǔn)后再進行音質(zhì)主觀評測，得到了評測人的一致好評。Sonarworks Reference 4中選擇“Simulated After”可以看到校準(zhǔn)后的頻響曲線如圖2所示。

圖2 森海塞爾Sennheiser HD 300校準(zhǔn)后的頻響曲線

由于Sonarworks Reference 4的作用是對耳機的頻響進行校準(zhǔn)，而對揚聲器系統(tǒng)的校準(zhǔn)由31段均衡器完成。但由于Sonarworks Reference 4軟件對計算機輸出的音頻信號進行了頻率增益的改變，故需要在均衡器的低頻和高頻部分做相應(yīng)的補償，以盡可能還原原始效果，確保低音的貝斯聲不忽高忽低，確保人聲和樂器的高音不尖銳刺耳。選擇“Calibration”可以看到軟件對頻率增益的具體調(diào)整方法，可以看出軟件自動根據(jù)耳機的頻響曲線進行了頻率增益的反向調(diào)節(jié)，如圖3所示。

圖3 Sonarworks Reference 4對頻率增益的具體調(diào)整方法

3 揚聲器系統(tǒng)的校準(zhǔn)

由于普通31段均衡器某一頻率增益的調(diào)整超過3dB時Q值和帶寬會改變，影響其他頻率，故對揚聲器系統(tǒng)的校準(zhǔn)選用恒定Q值的FCS 966型31段均衡器。經(jīng)過測試，F(xiàn)CS 966對某一頻率增益的調(diào)整不會影響到其他頻率帶寬范圍內(nèi)的增益，即Q值和帶寬恒定，如圖4所示。

圖4 FCS 966型均衡器和普通均衡器的帶寬

使用FCS 966型31段均衡器的另一原因是FCS 966比普通均衡器具備更平滑的頻率響應(yīng)，如圖5所示。

圖5 普通均衡器和FCS 966型均衡器的頻率響應(yīng)

由于之前耳機的校準(zhǔn)對計算機輸出的音頻信號進行了頻率增益的改變，故對25Hz至200Hz之間的頻率與Sonarworks Reference 4共同校準(zhǔn)為+1.0dB（為的是留出LF調(diào)節(jié)的裕度，使LF的調(diào)節(jié)更靈活），對6300Hz至20000Hz之間的頻率與Sonarworks Reference 4共同校準(zhǔn)為0dB。對高低音采用這樣的方案可以盡量還原原始音樂信號，減小失真。另外一個原因是FCS 966型均衡器具備高低音整體調(diào)節(jié)功能，用LF旋鈕或HF旋鈕可調(diào)整低音或高音的整體增益，在保證原始信號的前提下對低音和高音整體進行調(diào)節(jié)，效果較好，避免了貝斯聲忽高忽低、人聲和樂器的高音尖銳刺耳的問題。對FCS 966型均衡器高低音的調(diào)整方案如表1所示。

表1 FCS 966型均衡器高低音的調(diào)整方案

對250Hz至5000Hz的頻率校準(zhǔn)基于等響曲線。基本原理是播放各頻率等電平正弦單音，在聽音位置測量不同頻率正弦單音的聲壓級，通過均衡器的調(diào)節(jié)，使實測聲壓級盡可能與等響曲線計算的理論聲壓級一致。

等響曲線采用Robinson和Dadson于1956年提出的模型，是人耳感覺到不同頻率正弦單音取得相同響度時的聲壓級連成的曲線。在Robinson和Dadson的原始論文中給出了各頻率正弦單音在相同聲壓級下的響度級的計算公式，根據(jù)這一公式可以反推算出各頻率正弦單音在相同響度級時的理論聲壓級。Robinson和Dadson提出的等響曲線如圖6所示。

圖6 Robinson和Dadson提出的等響曲線

測試時聲壓級取太小則容易受到環(huán)境噪聲的干擾，影響校準(zhǔn)；取太大則容易損壞揚聲器，且人耳不適感較強。故選用1000Hz正弦單音75dB為基準(zhǔn)進行計算，a值、b值、c值取20歲的系數(shù)，不進行年齡誤差修正。具體計算公式在原始論文中已給出，故此處不再贅述，僅列出計算結(jié)果。

測試音頻使用Multi-Instrument 3.8軟件中的信號發(fā)生器播放，采樣參數(shù)設(shè)置為192kHz，聲道設(shè)置為A&B，位數(shù)設(shè)置為16bit，波形設(shè)置為正弦波，輸出振幅設(shè)置為0.995，如圖7所示。

圖7 播放測試音頻界面

先播放200Hz正弦單音并調(diào)整到73.1dB，然后播放等電平其他頻率的正弦單音，記錄校準(zhǔn)前實測聲壓級。每個頻率結(jié)束時和示數(shù)波動較大時需停止音頻，直到聲壓級低于儀器閾值后，再重新開始播放，播放停止至少兩次，如果兩次結(jié)果不一致，則需增加測試次數(shù)，以確保示數(shù)真實可靠。然后調(diào)整均衡器，再測量調(diào)整后的聲壓級，反復(fù)幾遍，直到調(diào)整后的實測聲壓級與等響曲線公式計算的理論聲壓級基本一致。理論聲壓級、校準(zhǔn)前實測聲壓級和校準(zhǔn)后實測聲壓級如表2所示。

表2 理論聲壓級、校準(zhǔn)前實測聲壓級和校準(zhǔn)后實測聲壓級

分析表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，除了250Hz頻率誤差較大，其余頻率的實測聲壓級與理論聲壓級的誤差均在1dB以內(nèi)，而校準(zhǔn)前最大誤差為600Hz頻率，達到了13.35dB。導(dǎo)致250Hz頻率誤差較大的原因很可能是揚聲器自身的問題。經(jīng)過校準(zhǔn)后FCS 966型均衡器的最終設(shè)置如圖8所示。

圖8 經(jīng)過校準(zhǔn)后FCS 966型均衡器的最終設(shè)置

經(jīng)過FCS 966型均衡器的校準(zhǔn)，揚聲器系統(tǒng)的頻響有了很大程度的改善。經(jīng)過一些有經(jīng)驗的音響師、錄音師和樂手對音質(zhì)進行主觀評測，得到了評測人的認可。

此外校準(zhǔn)揚聲器系統(tǒng)頻響還可以采用Smaart軟件等方法，本文不予討論。

4 結(jié)論

（1）使用Sonarworks Reference 4對耳機頻響校準(zhǔn)，可以得到準(zhǔn)確的頻響曲線，對于確保音樂制作過程中的監(jiān)聽質(zhì)量具有重要的意義。

（2）對于揚聲器系統(tǒng)的校準(zhǔn)需要使用均衡器完成。基于等響曲線校準(zhǔn)雖在一定程度上改善了揚聲器系統(tǒng)的頻響，但準(zhǔn)確程度不如用Sonarworks Reference 4校準(zhǔn)高，僅用于檢驗音頻文件的最終擴聲效果。若耳機品牌型號更換，則需重新進行校準(zhǔn)。

（3）在音樂制作的過程中的編曲、縮混和音頻后期處理等階段，應(yīng)盡量使用經(jīng)Sonarworks Reference 4校準(zhǔn)后的耳機作為主要監(jiān)聽設(shè)備，以確保音樂制作質(zhì)量；而經(jīng)均衡器校準(zhǔn)后的揚聲器系統(tǒng)可用于檢驗音頻文件的最終擴聲效果，但不推薦作為主要監(jiān)聽設(shè)備。

（4）該校準(zhǔn)方案僅用于小型工作室監(jiān)聽校準(zhǔn)，對建筑聲學(xué)系統(tǒng)、室外演出擴聲系統(tǒng)等其他類型揚聲器系統(tǒng)的校準(zhǔn)未經(jīng)評估和驗證。