去年，Dirac關(guān)于他們的主動房間處理（ART）方法的公告剛剛發(fā)布，而Trinnov則推出了他們的WaveForming技術(shù)，這兩者所聲稱的和能力看起來非常相似。這兩個新技術(shù)的發(fā)布時間相當(dāng)接近，它們所聲稱的相似之處可能讓人認(rèn)為Trinnov在模仿Dirac。然而，事實是Trinnov和Dirac一樣，兩者都是經(jīng)過很長時間努力開發(fā)的新技術(shù)。事實上，對房間校正領(lǐng)域的研究，特別是在“多輸入多輸出”（MIMO：Multi-input Multi-output）校正方面，幾十年來一直是一個備受關(guān)注的領(lǐng)域。要全面了解Trinnov的WaveForming技術(shù)如何與Dirac ART區(qū)別開來，以及它為什么代表著尖端技術(shù)，請繼續(xù)閱讀。
本文原作者為Matthew Poes先生，發(fā)布于Audioholics，由“影音新生活”Alex翻譯編輯。
本篇文章包括以下幾個內(nèi)容：
Trinnov WaveForming與Dirac ART
Dirac ART可以做什么？
Trinnov WaveForming 與Dirac的不同之處?
什么是Multiple Source Multiple Controller, MSMC？
我需要安裝更多的超低音？
我們還需要進(jìn)行房間的聲學(xué)處理嗎？
Trinnov WaveForming 與 DIRAC ART
在房間校正的背景下，讓我們首先對多輸入多輸出（MIMO）的含義進(jìn)行一個概覽。雖然我們之前曾提及過這個話題，但是認(rèn)識到房間聲學(xué)的固有復(fù)雜性至關(guān)重要。過度簡化問題和解決方案只會讓非技術(shù)人員更加困惑。我們首先要承認(rèn)，房間駐波問題是復(fù)雜問題的一部分。它們產(chǎn)生于源頭（揚聲器和低音炮）發(fā)出的聲波到達(dá)墻壁后，從墻壁上反射回來，穿過房間再次交叉與其他反射。
對于我們的聽覺系統(tǒng)來說，通常需要幾個周期才能感知到音調(diào)，尤其是在低于100Hz的頻率下一個周期的長度考慮到。因此，我們主要能夠辨別經(jīng)歷了多次反射并在這個過程中多次交叉的低音頻率。這些現(xiàn)象導(dǎo)致了我們所說的房間駐波問題或駐波的產(chǎn)生。隨著這些波的傳播，它們在房間內(nèi)形成干涉圖案。雖然我們可以嘗試均衡來減輕這些問題，但是重要的是要認(rèn)識到我們只能解決峰值，而不能解決低谷。此外，這個校正過程引入了一種折衷，在改善一個位置的同時，會加劇另一個位置的問題。僅僅依靠均衡只能提供部分解決方案。我們真正需要的是聲場穩(wěn)定化，需要減少導(dǎo)致駐波模式形成的空間變化。“多輸入”方面涉及使用多個麥克風(fēng)位置從房間的不同位置獲取數(shù)據(jù)。”多輸出”指的是我們打算均衡的揚聲器。
在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，我們通常依靠單一測量（SISO）或多個測量（MISO）來為每個單獨的揚聲器開發(fā)校正濾波器。雖然我們可能考慮多個揚聲器之間的相互作用，例如帶有低音炮的低音管理系統(tǒng)中的揚聲器，但校正仍然局限于單個揚聲器或揚聲器系統(tǒng)。我們在問題出現(xiàn)后才進(jìn)行修正，并且僅僅根據(jù)一個揚聲器進(jìn)行校正（在這次討論中，一個經(jīng)過低音管理的揚聲器和低音炮組合被認(rèn)為是一個單一的源）。MIMO通過不僅采用多個測量（必要的來充分采樣房間并理解其行為），而且使用多個揚聲器來解決問題，從根本上改變了這種方法。這代表了一種顯著更強大的方法。
DIRAC ART可以做什么
在Dirac ART中，我們利用所有房間內(nèi)的聲源來解決反射問題。雖然我之前主要談到了駐波問題，但還有其他一些問題也很重要，比如揚聲器邊界干擾效應(yīng)（SBIR）。這些問題都是由于聲波反射引起的，可能會讓人感到很煩惱。Dirac通過將低音炮、LCR揚聲器、側(cè)環(huán)繞揚聲器、后環(huán)繞揚聲器，甚至頂部的ATMOS揚聲器都納入校正過程來解決低音問題。Dirac的方法是根據(jù)可用的資源來優(yōu)化校正。然而，Dirac并沒有提供有關(guān)如何選擇揚聲器的明確指導(dǎo)，也沒有試圖在問題發(fā)生之前防止它們的出現(xiàn)。但值得一提的是，所有這些方法，包括Dirac ART，在實施特定設(shè)計策略時都會表現(xiàn)得更好。在房間里巧妙地使用多個位置的多個聲源可能會帶來更好的效果。
另一個需要克服的難題是將揚聲器用作主動吸聲器。這些揚聲器接收經(jīng)過特殊處理的信號，以在聲波到達(dá)時完全抵消它們。但是，使用揚聲器作為主動吸聲器也存在一個問題。由于抵消信號來自一個聲源，一部分信號會變成房間中不需要的噪音，就像是增加了失真一樣。這種噪音會在房間內(nèi)傳播，引入另一個需要抵消的因素。因此，純粹的主動抵消方法并不完美。雖然有一些技術(shù)可以減輕這個問題，并減少與主動抵消相關(guān)的不良影響，但也存在其他更優(yōu)秀的替代方法。
比如說，當(dāng)我們使用一排揚聲器來取消聲波時，效果最好。但這就需要準(zhǔn)確地了解房間內(nèi)的三維聲音分布，并把揚聲器準(zhǔn)確地對準(zhǔn)。雖然不需要把揚聲器放得跟尺子一樣準(zhǔn)確，但位置還是要相對精確才行，才能發(fā)揮最大作用。簡單地把四個低音炮放在房間的四個角落里是不夠的。事實上，它們甚至不能直接放在地板上。想象一下，把一個18英寸的低音炮吊在半空中，安裝在墻的中間，可能已經(jīng)讓一些人做惡夢了。
Trinnov WaveForming與DIRAC的不同之處?
要解決聲學(xué)問題，一個方法就是徹底避免產(chǎn)生煩人的反射。如果反射是主要問題，那就得首先防止它們出現(xiàn)。這時候，可調(diào)整方向而且指向性強的揚聲器就派上用場了。通過控制聲音的方向，我們可以盡量減少不需要的聲音散射。但是，由于其波長較長，低音炮在單極配置中就像全向輻射器一樣。過去有人試圖控制低音炮的輻射方向，取得了不同程度的成功，主要是為了減少房間的相互作用出現(xiàn)，尤其是與SBIR效應(yīng)有關(guān)的問題。許多消極的方法都在嘗試在各種頻率下充分減小散射時遇到了困難，這就限制了它們顯著改變房間駐波形成的效果。這時候，Trinnov 的 WaveForming 技術(shù)發(fā)揮了至關(guān)重要的作用，這項技術(shù)得到了現(xiàn)代 DSP 和波束成形能力的支持。Trinnov 利用放置在前墻上的低音炮來減小散射，彎曲低頻輻射并將其限制在特定區(qū)域。此外，并不是所有的反射都是有害的；Trinnov 的技術(shù)智能識別有益的墻壁反射，同時避免不利的反射，這就是所謂的 “與房間匹配的低音引導(dǎo)” 概念。我們可以將房間本身想象成一個波導(dǎo)，Trinnov 在這種類似波導(dǎo)的環(huán)境中優(yōu)化低音傳播，最小化地板、天花板和側(cè)壁的失真。然而，這也帶來了下一個問題：令人頭痛的后墻。
所有房間都會呈現(xiàn)出“Longitudinal Modes 縱向模式”，這些模式是聲波沿著房間長度傳播而產(chǎn)生的反射，在前后墻之間來回反射。這個模式往往會產(chǎn)生一些最棘手和低頻的共振的問題。雖然波束成形和波導(dǎo)技術(shù)可以解決某些模式，但它們不足以解決僅由后墻引起的問題。需要另一種替代解決方案，這就是Trinnov與其他產(chǎn)品或者功能最大的區(qū)別。如果我們將前墻上的低音炮視為向房間發(fā)射聲音，Trinnov在后墻上增加了一組額外的低音炮，設(shè)計用于捕獲和抵消聲波，防止縱向模式的形成。在實踐中，后方陣列可能無法完全吸收100%的反射，以避免引入不良的偽像。因此，一部分反射可能會反彈回前方，但可以通過向前方陣列發(fā)送信號進(jìn)一步抵消。這種綜合方法被稱為“Multiple Source Multiple Controller, 多源多控制器”，利用系統(tǒng)中的所有揚聲器來解決由后墻帶來的問題。
什么是Multiple Source Multiple Controller, MSMC？
MSMC（多源多控制器）是一種綜合方法，結(jié)合了“預(yù)防性”和“治療性”的校正方法，以實現(xiàn)最佳性能。通過利用定向方法和主動消聲，MSMC有效地解決了最具挑戰(zhàn)性的聲學(xué)問題，同時避免了首次產(chǎn)生問題性條件。這個概念源于雙低音陣列Double Bass Arrays（DBA）的引入，長期以來，DBA因其在房間環(huán)境中產(chǎn)生優(yōu)越的低音能力而被認(rèn)可。
DBA的核心原理是形成平面波而不是球形波。通常，從揚聲器輻射出的聲音會以球形波的形式傳播，這會導(dǎo)致反射發(fā)生。然而，平面波會均勻地延伸到所有邊界，就像在吹成球形之前將泡泡紙粘在魔杖的邊緣一樣。同樣，房間中的低音波會粘附在墻壁、地板和天花板上，而不會發(fā)生顯著的反射。
MSMC依賴于聲音設(shè)計原理來預(yù)防聲學(xué)問題的形成。盡管通過波束成形形成一個狹窄的低音束，專門覆蓋座位區(qū)域（而不是側(cè)墻）是一個可行的方法，但平面波方法提供了最佳解決方案。此外，平面波可以通過具有相等且相反功率的對立平面波輕松抵消。傳統(tǒng)的DBA方法涉及應(yīng)用簡單的DSP技術(shù)，例如向后陣列發(fā)送一個反相信號，延遲與房間長度匹配。然而，DBA往往只在完美的房間中有效，在房間偏離理想條件時會遇到困難，例如包括一個墊高或具有非矩形形狀。DBA對錯位也非常敏感。
這就是MSMC的優(yōu)勢所在。雖然它可以利用DBA，但它的獨特之處在于能夠自動確定發(fā)送到低音炮的每個信號的最佳DSP處理，從而實現(xiàn)最佳性能。不需要耗時反復(fù)嘗試或像COMSOL這樣的專業(yè)軟件。以前的方法如果房間發(fā)生重大變化，則需要重新開始。然而，對于Trinnov來說，這并不是問題，因為它的假設(shè)是基于房間的實際特性的，可以根據(jù)需要進(jìn)行重新評估和調(diào)整。無論是增加更多低音炮、使用不同的低音炮、更改座位安排還是重新布置影院，Trinnov的MSMC都可以在環(huán)境不斷變化的情況下無縫適應(yīng)，而無需復(fù)雜的操作。
Trinnov的WaveForming技術(shù)消除了這些顧慮。通過遵循適當(dāng)?shù)牡鸵襞诓季衷瓌t并利用新算法，幾乎可以在幾乎每個座位上實現(xiàn)完美的低音再現(xiàn)。雖然我對這項技術(shù)的新穎性謹(jǐn)慎地使用了“幾乎”一詞，但在適當(dāng)?shù)脑O(shè)置下，它有潛力在每個座位上提供無瑕的低音表現(xiàn)。主要的限制因素在于系統(tǒng)中低頻（LF）源的數(shù)量和位置。隨著源與墻面尺寸的比例減小，源之間的間距增大，導(dǎo)致系統(tǒng)帶寬上限的性能下降。
在筆者的私人劇院中，寬約4.72m，天花板高約3m，我發(fā)現(xiàn)兩個低音炮表現(xiàn)出人意料地良好。然而，為了在50～150Hz范圍內(nèi)實現(xiàn)最佳效果，由于我的天花板高度，需要額外增加一層低音炮。配置三個或四個低音炮成三角形或正方形布局將顯著減少上低音范圍的變化。這帶我們來到了一個關(guān)鍵方面：低音炮的布局和數(shù)量。
我需要安裝更多的超低音？
首先，我必須澄清一個似乎在流傳的關(guān)于Dirac ART和Trinnov WaveForming的謬論。有一種觀點認(rèn)為這些技術(shù)只是為了銷售更多的低音炮，或者成功所需的低音炮數(shù)量非常之多，以至于只有超級富豪才能負(fù)擔(dān)得起。這完全是不正確的。由于這項技術(shù)的新穎性，我們目前缺乏足夠的部署系統(tǒng)來充分了解它們的能力。我的意思是，實踐中，我們發(fā)現(xiàn)事情并不需要像預(yù)期的那樣完美。最終結(jié)果往往超出了預(yù)期，即使低音炮數(shù)量不足或者擺放不當(dāng)。因此，認(rèn)為要獲得良好的結(jié)果就必須在前后各放置12個低音炮（總共24個），甚至在前后各放置6個也是錯誤的。雖然這些配置在大房間中會產(chǎn)生出色的效果，但它們忽略了關(guān)鍵點。
在許多中等大小的影院中，僅在前墻的中點安裝兩到三個低音炮，以及在后墻的中點安裝兩個低音炮就可以獲得非常良好的結(jié)果。僅使用總共4個或者5個低音炮就可以達(dá)到卓越的效果。然而，關(guān)鍵是要避免將低音炮放在地板上或者墻壁的極端邊緣。它們應(yīng)該安裝在墻上，或者可能是放在支架上。此外，僅使用一個低音炮獲得令人滿意的結(jié)果是具有挑戰(zhàn)性的，因此至少需要兩個低音炮，因為至少需要兩個源來有效地操控低頻波。
有趣的是，輸出效益主要來源于前置陣列。例如，如果在前墻安裝三個低音炮，在后墻安裝兩個低音炮，與單個低音炮相比，可以實現(xiàn)額外9dB的輸出增益。后墻陣列不會為輸出做出貢獻(xiàn)；它的目的僅僅是進(jìn)行治療性校正。然而，根據(jù)Trinnov公司的Arnaud先生的評論，和筆者對這項技術(shù)基本物理原理的理解，我們認(rèn)為這種說法并不完全準(zhǔn)確。在20或25Hz以下，不需要進(jìn)行任何校正，因為所有房間基本上都是壓力容器，低音炮會均勻地影響房間的壓力。在這種情況下，我們可以向低音炮提供不同類型的信號，讓它們共同合作以增強輸出。
優(yōu)勢在于我們可以使用較小的低音炮。只要低音炮在20Hz及以下頻率產(chǎn)生任何輸出，即使很小，它們也可以共同發(fā)揮作用。在之前提供的例子中，使用五個低音炮，我們觀察到輸出增益從額外的9dB過渡到大約額外14dB。這種效應(yīng)僅適用于均勻壓力點，這正好符合我們最需要的地方。
我們還需要進(jìn)行房間的聲學(xué)處理嗎？
接下來我們來回答另外一個問題，或者說解決另外一個疑惑：與普遍的觀念相反，Trinnov并沒有聲稱這項技術(shù)使房間處理變得不再必要。相反，房間處理現(xiàn)在比以往任何時候都更為重要。事實上，低音陷阱并不特別有效。它們效率低下，而像MSMC這樣的主動方法在處理低音阻尼方面要優(yōu)于“消極”的處理方案 。然而，這項技術(shù)確實有其局限性。在超出這些限制之后，傳統(tǒng)的被動吸音材料是必不可少的。核心問題就是在于在主動吸收和被動吸收之間達(dá)到合適的平衡。僅僅在墻上掛上面板并認(rèn)為工作已經(jīng)完成是不夠的。如圖所示：
相反，需要仔細(xì)選擇吸音材料，重點放在在交叉區(qū)域的關(guān)鍵吸收集中。WaveForming不會在特定頻率突然停止工作，就像被動吸音材料沒有硬性截止一樣。例如，2英寸的吸音材料可以有效地工作到300Hz，但其效果在此之下逐漸減弱。在125Hz處，其吸收系數(shù)約為0.2，相對較低。盡管如此，通過足夠的表面積，它仍然可以對整體吸收做出貢獻(xiàn)。這個重疊的區(qū)域至關(guān)重要，可能需要使用4英寸的吸音材料來增強100Hz到150Hz范圍內(nèi)的低頻吸收。挑戰(zhàn)在于這項新技術(shù)的顯著有效性。為了實現(xiàn)適當(dāng)?shù)闹丿B，我們可能需要比中/高頻吸收更大的面積來進(jìn)行低頻吸收，考慮到隨著頻率降低，吸音材料的效率會降低。這意味著專門針對100～150Hz范圍內(nèi)最大效率進(jìn)行優(yōu)化的低音吸音材料可以提供顯著的好處。請記住，這項技術(shù)可以在80Hz以上很好地運作，但在實踐中將受到陣列中低音炮的間距和所選分頻點的限制。最終，這項技術(shù)減少了專門設(shè)計用于20Hz到80Hz范圍及以上的低音陷阱的需求。然而，重要的是要認(rèn)識到這樣的產(chǎn)品要么極其罕見，要么根本不存在（值得注意的是，很少有實驗室和標(biāo)準(zhǔn)方法來測量這么低頻率的吸收）。
這項技術(shù)即將徹底改變揚聲器和家庭影院的設(shè)計。將低頻源放置在墻上已經(jīng)成為一個引人注目的方案，這需要開發(fā)出能夠提供出色輸出的優(yōu)化壁掛式或嵌入式低音炮。目前這個類別的市場供應(yīng)稀缺且不足，需要真正滿足這項技術(shù)需求的家庭影院低音炮。尺寸也是一個關(guān)鍵考慮因素，過高的壁掛式箱體會妨礙在典型墻壁上安裝4、6或12個低音炮。此外，整個房間內(nèi)全頻揚聲器的加入可以通過增加戰(zhàn)略有利位置的低頻源，帶來明顯的好處。值得注意的是，前墻成為放置重要低頻源的最關(guān)鍵區(qū)域，使全頻主音箱成為無價之寶。因此，揚聲器設(shè)計和房間布局都必須經(jīng)歷重大變化，以最佳地支持這一范式轉(zhuǎn)變。將低音炮放置在靠近墻角的地板上，這是一種傳統(tǒng)的方法，但不再是最佳選擇。特別是 Trinnov 系統(tǒng)并不會從側(cè)壁的低頻源中獲得太多益處。雖然它們可以利用，但并不是必需的。低音炮的最佳位置是分別在前后墻的25%和75%處。許多人認(rèn)為需要龐大、難看的低音炮會妨礙實現(xiàn)高性能家庭影院，然而，有了這項技術(shù)，我們有機會將它們有效地隱藏在屏幕后和后處理中，提升性能和美觀度。隨著我們迎接這個新時代，我們站在揚聲器和家庭影院設(shè)計的轉(zhuǎn)型進(jìn)步的懸崖邊緣，重塑沉浸式音頻體驗的可能性。
結(jié)語：
總之，Trinnov WaveForming 技術(shù)的出現(xiàn)代表了家庭影院設(shè)計和我們處理低頻模式控制方式的巨大變革。通過利用先進(jìn)的算法和復(fù)雜的信號處理，這一劃時代的技術(shù)提供了對低頻聲音再現(xiàn)的無與倫比的控制能力。其影響廣泛而深遠(yuǎn)。它使我們有能力重新設(shè)想 LF 源的放置方式，促使集成優(yōu)化的壁掛式或嵌入式低音炮，能夠提供真正獨特的低音體驗。不再局限于傳統(tǒng)的低音炮位置，我們可以將這些低音炮戰(zhàn)略地放置在前后墻上，利用它們的集體力量（以及 Trinnov 技術(shù)的力量）來實現(xiàn)出色的輸出和準(zhǔn)確度。此外，這項技術(shù)與整個房間內(nèi)布置的全頻揚聲器之間的協(xié)同作用，在戰(zhàn)略位置解鎖了大量聲源，真正將聽眾沉浸在豐富而迷人的聲音環(huán)境中。隨著我們擁抱這一范式轉(zhuǎn)變，揚聲器設(shè)計和房間布局必須發(fā)展，以充分支持 Trinnov WaveForming 的變革能力。通過將低音炮隱藏在屏幕后和后處理中，我們不僅提升了性能，還提升了家庭影院的美學(xué)吸引力。沉浸式音頻體驗的未來在召喚，Trinnov WaveForming 技術(shù)的吸引力促使我們在自己的家庭影院中擁抱這場革命。
是時候踏上音頻卓越的新時代了，在這個時代，每部電影、每個游戲和每首音樂作品都會以超越想象的深度和清晰度共鳴。
“The possibilities are limited only by our willingness to embrace the cutting edge.”
阻礙我們前進(jìn)的，只是我們沒有前進(jìn)的決心。
