在现场扩声系统中应用立体声次低频系统在听感上的优势（下）

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4.数据分析

　　我们使用双耳录音方式来试图将客观丈量与对扩声系统重放的听感联系关系起来。在这种情况下，我们将留意力集中于扩声系统重放的精确性，以探知立体声次低频扩声系统是否有益。

　　数据分析的第一步是将录音中的静音部门去除。我们使用了一系列门限处理器来标记每一个丈量片断的出发点，录制的文件被分割为3个独立的片断，并且这些片断都经由再次采样处理以确保它们的采样率相同。因为PC处理数据的内存限制，最大可用采样率是32 kHz，也就是说数据分析的最高频率上限是16 kHz。因为我们的研究目标是低频部门，所以这个频率上限不会造成影响。



　　录音文件的长度经由修整之后就可以分析工作了。每一段丈量信号都会与其相对应的信号源通过计算两个信号峰值之间的互相关来进行比对。这个对比过程分别对立体声信号中的左声道和右声道信号独立进行，并取两个信号的均匀值作为度量尺度。

　　一旦所有互相关的信号峰值被确定之后，也就意味着每一个丈量点的3个音乐片断都已经由计算，并且计算结果也被绘制为曲线图。因为单声道和立体声次低频系统之间的峰值互相关存在差异，因此户外测试结果以图形方式（Fig. 4.1）表示。对于立体声次低频系统来说，正数值表示相关性更高；对于单声道次低频系统来说，负数值表示相关性更高。

　　图中的底部为舞台前段区域，丈量点在水平和垂直轴向的位置以整数指数的方式表示。

　　我们在研究开始的时候完全没有预料到的有趣现象。我们预期在中心位置的听音者（宽度丈量位置指数为2）会在立体声次低频系统配置下获得最好的听音效果，并且会跟着听音位置偏离轴向而逐渐劣化。但是，图中所示的结果却正好相反。

　　听音者在中心位置的听音点并没有从立体声次低频系统中获得任何好处，在中心听音点拾取到了大量频率更高的成分。而在偏离中轴的丈量点情况却完全不同，丈量结果显示在立体声次低频系统配置时离轴区域的效果最佳。由此产生的题目是，为什么立体声次低频系统会使离轴区域的效果好于中轴区域。

　　本文提出的理论或许平平无奇，但确是导致这个结果产生的基础。在离轴区域能够获得较佳效果的原因是，立体声次低频系统拥有立体声信号相互之间没有相关性这个特性，并且这一特性与次低频系统工作带宽无关。这种无相关特性按捺了在听音区泛起波谷，而波谷通常是在一个较宽的听音区提供平均低频笼盖时的主要障碍。

　　为了进一步探究这个理论，每一个丈量点的传递函数通过都输入和输出信号进行快速傅里叶变换（FFT）算法进行计算出来。输出信号的计算结果与输入信号的共轭复数相乘（与MLS丈量结果分析类似）并根据FFT长度进行比例缩放，然后在经由傅里叶变换逆变获得矢量数据并得到每一个丈量点的快速传递函数。从40 – 100 Hz（受测次低频系统的工作带宽）的频率响应通过曲线图表示，我们对单声道和立体声系统横跨中间一排的丈量点（长度指数2）的数据均进行了丈量，结果如Fig. 4.2所示。

　　很显著，立体声次低频系统在听音区的频率响应振幅变化更小。这个结果可以通过以下等式计算这3个丈量点在单声道系统和立体声系统前提下的空间变化幅度：

　　其中：SV = 空间变化幅度（dB）
　　Nf = 频率数目
　　Np = 丈量点数目
　　flowfhi = 频率范围（Hz）
　　Lp（p, I）= 频率为i时在丈量点p的声压级（dB）
　　Lp（i） = 频率为i时在所有丈量点的声压级（dB）

　　在户外丈量当中，单声道次低频系统的空间变化幅度为6.5 dB，立体声系统的变化幅度为4.9 dB，变化幅度减小了24%。左声道和右声道频率响应的非对称性是因为用于测试的音乐素材（非尺度测试信号）和在扬声器组后方的建筑物边沿（几乎与右侧扬声器组平齐）导致。

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　室内丈量数据的分析过程与户外丈量的数据分析过程相同。在听音区内泛起了因为相干产生的波峰。

　　在室内丈量环境中，单声道和立体声次低频系统的空间变化幅度分别为4.2 dB和3.5 dB，变化幅度减小了16%。改善幅度小于户外丈量的原因是因为房间的影响；频率响应的非对称性是因为大尺寸物体（舞台、台阶等等）导致，并且进口走廊位于房间的左后方。

　　如3.2.章节所述，我们仅在室内进行了主观聆听测试。因为介入人数较少，因此主观聆听测试仅仅是一个非正式测试。因为这个原因，我们不可能对主观聆听测试的结果进行统计分析，但在这项测试中仍旧显示出了一个显著的倾向。介入者发现很难区分单声道和立体声次低频系统，这可能是因为在听音区泛起了大量频率更高的能量成分。

　　尽管两个类型的次低频系统之间声音感知区别非常小，但介入者在离轴区域感慨感染到了低频能量的整体晋升。这一结果和丈量结果几乎一致，因为单声道系统中次低频扬声器之间的距离导致相关信号之间泛起干涉，并使听音区内泛起大量波谷；而在使用立体声次低频系统时，因为左/右声道立体声信号无相关的自然属性，从而按捺了在听音区泛起波谷。

　　5.论述
　　我们提出对这一题目的研究是但愿得知在一个听音区较宽的现场扩声应用场合使用立体声次低频系统是否能够提供更好的听觉体验（在提供立体声声像方面）。即使聆听测试长短正式的简朴测试，但结合其测试结果与双耳丈量数据来看，立体声次低频系统在这个方面并不能提供更好的听觉体验。

　　在人们的期待中，听音区的中点位置（与左/右扬声器组等距的位置）在使用立体声全频扩声系统时听感最佳，因此这些位置被称为“甜点”。但是，当使用立体声次低频系统时在这些位置不管是主观上仍是客观上都没有获得更好的听音效果，而在离轴区域却显示出了对立体声系统和单声道系统变换时较高的敏感度。这个结果使我们的工作从一开始就走向了预期之外的路径。

　　在当前的现场扩声应用场合当中，单声道次低频系统是主流配置方式。因为在听音区泛起零压力点，这种系统配置方式会因为在這些零压力点的低频衰减而损害听众的听觉体验。不采用将单只次低频扬声器按照平均的距离摆放在舞台前端（能够减少波谷的泛起）的布局方式，而使用左/右声道配置的立体声次低频扬声器组是否能够泛起显著改善，目前业界对此并无定论。

　　我们的研究发现立体声次低频系统在这一方面有显著改善的原因是立体声信号固有的无相关特性，这个特性减少了有害的信号相干，并且明显的降低了波谷泛起几率。测试所用的音乐片断是因为当中的低频乐器（地鼓和贝司等等）在混音中的声像位置处于离轴区域，因此在左/右声道信号当中具有无相关特性，但是在大多数现场流动中地鼓和贝司的声像定位通常处于混音当中的中轴。

　　由此产生了一个题目，是否能够通过信号处理技术来实现低频信号的无相关特性，并借此部门解决零压力点的题目。一些早期的研究显示，使用离散式信号处理技术能够在一定程度上使由多个点声源辐射的单声道音频信号具备无相关特性，这项技术的核心是分布式扬声器布局。这项技术揭示了当空间分隔的声源进行叠加时，形成有益干涉和有害干涉的区域是离散式分布的。这些离散式分布的干涉区域反而形成了一致性更好、笼盖面更宽的极性分布特性。在下一步工作章节中，我们提出着重于低频扩声应用（多只次低频扬声器来对较大尺寸的区域进行笼盖），对这个信号处理技术进行深入研究。

　　有趣的是，实际上在几年前就已经有了一个与之相似的实例。扩声系统的单声道次低频信号路由被配置为两个独立的处理通道，应用于每个通道信号的滤波器略有不同，因此使这两个通道的信号具备了无相关特性。这种无相关特性避免了在听音区大量泛起波峰和波谷的题目。那么剩余的题目就是，是否会有一种更加复杂、引入了随机相位技术的信号处理技术能够进一步改善低频笼盖的平均度题目（减少波峰和波谷的泛起）。

　　6.结论

　　这个研究的初衷是对立体声次低频系统在于全频系同一起使用时，相较于单声道次低频系统是否能够会产生可感知的差异。双耳丈量和非正式听音测试的结果表明，在现场扩声应用场合使用立体声次低频系统并不会产生可感知的差异。

　　有一点需要特别留意的是，测试信号是通过混音系统的声像控制实现立体声输出的而不是延时。通过加入延时的手段实现立体声输出或许对于低频定位来说是一个更好的选择，这也是Rayleigh的Duplex理论中的枢纽点。对于这个观点需要在将来进一步研究，并通过这些研究结果来终极确定在现场扩声应用当中将立体声次低频系统作为改善主观听感的手段是否有效。

　　尽管并没有确实的证据可以证实立体声次低频系统可以在现场扩声应用当中改善主观听感，但我们的研究发现了在一个枢纽题目上立体声次低频系统的确能够提供匡助。因为左/右声道信号固有的无相关特性，在听音区会大幅减少有害的干涉现象，从而减少了波峰和波谷泛起的几率。当然，这并不是一个新观点。但是，我们仍旧应当对使用随机相位处理技术在不影响音质的条件下毕竟能够将波峰和波谷的泛起按捺到什么程度进行研究。

　　总的来说，立体声次低频系统看起来并不能在现场扩声应用当中为我们提供更精彩的主观听感，但它们的确可以在听音区降低空间振幅变化的幅度，从而使我们能够在一个大尺寸现场流动当中获得更均衡的听觉体验。

董明

收藏了，谢谢啊

bsov

不错啊，可以收藏学习了啊！~

ddlwz

共同分享，如有错误，请见谅

nanminmusic

好好，顶！！！！！！