Trinnov揭露Waveforming重新定義低頻再生之技術細節

daniel0810 · 發表於 2023-9-13 16:25:50

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本文最後由 daniel0810 於 2023-9-14 03:38 PM 編輯

Trinnov揭露Waveforming重新定義低頻再生之技術細節

Trinnov WaveForming 與 DIRAC ART
轉譯於audioholics.com by Matthew Poes

繼 DIRAC 宣布其主動房間處理 (ART) 方法之後，Trinnov 推出了他們的 WaveForming 技術，該技術提出了非常相似的主張和功能。這兩項聲明的時間相近以及其主張的相似性可能會導致人們認為特里諾夫正在模仿DIRAC。然而，現實情況是，Trinnov和DIRAC一樣，長時間一直在努力開發這項技術。事實上，對房間校正領域的研究，特別是對先進的多輸入多輸出 (MIMO) 校正的研究，幾十年來一直是人們感興趣的領域。全面了解 Trinnov 的 WaveForming 技術如何不同於Dirac ART以及它如何代表尖端技術，請繼續閱讀。對於那些喜歡更簡潔格式的人，我們邀請您觀看我們最近的 YouTube 視頻。

讓我們首先概述一下 MIMO（多輸入多輸出）在房間校正中的含義。雖然我們之前已經討論過這個主題，但認識到室內聲學固有的複雜性至關重要。過度簡化問題及其解決方案只會導致非技術出身的玩家進一步困惑。我們首先承認房間模式是一個高度複雜問題的一部分。當從聲源（揚聲器和超低音）發出的聲波到達牆壁、從牆壁反彈並穿過房間時，它們就會出現，並在此過程中與其他反射相交。我們的聽覺系統通常需要幾個週期才能感知音調，特別是考慮到頻率低於 100 Hz 的周期長度。最後，我們可以主要辨別在整個旅程中經歷了多次反射並多次與其自身相交的低音頻率。這些現象產生了我們所說的房間模式或駐波。當這些波傳播時，它們會在房間內產生干涉模式。儘管我們可以嘗試EQ來緩解這些問題，但重要的是要認識到我們EQ只能解決高峰，而不能解決低谷。此外，這一校正過程引入了一種取捨，即改進一個位置會加劇其他位置的問題，EQ本身只能提供部分解決方案。我們真正需要的是音場穩定，從而需要減少有容易形成駐波模式的空間變化。“多輸入"是指採用多個麥克風位置來從房間內的各個位置獲取數據。“多輸出”是指我們想要進行EQ處理的揚聲器。在傳統系統中，我們通常依靠房間的單次測量 (SISO) 或多次測量 (MISO) 來為每個揚聲器開發校正濾波器。雖然我們可能會考慮多個揚聲器之間的交互作用，例如帶有超低音的低頻管理系統中的交互作用，但校正仍然僅限於單個揚聲器或揚聲器系統。我們在問題出現後對其進行糾正，並僅基於單個揚聲器進行糾正（出於本次討論的目的，低音管理揚聲器和超低音組合被視為單一來源）。MIMO 從根本上改變了這種方法，它不僅結合了多個測量（需要對房間進行徹底採樣並理解其行為），而且還結合了多個揚聲器來解決問題。這代表了一種更強大的方法。

DIRAC ART如何運作?

以DIRAC為例，所有房間的聲源都被利用來解決反射的問題。雖然我之前主要討論了駐波，但值得一提的是，我們會遇到各種除了駐波之外的問題。其中一個問題就是揚聲器的邊界效應（SBIR）。這些問題都是反射的結果，可能相當煩人。DIRAC 通過將重低音喇叭、LCR揚聲器、側環繞、後環繞，甚至頂部的ATMOS揚聲器納入校正過程來解決低音問題。DIRAC採取了優化校正的方法，根據可用的聲源進行調整。然而，DIRAC並不提供有關揚聲器選擇的明確指導，也不旨在防止問題在第一次發生時出現。值得一提的是，所有這些方法，包括DIRAC ART，在應用特定設計策略的情況下表現更佳。在房間中策略性地配置多個揚聲器可以獲得更好的效果。

另一個需要解決的挑戰是在這些方法中利用揚聲器作為主動降噪器。這些揚聲器會接收經過特殊處理的信號，旨在在到達吸收器揚聲器時完全抵消傳入的聲波。然而，主動吸收器也存在一個缺點。由於主動抵消來源於聲源(揚聲器)，部分抵消訊號會成為房間中不需要的噪音，類似於添加了失真。這種噪音會在房間中傳播，引入另一個需要抵消的元素。因此，純粹的主動抵消方法可以被認為是不完美的。儘管有技術可以減輕這個問題並減少與主動降噪相關的人工瑕疵，但也存在其他方法可以提供更優越的效果。

例如，當與揚聲器陣列一起使用時，主動降噪抵消法可以達到最佳效果，這需要對3D聲音場進行準確映射並準確對齊揚聲器。雖然不需要精確到英寸級的放置，但揚聲器的位置需要相對精確，以最大程度地提高效果。僅僅把四個低音炮放在角落是不夠的。實際上，它們甚至不能放在地板上。想像吊掛一個18英寸的超低音，並將其安裝在牆的中間，這對一些人來說可能已經是一個噩夢了。

Trinnov WaveForming與DIRAC有何不同？

Trinnov WaveForming是一種減輕聲學問題的方法之一，其主要目的是在一開始就防止問題性的反射產生。如果反射是主要的擔憂，關鍵在於首先避免它們的產生。這就是波導（waveguides）和可控制指向性的揚聲器發揮作用的地方。通過控制聲音方向，我們可以最小化不需要的聲音散射。然而，由於低音的波長較長，單極配置下的超低音為全向性聲波輻射器。過去許多聲學技術努力就某種程度去控制低音的指向性，主要在減少低頻與房間互動和降低房間模式形成，特別是揚聲器邊界干擾效應（SBIR）的問題。許多被動方法在廣泛的頻率範圍內很難充分縮小散射，這限制了它們大幅改變房間模式形成的有效性。這就是Trinnov的WaveForming技術發揮關鍵作用的地方，它依賴於現代DSP和波束成形功能。Trinnov利用正確位置設置的超低音在前牆上縮小散射，彎曲低頻輻射並將其限制在特定區域內。此外，並非所有的反射都是有害的；Trinnov的技術聰明地識別有益的牆面反射，同時避免不利的反射，這個概念被稱為“房間匹配低音引導”。我們可以將房間本身想象成一個導波器，在這個類似波導的環境中，Trinnov優化後的低音在其中的傳播，最小化來自地板、天花板和側牆的失真。然而，這就引出了下一個挑戰：令人困擾的後牆。

所有房間都會展現縱向模態，這是聲波在房間長度行進時產生的反射，彈跳在後牆和前牆之間。這些模式往往會產生一些最為棘手且頻率最低的共鳴。雖然波束成形和波導技術可以應對某些模式，但它們無法單獨解決僅來自後牆的問題。這就需要一個替代解決方案。這就是Trinnov與其他方法不同的地方。如果我們將前牆上的超低音視為向房間發射聲音，Trinnov在後牆上加入了一組額外的超低音，旨在捕獲並抵消聲波，防止縱向模式的形成。在實作中，後方陣列可能不會完全吸收100％的反射以避免引入不需要的人工瑕疵。因此，一部分反射可能會彈回前方，但可以通過向前方陣列發送訊號進一步抵消掉。這種綜合的方法被稱為“Multiple Source Multiple Controller”(MSMC)，多聲源多控制機制(暫譯)。利用系統中的所有揚聲器來應對後牆帶來的挑戰。

什麼是"MSMC"多聲源多控制機制(暫譯)

MSMC，（Multiple Source Multiple Controller 多聲源多控制器），是一種綜合方法，結合了預防性和矯正性的校正方法，以實現最佳性能。通過利用聲波引導和主動抵消，MSMC有效地解決了最具挑戰性的聲學問題，同時避免了在一開始就造成問題的條件產生。這個概念起源於雙低音炮陣列（Double Bass Arrays，DBAs）的引入，長期以來它們以在房間環境中產生優越的低音而受到廣泛認可。

DBAs的核心原則是形成一個平面波而不是球形波。通常，從揚聲器輻射出的聲音傳播為球形波，這使得反射可以發生。然而，平面波均勻地延伸到所有邊界，就像在吹入球體之前，泡泡片附著在魔法棒的邊緣一樣。類似地，房間中的低音波會附著在牆壁、地板和天花板上，而不會出現顯著的反射。

MSMC依賴聲學設計原則來預防聲學問題的形成。雖然形成狹窄的低音束以覆蓋特定座位區域（而不是側牆）是一種可行的方法，但平面波方法提供了最佳解決方案。此外，一個平面波可以被一個具有相等且相反功率的相對平面波輕鬆抵消。傳統的DBAs方法涉及應用簡單的DSP技術，例如向後方陣列發送一個反向信號，並使用與房間長度匹配的適當延遲。然而，DBAs通常只在完美的房間中有效，在房間偏離理想條件，如使用高腳椅或房間為非矩形形狀時，執行上就會遇到困難。DBAs更需要準確地相對位置對準。

DBAs的主要倡導者Keith Yates強調了其實施相關的挑戰。他的團隊通常必須精心建構房間並反复解決問題，以確定每個單獨低音炮的最佳位置和DSP處理。儘管Trinnov可能對許多愛好者來說遙不可及，但設置及優化DBAs對於大多數發燒友來說則是更大的挑戰。

這就是MSMC的亮點所在。它可以利用DBAs，但它提供了一個明顯的優勢，即自動確定每個發送到超低音信號的最佳DSP處理，實現最佳性能。無需耗時反覆運算或使用像COMSOL這樣的專用軟件。如果房間發生重大變化，以前的方法將需要從頭開始。然而，對於Trinnov來說，這不是一個問題，因為它的假設是基於房間的實際特性，允許在需要時進行重新評估和調整。無論是增加更多的超低音，使用不同的超低音，更改座位安排還是搬遷劇院，Trinnov的MSMC都能在演變的環境中輕易調整。

這項技術的影響確實是革命性的。MIMO（多輸入多輸出）方法是實現如此顯著成果的唯一途徑。雖然我對Welti和Geddes所推崇的低音優化方法表示讚賞，但它們只能在一定程度上減少空間變化，並且在所有房間環境中並非普遍有效。隨著座位區域變得更大，挑戰逐漸升級，使得在每個座椅上都能達到令人滿意的結果變得越來越困難。此外，某些房間存在著無法克服的障礙，具有破壞性干擾的低谷，只能通過大範圍的揚聲器和聆聽位置重新安排來解決。

Trinnov的WaveForming技術消除了這些顧慮。通過遵循適當的低音揚聲器佈局原則並利用新算法，幾乎可以在幾乎每個座位上實現完美的低音再現。儘管由於這項技術的新穎性，我在使用“幾乎”一詞時持謹慎態度，但在適當的設置下，它有潛力在每個座位上提供無瑕疵的低音表現。主要的限制因素則是在於系統中低頻（LF）源的數量和位置。隨著聲源數與牆壁尺寸的比例下降，聲源之間的間距增加，導致系統頻寬的上緣性能變差。

在我的個人劇院中，寬度約15.5英尺，天花板高度約9.8英尺，我發現兩個超低音表現出奇的好。然而，為了在50Hz至150Hz的範圍內獲得最佳效果，由於我的天花板高度，需要額外增加一層超低音。配置三個或四個超低音成三角形或正方形佈局將顯著降低上低音範圍的變異性。這將我們引向了至關重要的一個方面：超低音的佈局和數量。

實際上需要更多的超低音嗎？

首先，必須揭示一個似乎在關於Dirac ART和Trinnov WaveForming方面流傳的誤解。有一種觀念認為這些技術僅僅是為了銷售更多的超低音，或者成功所需的超低音數量如此之高，只有極富裕的人才能負擔得起。這完全是不真實的。由於這項技術的新穎性，我們目前缺乏足夠部署的系統來充分理解其能力。我的意思是，在實踐中，我們發現設置條件不需要像預期的那麼完美，即便使用不足理想數目的超低音和不理想的擺位，但最終結果通常會超出預期。因此，只有在前後分別使用12個超低音（總共24個）或者前面使用6個，後面也使用6個才能取得良好效果的假定是不正確的。儘管這些配置在大房間中會產生出色的效果，但這並不是重點。在許多中等大小的劇院中，只需在前牆正中央安裝兩個或三個超低音，並在後牆正中央安裝兩個，即可獲得非常良好的效果。使用4個或5個超低音，就可以獲得出色的結果。然而，至關重要的是要避免將低音炮放在地板上或在牆壁的極端邊緣。它們應該安裝在牆上或者可能放在架子上。此外，僅使用單個超低音很難獲得令人滿意的效果，因此至少需要兩支超低音，因為至少需要兩個聲源來有效地操作低頻（低頻）波。

有趣的是，輸出效益主要來自於前方陣列。例如，如果在前牆上安裝了三支超低音，並在後牆上安裝了兩個，與僅使用一個低音炮相比，可以獲得額外的9dB輸出。後牆的低音陣列不會為輸出做出貢獻；它的目的僅僅是矯正校正。然而，根據Arnaud的評論和我們對這項技術基礎物理的理解，Audioholics認為這種說法並不完全準確。在20或25Hz以下，不需要進行校正，因為所有房間基本上都起到壓力容器的作用，超低音均勻地影響著房間的壓力。在這種情況下，我們可以向超低音提供一種不同類型的訊號，使它們共同努力以增強輸出。優點在於我們可以使用較小的超低音。只要超低音在20Hz及以下產生任何輸出，即使它很小，它們也可以共同做出貢獻。在之前提供的範例中，使用五支超低音，我們觀察到額外的9dB輸出逐漸增加到大約14dB的額外輸出。這種效果僅適用於音壓均衡的聆聽位置，但那也是最重要的位置。

我是否仍然需要房間處理？
讓我們解答下一個誤解。與普遍觀念相反，Trinnov並未聲稱這項技術使房間處理變得多餘。相反，房間處理比以往更加關鍵。事實是，低音陷阱並不特別有效。它們的表現效率低下，而像MSMC這樣的主動方法在處理低音抑制方面遠遠優於它們。然而，這項技術確實有其局限性。在超出這些限制之外，傳統的被動吸音器是必不可少的。挑戰在於在主動吸音和被動吸音之間取得適當的平衡。僅僅在牆上掛上面板並認為完成了工作是不夠的。結果會像下面的圖像一樣。

相反，需要仔細選擇吸音材料，重點是在分頻點附近實現吸音的關鍵集中。WaveForming不會在特定頻率突然停止運作，就像被動吸音器不會有硬性的截止頻率一樣。例如，2英寸的吸音材料可以有效地工作到300Hz，但在那一點以下，它的效能逐漸降低。在125Hz時，其吸收系數約為0.2，相對較低。然而，通過足夠的表面積，它仍然可以對總體吸收產生貢獻。這個重疊區域是關鍵的，並且可能需要使用4英寸的吸音材料來增強在100Hz至150Hz範圍內的低頻吸收。這項新技術的顯著效能帶來的挑戰是，為了實現適當的重疊，我們可能需要比中高頻吸收更多的低頻吸收面積，考慮到頻率降低時吸音材料變得不那麼高效。這意味著針對100Hz至150Hz範圍內的最大效率進行優化的特殊低音陷阱以提供顯著的好處。請記住，這項技術可以在80Hz以上運作得很好，但實際上將受到陣列中超低音的間距和為它們選擇之分頻點的限制。最終，這項技術減少了專門設計用於20Hz至80Hz範圍甚至更低頻率的低音陷阱的需求。然而，我們必須承認這類產品要麼極為罕見，或根本不存在（值得注意的是，在這麼低的頻率下測量吸收的實驗室很少，也沒有標準的測量方法）。

這項技術正準備改變揚聲器和家庭劇院的設計方式。將超低音放在牆上已經成為一個引人注目的提議，這需要開發能夠提供出色輸出適於壁掛或嵌入式的超低音。目前市場上提供的這類產品不足，需要真正能滿足這項技術需求的家庭劇院超低音。尺寸也是一個關鍵考慮因素，因為過高的嵌入式低音炮將使得在典型牆上安裝4、6或12個超低音發生困難。此外，整個房間內使用全音域揚聲器也能夠提供實際的好處，通過增加戰略有利位置的低音源可用性。值得注意的是，前牆明顯為最重要的區域，用於放置重要的低音源，使全音域主揚聲器成為無價的資產。因此，揚聲器設計和房間布局都必須經歷大幅變化，以最佳方式支持這種範式轉變。將超低音放在地板上靠近角落的傳統方法不再是最佳的選擇。特別是Trinnov系統從側牆低音源中獲得的益處有限。儘管它們可以使用，但它們並不是必需的。超低音的最佳位置是在前牆和後牆的25%和75%點之間間隔。許多人認為需要大型、笨重的超低音會妨礙實現高性能家庭劇院的目標。然而，有了這項技術，我們有機會將它們有效地隱藏在布幕和處理過後的後牆，從而提升性能和美感。隨著我們迎接這個新時代，我們站在揚聲器和家庭劇院設計方面的轉型先驅，重新塑造了沉浸式聲音體驗的可能性。

結論
總結來說，Trinnov WaveForming 技術的出現代表了家庭劇院設計和低頻模式控制方法的一次地震性變革。通過利用先進的演算法和複雜的訊號處理，這一突破性技術提供了對低頻聲音再現無與倫比的控制，其影響深遠而廣泛。它使我們能夠重新想像超低音的放置方式，鼓勵集成優化的壁掛或嵌入式超低音，以提供真正獨特的低音體驗。不再受限於傳統的超低音位置，我們可以在前牆和後牆上策略性地放置這些超低音，利用它們全體的力量（以及Trinnov 技術的力量）來實現出色的輸出和準確性。此外，這項技術與整個房間內分佈的全音域揚聲器之間的協同作用，可以在戰略位置解鎖豐富的音源，真正將聽眾包裹在一個豐富而迷人的聲音環境中。隨著我們接受這種轉變，揚聲器設計和房間布局都必須發生變革，以充分支持 Trinnov WaveForming。將超低音隱藏在布幕和後牆，不僅提升了性能，也提升了家庭劇院的美感。沉浸式音效體驗的未來在召喚，而 Trinnov WaveForming 技術的吸引力驅使玩家在自己的家庭劇院中擁抱這場革命。現在是踏上音頻卓越新時代的時候，讓每部電影、每場遊戲和每首音樂都帶來超越想像的深度和清晰度，其可能性只受限於玩家擁抱最尖端技術的執行意願。