如何利用 DSP 和音訊校正打造身臨其境的聲音環境？

漢怡國際

如何利用 DSP 和音訊校正打造身臨其境的聲音環境？
全文譯自：CEpro.com


在音響整合領域，有許多工具可供使用，例如內建的自動校正功能與聲學設計服務，這些工具能幫助打造最佳的沉浸式音訊系統聲效。

音視訊（Audio、Video）產業對沉浸式音訊的追求已行之有年，如今終於迎來了屬於它的榮耀時刻。然而，挑戰在於，無論是設計沉浸式娛樂空間還是一般的音訊空間，都需要兼顧聲學、空間和美學的多重考量。這些因素讓家用音響整合專家難以決定系統整體效能設計與評估中最關鍵的部分。

2023 年 9 月，CEDIA（訂製電子設計與安裝協會）與消費技術協會（Consumer Technology Association）共同發布了《CEDIA/CTA-RP22：沉浸式音訊設計推薦實踐》。此指南概述了實現高性能沉浸式家庭音訊系統的標準，其原則同樣適用於 Hi-Fi 系統。

RP22 是一項重要的工具，涵蓋了創建最佳音訊體驗時所需考量的諸多要素。其中一個核心建議是：使用數位訊號處理（DSP）來優化系統性能，此標準的推出恰逢其時，因為許多在疫情期間升級家庭娛樂系統的用戶，現在正進一步透過影院等級的空間音效技術來增強體驗，實現更逼真的三維音效，根據一些估算，去年約有四分之三的家庭劇院（包括多用途娛樂空間）安裝了沉浸式音訊系統，顯示出市場對此需求的強勁增長。

創建沉浸式音訊時需要關注什麼？
RP22 的性能目標分為三大類：空間解析度、動態範圍和音色。每個類別下包含了影響沉浸式音訊系統整體質量的額外參數，例如：

• 室內過渡頻率以下的頻率響應。
• 座位間的一致性（包括低頻響應的一致性）。
• 室內低頻延展。
• LFE（低頻特效）聲道的總聲壓級（SPL）能力。
  

標準特別強調了低頻響應與座位間低頻變化這兩個需要特別注意的領域。這些領域挑戰較大，因為駐波和共振可能造成低頻響應高達 20 dB 或更多的變化，直接影響沉浸式音效的體驗。因此，管理低音揚聲器與空間的相互作用是提升系統整體性能的關鍵。

低頻表現的重要性不言而喻，研究顯示，聆聽者體驗的 30% 歸因於低頻效果。因此，在優化沉浸式音訊系統時，第一步應投資於擁有以下特性的硬體：

• 強大的動態範圍（功率處理能力、失真度、動態範圍和線性度）。
• 出色的低頻延展。
• 良好的聲波擴散性。
  

RP22 同樣強調，為了實現最佳的空間性能與音色，一致的揚聲器特性至關重要，然而，雖然理論上使用相同型號的揚聲器能改善音效，但實際條件通常無法允許，特別是在前置、中置、環繞聲甚至天花板揚聲器間採用同款設備。此外，揚聲器放置位置及早期反射的差異，往往會不可避免地降低系統的性能。

優化沉浸式音訊的低頻響應與環繞聲
為了應對沉浸式音訊中的低頻挑戰，RP22 認可具備「重新相位（rephasing）」或「重新計時（retiming）」能力的基於 DSP 的精準音訊校正方案的優勢。這些技術能實現不同揚聲器間的目標響應曲線，進一步提升空間解析度與音色。

雖然在沒有 DSP 的情況下，整合專家仍然可以達成良好的空間解析度與音色，但這通常需要額外支出，包括揚聲器、聲學處理材料和安裝人工成本。此外，這些額外設備的安裝空間在設計沉浸式音訊系統時可能有限，例如，整合專家可透過使用多個具備低頻能力的揚聲器（如多個低音揚聲器）來降低低頻的變化。這種方法通過不同方式激發空間模式，能改善理想聆聽位置的低頻響應。RP22 提供了多種低音揚聲器的布置建議，以實現更一致的低頻表現，但同時指出，最佳放置方式需通過反覆實驗確定，這過程可能相當耗時。

若要僅優化空間中單個座位的低頻響應，在沒有基於測量的優化工具輔助下同樣困難且耗時。因為不同的聆聽位置的低頻表現差異巨大。例如，靠近後牆的地方通常會產生誇張、渾濁的低頻，而其他位置可能則低頻不足。

如何利用音訊校正實現更好的低頻表現
針對均衡低頻響應和減少座位間差異，數位精準音訊校正方案提供了解決之道，無論低音揚聲器的放置如何。對於多個低音揚聲器的系統，基於測量的進階協同優化往往是唯一實用的方法。

以下是如何利用音訊校正技術改善低頻相關性能參數的說明：

1.室內過渡頻率以下的頻率響應：

• 空間校正軟體可將每個揚聲器的頻率響應優化至用戶定義的目標曲線。
• 在多低音揚聲器的沉浸式音訊系統中，單聲道優化並不能保證合併後的低頻響應能達到目標。在這種情況下，低頻控制軟體能幫助實現目標曲線。此後，像 Dirac Live Active Room Treatment 這樣的解決方案能進一步優化空間內聲波的傳播效果。
  

2.座位間的一致性（過渡頻率以下）：

• 傳統的單揚聲器空間校正系統無法改善座位間的低頻響應差異，只能優化平均響應（或選定位置的響應），但座位間的變化仍然存在。
• Dirac Live Bass Control 和 Dirac Live Active Room Treatment 這類解決方案通過優化多個揚聲器的綜合輸出，可能降低座位間的響應差異。
  

3.室內低頻延展：

• 傳統上，低頻延展由揚聲器特性決定。通常不建議通過單聲道優化或均衡（EQ）來延展低頻。然而，若用戶不計畫以最大音量聆聽，空間校正軟體可在一定程度上延展低頻，同時不增加失真的風險。
• 將揚聲器放置在牆邊通常能提升低頻延展，但可能導致更渾濁的低頻表現。然而，通過結合空間校正技術和靠牆放置的揚聲器，整合專家能同時實現低頻延展與緊致低音。
  

4.LFE（低頻特效）聲道的總聲壓級（SPL）能力：

• Dirac Live Bass Control 和 Dirac Live Active Room Treatment 提供的功能，能結合多個揚聲器（包括低音揚聲器和全頻揚聲器），以確保整個 LFE 頻率範圍內的聲壓級達到最大，並且所有揚聲器在 LFE 頻率範圍內的聲壓相加為正效應。
  

5.其他優化：

• DSP 解決方案與音訊校正技術還能處理 RP22 中的其他性能參數，例如避免駐波的低階共振點。這些技術還能改進許多與低頻無關的性能指標，例如揚聲器之間的極性一致性，以及早期反射相對於直達聲的比例，以提升沉浸式音訊與立體聲的表現。
  

結論
隨著沉浸式音訊系統的安裝需求增長，整合專家應遵循 RP22 的建議，結合 DSP 技術與音訊校正方案，以達到最佳效果。

Lars-Johan Brännmark 是 Dirac 的首席科學家。