洞见 | 工厂设计师眼中的扬声器发展趋势

一直好奇工厂是怎么研发扬声器的，
出厂前要经历哪些步骤？
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探厂记录来了！

　　山姆·费恩(Sam Feine)是一位扬声器设计工程师，曾与多家主流的专业扬声器制造商以及音频公司合作。最近我们讨论了现代扬声器开发工作流程中的一些工作内容和趋势。

　　1 FIR滤波器

　　一直很好奇，新生产出来的扬声器上市之前如何为它们进行调音?在这个过程中会涉及哪些技术?

　　就真正的调音技术而言，不得不提的就是功能强大的FIR(Finite Impulse Response有限脉冲响应)滤波器。很多人提到“ FIR”就会想到线性相位均衡器，当然FIR能做到线性相位均衡，但不仅仅是这些。

　　费恩解释说：“FIR强大的原因之一是，一旦设置了FIR滤波器，基本上每个FIR卷积都会得到相同的结果。如果制造商推出FIR EQ预设，则意味着将其加载到每个品牌的DSP上结果都是一样的。

　　而不同制造商对Q的含义有不同的定义，这是IIR(Infinite Impulse Response无限脉冲响应)滤波器的普遍问题。但在滤波器长度相对较短的情况下，FIR通常无法对低频产生预期作用。因此，无论如何，都必须在低频段使用IIR滤波器来进行补充。一些制造商通常会在不同的DSP平台发布大量IIR预设库，因为平台之间的滤波形状略有不同。在不同的软件平台中创建所有这些预设并调整IIR系数，以使其在平台之间匹配是一项繁重的工作，非常耗时耗力。有一些软件可以使这一过程变得更轻松——Eclipse Audio FIR Designer软件很棒，我强烈推荐它——内置了不同的IIR定义，并且还可以在不同DSP平台定义之间进行转换。”

　　2 兼容性

　　在有方向性的中高频范围内，FIR的优势非常强大。当深入到最低频程时，将扬声器放在室内空间，则会对频响产生巨大影响。

　　费恩补充道：“尤其是在扬声器进行配对(立体声或与超低频)时，对它们影响更大。如果对这些扬声器进行调整，使它们之间具有相似的相位响应，那么情况会好一些。如果是来自不同制造商的扬声器，而它们在低频表现截然不同，那就会产生干扰。所以说，制造商会注意这一点，以确保产品线中的多个产品之间的兼容性更高。”

　　“还有一些制造商会花费多年时间尝试突破，确保顾客可以跨产品线配置系统。这种情况比较少见，确实很难做到，因为不同的产品线可能针对不同的用途。不过也有成功的例子，Adamson旗舰E系列针对的是大型的户外演出，而S系列要紧凑得多，但它们就被设计成为可以互相兼容补充的系统，甚至可用在同一线阵列。不得不承认，他们在塑波方面确实很厉害。”

　　3 出厂设置

　　有一个我一直觉得很疑惑的地方就是现场演出调试系统时，可以放入两个，三个，四个滤波器。但是，如果要在扬声器或功放预设中构建DSP，则只需一个滤波器来实现所需的整个频率响应。这是什么原理呢?

　　费恩告诉我：“制造商能够做到这一点非常强大。在开发过程中，当我们进行设计、试听和调试时，通常将传统的IIR滤波器叠加在“基于实验室曲线的” FIR之上。我们在调整扬声器时会使用IIR滤波器，因为它们很容易辨认。你可以查看曲线并确定哪些滤波器在做什么。但是，归根结底，对于最终产品，我们会将那些手动叠加的IIR直接内置到FIR中，并将它们卷积在一起，得到一个单独的滤波器。这就是内置在扬声器中或作为预设发布的东西。”

　　4 模拟软件

　　从某种意义上说，以上这些都是与终端用户无关的幕后事情。不过制造商确实向客户提供了其他工具，例如模拟软件。它可能是独立的模拟程序，也可能是需要在第三方模拟程序中使用的库文件。无论哪种方式，都可以使用户查看产品在实际中的交互结果。相比以前，这不再是一件奢侈的事情。

Adamson 声场模拟软件Blueprint AV工作界面

　　现在几乎所有的主流制造商都提供某种形式的模拟工具，这确实改变了我们现场部署扬声器的方式，现在我们可以进入现场直接告诉工人，这是吊挂高度，这是倾斜角度，如果扬声器安装正确，只需期待它们的出色表现。

　　费恩也表示赞同：“厂商提供的新工具非常精确，而且通常易于使用。不得不承认，很多时候人们不喜欢自己进行建模，但是你可以咨询主流制造商并与他们讨论。与我合作的制造商都有相应的应用程序团队。他们可以为你的场地推荐扬声器，有时他们还会帮你将所有扬声器都放入场地进行模拟预测。每个制造商在处理方式上都各有不同，但确实很有帮助。”

　　不过很多人没有意识到这一点——他们的思维惯性会告诉自己：制造商就是生产扬声器的，他们把扬声器放进箱子然后运送给你就完事了。往往忽略了他们也可以为你的项目提供支持，并帮助你找出最好的部署方式。

　　不过说到第三方行业标准模拟软件与制造商特定模拟软件时，费恩表示自己喜欢行业标准软件，“因为例如，一场演出配置了来自三个制造商的产品，我可以在一个模型中完成模拟和预测，这样就直观多了。”

　　不过对于我来说，使用特定品牌的软件，进入模拟预测，实际上可以将麦克风放置在虚拟空间中，模拟测量结果并调整测试中的系统，然后将这些滤波器和延时数据推送到真实的DSP上，这一点真的很棒。

　　除此之外，对于某些更高级的应用，你还可以运行一种算法来对每只扬声器进行优化，以更均匀地覆盖空间。当我第一次看到别人演示这个技术时，心里想的是：“这真是太高级了，我可能这辈子也弄不清楚这些原理。”

　　但事实是，如果你有一个很好的模拟预测软件，它并没有你想的那么复杂。而且，当你处于制造商自己的生态系统中时(从网络系统，到处理器，到功放，再到扬声器)，只需单击“开始”，所有与网络连接的处理器都将同步这些参数。

　　不过，将处理电子设备的系统与预测软件以及扬声器本身集成绑定在一起，通常意味着你被限定在同一制造商那里购买电子设备和扬声器。这可能会有点贵(不过带来的便利真是太值了!)

　　费恩总结说：“这似乎是当今行业发展的趋势。它减轻了现场人员的工作量，他们无需做很多深入的工作，还得到了更好的结果。带着一个无源两通道扬声器进入现场，并且必须弄清楚需要使用哪些滤波器，这基本上已经成为过去时。我们不再需要在功放机架中放置电子分频器，只需旋转旋钮，直到听起来满意为止。这些工作现在已经由制造商为我们完成，既可以在有源扬声器内部，也可以在扬声器预设中。如果你想了解整个系统我们能做的所有非常酷的事情，我们可能要聊一整天。”

　　他似乎想结束了，我赶忙接过话头：“我还想聊一聊系统保护。”

　　“如果你了解驱动扬声器的知识，那么你可以用一个尺寸合适的放大器进行有效的驱动。一些更高级的应用程序带有额外的传感器来跟踪驱动器的工作，例如，限制电压峰值，并使用该数据来限制偏移。这些限制器可以很好地保护扬声器。”

　　5 现代扬声器带来的变化

　　聊到这里我发现，我们正在脱离以前的工作模式，即“我必须给这个双通道扬声器进行校准，加上分频滤波器。”的思路已经过时了，现在PA工程师更多思考的是，“我需要一个设计合理的扬声器，它会保护自己，并且听起来很棒。”

　　现在，我们只需讨论它如何与其他扬声器相互作用，如何与空间相互作用以及如何获得所需的覆盖范围。而且，我们可以花更多的时间在演出上，而不是一直调试系统，加各种滤波器和限幅器来确保系统不会烧。