使用Sonarworks和等响曲线对小型监听系统进行频响校准

2021-06-30内蒙古机场集团有限公司锡林浩特分公司秦敏恒

电子世界 2021年11期

内蒙古机场集团有限公司锡林浩特分公司秦敏恒

录音师和扩声调音师希望扬声器系统有较为平直的频响曲线，以更真实地反映出音乐本身的效果。而实际中频响曲线并非一条直线，这就需要对频响曲线进行校准。使用Sonarworks Reference 4对耳机的频响曲线进行校准，使用FCS 966型均衡器基于等响曲线对扬声器的频响曲线进行校准。校准后经过一些有经验的音响师、录音师和乐手对音质进行主观评测，得到了评测人的认可。

1 频响校准的基本概念和原理

频率响应在一定程度上表示扬声器系统对声音还原的能力。频响曲线越平直，说明扬声器系统对声音的还原越真实；频响曲线凹凸不平，说明扬声器系统对不同频率的声音有或高或低的增益，失真也越大。在录音和扩声的监听中，录音师和扩声调音师对音乐质量的把握与扬声器系统的频响曲线有直接的关系。一个平直的频响曲线可以更真实地反映出音乐本身的效果，而不平直的频响曲线则会产生较大的失真，干扰监听效果。因此录音师和扩声调音师希望扬声器系统有较为平直的频响曲线，以更真实地反映出音乐本身的效果。而实际中频响曲线并非一条直线，这就需要对频响曲线进行校准。

校准扬声器系统频响的主要方法是在扬声器和功放前加入均衡器。均衡器的作用是在频域上对20Hz至20000Hz各个频率上的电信号进行增益的改变，以实现改变扬声器系统频响的功能。最常用的31段均衡器采用1/3倍频程划分31个频率。但1/3倍频程的带宽在3dB以内是上限频率和下限频率连续覆盖，一旦超过3dB，则带宽会增大，即调整一个中心频率的增益，也会影响到另一个中心频率点所对应带宽的增益。如调整800Hz频点，在3dB以内对1000Hz频点所对应带宽的增益没有影响，而超过3dB，则会影响到1000Hz频点所对应带宽的增益。故对工作室某型号扬声器系统频响的校准选用恒定带宽的FCS 966型均衡器，对监听耳机的校准则直接采用Sonarworks Reference 4软件完成。

2 监听耳机的校准

Sonarworks Reference 4是一款专用的耳机频响校准软件，软件服务器上预置了大量型号的耳机的频响数据，使用时只需联网后选择对应的耳机型号，打开自动校准开关，软件即可根据所选的耳机型号自动对计算机输出的音频信号进行均衡处理。使用Sonarworks Reference 4对耳机频响进行校准，操作简便，精度高，可以得到准确的频响曲线，对于确保音乐制作过程中的监听质量有着重要的意义。

以森海塞尔Sennheiser HD 300耳机为例，Sonarworks Reference 4中选择“Before”可以看到校准前的频响曲线如图1所示。

图1 森海塞尔Sennheiser HD 300校准前的频响曲线

如果直接校准，则频响曲线会校准为一条直线，由一些有经验的音响师、录音师和乐手对音质进行主观评测，均表示高频分量较大而低频分量较小。为平衡高频分量和低频分量，校准方案选用Bass Boost +6dB和Tilt +3dB，经过校准后再进行音质主观评测，得到了评测人的一致好评。Sonarworks Reference 4中选择“Simulated After”可以看到校准后的频响曲线如图2所示。

图2 森海塞尔Sennheiser HD 300校准后的频响曲线

由于Sonarworks Reference 4的作用是对耳机的频响进行校准，而对扬声器系统的校准由31段均衡器完成。但由于Sonarworks Reference 4软件对计算机输出的音频信号进行了频率增益的改变，故需要在均衡器的低频和高频部分做相应的补偿，以尽可能还原原始效果，确保低音的贝斯声不忽高忽低，确保人声和乐器的高音不尖锐刺耳。选择“Calibration”可以看到软件对频率增益的具体调整方法，可以看出软件自动根据耳机的频响曲线进行了频率增益的反向调节，如图3所示。

图3 Sonarworks Reference 4对频率增益的具体调整方法

3 扬声器系统的校准

由于普通31段均衡器某一频率增益的调整超过3dB时Q值和带宽会改变，影响其他频率，故对扬声器系统的校准选用恒定Q值的FCS 966型31段均衡器。经过测试，FCS 966对某一频率增益的调整不会影响到其他频率带宽范围内的增益，即Q值和带宽恒定，如图4所示。

图4 FCS 966型均衡器和普通均衡器的带宽

使用FCS 966型31段均衡器的另一原因是FCS 966比普通均衡器具备更平滑的频率响应，如图5所示。

图5 普通均衡器和FCS 966型均衡器的频率响应

由于之前耳机的校准对计算机输出的音频信号进行了频率增益的改变，故对25Hz至200Hz之间的频率与Sonarworks Reference 4共同校准为+1.0dB（为的是留出LF调节的裕度，使LF的调节更灵活），对6300Hz至20000Hz之间的频率与Sonarworks Reference 4共同校准为0dB。对高低音采用这样的方案可以尽量还原原始音乐信号，减小失真。另外一个原因是FCS 966型均衡器具备高低音整体调节功能，用LF旋钮或HF旋钮可调整低音或高音的整体增益，在保证原始信号的前提下对低音和高音整体进行调节，效果较好，避免了贝斯声忽高忽低、人声和乐器的高音尖锐刺耳的问题。对FCS 966型均衡器高低音的调整方案如表1所示。

表1 FCS 966型均衡器高低音的调整方案

对250Hz至5000Hz的频率校准基于等响曲线。基本原理是播放各频率等电平正弦单音，在听音位置测量不同频率正弦单音的声压级，通过均衡器的调节，使实测声压级尽可能与等响曲线计算的理论声压级一致。

等响曲线采用Robinson和Dadson于1956年提出的模型，是人耳感觉到不同频率正弦单音取得相同响度时的声压级连成的曲线。在Robinson和Dadson的原始论文中给出了各频率正弦单音在相同声压级下的响度级的计算公式，根据这一公式可以反推算出各频率正弦单音在相同响度级时的理论声压级。Robinson和Dadson提出的等响曲线如图6所示。

图6 Robinson和Dadson提出的等响曲线

测试时声压级取太小则容易受到环境噪声的干扰，影响校准；取太大则容易损坏扬声器，且人耳不适感较强。故选用1000Hz正弦单音75dB为基准进行计算，a值、b值、c值取20岁的系数，不进行年龄误差修正。具体计算公式在原始论文中已给出，故此处不再赘述，仅列出计算结果。

测试音频使用Multi-Instrument 3.8软件中的信号发生器播放，采样参数设置为192kHz，声道设置为A&B，位数设置为16bit，波形设置为正弦波，输出振幅设置为0.995，如图7所示。

图7 播放测试音频界面

先播放200Hz正弦单音并调整到73.1dB，然后播放等电平其他频率的正弦单音，记录校准前实测声压级。每个频率结束时和示数波动较大时需停止音频，直到声压级低于仪器阈值后，再重新开始播放，播放停止至少两次，如果两次结果不一致，则需增加测试次数，以确保示数真实可靠。然后调整均衡器，再测量调整后的声压级，反复几遍，直到调整后的实测声压级与等响曲线公式计算的理论声压级基本一致。理论声压级、校准前实测声压级和校准后实测声压级如表2所示。