理想的波束塑形---Renkus-Heinz OmniBeam 波束引導演算法

作者：PSW Staff

原始文章

波束引導揚聲器專家系列 第三章

你是否曾走進一間擁有高天花板、玻璃牆或其他硬質建築表面的房間，嘗試進行對話或電話會議？

那感覺就像在回音室裡說話。這是因為聲音由壓力波組成，會在地板、牆壁、天花板或任何其他反射表面上反彈，隨著時間逐漸損失能量。

像是禮堂或交通樞紐這樣的混響空間，需要高度指向性的揚聲器（如波束引導陣列）來抵消混響，為聽眾提供卓越的音頻體驗。波束引導的實際應用在於，它創造了一種高度控制的聲學分佈，類似於機械曲線線性陣列，但體積更小，且以更具美感的柱形設計呈現，可巧妙地隱藏於視線中。然而，波束引導在業界被認為需要豐富的知識與時間才能獲得良好的結果。

這就是 OmniBeam 的出現之處。

波束引導的原理技術上來說，波束引導透過將聲音直接指向聽眾來提高直接聲能（相對於混響聲能），從而改善語音清晰度和音樂重現效果。波束引導涉及大量高等數學，包括離散傅立葉變換、積分、高級求和運算，以及一點神秘的魔法。但幸運的是，我們有計算機和數位訊號處理（DSP）來承擔這些複雜運算。

波束引導的目標是實現前後聽眾的聲音覆蓋一致性，也就是說，房間前排的人聽到的聲壓級（SPL）和語音清晰度，與後排的聽眾大致相同，即使距離超過 100 英尺（約 30 公尺）。要實現一致的覆蓋，需要將不同的波束指向觀眾的不同區域。

多波束的實現需要多個驅動單元，因此波束引導陣列通常配備 8 到 32 個甚至更多的驅動單元。每個驅動單元需要獨立的放大和 DSP 通道來進行引導。原因在於，不同頻率的聲波在傳播距離上表現不同，衰減速度也各異，因此每個驅動單元可能需要應用個別的高通濾波器（HPF）以維持覆蓋的一致性。

此外，波束引導對頻率範圍也有一定的限制。例如，柱形揚聲器的高度決定了它能控制垂直擴散的最低頻率。相反，驅動單元之間的間距決定了驅動單元陣列在更高頻率下是作為線聲源運作還是作為多個獨立聲源運作。間距越小，波束引導能影響的頻率越高。

這些考量因素可能導致需要大量的頻率調整和現場調試，對於系統整合商來說是一項挑戰。

OmniBeam 的獨特之處

Renkus-Heinz 正在透過 OmniBeam 改變波束引導被視為只適用於小眾應用、且需耗費大量知識與時間的觀念。這項新演算法是數十年可引導技術專業知識的結晶，取代了先前的「最佳擬合」演算法，現在能為 100% 的場地提供無與倫比的聲音和覆蓋效果，且所需的時間和知識比以往更少。

最初的波束引導模式基於波束引導設置：系統調試人員必須為每個離散的「恆定 λ（lambda）」波束進行定制配置，測量相對增益、高通濾波器頻率、波束大小以及聲學中心，並為生成一致的覆蓋範圍和頻率響應設置所需的多個波束。儘管此過程能提供卓越的定制化聲音，但對於缺乏經驗的人來說會耗費大量時間。

2015 年，Renkus-Heinz 為其可引導產品引入了新的模式，使用演算法取代恆定 λ 技術。他們推出的第一代計算與模擬程式 UniBeam，透過預測最佳擬合系統簡化了調試過程，無需用戶輸入即可生成適合大多數場地的推薦波束設置。增強的演算法能自動計算最佳波束設計、聲學中心和房間的聲壓分佈，快速提供可靠的結果。

雖然這一版本對約 85-90% 的場地提供了卓越的效果，但仍有 10% 的安裝需要額外的用戶輸入才能達到最佳結果。

雖然原始的 UniBeam 實現使可引導解決方案更易於使用，Renkus-Heinz 持續創新這項技術，致力於為 100% 的場地提供最佳效果，並讓波束引導變得更加簡單。全新的 OmniBeam 演算法是數十年可引導技術專業知識的結晶，也是公司確保每個場地都能享受卓越、便捷且毫無困難的聲音體驗的使命實現。

取代了先前的最佳擬合方法，新的 OmniBeam 演算法基於波束塑形而非波束引導。在新的 BeamWare 介面中，根據用戶定義的參數，自動創建理想的波束形狀。全新演算法為每個獨特的場地生成理想的 FIR 系數，提供比以往更快速、更優秀且更一致的結果，所需時間和知識更少。這使得聲音覆蓋能精準地調整至每個空間的幾何結構，提供最一致的前後排音效體驗。同樣重要的是，OmniBeam 讓整合商無論專業程度如何，每次都能以最少的努力獲得出色的結果。

Renkus-Heinz 的首席技術官 Ralph Heinz 對 OmniBeam 的開發起到了關鍵作用。他解釋道：「OmniBeam 背後的核心理念是為顧問和整合商節省時間。我們通過消除模擬和調試可引導陣列中的複雜計算，證明波束引導不僅適用於混響空間，還能像指向即用那樣簡單部署於更多場地。」

Renkus-Heinz 的產品經理 Brandon Heinz 談到了 OmniBeam 這個名字如何體現了這種理念。他說：「OmniBeam 是全能的，因為它適用於每個場地；它也是無所不在的，因為它提升了我們所有的可引導產品。最終目標是可及性——讓每個人都能為任何空間獲得定制化的聲音體驗。」

OmniBeam 的應用

OmniBeam 集成於 Renkus-Heinz 提供的免費 RHAON II 軟體中。開啟介面後，選擇合適的揚聲器並輸入房間的長度，然後按下「對齊觀眾區域」按鈕。一切就完成了——所有的波束引導計算、頻率調整和 FIR 濾波器計算都已處理好。如果眨眼，你可能會錯過這個過程。

你也可以通過拖動螢幕上的瞄準手柄來進行調整（誰不喜歡稍微微調一下呢？）。例如，想在前方提供更多能量，只需將手柄移動到需要的位置，覆蓋範圍就會隨之調整。而這就是全部。對於需要更細緻的波束控制，Renkus-Heinz 仍然提供高級控制選項供你使用。

儘管波束引導聽起來像是魔法，但它仍然必須遵守聲學物理的規則。不過，使用 Renkus-Heinz 的 OmniBeam，你可能會覺得自己在某種程度上「彎曲」了這些規則。

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關於 Renkus-Heinz

Renkus-Heinz, Inc. 創立於 1979 年，是專業揚聲器技術的領先製造商，也是數位可引導音柱領域的全球公認領導者。該公司以尖端創新和卓越的客戶服務聞名，為世界上最具聲望的專案提供頂級聲音解決方案。

其屢獲殊榮的產品組合包括 ICONYX Gen5 系列可引導音柱和 UBX 系列被動音柱揚聲器，適用於從表演藝術場館、交通樞紐和宗教場所，到教育、企業及政府設施的廣泛應用場景。

Renkus-Heinz 總部位於美國加州 Foothill Ranch，並在全球設有其他辦公地點。如需了解更多資訊，請造訪 www.renkus-heinz.com。