音響系統設定：為什麼低音分頻對齊至關重要

Alex Chen
2023年12月29日
讀畢需時 11 分鐘

12年前，我參加了一個雷鬼音樂節，我在控制台上睡著了，摧毀了一些低音喇叭。我之所以入睡，是因為我當時對如此長時間的工作毫無準備，而且沒有人可以接替我。我對低音喇叭被損壞的情況仍不是很清楚，但我認為這是因為限幅器設置不當，並且由於我當時在功率谷（power valley）混音以及交叉頻率對齊的問題，不小心超負荷驅動它們的結果。

為了避免重複這個錯誤，我將本文獻給了更多關於錯位影響的學習。低音音箱的交叉頻率對齊重要嗎？如果是的話，為什麼？

簡介

在現場活動中，最重要的事情之一就是低音。這推動了使人願意買票、應對交通和排隊一小時去看你的演出的動力和激情。此外，您已經為計劃音響系統並正確安裝它而努力奮鬥。您最不希望的是整晚都因對齊出錯而與混音作鬥爭。

您將在本文中發現的是，低音音箱的交叉頻率對齊對於一個令人興奮的演出不僅至關重要，還可以準確重現表演，保護設備和觀眾的健康，並避免惹惱鄰居。

什麼是低音音箱的交叉頻率對齊 (Crossover Alignment)？

低音音箱用於擴展和支持音響系統的工作範圍，以完全覆蓋整個人類聽覺範圍。儘管現代的全音頻揚聲器在技術上已經可以獨立完成所有工作，但低音音箱為現代音樂會音響和許多音樂劇和企業活動所需的重要功率和效率帶來了重要的層面。據我個人經驗觀察，觀眾可能不會注意到低音音箱缺失，但如果有低音音箱然後被拿走，他們肯定會注意到。

主音箱（也稱為全音頻揚聲器）和次音箱共用的交叉頻率範圍必須在時間和相位上對齊，以在預定的觀眾區域中實現總和效果。

更多信息，請參見《低音音箱是否需要時間對齊》。

低音音箱交叉頻率對齊真的有多重要？

“為了從您的系統獲得最佳性能，重要的是要優化系統的所有不同部分以一起正確工作。最簡單的形式，這是“時間對齊”的過程。這應該被視為系統成功部署的關鍵，就像揚聲器的放置和它們的散射角度一樣重要。”

Coda Audio，Time Alignment Guide LINUS Control v2.3

每次我發布有關這個主題的帖子時，似乎都會引起一些爭議。有些人甚至似乎對我如此強調它感到冒犯。

每次我問人們需要什麼幫助時，對齊、相位響應和低音音箱總是排在榜首。我選擇接受它並提供我所能提供的任何幫助。😊

我們知道，低音音箱對齊不是清單上最重要的事情。沒有電源就沒有演出。它也不是最不重要的事情，因為您的精確EQ對於Comb Filter的虛位亦不值一提。

我將提出一種簡單的思考方式：錢對分貝。$ = dB

想像一下，您已經購買了價值9,000美元的音響系統。如果我們同意主音箱和低音音箱之間的聲學交叉區域會影響操作範圍的九個總音程中的約一個八度，那麼對齊的價值約為1,000美元。這可能不會使我們破產，但我們也不希望把1,000美元留在桌子上。如果它不見了，我們會感到惋惜。

無論如何，這只是需要完成的眾多任務之一，但不值得過分關注，也不應該成為我們一天中耗時的重點。

有趣的是，根據L-Acoustics的基礎培訓，名為“系統和工作流程”，在最小的系統設置中，您學習的第一步是：

1. 加載正確的DSP預設。

2. 主-低音箱對齊（幾何）。

讓我們深入探討為什麼會這樣。

聲音性能

擁有良好的低音/高音對齊的最大好處是，頻率響應中不會出現任何缺口或峰值，或者有人說“我可以聽到貝斯手演奏的所有音符”。

來自Danley Sound Labs的Ivan Beaver

為了更好地了解這個主題，我聯繫了一些我尊敬的音響工程師，他們的回答中最常提到的目標是聲音性能。從製造商的角度來看，我猜他們最關心的是確保音響足夠大聲，為每個客戶提供他們支付的分貝，所以我很高興看到許多關於最小變異的回答。

“通過正確的對齊，可以實現混音中那些在交叉頻率區域過渡的樂器的一致性。這通常包括大提琴、直立貝斯和許多原聲樂器，以及合成器聲音。如果對齊不正確，那些樂器的音量將根據它們所演奏的音符而改變。”

來自d&b audiotechnik的Nick Malgieri

這就是最小變異音響系統的目標。它盡量不引起注意，並為觀眾中的每個人呈現相同的表演。這樣，觀眾中的每個人都能聽到藝術家、演講者和混音工程師的意圖。

值得注意的是，最小變異的音響系統有時與平坦的振幅響應聯繫在一起，但這些概念是獨立的。最小變異系統可以適應任何目標曲線，確保在整個觀眾中提供一致的音質。

過去，我錯誤地將平坦的振幅響應與所有情況下的理想目標曲線選擇聯繫在一起。然而，隨著時間的推移，我了解到目標曲線應該根據混響時間、音像的適當性和節目內容等因素進行修改。值得注意的是，一些著名的音響製造商使用了不同於平坦響應的默認目標。

以下是空白SoundVision設計中的默認目標，顯示在約60Hz左右有+12dB的增益。

低音值得如此關注嗎？

一開始，對低音的關注可能似乎不公平，但要考慮到我們聽覺變化最大的地方就在這裡。低頻聲音似乎變得更快更大聲（反之亦然）。

想像一下在具有強大低音的音響系統上混音樂隊。當你調整Kick和Bass的音量滑塊時，它們似乎比其他通道更有反應。這是因為你的聽覺對壓力差異更敏感。在1kHz處的10dB變化對於感知的音量加倍是主觀的，而在32Hz處僅5dB的變化就能達到相同的效果。

這是Merlijn van Veen的等响度计算器中的一個漂亮的圖形。需要注意的是，等响度曲线專門適用於純音。使用相同方法測試複雜音調是不切實際的。

注：這可能解釋了一些音箱製造商為什麼使用一個目標曲線，從1kHz到100Hz增加10dB。你需要增加10dB的壓力來保持感知的音量。

回到這裡更有趣的事情，我認為，那就是低音的變化速度。

這可能在另一個圖表上更容易看到。這是相同的信息，但以聲音強度和SPL表示。請注意，我們可以在1kHz處以10dB的增加獲得10 phon的提高，但我們也可以在32Hz處以僅5dB的增加獲得10 phon的提高。

這是Merlijn本人解釋我們為什麼對低音喇叭操作範圍的頂部比底部敏感8倍。

除了頻率響應之外，音響系統規格還包括受到低音對齊影響的各種其他參數。

正確的子音對齊帶來的最大好處之一是實現設計和校準目標，包括目標頻率響應（音色平衡在觀眾的任何地方都相同），系統的動態範圍和增益對反饋的匹配，以滿足製作的實時需求。

Vic Wagner，L-Acoustics

效率

大型活動在長距離上可能需要高SPL要求。它們的節目內容可能高度動態且具有高峰值因素。再加上操作範圍的低音需要大部分電放大能量，因此需要一個能夠仔細控制headroom的系統。

由於大量功率被推送到主音和低音的交叉區域，我們希望我們的系統被校準為最大限度地高效利用該能量。目標是在整個交叉區域實現最大的合成。

在這個來自SubAligner的示例圖中，您可以看到ULTRA-X40和750-LFC之間的粉紅色總和與黑色的最大可能目標相匹配。

不良的時間對齊和低音揚聲器的放置會導致更多的破壞性干擾和給定音響系統的輸出減少。

覆蓋率 Coverage

Overlap onto walls

音響系統設計的第一原則是將聲音放在人群所在的地方，而不是不在的地方。理想情況下，音響系統的設計應該完全符合觀众的聲音覆蓋範圍，同時避免舞台、牆壁和鄰居。

錯誤對齊的風險之一是不一致的空間系統響應。你可能會很好地設計你的系統，但對齊得很差，最終在你本來想要避免的目標位置產生了意想不到的波紋。這是我希望你意識到的風險，如果你選擇完全忽略對齊，那就是你不確定對齊的地方，你只是不知道在哪里。與其對齊在觀眾中，你最終可能會對齊到天花板。

對齊到天花板或重疊到牆壁有什麼問題？考慮一下，Niels Adelman-Larsen寫了一本關於125Hz八度帶的重要性以及控制其混響時間的書。影響混響時間的兩個最大因素是源的數量和其方向性。如果錯誤的對齊將不需要的聲音引導到牆壁和開放的麥克風，混響時間將會增加。

"事實上，PA系統發射到牆壁和天花板上的聲音越多，大廳的混響就會越多。"

Adelman-Larsen, Niels. Rock and Pop Venues. Cham, Switzerland, Springer Nature, 2021.

一個以125Hz為中心的八度帶= 88-177Hz。根據插入量的多寡，你的低音揚聲器交叉對齊在這個區域將起到更大或更小的作用。

為了更深入了解這一問題，請參見《為了最好的音樂會音效，保持低頻混響時間短》和《為什麼125 Hz頻帶如此重要》？

重疊到舞台上

“對齊不當最大的風險之一是“流氓”頻率，其散佈特性在開放麥克風的方向上更大聲。對於室內演出，它是指在反射表面（如牆壁和天花板）的方向上散佈特性更大聲的“流氓”頻率。這些間接聲音會導致聲音混濁、失去衝擊力，有時會在觀眾或混音位置產生消除。現在工程師正在試圖增強那些缺失的頻率（這是行不通的），這可能會使麥克風反饋變得更糟。”

Nick Malgieri, d&b audiotechnik

這是我之前沒有考慮到的一個重要因素，是影響反饋前增益的最大因素之一。我們仔細地將揚聲器放置和瞄準遠離舞台，部分原因是為了避免反饋。

如果你在建模軟件中進行了一些實驗，或者閱讀了《用於低音揚聲器對齊的測量麥克風放置完全指南》，你就知道當你調整主揚聲器和低音揚聲器之間的相位對齊，從而調整它們的總合葉片的位置時，舞台後方會出現鏡像效果。根據對齊的方式，這個後方葉片的位置可能直接進入你的開放式聲音麥克風。

以下是一個對齊到天花板的示例，以及其在後方的鏡像響應。

這是相同的設計，這次是對準了觀眾。

“良好計劃的低音炮放置和優化不僅將使觀眾受益，而且還將使表演者受益。”

混音位置的抵消

“除了意外地將聲音放入開放的麥克風和牆壁上，這可能會破壞您的演出外，實際損害某人的聽力風險可能更大。想像一下由未耦合的低音炮陣列創建的深層功率谷的經典情況。現在想像一下，您正在該山谷混音。如果您趕時間且不知道觀眾的情況，您可能會在前排將低音增加到不健康的水平，而在FOH仍然幾乎聽不到它。有地面的低音炮，您的劣勢會進一步加劇，因為前後比例極大。”

錯誤對齊的最大風險之一是對觀眾的聽覺健康造成不利影響，並超出噪音減少政策的限制。

Vic Wagner，L-Acoustics

這是我為一個研討會製作的YT視頻，試圖演示這種現象。

常見反對意見

“完美對齊是一種神話，因為它只能在單個位置成立。“

這是真的！但這也不是很有幫助。

對齊始終是一種妥協。在一個位置選擇對齊位置意味著其他位置將出現對齊不良的情況。完美的對齊（妥協）會在預期的覆蓋範圍內減少對齊不良。

像Merlijn van Veen的Sub Align計算器這樣的工具可以用來發現具有最大可能將大多數觀眾放入耦合區的對齊位置。

音質

”儘管期望整個場地的聲音水平保持一致是不切實際的（由於傳播損失），除非使用複雜的系統，否則可以期望在所有觀眾位置保持一致的音調是合理的。“

音質與音響性能和覆蓋範圍有關。這讓我想到最近一次我在戶外音樂會上犯的一個大錯誤，涉及到一個低音陣列的設計。我太專注於使低音音響系統的覆蓋範圍形狀與觀眾保持一致，而忽略了將其與主音響系統的覆蓋範圍形狀相匹配。主音響系統的覆蓋範圍比低音音響系統的覆蓋範圍更寬。在中間聽起來很好，但一旦走到次級音響系統覆蓋範圍停止的過渡區域，噢，那真是痛苦。

一個一般的理想設計目標是將觀眾形狀與主音響、低音音響以及它們之間的交叉區域相匹配。你可以與前兩者匹配得很好，但是忽略第三者可能會導致音質劇烈變化。

設備健康

讓我們回到我們的假想例子，即從功率谷（兩個合成葉狀部分的零點之間）混音。最壞的情況是，如果沒有監控系統健康狀況，你將不斷觸發限制器，疲勞電聲元件。如果使用功率不足的系統，可能會導致將控制台推入剪切點。這將導致損壞電子設備，或者火災風險，因為電線超出了其安全極限而加熱。

”我看到很多後期的日誌文件，我們的功率放大器報告交流電源電壓或頻率低報告，隨後是發電機關閉或更糟的情況。與工廠預設的軟件保護算法相關聯的保護電機過載或超出主入口電流的能力非常出色，但它們無法防止產品誤用或令客戶失望。“

Vic Wagner, L-Acoustics

影響

”不正確的對齊會導致所謂的時間抹消；不同音頻的聲音不會同時到達。這對於連續波來說可能是無聲的，但它會引起瞬態失真。“

作為聲音工程師，我們的工作是管理多個音源之間的關係。其中一個最大的挑戰是保持對齊，以使抵達聽眾的綜合脈衝響應不會混合和拉伸。儘管當主音響和低音音響不對齊時，你可能無法感知到分開的抵達，但整個系統可能缺乏影響力，而與完全對齊的系統相比，交叉區域的波動將聽起來像一個EQ問題。

這是如果你使用任何單一點對齊解決方案（例如聽取“交叉頻率”上的倒置正弦波）時可能遇到的風險之一。雖然在那一點你可能在相位上對齊，因此聽到了抵消聲音，但你可能在時間上相差了一整個週期或更多。

"假設主音箱和低音箱接收到相干的訊號，那麼在頻譜變異和瞬態響應方面，正確的時間對齊是必要的（假設觀眾在低音箱交叉區域從低音箱系統26和其他系統元件中接收到相似的音壓級別）。未對準將導致在頻譜交叉區域中的梳狀濾波以及低頻範圍中的瞬態響應模糊。考慮到第2節中提供的關於聲音質量與低音清晰度和準確性密切相關的證據，這肯定會影響聽覺體驗。

了解和管理室外活動的聲音暴露和噪音污染，AESTD1007.1.20-05"

忽視對齊校正的案例

“對於音響的校準，有人可能主張只要靠自己的耳朵就足夠了，因為觀眾最終也是用自己的耳朵來聆聽音樂的。”

有時候，音響的校準可能會出現問題，其中一個原因可能是由於不正確的校準引起的效應可能在某個位置聽起來很好。想象一下，你站在前台，正在聆聽音樂，試圖根據聽覺調整低音箱的延遲時間。當你嘗試不同的延遲設置時，你可能會發現其中一個設置導致了在某個共鳴區域的削減，同時在低音鼓的撞擊點上提供了一個良好的增強。對你來說，你已經做出了正確的選擇。不幸的是，這可能只是一個局部現象，損害了其他觀眾的聽覺響應，而且可能會在以後的音樂表演中出現意想不到的系統響應後果，因為節目內容可能不完全與你的測試音軌相符。

結論

本文強調了低音箱交叉校準的重要性，因為它可以用來打造令人興奮的音樂表演，忠實地呈現表演，保護設備和觀眾，並防止干擾當地的噪音限制。

這並不是一個需要過分關注的問題，但它應該納入每個音響系統的校準流程中，無論是大型還是小型。您可以在SubAligner上了解更多關於如何節省低音箱校準時間的信息。

參考資料

Hill, A. D. J., Hawksford, M. A. O., Rosenthal, A. D. P., & Gand, G. (2010年5月). "Subwoofer Positioning, Orientation, and Calibration for Large-Scale Sound Reinforcement." Paper 7971.
Hill, A. D. J. (2018年5月). "Live Sound Subwoofer System Performance Quantification." Paper 9925.
Bävholm, Dan 和 Johny Grenander. "Delay alignment of top- and sub loudspeaker systems; a survey of new and old methods." (2010).

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