強調技術,強化影音實踐

不斷深化中國影音行業技術化、專業化與國際化發展進程

文/編輯部

2008年7月我們成功舉行了THX HT1認證工程師的培訓并引起整個業界的強烈反響后,12月4、5日及6、7日,《家庭影院技術》雜志與www.tuncbp.live(影音中國)網站聯手再次舉行了更為高端的HT2培訓。這是在美國本土以外首次進行的THX HT2課程培訓。為保證課程質量,每場培訓均有名額限制,同時也調用了大量測量儀器與影音器材讓學員進行現場實操。

通過兩天的學習,我們進一步清晰了家庭影院的規范與要求,對于技術有了更深入的了解。經過實際的操作,我們更深入地掌握了家庭影院的調整技巧,特別是對于駐波的處理、放大器的測試、低音音箱的設置及房間EQ的應用等方面,有了新的收獲,對于影院的系統設計有了更全面的認識與實操能力。

通過THX TH2的培訓,讓我們有能力更加熟練與輕松地解決影院遇到的各種問題,可以使影院設計得更加科學與精準。對于中國家庭影院的系統設計水準的提高,本次培訓的確具有很好的促進作用與深遠的意義。

執行主編:汪杰

THX家庭影院2級工程師課程作為高階的家庭影院設計的培訓,與1級課程相比,不僅同樣具備理論知識的講授,更為重要的是,擁有動手操作的部分,讓各位學員能更近距離地深入認識家庭影院的設計精髓。正所謂真理來自于實踐,許多學員也是沖著這一點來參加本次專業培訓的。

整個培訓課程分為兩天,第一天(Day1)首先對THX家庭影院1級課程的相關理論知識進行簡單地回顧,然后細化與深入家庭影院設計當中的每一個環,讓學員尋找并提出自己還存在疑問的部分。John.Dahl則在授課的過程一直貫穿這些疑問來進行細致的講解,希望能給學員更深刻的理解。這種師生互動的教學方式,深受各位學員的歡迎,使得課堂氣氛相當熱烈,仿佛讓大家又回到了久違的學堂時代。

第二天為本次培訓課程的精華部分,John.Dahl帶動每位學員進入家庭影院的實際操作設計的環節。John.Dahl將整個培訓班分為幾組,每一組配備一臺顯示設備、一臺DVD信號源、一只書架箱、一只超低音音箱以及一套AV放大器。學員們需通過專業的測試儀器,包括信號發生器、信號測試碟、聲壓計、萬用表、阻抗表、相位儀、頻譜分析儀等,利用這套簡單的AV設備,進行相關的系統連接、系統設置、系統檢驗與系統調試。最后,課程還簡單地涉及了使用EQ均衡器調節房間頻率響應曲線的方法,并通過PMI專業的聲學設計系統進行相關的測試,讓每一位學員都感受到了高層次的家庭影院設計的知識,獲益良多。

THX家庭影院2級兩個班的學員大合照

THX家庭影院2級課程理論部分

1.  家庭影院設計的參考標準

在THX家庭影院2級課程之初,THX的培訓總監John.Dahl向各位學員強調了家庭影院設計的參考標準不是你家附近的普通電影院,而是電影公司的審片室或者電影后期工作室,因為這些審片室和電影后期工作室均具備了高素質的國際標準以及相當出色的工業設計標準。

這是標準的電影后期工作室的平面圖,它包括前方三只銀幕音箱(左、中、右)、三組環繞聲場(左方、右方、后方)以及具備低音管理的超低音音箱。所有的座位都面對著銀幕,同時都具備良好的視線和聲音,銀幕的寬度等于0.93倍的座位與銀幕之間的距離(45°的可視角度)

這是標準的THX推薦的家庭影院平面圖,由三只銀幕音箱、三路環繞聲道以及超低音音箱組成的音響系統。所有的座位都面對著屏幕,同時具備良好的視線,觀看的水平視角大約為28°-52°(40°最佳),而屏幕的實際尺寸還取決于其他多種因素

由FLOYDE.TOOLE編寫的《SOUND REPRODUCTION》是一本最新的關于音箱和房間聲學設計的頂級參考書,它里面糾正了經典聲學理論方面的部分錯誤,可謂新時代關于聲學設計的一本重要的參考資料

要成為一個優秀的家庭影院認證工程師,就必須擁有一對靈敏的耳朵,在THX培訓的課堂上,John.Dahl為我們介紹了一本專門鍛煉聽力的由音響大師F.Alton.Everest編寫的《Critical Listening Skills For Audio Professionals》

2.  家庭影院的音頻性能標準

為了讓各位學員更好地掌握家庭影院設計的核心,John.Dahl強調了THX推薦的家庭影院的音頻性能標準,并希望學員們在設計家庭影院的時候,必須根據這八項標準來進行。

       Dialog clarity and articulation 對白清晰度和準確度

       Precise sound localization 精確的聲音定位

      Smooth sound movement 平滑的聲像移動

       Spacious surround 極具空間感的環繞聲場

        Smooth tonal balance 平衡的音色

      Tight bass 快速緊湊的低頻表現

        Full dynamics 寬廣的動態范圍

       Every seat a good seat 每個位置都是皇帝位

3.  房間設計(Room Design)

房間設計作為家庭影院設計最關鍵的環節,THX家庭影院2級課程進行了深入淺出的探討,包括形狀與尺寸(Shape and Size)、反射聲的控制(Reflected Sound Control)、處理駐波(Standing Waves Control)、隔聲(Sound Isolation)等方面。

 形狀與尺寸(Shape and Size)

THX認為長方形的房間是設計家庭影院最佳的選擇,雖然其他形狀的房間也能設計,但很難對房間內的各種聲學參數進行預測和控制,因此長方形的房間是最好的選擇。在這么多種形狀的房間中,正方形的房間最不理想,而圓形和橢圓形在設計時相當復雜。

房間長邊與短邊的比例以1.3:1為最好,而房間的朝向要以房間的長邊方向為基準。

反射聲的控制(Reflected Sound Control)

由于聲音的發射會導致聲像的模糊,同時窄帶梳狀濾波器效應會導致不平坦的頻譜響應。

房間反射聲示意圖

因此,有必要對反射聲進行控制。反射聲的控制包括吸收和擴散兩種,吸聲體和擴散體需要混合來使用。吸收方面可以選擇玻璃纖維、高密度海綿、簾幕等,特別強調的一點是,不要過度吸收(過度吸收會降低環繞聲的包圍感)。而在低頻吸收方面,可以選擇木質的穿孔板以及低頻吸音體。每塊墻面約25%的面積均勻分布吸音體,目標的混響時間大概在0.3s左右。

木質的穿孔板

低頻吸音體

三種不同的聲學處理材料

而在擴散方面,擴散的材料包括聲學擴散板、裝飾柱、裝飾檐、高浮雕柜等,墻面25%的面積安裝寬頻帶擴散體并間隔安裝吸聲板。擴散體能使聲場分布更加均勻。

二維擴散體能使入射聲波形成扇面擴散,用于房間側墻的前半部分,對前置揚聲器發出的聲波進行擴散

三維擴散體使聲波產生球面擴散,在房間的后部使用,用于擴散環繞揚聲器發出的聲波

另外,顫動回聲的控制也同樣采用吸收和擴散的方式。

控制顫動回聲的方式

控制振動和共振(Vibration Control and Rattles)

共振現象是由聲學或者物理接觸引起的,松動的燈具、家具和門都可能會產生共振。解決共振的方法,主要是將揚聲器與房間本體隔離、在共振體的表面增強彈性物體等。檢查共振可以使用信號發生器播放20Hz-1kHz的掃描信號,仔細聆聽所有發出共振的物體位置。

處理駐波(Standing Waves Control)

駐波是一種不可避免的房間問題,所有房間都會產生駐波,駐波的疊加與否和房間各邊的比例密切相關,駐波共振強度取決于墻壁材料的密度和硬度。它會帶來共振現象,引起不平坦的房間頻率響應。同時由駐波產生的問題,多數會出現在30-200Hz的頻率區間。

這是房間駐波模態的衰減樣圖,從圖中可以發現部分頻率出現衰減時間過長的現象

由房間聲學建模軟件CARA所建立的房間駐波模態衰減圖

駐波是無法被完全消除的,只能盡量進行控制?梢酝ㄟ^以下的幾項措施盡量減低駐波:1. 改變房間某一邊或者更多邊的尺寸,盡可能地減少共振頻率疊加的可能性,目標是更均勻的模態分布(共振頻率間隔>5%)。2. 改變超低音的位置——驅動駐波的原始聲學相位發聲反轉而降低共振頻率。3. 改變座位的位置——使觀眾遠離駐波的波峰和波谷。4. 使用低頻吸聲材料或建造吸聲墻。5.使用均衡器進行調整。

面對駐波,首先要確定房間的尺寸,確定共振的頻率,找出1-4次諧波的波谷位置。另外還可以通過一些軟件進行分析與計算,包括RPG Room Optimizer、CARA、THX Room Mode Calc、Stereophile Guide to Home Theatre以及PMI modeling program等。

PMI modeling program分析并計算房間中的駐波

 處理房間中的駐波問題,可以采用薄板共振吸音、亥霍姆茲共振腔以及彈性減力墻三種方式。薄板共振吸音是特別針對問題頻率而設計的,有效的工作頻段在50-150Hz,將低頻吸音體放在低頻聲壓較高的區域將增大吸收效率。亥霍姆茲共振腔也是專門針對問題頻率來設計的,最低工作頻率為80Hz,吸收量取決于開孔尺寸。彈性減力墻則是一種相當不錯的方式,它對低頻的發射較弱,低頻聲能被PAC RSIC橡膠隔離器所吸收,同時還能起到隔聲的作用。

采用薄板共振吸音的方式處理房間駐波

采用亥霍姆茲共振腔的方式處理房間駐波

擁有PAC RSIC橡膠隔離器的彈性減力墻既能起到減低房間駐波的問題,同時還可起到隔聲的作用

 隔聲(Sound Isolation)

一個好的家庭影院必須要有良好的隔音環境,為了得到更好的聽音效果,必須具備相當低的背景噪聲。理想的家庭影院的背景噪聲曲線在NC-25以下。

NC曲線群圖,主要針對的是房間的背景噪聲

測試房間內的背景噪聲,需要使用頻譜分析儀,通過低噪音的測試麥克風進行測試,使用時間和空間平均值的算法以及NC計權。在房間的噪聲方面,最為突出的問題就是空調的噪聲問題,通過使用大口徑的通風管道能有效地降低空氣的流速、采用彎角較多的加長通風管道以增強流程以及使用空調消聲器等來解決問題。

4. 座椅(Seating)

座椅是家庭影院系統的其中一環,需要注意以下幾點:靠背不能擋住環繞聲音箱;數量要剛好適合房間的布局,切勿過多;放置在房間中音質和畫質最好的位置;擁有舒適的坐感。

5. 視頻系統(Video System)

目前在家庭影院方面的視頻系統,主要需要考慮的是采用哪一類型的家庭影院顯示設備(CRT、LCD、DLP、LCoS),最好的是選擇低噪聲的投影機,同時將投影機安裝在特制的通風箱內、吊頂里面或者單獨的放映室內。若是采用完全隔離的設計,那么在投影機的光學鏡頭前必須使用低反射玻璃透鏡。

在視聽室內光學條件良好的情況下,在投影幕的選擇方面,白幕依然是最佳的選擇。而帶增益的投影幕會減低離軸的光線強度。

在屏幕尺寸的選擇上,觀看16:9高清電視節目時,水平視角最小為28º,最理想的水平視角為40º;在家觀賞2.35:1的電影節目的理想水平視角是52º。

銀幕的高度應該控制在垂直視角<15º的位置上

投影機的位置應該讓鏡頭的光學軸線指向銀幕的正中心

6. 音頻系統(Audio System)

音頻系統的設計,首先要注意音頻設備和音箱的擺放。擺放音頻設備時,應注意將工作噪聲很大的設備遠離觀眾區域。而音箱的擺位則要注意與畫面的銜接度、房間的反射、駐波和水平寬度、人耳高度等多個方面,通過計算機聲學建模分析、在房間內使用儀器測量、主觀聽音三個途徑來尋找揚聲器擺放的最佳位置。另外也需要注意揚聲器的指向是否正確,如前置揚聲器指向聽音區域和環繞揚聲器指向房間等。

如果LCR無法排成一條直線,那么垂直高度差應控制在60cm內(垂直角度<10°)

左右揚聲器的夾角為45º,在立體聲結像和多聲道分離效果間取得平衡

通過超低音音箱的擺位來降低低頻駐波的影響,所有超低音揚聲器以同相方式串接,超低音揚聲器均勻地驅動駐波的+/-區域,可降低駐波的共振強度

這是針對電影節目的音箱擺放,左右揚聲器之間的夾角是45º,C的高度與L/R相同,側環繞揚聲器放在觀眾的側方,后環繞揚聲器放在觀眾后方

THX家庭影院2級課程操作部分

動手進行實際的調試與操作是THX家庭影院2級課程第二日的重要內容。通過信號發生器、信號測試碟、聲壓計、萬用表、阻抗表、相位儀、頻譜分析儀等設備對家庭影院的相關設備、擺位等方面進行調整。

小巧的、攜帶方便的數字示波器

高靈敏度的收音麥克風

小巧的粉紅噪聲發生器

2.  系統設置(System Setup)

在對所有設備進行正確連接之后,就要進入解碼器菜單的設置階段,包括正確分配各聲道、所有附加的聲場處理模式全部關閉、時間同步調整、低音管理、分頻點的設置、低頻限幅的設定、聲道電平微調全部設置為0、設置LFE電平、Dialnorm(對白歸一)設置為27、Auto EQ關閉。

在關閉所有附加聲場處理模式后,只剩下純Dolby Digital解碼模式,播放功放/解碼器內部的中置聲道粉紅測試噪音,調整主音量,直到聲壓表慢檔讀數為75dBC;蛘卟シ磐獠0dBr(-20dBfs)1kHz的測試信號,調整主音量,直到聲壓表慢檔讀數為85dBA。以中置聲道為參考校準其他聲道的輸出電平。

在超低音揚聲器的設定方面,應該選擇固定增益或者THX檔,分頻點設置在直通或者設置在最高的頻率位置上,將相位初步設置在“+”或者相位0°。

John.Dahl為各位學員熱情講解

3.  系統檢驗(System Verification)

系統檢驗首先確認信號的輸出和電平,使用毫伏表和萬用電表,檢查功放輸出端的交流電壓,播放1kHz、-20dBfs信號的時候,輸出電平為2.6V。超低音線路輸出的交流電壓,在播放1kHz、-20dBfs信號的時候,輸出電平為2.6V。

在功放揚聲器輸出端測試電壓頻率響應曲線,可以通過播放掃頻信號,使用萬用表測試;或者播放粉紅測試噪音,用RTA表測試來實現。如果需要高精度的話,還可以選用電腦顯示的頻譜分析儀,它在200Hz以下頻段的精度最小為1/12倍頻程,能夠配合麥克風多路混合器一起使用,能生成報告,方便用戶的設計。

通過萬用電表歐姆檔來測試直流電阻,如果發現測試值大于0.2W,將視為不理想。接著還需要進行系統交流聲、放大器振蕩等方面的檢測。

音箱的相位問題,是目前多數問題系統的癥狀所在,可以通過使用20Hz-2kHz的正弦波信號發生器配合相位測試儀進行相位調整。然后仔細聆聽不同聲道之間的幻想結像的效果,確保各聲道音箱的擺位正確。

最后再進行房間聲學處理是否正確的檢驗,如檢查吸聲材料的厚度、面積和墻面上的具體吸聲點、檢查墻面上反射區域的位置、檢查擴散體的深度、面積和擴散的角度是否正確等等。

John.Dahl用不同類型的音箱進行環繞音箱指向與覆蓋范圍的特性測試

通過正弦波發生器和相位校正器進行音箱相位的測試與調試工作

學員通過萬用電表對音響線和信號線進行阻抗的測量

John.Dahl通過正弦波發生器連接超低音音箱進行房間駐波的測試

4. 系統調試(System Calibration)

在系統調試的環節,首先要對前置音箱、超低音音箱、環繞聲音箱進行相應的安裝與調試工作,之后再進行電平和頻率相應的校準。在電平校準方面,使用功放/解碼器自帶的測試噪音或者參考測試碟提供的中頻粉紅測試噪音信號,聲壓表選在慢檔/C計權,校準每個聲道的輸出聲壓級為75dB,聲壓表離開人體約一只手臂的距離。而在LFE聲道方面,必須確認LFE的增益是正確的,而不是-10dB。

在頻率響應方面,使用RTA測試儀進行測試,頻率響應可以通過揚聲器的位置調整和房間聲學處理來優化。若要使用Equalize 均衡器,該均衡器必須支持空間的平均值算法。在校正主聲道時,2kHz以下的頻段1/3倍頻程的精度即可,而在校正200Hz以下的頻段時,需使用1/6倍頻程精度或者更好的參數型均衡器。在EQ測試校準的時候,使用麥克風多路混合器在主聽音區域設置4個麥克風,測試麥克風固定在入座后人耳的高度,將麥克風指向前置揚聲器。如果沒有麥克風多路混合器,請在四個地點分別測試,然后取平均值。

John.Dahl向學員們展示如何使用PMI系統進行房間的EQ均衡

學員們正通過專業的軟件進行房間的EQ均衡處理

家庭影院均衡處理的要求:

最少要處理四個聲道(L/C/R/Sub)

處理L/C/R三個聲道的均衡器只需要1/3倍頻程精度(固定Q值、+/-6dB 可調范圍、信噪比高)

 處理超低音聲道的均衡器精度≥1/6倍頻程

 粉紅測試噪音信號,20Hz-20kHz,每個聲道可以單獨切換

 RTA測試儀采用20秒時間平均值取樣,能夠對從測試麥克風多路混合器傳送過來的4個或者更多的讀數取平均值,低頻信號的測試精度≥1/12倍頻程

如果學員們對EQ均衡器的調整有更深入了解的需求,可以參加THX其他關于EQ的研究課程。

本次THX培訓活動鳴謝單位(排名不分先后)

SONY(中國)有限公司,雅馬哈樂器音響(中國)投資有限公司,樂燊音響有限公司,三菱電機空調影像設備(上海)有限公司,安橋(中國)有限公司,廣州美視晶瑩銀幕有限公司,萬利達集團有限公司,力高音響中心,富盛音響

 

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