這是我在2019年深圳國際音響展暨聲學樓十四周年年會上做的報告。對主觀評價在汽車音響系統中的套用進行簡單介紹。
自我介紹:
曾在松下從事藍光電影制作、哈曼國際軟件部門DSP、哈曼國際ASE部門主觀調音與聲學系統架構設計。現在哈曼國際從事專業音響/耳機聲學系統研發。
一、主觀評價的兩個基本緯度
音質音色比較簡單,稍微介紹一下空間印象。
空間印象俗稱聲場,但是此聲場非彼聲場,和聲學裏狹義上的聲場不同。
哈曼國際在聲音表現上的目標主要是為了現場的感受。對於空間印象而言,現場舞台表演和錄音室的舞台寬度Soundstage通常是60度。所以在汽車內,聲場感知寬度的目標同樣也是60度,前提是立體聲模式。
並且需要註意的是,盡可能同時確保不同聽音位都有比較好的聲場表現(All passenger模式)。
關於舞台寬度的還原,不但是哈曼國際的目標,也是很多高端客戶的需求。
不過值得註意的是,除了在二維方面滿足現場的舞台寬度,在三維上也要滿足舞台高度,尤其是低音的定位以及低音與高音定位的一致性。
寶馬740Li未調音狀態,中低頻由於低音單元和中音單元的位置,定位並不在駕駛員的目視高度。
需要調音使得低音與高音高度一致。很多人跟我說感覺中低頻應該是從腳底下出來的,這是由於長時間聽不標準的汽車音響系統所導致的,高品質的現場表演的低頻和中頻一定不是從下方發出的,而是前方。
與此同時,要保證音質音色和空間印象在以下情況均有相似和穩定的表現:
1.調節座椅位置和高度
2.人頭轉動
3.不同聽音位的表現
二、汽車音響的特殊性
車載音響系統的特殊性主要體現在以下幾點:
1.非標系統
2.無法進行AB對比和MUSHRA測試
3.非對稱系統
4.多聲道系統
非標系統則主要體現在以下幾點:
喇叭系統架構的不同
不同數量的喇叭對應不同的產品定位。
而不同種類的單元也對應了不同的客觀和主觀表現,需要不同的調音策略。
喇叭的位置不同
比較容易理解的是高音位置的不同,會透過HRTF影響聲像定位和音色。高音分別位於車門、A柱和IP所需要的調音策略和方法是不同。
值得註意的是,超重低音單元(低音炮)的安裝位置同樣非常重要,由於汽車內部不同的位置(底盤、Rear Deck、備胎位、扶手箱、後備箱側面)具有不同的剛性,即便相同的低音炮在不同位置也會因為汽車結構的不同而導致聲學效能的差異,需要有不同的調音策略和方法。
第三點則是因為不同汽車的結構不同
即便是非常相似的系統和完全相同的調音檔,在兩款容積和尺寸比較相似的車型上也會有截然不同的表現,尤其是在聲場上。
第四點則是由於內飾不同
基本是同一款車型,也會因為不同的內飾材料而導致聲音的差異。
綜上,由於汽車音響系統的種種特殊型,所以不存在標準系統。經常有人跟我講想做一套標準化的系統,但不論從聲學原理還是實際套用,都不存在標準化系統。哈曼國際及其前身從1936年從事車載電子至今沒有發現標準化系統的可能性,所有車載音響系統必須有相對應的設計和調音才能在特定的車型內達到最好的效果。
此外,不同的品牌在風格上略有差異。
車載音響系統的第二個特殊性體現在無法進行AB對比試聽和MUSHRA測試,其根本原因在於無法進行快速切換,一個人不可能在一個汽車內瞬間移動到另一個汽車內。所以需要調音師有極強的聽覺記憶能力,並且以參考聽音系統為評價尺度。
中文轉譯可能有些問題,實際上Reference Room是一套參考級聽音系統。
哈曼國際參考聽音室在全球範圍內一共有4個。
分別位於美國Novi、德國、日本名古屋和中國蘇州。我曾是中國蘇州Reference Room的負責人。哈曼國際專門從事主觀評價的Global Benchmark部門和專門從事主觀調音的ASE部門均以Reference Room為參照進行主觀評價。
除此之外,哈曼標準的車載音響系統的特殊性還體現在:
- 至少200左右段EQ,復雜的系統可能有1000段EQ
- 每個聲道均有特定的延時、Limiter、增益
- 幾十至數百個參數調節的混音邏輯。由於目前大部份音源均為立體聲,但車載音響屬於多聲道系統,所以需要特殊的混音邏輯進行預處理,包括中置聲道的處理和低頻管理等。
- 多種音效演算法,包括Logic7、QLS等環繞演算法。
- 需要數百至上千小時的主觀聽音。
以我個人經驗,由於這樣的復雜程度和特殊性,車載音響系統的調節是所有聲學產品內,調音和主觀評價要求最高的。
並且,主觀評價占到調音過程中的絕大部份。
但這裏並不是說客觀測試不重要,客觀數據是基礎,尤其對於低頻部份。只不過由於車載音響的特殊性和人耳對多聲道系統的聽覺特性,使得主觀評價尤為的重要。
多聲道系統與立體聲系統的區別
基於Floyd Toole博士的理論,由於人類對於直達聲和反射聲的人耳聽覺心理聲學特性,通常在房間內實測的SP頻響曲線不應該是平直和平滑的。
但依然有類似CEA2034A的標準可以在一定程度上量化立體聲音箱系統的音色表現。
而對於車載音響系統,頻響曲線同樣不應該是平直和平滑的,但原因則更加復雜:
1.虛擬聲像
2.聽覺視窗
3.掩蔽效應
4.雞尾酒會效應
雖然傳統的立體聲系統大多數聲像也是虛擬聲像,但至少Soundstage和感知生源寬度可以有立體聲音箱的位置大致確認和計算。
但是對於汽車音響而言,由於Soundstage的目標和實際音響單元的位置完全不同。所以相對平直的曲線有時會是image定位劣化,前提是不考慮演算法的情況下。
上圖中,綠色為實際單元位置,紅色為目標聲像位置。
第三點則是由於汽車內部的聲學環境所致,即便是位置相近的聽覺視窗內,一個聲道的頻響曲線也會有巨大變化,所以,單一聲道的頻響曲線平直本身就是一個偽命題,理論上是無法實作的。
與此同時,同一聲道在汽車內不同聽音位的頻響曲線也有著巨大的差異,如果在某一個位置將某一個聲道的頻響曲線條平,則很有可能導致其他位置頻響曲線進一步惡化。
以上兩張圖片均為未調音狀態的RAW DATA。
掩蔽效應和雞尾酒會效應則是常見的人耳聽覺心理聲學特性。
多個喇叭會在不同的頻段有著不同的相互掩蔽,這種掩蔽不僅包括頻域掩蔽,也包括時域掩蔽,因為不論是RAW DATA還是調音之後的聲音,每一個聲道到達每一個位置的延時都是不同的。
所以基於以上種種特性,最終的FSB頻響應該是類似於這樣的。
汽車音響音色的主觀評價
由於人耳聽覺的心理聲學特性,汽車音響的調音應該以主觀評價為主。
這裏最特殊的當屬中置音箱的調節。
前後兩組曲線是僅調節中置音箱0.2ms延時的頻響差異,可以說是微乎其微的。其實不只是頻響,其他常見的聲學指標也幾乎沒有差異。但是音質音色和中央虛擬聲像的表現差異是極其巨大的,尤其是聲像。這一點如果做過汽車音響調音的人應該不會陌生。
其原因主要是前文提到的雞尾酒會效應,由於單元尺寸、磁路、靈敏度、聽覺視窗曲線、混音邏輯和演算法等的不同,中置音箱的音色本身和其他聲道的差異很大,人耳聽覺會優先註重這個差異點。這種差異遠高於0.2ms/6.8cm的影響。
再考慮到對汽車內各個聽音位的均衡(All passenger mode),FSB總頻響應該是類似於這樣的曲線。
其中,100Hz左右的凹陷是為了均衡不同位置的低音表現。200~400Hz如果對於普通的藍芽音響和立體聲音響系統,可能會主觀上感覺人聲偏厚、突出。但由於我之前所講人耳聽覺的心理聲學特性,此時人主觀上不會覺得人聲中頻突出。如果執意把頻響調平,會導致人聲偏薄,適得其反。
於此同時,低頻部份相較於1kHz的突出,是為了掩蔽汽車NVH和行駛過程中的路噪、胎噪、風噪等問題。如果有ANC的車型也需要不同的策略和銜接演算法。
並且調音過程中,要考慮汽車量產裝配公差的影響,防止由於調音導致的異音等NVH問題。這需要對不同車型NVH的熟悉程度。
以上所有均為靜態調音的基本介紹,實際調音還要考慮SDVC(速度音量控制)、SDEC(速度EQ控制)。
汽車音響聲場的主觀評價
以下是一些常見的汽車音響聲場的問題,均需要透過調音解決。
聲音是很難透過問題描述的,我上述所講的一些最常見的基本問題,並不是特別容易理解。
對於聲場的精確評價(不同樂器的位置、寬度、距離)以及調音過程中克服聽覺適應和保持參考聽音系統準確的聽覺記憶的能力需要大量的聽音訓練。
由於LS/RS高音喇叭位置導致的聲場不對稱,想要均衡每個位置的聲場表現是很有難度的,因為他們往往是互相關聯的。
以我個人的經歷和我對全球範圍內全職主觀評價/調音工程師的了解,基本都需要半年~一年的訓練。
我個人從來沒有見過有人可以在沒有經驗的情況下,半年內完成上述調音評價和工作。
汽車音響聲場和音色的綜合評價
Klippel的實驗表明,人耳主觀評價中,音質和空間印象(聲場)的表現都非常重要,甚至聲場的表現要更重要一些。
我之前所講,汽車調音有幾百甚至上千個參數和1000~10000條曲線。
改變任何一個參數,均會導致聲音發生變化。但這種變化有時是相互矛盾的。
對某個參數調節,可能會使得某個位置的音質表現更好,但與此同時,該聽音位的聲場表現會變差。對某個參數調節,可能會使得某個位置的聲場表現更好,但與此同時,該聽音位的音質表現會變差。
前面講了,一輛高品質的車載音響系統通常有十幾個甚至幾十個聲道、音效演算法、混音、延時、limiter。這其實和調音台是很相似的,而不論如何調音,對於汽車音響系統這樣一個特殊的聲學系統,很難兩全其美。所以到底該擁有什麽,該舍棄什麽,如何權衡,我個人認為需要對音樂本身有比較深刻的理解。
就像我之前所說,一輛高品質汽車音響需要幾百上千個小時的調音,短短的半個小時無法講解全部。而且很多內容尚屬於公司機密,無法講解。而我所講的不過只是不到10%的比較基礎的部份。汽車音響國內起步較晚,希望能夠給各位帶來一點微小的幫助。