聲學(xué)專家Pat Brown將給讀者講解如何在不使用電腦的情況下進(jìn)行聲學(xué)測量錄音，同時獲取更有效的數(shù)據(jù)。其中將對脈沖響應(yīng)、卷積、可聽化和反卷積等概念進(jìn)行講解。

　　我們很難用言語準(zhǔn)確描述事物的聲效是怎樣的。聲效是含糊而主觀的事物，人們對聲效的評估往往各不相同。一方面，聲音和聽覺直接掛鉤，人體的聽覺處理是音頻技術(shù)人員最強(qiáng)有力的工具。另一方面，各種測量系統(tǒng)能提供大量診斷數(shù)據(jù)，但是干巴巴的數(shù)據(jù)很難直接說明聲效的意義。因此，把人體聽覺和外部測量工具結(jié)合起來，采二者之長，對聲效評估工作來說非常重要。

　　“卷積和可聽化”過程讓人們通過耳朵聽音來評估測量數(shù)據(jù)。我在進(jìn)行卷積和可聽化處理時，要先把系統(tǒng)脈沖響應(yīng)(IR)保存為.wav格式的文件。有些測量應(yīng)用默認(rèn)使用wave格式的文件，即使不是，一般都能手動把數(shù)據(jù)導(dǎo)出為wave文件。保存后，我在SoundForge™光盤鏡像軟件里對IR進(jìn)行后期處理，聽聽IR數(shù)據(jù)和音樂或語音揉合之后的效果。

　　Required tools are a stereo mic, a program source and a recorder.

　　需要的工具：立體聲話筒，節(jié)目音源和錄音機(jī)。

　　當(dāng)然，這些操作都需要先準(zhǔn)備個人電腦?？扇绻獪y量不同的聽音位置，使用個人電腦操作就很麻煩了。電腦測量不但需要耗費(fèi)大量設(shè)置時間，還要準(zhǔn)備很長的電纜、接口箱等等。

　　說起來好笑，因?yàn)閭€人電腦功能太強(qiáng)大，收集系統(tǒng)IR數(shù)據(jù)反而不是非用電腦不可。本篇技術(shù)文章將告訴大家，如何在不使用個人電腦的情況下收集系統(tǒng)IR信息，以及如何進(jìn)行數(shù)據(jù)的后期處理、評估和聽音。

　　脈沖響應(yīng)

　　脈沖響應(yīng)(IR)無疑是最重要的聲學(xué)測量方法了。它也是最古老的一種方法，具體包括拍手聲、充氣氣球爆破聲、手槍開火聲等等。脈沖響應(yīng)蘊(yùn)含了很多聲音系統(tǒng)和聲學(xué)環(huán)境信息。原理很簡單——房間對你的拍手聲產(chǎn)生的效用，同樣作用于你的聲音，或者同一個房間同一個地點(diǎn)演奏著的樂器?？梢哉f，IR就是房間對聲音產(chǎn)生的“獨(dú)特作用”。一旦采集到聽音位置的IR數(shù)據(jù)，就可以分析得出房間的早期反射聲場、晚期反射聲場和散射聲場的信息。如果使用音響系統(tǒng)來激勵房間，那么IR還會包含揚(yáng)聲器的響應(yīng)和整體性能等信息，因?yàn)樗c語音清晰度和音樂清晰度等因素相關(guān)。簡而言之，房間中特定聽音位置的IR包含了該位置可“聽”到的大多數(shù)系統(tǒng)/房間特性。

　　圖1 – 測量鏈路圖

　　很多編輯器(比如SoundForge™和Cool Edit™)都能對兩個wave文件進(jìn)行卷積操作。所謂卷積，就是用一個文件(時間或頻率數(shù)據(jù))對另一個文件(時間或頻率數(shù)據(jù))進(jìn)行編碼，使之具有前者的特性。比方說，有一個干聲節(jié)目音源素材，還有一個房間IR數(shù)據(jù)文件，那么進(jìn)行卷積操作后，我們就能得到該干聲節(jié)目音源加上現(xiàn)場特定聽音位置的聲學(xué)特性之后的聽音效果。對IR和干聲節(jié)目音源材料進(jìn)行卷積操作，然后聽效果，這一整個過程被稱作“可聽化”。理想狀態(tài)下，IR應(yīng)該是雙聲道(立體聲話筒的兩個通道)的文件。其中包含了很多位置信息，聽音者根據(jù)已精準(zhǔn)判斷聲音所處的三維空間位置。可聽化具有以下突出優(yōu)點(diǎn)：

　　•無須對講話人或音樂家進(jìn)行實(shí)地錄音，就能評估語音或音樂效果。

　　•可以通過修改IR來模擬房間聲學(xué)變化。可聽化能模擬這種變化引起的效果。

　　•比錄音擁有更好的信噪比。如果IR收集不受噪聲干擾，可聽化會得到比實(shí)地錄音更低的底噪。

　　•IR是某個特定聽音位置，房間/系統(tǒng)響應(yīng)的完整記錄。因此，將來發(fā)展出更好的算法，還能再加工IR。

　　無論使用什么測量平臺，采集恰當(dāng)?shù)腎R應(yīng)該具備如下特征：

　　•1. 以dB為縱坐標(biāo)展示時，數(shù)據(jù)應(yīng)該從左上角到右下角填充屏幕。

　　•2. 必須測量系統(tǒng)的完全衰減，所以不可截?cái)嗨p拖尾。

　　•3. 可聽化需要良好的信噪比。我要求至少90dB的動態(tài)范圍，然后看著衰減能量從高到低衰減到-80至-90 dBFS的本底噪聲(如下圖所示)。

　　不使用電腦收集IR數(shù)據(jù)

　　反卷積是卷積的反向操作。首先在房間播放某個已知的激勵信號，然后對其引起的響應(yīng)進(jìn)行錄音。這兩份文件之間的差別即為IR(脈沖響應(yīng))，即聲音從音源傳遞到接收器的過程中，房間/系統(tǒng)對聲音產(chǎn)生的作用。獲取IR的其中一種方法是進(jìn)行復(fù)雜的反卷積數(shù)學(xué)運(yùn)算。有不少軟件應(yīng)用可以對兩個文件進(jìn)行反卷積操作。本例中使用的是SoundForge應(yīng)用。雖然還有其它數(shù)學(xué)處理可以得到同樣的結(jié)果，但是它們原則是一樣的。

　　在房間中播放的系統(tǒng)激勵信號不必為脈沖信號。實(shí)際上，脈沖信號不是種好的選擇。掃頻正弦波倒具備幾個很大的優(yōu)勢：

　　•為房間輸送的能量大得多。因此能提供更大的信噪比優(yōu)勢。

　　•更能避免錄音器過載，因?yàn)檎也ǖ碾娖椒€(wěn)定，不會像噪音或脈沖信號一樣忽高忽低。

　　•由于波形特性簡單，因此可選擇幾乎所有的數(shù)字平臺進(jìn)行錄音。相比之下，復(fù)雜的波形會被某些壓縮程序大幅更改。

　　•相對容易設(shè)置錄音電平。

　　請注意，因?yàn)檎也墚a(chǎn)生巨大的能量(因而才能提供更好的信噪比)，所以測試過程中須謹(jǐn)防燒毀揚(yáng)聲器。

　　所需設(shè)備

　　可選擇的設(shè)備有很多。我的設(shè)置使用的都是手頭上已有的設(shè)備。我創(chuàng)建了一個wave文件，其中包含了一個24秒的掃頻信號、一個48秒的掃頻信號，以及一個無回聲語音音軌。總時長大約兩分鐘。我使用了一臺MiniDisc播放器把信號傳送到系統(tǒng)。這個播放器價格很低，放電池即可使用。這是個獨(dú)立的單元，所以不需要用長電纜來連接系統(tǒng)。文件記錄在另一臺MiniDisc播放器/錄音器。這臺設(shè)備好一些，帶XLR輸入和幻象電源，還有SPDIF輸出，所以記錄的文件可以直接傳送到個人電腦，不需要事先轉(zhuǎn)換模擬。閃存卡或CD媒體比我的設(shè)備要好些，直接插到個人電腦就能進(jìn)行后期處理了。

　　系統(tǒng)播放wave文件，然后只要進(jìn)行錄音，就完成了數(shù)據(jù)收集工作。24秒的音軌用來設(shè)置電平，48秒的音軌才是后期需要處理的部分。語音文件用來提供參考，包括測量位置的聽效參考;后期還可以用來比對可聽化文件。每個聽音位置大約耗時兩分鐘進(jìn)行測量。

　　后期處理

　　SoundForge能夠很好地從錄音里重現(xiàn)IR。首先，把錄音傳送到個人電腦。然后，在wave編輯器里打開錄音，截取錄音的48秒掃頻信號部分來創(chuàng)建一個新的音軌。再分別標(biāo)注出源文件和錄音文件，并選擇“重現(xiàn)脈沖”，幾秒以后，即可得出包含了IR的新文件。點(diǎn)擊“播放”即可收聽脈沖。

　　不同的可能性

　　這是最有意思的部分!很多聲學(xué)軟件都能打開IR，比如Smaart™ Acoustic Tools、WinMLS™或TEF-MLS™(它們都能打開wave文件)，經(jīng)過處理以后，你會得到各種聲學(xué)指標(biāo)?？梢岳肧oundForge、Cool Edit™或EASE™的EARS ™模塊里的干聲材料進(jìn)行可視化操作，自由靈活地發(fā)掘這些平臺(和自己的視聽器官系統(tǒng))的數(shù)據(jù)分析功能。還可以輕松地對比出測量平臺算法之間的區(qū)別。通過這些操作，很快你就能找出自己喜歡的、符合你對聲音的理解的工具，這些工具會幫助你有效利用數(shù)據(jù)。你可以和同事交換交流這些文件，還可以用來記錄聲音系統(tǒng)改造前后的性能。它們還有很大的存檔價值。給你一份Fogg講演廳的IR文件如何?賽賓曾在那里推導(dǎo)出了著名的賽賓公式。有了這份IR文件，你就能就置聲其中，和其他人一樣聆聽這間講演廳了。

　　IR測試不是什么新鮮事?，F(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了好幾種新工具，能更好地利用數(shù)據(jù)。這些工具幫助我們進(jìn)行測量和聽音工作，最終創(chuàng)建出更優(yōu)秀的聲音系統(tǒng)。