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[新闻] 监听音箱中DSP的优与劣

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#1 17-8-22 18:08

监听音箱中DSP的优与劣


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一篇来自HEDDADAM创始人Klaus的新博客:监听音箱中DSP的优与劣

对于工作室监听扬声器,随着DSP(数字信号处理器)的普及,一些人开始认为DSP芯片即使不是扬声器新技术的标志,也至少是技术上进步的成果;而另一些人则质疑其会带来音质损失进而在信号链路中不希望有DSP芯片的出现。
让我们抛开主观印象,仔细探讨一下监听扬声器中DSP的优缺点。声音信号可以通过数字或者模拟的方式传送给扬声器。如果使用DSP芯片,在传输过程中,数字信号需要额外的一次转换(数模转换),模拟信号则需要额外的两次转换(模数转换加数模转换)。如果输入信号为模拟信号,相当于多两次转换,如果是数字信号,相当于一个内置的数模转换器替代了外置数模转换器。

»在工作室内,优秀的监听扬声器一般都有优质的转换器相伴,即使扬声器内置的转换器设计得再用心,其音质仍比不上那些专业高品质的数模、模数转换器。»
另一方面,DSP芯片相比模拟电路的优点在哪里,更关键的是它们能提供更好的音质吗?监听扬声器中输入模块的主要功能是把低中高频分开,在频谱上对特定频率范围进行提升或衰减的均衡处理;或者插入压限器以对不同频段进行不同的幅度提升并达到整体放大的效果。由于和低频单元相比,高频单元发声开始得更快,所以偶尔也需要对高频单元进行延时补偿,以实现不同驱动单元传输声音时在时间上的同步。

能实现以上功能的DSP滤波器叫做IIR即无限脉冲响应滤波器。重要的是,它们的性能和模拟电路的性能相同。DSP芯片的一个实用优势是可以方便地设置滤波器或EQ值,以及可以实现很大的最高达每倍频程
96db(16阶)增益。然而,经验显示一个每倍频程24db(4阶)增益就是不造成音质劣化的极限,更大的增益尽管在字面上让人一开始觉得强大,但并没有实际价值。
  HEDDType 30是一款基于纯模拟电路的工作室中场监听扬声器。和DSP扬声器相比,
它是通过一个叫做HEDD Bridge 的模块化输入卡系统,来与各种数字信号进行信号交互。
DSP的理论和实践
    另外一个在理论可以实现以上功能的方式是使用FIR滤波器,即有限脉冲响应滤波器,它可以在不影响频率响应的情况下实现相位线性化。相位响应指信号在通过扬声器单元不同频率间在时间上的关系,和中高频信号相比,低频信号通过扬声器所需的时间更长。信号在扬声器中传输时会出现相位错误,这个现象暂时无法避免。
是时候讨论一下傅立叶变换的特性了。傅立叶变换是一个物理方程,它表达了任何一种波动及震动在时域和频域上的关系。傅立叶变换提供了一个信号在时域和频域之间相互转换的计算方法。当一个时域上的脉冲纪录被获取,那么它在频域上的响应则可以被计算得到。得到完全精确的数学计算结果是一个很耗时的过程,但 Cooley–Tukey FFT算法,即快速傅立叶变换可以在短时间内完成这份工作。如今在很多技术领域,包括对扬声器以及锥体、箱体的模型分析,FFT在时频域响应计算中扮演重要的角色。
由于时域和频域是同时出现在傅立叶方程中的两个组成部分,两者之间不可避免地相互影响着。在时间轴上,高频信号传输得快,低频信号传输得慢,即频率高低和时间长短是相反的关系。如果不改变相位响应,那么扬声器(或其他电子音频设备)的频率响应则也无法被改变,反之亦然。在模拟电路的世界里,想同时实现频率和相位的线性化是不可能的。所以,相位特征和其对音质的影响在关于扬声器届的讨论和许多科技论文中是一个永恒的话题。
»一个新的可行方法是使用新型DSPFIR(有限脉冲响应)滤波器,通过把一部分存入DSP等待,直到全体信号成分在时间上达到正确的节点顺序再一起传输出去。以此来在不影响频率响应的情况下单独控制相位,最终实现一个线性相位的扬声器。»
要达到线性相位响应的代价是在总信号上引入了一定的延迟,通常为1至500毫秒,具体时间主要取决于使用的滤波器的精度以及和频率下潜值。这个延迟在纯还音的情况下问题不大,但在录音的情况下是存在隐患的。
另一个新的越来越现实的问题就是和数字信号源的连接方式。我们推出了一套叫做HEDD Bridge的模块化的输入卡系统,通过使用不同的输入卡来搭配不同的数字信号源以及信号协议。这些输入卡通过如Dante/AES67 等IP化音频(AoIP)网络协议,与扬声器进行全方位的数据连接。这个网络系统可以以更低的价格取代大部分工作室的信号通信功能,并增加了输入/输出管理功能,把曾经的不可能变成可能。
DSP优点
●   方便快速的滤波器和均衡器设置
●   整体离散化的电子均衡数值
●   可控的用户界面
   ●   实现扬声器相位线性特性(代价是引入了信号延迟)的FIR滤波器。FIR对房间修正系统格外重要,这一点将在后面说明。
●   有房间修正系统作为扩展(尽管只在特定的听音位有效)
    ●   增益可以最高达到每倍频程96db(对于模拟电路来说一般不超过每倍频程224db)。然而对于扬声器滤波器网来说,增益超过每倍频程24db(4阶)是没有意义的。
DSP反对方
●   起码,在大部分情况下,额外的模数和数模这两次转换会对音质造成影响;
●   和优秀的模拟化设计相比,在失真和噪音控制方面仍有些不足;
   ●   线性相位滤波器(FIR)虽然在音质上带来小幅度的提升,但同时带来的2至500毫秒的特定时间的延迟,这在实时录音情况下是让人无法忍受的。
结论
●   模拟扬声器中也有极好的,基于DSP的扬声器中也有不佳的。
●   关于其他情况和注意事项的清单还有很多,足够写满一篇博客。
●   对于音质的评判最终取决于用户自己。
    ●   HEDD监听扬声器是百分之百基于模拟化设计的,首先我们把音质放在第一位,其次DSP对于我们来说并不是必需品。我们并不是绝对否定DSP,而是我们在多年的工作后形成的偏爱。

不要仅仅根据扬声器是模拟还是数字的来对它进行评判,花点时间倾听并比对——模拟和数字模式都有很多方法让音质优化或者劣化。


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hdd

747
#2 17-8-22 19:00
抢T总沙发!

2348
#3 17-8-22 19:00
DSP监听是趋势,真力 EVE 这些公司在这方面做的不错

4
#4 17-8-22 19:07
想借楼主帖子咨询,声学环境一般,以真力8351为例,dsp对房间补偿后对声音(混音)负面影响有无?多少?

如还有其他性能相近或性质类似的音箱可以推荐的吗?(因为不具备一换环境就装修,所以看到dsp想向您咨询

3900
#5 17-8-22 20:07
DSP只能用来修正有声学装修后还存在的小缺陷,没做声学的大缺陷该有的还是有,也没办法纠正。而且EQ只是限于EQ上的,对于混响却做不到
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3278
#6 17-8-22 20:23
其实,设计这套东西的初心,还是喇叭发展的瓶颈导致的头痛医脚不得已而为之策。

喇叭就是个线圈推动个纸盆,制作到一定程度就很难突破,或者因为一代人的OVER导致一批标志性的产品断货。DSP只是从表面上忽悠你一下而已,就拿频响来说,DSP可以把两只不同的喇叭,A 拉成和 B 一样的曲线。但是你听吧,两个喇叭发出的声还是明显不一样。

小黄盆的奥秘就是,它让你听纸盆发出的原始纯净声,它的箱体是吸收密封纸盆反向音的作用,不参与共鸣和倒相。
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1793
#7 17-8-22 23:04
山炮 发表于 17-8-22 20:23
其实,设计这套东西的初心,还是喇叭发展的瓶颈导致的头痛医脚不得已而为之策。

喇叭就是个线圈推动个纸 ...

山炮老师,其实密闭式音箱,不仅仅是吸收反相声波,更主要是共鸣的吧,否则就没必要有箱体了
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6727
#8 17-8-22 23:30
支持,
音箱的知识点应该多多普及

音箱中的DSP  ,还是有它优势的
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:其他马甲接着拍马屁啊

1019
#9 17-8-23 00:34
DSP针对的是装修不到位的房间或者没装修的房间,之所以装修不到位,就是因为钱,所以考验DSP的主要还是价位。

197
#10 17-8-23 09:37
小黄盆的奥秘就是,它让你听纸盆发出的原始纯净声,它的箱体是吸收密封纸盆反向音的作用,不参与共鸣和倒相。   ------------这句话不敢苟同,我认为是错误的。 不信把单元从箱体上取下来听,有变化你错,没变化我错。
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3278
#11 17-8-23 10:51
tufe666 发表于 17-8-22 23:04
山炮老师,其实密闭式音箱,不仅仅是吸收反相声波,更主要是共鸣的吧,否则就没必要有箱体了

电声学有个物理现象叫声短路,就是喇叭纸盆正反面的声音绕射发生抵消湮灭,因为两个声音的相位是反的。倒相箱体是把纸盆背面的反相声翻转180度放出来和正相声叠加做功,密闭箱就是彻底隔绝吸收反相声,只保留正相声。

你和10楼都属于没接触过这些电声基础知识。

1
#12 17-8-23 11:59
我觉得真力好一点。。

1026
#13 17-8-23 15:20
赞!

3312
#14 17-8-23 16:36
IKMuARSy2 这个软件不是一样可以么?为啥要买DSP音箱,比如你把一段音乐某段频率提高多少分贝,用其他软件降低这么多,出来的声音跟,原史音频对比一样,肯定不一样。这样作只是最后的办法,最好还是搞装修。

102
#15 17-8-23 17:03
谢谢普及知识
论坛知识越来越少了
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