观点｜“主动式房间声学校正技术” Trinnov WaveForming 与 DIRAC ART

去年，DIRAC关于他们的主动房间处理（ART）方法的公告刚刚发布，而Trinnov则推出了他们的WaveForming技术，这两者所声称的和能力看起来非常相似。这两个新技术的发布时间相当接近，它们所声称的相似之处可能让人认为Trinnov在模仿Dirac。然而，事实是Trinnov和Dirac一样，两者都是经过很长时间努力开发的新技术。事实上，对房间校正领域的研究，特别是在“多输入多输出”(MIMO：Multi-input Multi-output) 校正方面，几十年来一直是一个备受关注的领域。要全面了解Trinnov的WaveForming技术如何与Dirac ART区别开来，以及它为什么代表着尖端技术，请继续阅读。

本文原作者为Matthew Poes先生，发布于Audioholics，由“影音新生活” Alex翻译编辑。
本篇文章包括以下几个内容：

• Trinnov WaveForming 与 DIRAC ART
• DIRAC ART可以做什么？
• Trinnov WaveForming 与DIRAC的不同之处?
• 什么是Multiple Source Multiple Controller, MSMC？
• 我需要安装更多的超低音？
• 我们还需要进行房间的声学处理吗？

Trinnov WaveForming 与 DIRAC ART

在房间校正的背景下，让我们首先对多输入多输出（MIMO）的含义进行一个概览。虽然我们之前曾提及过这个话题，但是认识到房间声学的固有复杂性至关重要。过度简化问题和解决方案只会让非技术人员更加困惑。我们首先要承认房间驻波问题是一个非常复杂的问题的一部分。它们产生于源头（扬声器和低音炮）发出的声波到达墙壁后，从墙壁上反射回来，穿过房间再次交叉与其他反射。

对于我们的听觉系统来说，通常需要几个周期才能感知到音调，尤其是在低于100 Hz的频率下一个周期的长度考虑到。因此，我们主要能够辨别经历了多次反射并在这个过程中多次交叉的低音频率。这些现象导致了我们所说的房间驻波问题或驻波的产生。随着这些波传播，它们在房间内形成干涉图案。虽然我们可以尝试均衡来减轻这些问题，但是重要的是要认识到我们只能解决峰值，而不能解决低谷。此外，这个校正过程引入了一种折衷，在改善一个位置的同时，会加剧另一个位置的问题。仅仅依靠均衡只能提供部分解决方案。我们真正需要的是声场稳定化，需要减少导致驻波模式形成的空间变化。”多输入”方面涉及使用多个麦克风位置从房间的不同位置获取数据。”多输出”指的是我们打算均衡的扬声器。

在传统系统中，我们通常依靠单一测量（SISO）或多个测量（MISO）来为每个单独的扬声器开发校正滤波器。虽然我们可能考虑多个扬声器之间的相互作用，例如带有低音炮的低音管理系统中的扬声器，但校正仍然局限于单个扬声器或扬声器系统。我们在问题出现后才进行修正，并且仅仅根据一个扬声器进行校正（在这次讨论中，一个经过低音管理的扬声器和低音炮组合被认为是一个单一的源）。MIMO通过不仅采用多个测量（必要的来充分采样房间并理解其行为），而且使用多个扬声器来解决问题，从根本上改变了这种方法。这代表了一种显著更强大的方法。

DIRAC ART可以做什么

在DIRAC ART中，我们利用所有房间内的声源来解决反射问题。虽然我之前主要谈到了驻波问题，但还有其他一些问题也很重要，比如扬声器边界干扰效应（SBIR）。这些问题都是由于声波反射引起的，可能会让人感到很烦恼。DIRAC通过将低音炮、LCR扬声器、侧环绕扬声器、后环绕扬声器，甚至顶部的ATMOS扬声器都纳入校正过程来解决低音问题。DIRAC的方法是根据可用的资源来优化校正。然而，DIRAC并没有提供有关如何选择扬声器的明确指导，也没有试图在问题发生之前防止它们的出现。但值得一提的是，所有这些方法，包括DIRAC ART，在实施特定设计策略时都会表现得更好。在房间里巧妙地使用多个位置的多个声源可能会带来更好的效果。

另一个需要克服的难题是将扬声器用作主动吸声器。这些扬声器接收经过特殊处理的信号，以在声波到达时完全抵消它们。但是，使用扬声器作为主动吸声器也存在一个问题。由于抵消信号来自一个声源，一部分信号会变成房间中不需要的噪音，就像是增加了失真一样。这种噪音会在房间内传播，引入另一个需要抵消的因素。因此，纯粹的主动抵消方法并不完美。虽然有一些技术可以减轻这个问题，并减少与主动抵消相关的不良影响，但也存在其他更优秀的替代方法。

比如说，当我们使用一排扬声器来取消声波时，效果最好。但这就需要准确地了解房间内的三维声音分布，并把扬声器准确地对准。虽然不需要把扬声器放得跟尺子一样准确，但位置还是要相对精确才行，才能发挥最大作用。简单地把四个低音炮放在房间的四个角落里是不够的。事实上，它们甚至不能直接放在地板上。想象一下，把一个18英寸的低音炮吊在半空中，安装在墙的中间，可能已经让一些人做恶梦了。

Trinnov WaveForming与DIRAC的不同之处?

要解决声学问题，一个方法就是彻底避免产生烦人的反射。如果反射是主要问题，那就得首先防止它们出现。这时候，可调整方向而且指向性强的扬声器就派上用场了。通过控制声音的方向，我们可以尽量减少不需要的声音散射。但是，由于其波长较长，低音炮在单极配置中就像全向辐射器一样。过去有人试图控制低音炮的辐射方向，取得了不同程度的成功，主要是为了减少房间的相互作用出现，尤其是与SBIR效应有关的问题。许多消极的方法都在尝试在各种频率下充分减小散射时遇到了困难，这就限制了它们显著改变房间驻波形成的效果。这时候，Trinnov 的 WaveForming 技术发挥了至关重要的作用，这项技术得到了现代 DSP 和波束成形能力的支持。Trinnov 利用放置在前墙上的低音炮来减小散射，弯曲低频辐射并将其限制在特定区域。此外，并不是所有的反射都是有害的；Trinnov 的技术智能识别有益的墙壁反射，同时避免不利的反射，这就是所谓的 “与房间匹配的低音引导” 概念。我们可以将房间本身想象成一个波导，Trinnov 在这种类似波导的环境中优化低音传播，最小化地板、天花板和侧壁的失真。然而，这也带来了下一个问题：令人头痛的后墙。

所有房间都会呈现出“Longitudinal Modes 纵向模式”，这些模式是声波沿着房间长度传播而产生的反射，在前后墙之间来回反射。这个模式往往会产生一些最棘手和低频的共振的问题。虽然波束成形和波导技术可以解决某些模式，但它们不足以解决仅由后墙引起的问题。需要另一种替代解决方案，这就是Trinnov与其他产品或者功能最大的区别。如果我们将前墙上的低音炮视为向房间发射声音，Trinnov在后墙上增加了一组额外的低音炮，设计用于捕获和抵消声波，防止纵向模式的形成。在实践中，后方阵列可能无法完全吸收100%的反射，以避免引入不良的伪像。因此，一部分反射可能会反弹回前方，但可以通过向前方阵列发送信号进一步抵消。这种综合方法被称为“Multiple Source Multiple Controller, 多源多控制器”，利用系统中的所有扬声器来解决由后墙带来的问题。

什么是Multiple Source Multiple Controller, MSMC？

MSMC（多源多控制器）是一种综合方法，结合了“预防性”和“治疗性”的校正方法，以实现最佳性能。通过利用定向方法和主动消声，MSMC有效地解决了最具挑战性的声学问题，同时避免了首次产生问题性条件。这个概念源于双低音阵列Double Bass Arrays（DBA）的引入，长期以来，DBA因其在房间环境中产生优越的低音能力而被认可。

DBA的核心原理是形成平面波而不是球形波。通常，从扬声器辐射出的声音会以球形波的形式传播，这会导致反射发生。然而，平面波会均匀地延伸到所有边界，就像在吹成球形之前将泡泡纸粘在魔杖的边缘一样。同样，房间中的低音波会粘附在墙壁、地板和天花板上，而不会发生显著的反射。

MSMC依赖于声音设计原理来预防声学问题的形成。尽管通过波束成形形成一个狭窄的低音束，专门覆盖座位区域（而不是侧墙）是一个可行的方法，但平面波方法提供了最佳解决方案。此外，平面波可以通过具有相等且相反功率的对立平面波轻松抵消。传统的DBA方法涉及应用简单的DSP技术，例如向后阵列发送一个反相信号，延迟与房间长度匹配。然而，DBA往往只在完美的房间中有效，在房间偏离理想条件时会遇到困难，例如包括一个垫高或具有非矩形形状。DBA对错位也非常敏感。

这就是MSMC的优势所在。虽然它可以利用DBA，但它的独特之处在于能够自动确定发送到低音炮的每个信号的最佳DSP处理，从而实现最佳性能。不需要耗时的反复尝试或像COMSOL这样的专业软件。以前的方法如果房间发生重大变化，则需要重新开始。然而，对于Trinnov来说，这并不是问题，因为它的假设是基于房间的实际特性的，可以根据需要进行重新评估和调整。无论是增加更多低音炮、使用不同的低音炮、更改座位安排还是重新布置影院，Trinnov的MSMC都可以在环境不断变化的情况下无缝适应，而无需复杂的操作。

Trinnov的WaveForming技术消除了这些顾虑。通过遵循适当的低音炮布局原则并利用新算法，几乎可以在几乎每个座位上实现完美的低音再现。虽然我对这项技术的新颖性谨慎地使用了“几乎”一词，但在适当的设置下，它有潜力在每个座位上提供无瑕的低音表现。主要的限制因素在于系统中低频（LF）源的数量和位置。随着源与墙面尺寸的比例减小，源之间的间距增大，导致系统带宽上限的性能下降。

在笔者的私人剧院中，宽约15.5英尺，天花板高约9.8英尺，我发现两个低音炮表现出人意料地良好。然而，为了在50Hz至150Hz范围内实现最佳效果，由于我的天花板高度，需要额外增加一层低音炮。配置三个或四个低音炮成三角形或正方形布局将显著减少上低音范围的变化。这带我们来到了一个关键方面：低音炮的布局和数量。

我需要安装更多的超低音？

首先，我必须澄清一个似乎在流传的关于Dirac ART和Trinnov WaveForming的谬论。有一种观点认为这些技术只是为了销售更多的低音炮，或者成功所需的低音炮数量非常之多，以至于只有超级富豪才能负担得起。这完全是不正确的。由于这项技术的新颖性，我们目前缺乏足够的部署系统来充分了解它们的能力。我的意思是，实践中，我们发现事情并不需要像预期的那样完美。最终结果往往超出了预期，即使低音炮数量不足或者摆放不当。因此，认为要获得良好的结果就必须在前后各放置12个低音炮（总共24个），甚至在前后各放置6个也是错误的。虽然这些配置在大房间中会产生出色的效果，但它们忽略了关键点。

在许多中等大小的影院中，仅在前墙的中点安装两到三个低音炮，以及在后墙的中点安装两个低音炮就可以获得非常良好的结果。仅使用总共4个或者5个低音炮就可以达到卓越的效果。然而，关键是要避免将低音炮放在地板上或者墙壁的极端边缘。它们应该安装在墙上，或者可能是放在支架上。此外，仅使用一个低音炮获得令人满意的结果是具有挑战性的，因此至少需要两个低音炮，因为至少需要两个源来有效地操控低频波。

有趣的是，输出效益主要来源于前置阵列。例如，如果在前墙安装三个低音炮，在后墙安装两个低音炮，与单个低音炮相比，可以实现额外9dB的输出增益。后墙阵列不会为输出做出贡献；它的目的仅仅是进行治疗性校正。然而，根据Trinnov公司的Arnaud先生的评论，和笔者对这项技术基本物理原理的理解，我们认为这种说法并不完全准确。在20或25Hz以下，不需要进行任何校正，因为所有房间基本上都是压力容器，低音炮会均匀地影响房间的压力。在这种情况下，我们可以向低音炮提供不同类型的信号，让它们共同合作以增强输出。

优势在于我们可以使用较小的低音炮。只要低音炮在20Hz及以下频率产生任何输出，即使很小，它们也可以共同发挥作用。在之前提供的例子中，使用五个低音炮，我们观察到输出增益从额外的9dB过渡到大约额外14dB。这种效应仅适用于均匀压力点，这正好符合我们最需要的地方。

我们还需要进行房间的声学处理吗？

接下来我们来回答另外一个问题，或者说解决另外一个疑惑：与普遍的观念相反，Trinnov并没有声称这项技术使房间处理变得不再必要。相反，房间处理现在比以往任何时候都更为重要。事实上，低音陷阱并不特别有效。它们效率低下，而像MSMC这样的主动方法在处理低音阻尼方面要优于“消极”的处理方案 。然而，这项技术确实有其局限性。在超出这些限制之后，传统的被动吸音材料是必不可少的。核心问题就是在于在主动吸收和被动吸收之间达到合适的平衡。仅仅在墙上挂上面板并认为工作已经完成是不够的。如图所示：

相反，需要仔细选择吸音材料，重点放在在交叉区域的关键吸收集中。WaveForming不会在特定频率突然停止工作，就像被动吸音材料没有硬性截止一样。例如，2英寸的吸音材料可以有效地工作到300Hz，但其效果在此之下逐渐减弱。在125Hz处，其吸收系数约为0.2，相对较低。尽管如此，通过足够的表面积，它仍然可以对整体吸收做出贡献。这个重叠的区域至关重要，可能需要使用4英寸的吸音材料来增强100Hz到150Hz范围内的低频吸收。挑战在于这项新技术的显著有效性。为了实现适当的重叠，我们可能需要比中/高频吸收更大的面积来进行低频吸收，考虑到随着频率降低，吸音材料的效率会降低。这意味着专门针对100Hz到150Hz范围内最大效率进行优化的低音吸音材料可以提供显著的好处。请记住，这项技术可以在80Hz以上很好地运作，但在实践中将受到阵列中低音炮的间距和所选分频点的限制。最终，这项技术减少了专门设计用于20Hz到80Hz范围及以上的低音陷阱的需求。然而，重要的是要认识到这样的产品要么极其罕见，要么根本不存在（值得注意的是，很少有实验室和标准方法来测量这么低频率的吸收）。

这项技术即将彻底改变扬声器和家庭影院的设计。将低频源放置在墙上已经成为一个引人注目的方案，这需要开发出能够提供出色输出的优化壁挂式或嵌入式低音炮。目前这个类别的市场供应稀缺且不足，需要真正满足这项技术需求的家庭影院低音炮。尺寸也是一个关键考虑因素，过高的壁挂式箱体会妨碍在典型墙壁上安装4、6或12个低音炮。此外，整个房间内全频扬声器的加入可以通过增加战略有利位置的低频源，带来明显的好处。值得注意的是，前墙成为放置重要低频源的最关键区域，使全频主音箱成为无价之宝。因此，扬声器设计和房间布局都必须经历重大变化，以最佳地支持这一范式转变。将低音炮放置在靠近墙角的地板上，这是一种传统的方法，但不再是最佳选择。特别是 Trinnov 系统并不会从侧壁的低频源中获得太多益处。虽然它们可以利用，但并不是必需的。低音炮的最佳位置是分别在前后墙的25%和75%处。许多人认为需要庞大、难看的低音炮会妨碍实现高性能家庭影院，然而，有了这项技术，我们有机会将它们有效地隐藏在屏幕后和后处理中，提升性能和美观度。随着我们迎接这个新时代，我们站在扬声器和家庭影院设计的转型进步的悬崖边缘，重塑沉浸式音频体验的可能性。

结语：

总之，Trinnov WaveForming 技术的出现代表了家庭影院设计和我们处理低频模式控制方式的巨大变革。通过利用先进的算法和复杂的信号处理，这一划时代的技术提供了对低频声音再现的无与伦比的控制能力。其影响广泛而深远。它使我们有能力重新设想 LF 源的放置方式，促使集成优化的壁挂式或嵌入式低音炮，能够提供真正独特的低音体验。不再局限于传统的低音炮位置，我们可以将这些低音炮战略地放置在前后墙上，利用它们的集体力量（以及 Trinnov 技术的力量）来实现出色的输出和准确度。此外，这项技术与整个房间内布置的全频扬声器之间的协同作用，在战略位置解锁了大量声源，真正将听众沉浸在丰富而迷人的声音环境中。随着我们拥抱这一范式转变，扬声器设计和房间布局必须发展，以充分支持 Trinnov WaveForming 的变革能力。通过将低音炮隐藏在屏幕后和后处理中，我们不仅提升了性能，还提升了家庭影院的美学吸引力。沉浸式音频体验的未来在召唤，Trinnov WaveForming 技术的吸引力促使我们在自己的家庭影院中拥抱这场革命。

是时候踏上音频卓越的新时代了，在这个时代，每部电影、每个游戏和每首音乐作品都会以超越想象的深度和清晰度共鸣。

“The possibilities are limited only by our willingness to embrace the cutting edge.”
阻碍我们前进的，只是我们没有前进的决心。