转自Audioholics，作者Matthew Poes
现在叫得上号的AV功放基本都会配备房间自动校正系统，可以通过对测量结果加EQ抵消干扰，起到基本的优化作用。
尤其是近两年不光新款欧美机，日系也开始支持Dirac live甚至ART（主动式房间声学校正技术），着实让家庭影院玩家兴奋地讨论了很久。
那什么是主动式房间声学校正呢？
你可能听说过的主动降噪耳机，原理有几分相似，但它是针对整个听音环境这样一个更大的空间。
它主要利用数字信号处理（DSP）算法和多个扬声器协同工作，来主动抑制房间内的有害声学反射、抵消驻波，从而改善声音重放的清晰度和准确性。
最大的区别，就是它会利用所有的扬声器，实时抵消反射和驻波。
尤其具有代表性的就是最近很火的Dirac ART。你可以把房间想象成一个充满各种反射和共振的复杂环境。传统的被动处理，比如吸音棉、扩散板，虽然有一定效果，但对超低频问题往往效果有限，而且要占用大量空间。
主动式房间声学校正技术则不同：
测量分析：通过专业测试麦克风在听音区内多个点位采集数据，精确识别出房间在特定频率（主要是低频）存在的驻波、共振以及反射等声学问题。
生成反相波：系统计算出与这些有害声波幅度相等、相位相反的校正信号。
协同抵消：利用房间内的多个扬声器（通常是低音炮，有时也会用到其他声道喇叭）发射出这些反相声波，与原有的有害声波在空气中相互叠加抵消，从而达到“净化”听音环境的效果。
这个过程通常需要在强大的处理器上运行复杂的算法，涉及多输入多输出（MIMO）混合相位校正实时分析运算。家庭影院系统可以用到的主流技术包括Trinnov WaveForming 与 DIRAC ART等。
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噩梦了。
Trinnov WaveForming与DIRAC的不同之处?
Trinnov WaveForming与Dirac ART虽然同属目前最尖端的主动式房间声学校正技术，目标都是解决让无数发烧友头疼的低频驻波问题，但它们在核心原理、实现方式和硬件要求上，有着本质的不同。
简单来说，Dirac ART更像一个“问题解决者”，它调动房间里所有的音箱来“收拾”已经产生的驻波；而Trinnov WaveForming则更像一个“问题预防者”，它通过精心布置的音箱阵列，从源头上塑造和引导声波，让破坏性的驻波难以形成。
具体来说，它们的差异主要体现在以下几个方面：
核心机制：主动吸收 vs. 主动控制
Dirac ART (主动房间处理)：其核心机制是“主动吸收”。它的工作原理是在检测到房间内产生有害反射（如驻波）时，利用系统中所有的音箱（包括主声道、环绕声、天空声道等）在精确的时间点发出反相位的声波，去抵消这些多余的能量，从而达到消除驻波的目的。
你可以把它想象成一个全屋的“主动式消声器”，哪里有噪音，它就指挥附近的音箱去“以毒攻毒”。但这种方式也存在一个潜在的副作用：用于抵消的声音本身也会变成新的声波在房间内传播，可能会引入额外的“噪声”或失真。
Trinnov WaveForming (波形整形)：它的机制是更先进的“主动控制与吸收”。WaveForming要求在视听室的前墙和后墙分别布置两组由多只低音炮组成的阵列。它的工作流程分工非常明确：
前墙阵列：负责发出影片中原本的低频信号，同时通过波束成形等技术，将低频声波塑造成一个均匀的“平面波”向前传播，尽量减少与天花板、侧墙的有害反射。
后墙阵列：不参与重放节目源的低频，其唯一的任务就是作为一个“主动式吸音墙”，发出与到达后墙的声波完全反相的声音，精准地将其抵消，从而从根本上杜绝了前后墙之间最顽固的纵向驻波的形成。
实现方式：单源多控 vs. 多源多控
这种机制上的差异，也对应着不同的技术名称和硬件要求：
Dirac ART：采用的是SSMC（单声源多控制机制）。它不限定低音炮的摆放方式，可以利用现有系统中的任意音箱进行优化。这为用户提供了极大的灵活性，即便你只有少量低音炮，甚至没有独立低音炮（使用主音箱），理论上也能获得ART的部分收益。
Trinnov WaveForming：采用的是MSMC（多声源多控制机制）。它对硬件和安装有极其严格的要求：
低音炮数量：最少需要4只（前后各2只），而为了达到最佳效果，往往会使用6只、8只甚至更多，以形成更理想的平面波。
摆位要求：前后墙的低音炮必须按照特定规则安装，通常需要上墙，并且位置要经过精确测算，这对于普通家庭用户来说，无疑是一个巨大的挑战。
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。
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。
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。
结语
总之，这项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。
两种技术路径也带来了不同的声音表现和用户场景：
Dirac ART：优势在于灵活性高，易于集成到现有系统中。但由于依赖所有音箱参与抵消，可能会给中高频音箱带来额外的负担，有发烧友担心这可能引起中频的互调失真，对主音箱的播放产生细微影响。
Trinnov WaveForming：优势在于效果最纯粹、最精准。通过明确的分工和物理阵列，它能在不干扰其他声道的情况下，最彻底地消除低频驻波，带来极其干净、快速、有冲击力和细节的低频表现，甚至能“打开”房间的空间感。然而，它为此付出的代价是高昂的硬件成本和复杂的安装调试，几乎是为追求极致效果的定制影院而生的“终极解决方案”。
不管怎样，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。
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