强调技术,强化影音实践

不断深化中国影音行业技术化、专业化与国际化发展进程

文/编辑部

2008年7月我们成功举行了THX HT1认证工程师的培训并引起整个业界的强烈反响后,12月4、5日及6、7日,《家庭影院技术》杂志与www.hdavchina.com(影音中国)网站联手再次举行了更为高端的HT2培训。这是在美国本土以外首次进行的THX HT2课程培训。为保证课程质量,每场培训均有名额限制,同时也调用了大量测量仪器与影音器材让学员进行现场实操。

通过两天的学习,我们进一步清晰了家庭影院的规范与要求,对于技术有了更深入的了解。经过实际的操作,我们更深入地掌握了家庭影院的调整技巧,特别是对于驻波的处理、放大器的测试、低音音箱的设置及房间EQ的应用等方面,有了新的收获,对于影院的系统设计有了更全面的认识与实操能力。

通过THX TH2的培训,让我们有能力更加熟练与轻松地解决影院遇到的各种问题,可以使影院设计得更加科学与精准。对于中国家庭影院的系统设计水准的提高,本次培训的确具有很好的促进作用与深远的意义。

执行主编:汪杰

THX家庭影院2级工程师课程作为高阶的家庭影院设计的培训,与1级课程相比,不仅同样具备理论知识的讲授,更为重要的是,拥有动手操作的部分,让各位学员能更近距离地深入认识家庭影院的设计精髓。正所谓真理来自于实践,许多学员也是冲着这一点来参加本次专业培训的。

整个培训课程分为两天,第一天(Day1)首先对THX家庭影院1级课程的相关理论知识进行简单地回顾,然后细化与深入家庭影院设计当中的每一个环,让学员寻找并提出自己还存在疑问的部分。John.Dahl则在授课的过程一直贯穿这些疑问来进行细致的讲解,希望能给学员更深刻的理解。这种师生互动的教学方式,深受各位学员的欢迎,使得课堂气氛相当热烈,仿佛让大家又回到了久违的学堂时代。

第二天为本次培训课程的精华部分,John.Dahl带动每位学员进入家庭影院的实际操作设计的环节。John.Dahl将整个培训班分为几组,每一组配备一台显示设备、一台DVD信号源、一只书架箱、一只超低音音箱以及一套AV放大器。学员们需通过专业的测试仪器,包括信号发生器、信号测试碟、声压计、万用表、阻抗表、相位仪、频谱分析仪等,利用这套简单的AV设备,进行相关的系统连接、系统设置、系统检验与系统调试。最后,课程还简单地涉及了使用EQ均衡器调节房间频率响应曲线的方法,并通过PMI专业的声学设计系统进行相关的测试,让每一位学员都感受到了高层次的家庭影院设计的知识,获益良多。

THX家庭影院2级两个班的学员大合照

THX家庭影院2级课程理论部分

1.  家庭影院设计的参考标准

在THX家庭影院2级课程之初,THX的培训总监John.Dahl向各位学员强调了家庭影院设计的参考标准不是你家附近的普通电影院,而是电影公司的审片室或者电影后期工作室,因为这些审片室和电影后期工作室均具备了高素质的国际标准以及相当出色的工业设计标准。

这是标准的电影后期工作室的平面图,它包括前方三只银幕音箱(左、中、右)、三组环绕声场(左方、右方、后方)以及具备低音管理的超低音音箱。所有的座位都面对着银幕,同时都具备良好的视线和声音,银幕的宽度等于0.93倍的座位与银幕之间的距离(45°的可视角度)

这是标准的THX推荐的家庭影院平面图,由三只银幕音箱、三路环绕声道以及超低音音箱组成的音响系统。所有的座位都面对着屏幕,同时具备良好的视线,观看的水平视角大约为28°-52°(40°最佳),而屏幕的实际尺寸还取决于其他多种因素

由FLOYDE.TOOLE编写的《SOUND REPRODUCTION》是一本最新的关于音箱和房间声学设计的顶级参考书,它里面纠正了经典声学理论方面的部分错误,可谓新时代关于声学设计的一本重要的参考资料

要成为一个优秀的家庭影院认证工程师,就必须拥有一对灵敏的耳朵,在THX培训的课堂上,John.Dahl为我们介绍了一本专门锻炼听力的由音响大师F.Alton.Everest编写的《Critical Listening Skills For Audio Professionals》

2.  家庭影院的音频性能标准

为了让各位学员更好地掌握家庭影院设计的核心,John.Dahl强调了THX推荐的家庭影院的音频性能标准,并希望学员们在设计家庭影院的时候,必须根据这八项标准来进行。

       Dialog clarity and articulation 对白清晰度和准确度

       Precise sound localization 精确的声音定位

      Smooth sound movement 平滑的声像移动

       Spacious surround 极具空间感的环绕声场

        Smooth tonal balance 平衡的音色

      Tight bass 快速紧凑的低频表现

        Full dynamics 宽广的动态范围

       Every seat a good seat 每个位置都是皇帝位

3.  房间设计(Room Design)

房间设计作为家庭影院设计最关键的环节,THX家庭影院2级课程进行了深入浅出的探讨,包括形状与尺寸(Shape and Size)、反射声的控制(Reflected Sound Control)、处理驻波(Standing Waves Control)、隔声(Sound Isolation)等方面。

 形状与尺寸(Shape and Size)

THX认为长方形的房间是设计家庭影院最佳的选择,虽然其他形状的房间也能设计,但很难对房间内的各种声学参数进行预测和控制,因此长方形的房间是最好的选择。在这么多种形状的房间中,正方形的房间最不理想,而圆形和椭圆形在设计时相当复杂。

房间长边与短边的比例以1.3:1为最好,而房间的朝向要以房间的长边方向为基准。

反射声的控制(Reflected Sound Control)

由于声音的发射会导致声像的模糊,同时窄带梳状滤波器效应会导致不平坦的频谱响应。

房间反射声示意图

因此,有必要对反射声进行控制。反射声的控制包括吸收和扩散两种,吸声体和扩散体需要混合来使用。吸收方面可以选择玻璃纤维、高密度海绵、帘幕等,特别强调的一点是,不要过度吸收(过度吸收会降低环绕声的包围感)。而在低频吸收方面,可以选择木质的穿孔板以及低频吸音体。每块墙面约25%的面积均匀分布吸音体,目标的混响时间大概在0.3s左右。

木质的穿孔板

低频吸音体

三种不同的声学处理材料

而在扩散方面,扩散的材料包括声学扩散板、装饰柱、装饰檐、高浮雕柜等,墙面25%的面积安装宽频带扩散体并间隔安装吸声板。扩散体能使声场分布更加均匀。

二维扩散体能使入射声波形成扇面扩散,用于房间侧墙的前半部分,对前置扬声器发出的声波进行扩散

三维扩散体使声波产生球面扩散,在房间的后部使用,用于扩散环绕扬声器发出的声波

另外,颤动回声的控制也同样采用吸收和扩散的方式。

控制颤动回声的方式

控制振动和共振(Vibration Control and Rattles)

共振现象是由声学或者物理接触引起的,松动的灯具、家具和门都可能会产生共振。解决共振的方法,主要是将扬声器与房间本体隔离、在共振体的表面增强弹性物体等。检查共振可以使用信号发生器播放20Hz-1kHz的扫描信号,仔细聆听所有发出共振的物体位置。

处理驻波(Standing Waves Control)

驻波是一种不可避免的房间问题,所有房间都会产生驻波,驻波的叠加与否和房间各边的比例密切相关,驻波共振强度取决于墙壁材料的密度和硬度。它会带来共振现象,引起不平坦的房间频率响应。同时由驻波产生的问题,多数会出现在30-200Hz的频率区间。

这是房间驻波模态的衰减样图,从图中可以发现部分频率出现衰减时间过长的现象

由房间声学建模软件CARA所建立的房间驻波模态衰减图

驻波是无法被完全消除的,只能尽量进行控制。可以通过以下的几项措施尽量减低驻波:1. 改变房间某一边或者更多边的尺寸,尽可能地减少共振频率叠加的可能性,目标是更均匀的模态分布(共振频率间隔>5%)。2. 改变超低音的位置——驱动驻波的原始声学相位发声反转而降低共振频率。3. 改变座位的位置——使观众远离驻波的波峰和波谷。4. 使用低频吸声材料或建造吸声墙。5.使用均衡器进行调整。

面对驻波,首先要确定房间的尺寸,确定共振的频率,找出1-4次谐波的波谷位置。另外还可以通过一些软件进行分析与计算,包括RPG Room Optimizer、CARA、THX Room Mode Calc、Stereophile Guide to Home Theatre以及PMI modeling program等。

PMI modeling program分析并计算房间中的驻波

 处理房间中的驻波问题,可以采用薄板共振吸音、亥霍姆兹共振腔以及弹性减力墙三种方式。薄板共振吸音是特别针对问题频率而设计的,有效的工作频段在50-150Hz,将低频吸音体放在低频声压较高的区域将增大吸收效率。亥霍姆兹共振腔也是专门针对问题频率来设计的,最低工作频率为80Hz,吸收量取决于开孔尺寸。弹性减力墙则是一种相当不错的方式,它对低频的发射较弱,低频声能被PAC RSIC橡胶隔离器所吸收,同时还能起到隔声的作用。

采用薄板共振吸音的方式处理房间驻波

采用亥霍姆兹共振腔的方式处理房间驻波

拥有PAC RSIC橡胶隔离器的弹性减力墙既能起到减低房间驻波的问题,同时还可起到隔声的作用

 隔声(Sound Isolation)

一个好的家庭影院必须要有良好的隔音环境,为了得到更好的听音效果,必须具备相当低的背景噪声。理想的家庭影院的背景噪声曲线在NC-25以下。

NC曲线群图,主要针对的是房间的背景噪声

测试房间内的背景噪声,需要使用频谱分析仪,通过低噪音的测试麦克风进行测试,使用时间和空间平均值的算法以及NC计权。在房间的噪声方面,最为突出的问题就是空调的噪声问题,通过使用大口径的通风管道能有效地降低空气的流速、采用弯角较多的加长通风管道以增强流程以及使用空调消声器等来解决问题。

4. 座椅(Seating)

座椅是家庭影院系统的其中一环,需要注意以下几点:靠背不能挡住环绕声音箱;数量要刚好适合房间的布局,切勿过多;放置在房间中音质和画质最好的位置;拥有舒适的坐感。

5. 视频系统(Video System)

目前在家庭影院方面的视频系统,主要需要考虑的是采用哪一类型的家庭影院显示设备(CRT、LCD、DLP、LCoS),最好的是选择低噪声的投影机,同时将投影机安装在特制的通风箱内、吊顶里面或者单独的放映室内。若是采用完全隔离的设计,那么在投影机的光学镜头前必须使用低反射玻璃透镜。

在视听室内光学条件良好的情况下,在投影幕的选择方面,白幕依然是最佳的选择。而带增益的投影幕会减低离轴的光线强度。

在屏幕尺寸的选择上,观看16:9高清电视节目时,水平视角最小为28º,最理想的水平视角为40º;在家观赏2.35:1的电影节目的理想水平视角是52º。

银幕的高度应该控制在垂直视角<15º的位置上

投影机的位置应该让镜头的光学轴线指向银幕的正中心

6. 音频系统(Audio System)

音频系统的设计,首先要注意音频设备和音箱的摆放。摆放音频设备时,应注意将工作噪声很大的设备远离观众区域。而音箱的摆位则要注意与画面的衔接度、房间的反射、驻波和水平宽度、人耳高度等多个方面,通过计算机声学建模分析、在房间内使用仪器测量、主观听音三个途径来寻找扬声器摆放的最佳位置。另外也需要注意扬声器的指向是否正确,如前置扬声器指向听音区域和环绕扬声器指向房间等。

如果LCR无法排成一条直线,那么垂直高度差应控制在60cm内(垂直角度<10°)

左右扬声器的夹角为45º,在立体声结像和多声道分离效果间取得平衡

通过超低音音箱的摆位来降低低频驻波的影响,所有超低音扬声器以同相方式串接,超低音扬声器均匀地驱动驻波的+/-区域,可降低驻波的共振强度

这是针对电影节目的音箱摆放,左右扬声器之间的夹角是45º,C的高度与L/R相同,侧环绕扬声器放在观众的侧方,后环绕扬声器放在观众后方

THX家庭影院2级课程操作部分

动手进行实际的调试与操作是THX家庭影院2级课程第二日的重要内容。通过信号发生器、信号测试碟、声压计、万用表、阻抗表、相位仪、频谱分析仪等设备对家庭影院的相关设备、摆位等方面进行调整。

小巧的、携带方便的数字示波器

高灵敏度的收音麦克风

小巧的粉红噪声发生器

2.  系统设置(System Setup)

在对所有设备进行正确连接之后,就要进入解码器菜单的设置阶段,包括正确分配各声道、所有附加的声场处理模式全部关闭、时间同步调整、低音管理、分频点的设置、低频限幅的设定、声道电平微调全部设置为0、设置LFE电平、Dialnorm(对白归一)设置为27、Auto EQ关闭。

在关闭所有附加声场处理模式后,只剩下纯Dolby Digital解码模式,播放功放/解码器内部的中置声道粉红测试噪音,调整主音量,直到声压表慢档读数为75dBC。或者播放外部0dBr(-20dBfs)1kHz的测试信号,调整主音量,直到声压表慢档读数为85dBA。以中置声道为参考校准其他声道的输出电平。

在超低音扬声器的设定方面,应该选择固定增益或者THX档,分频点设置在直通或者设置在最高的频率位置上,将相位初步设置在“+”或者相位0°。

John.Dahl为各位学员热情讲解

3.  系统检验(System Verification)

系统检验首先确认信号的输出和电平,使用毫伏表和万用电表,检查功放输出端的交流电压,播放1kHz、-20dBfs信号的时候,输出电平为2.6V。超低音线路输出的交流电压,在播放1kHz、-20dBfs信号的时候,输出电平为2.6V。

在功放扬声器输出端测试电压频率响应曲线,可以通过播放扫频信号,使用万用表测试;或者播放粉红测试噪音,用RTA表测试来实现。如果需要高精度的话,还可以选用电脑显示的频谱分析仪,它在200Hz以下频段的精度最小为1/12倍频程,能够配合麦克风多路混合器一起使用,能生成报告,方便用户的设计。

通过万用电表欧姆档来测试直流电阻,如果发现测试值大于0.2W,将视为不理想。接着还需要进行系统交流声、放大器振荡等方面的检测。

音箱的相位问题,是目前多数问题系统的症状所在,可以通过使用20Hz-2kHz的正弦波信号发生器配合相位测试仪进行相位调整。然后仔细聆听不同声道之间的幻想结像的效果,确保各声道音箱的摆位正确。

最后再进行房间声学处理是否正确的检验,如检查吸声材料的厚度、面积和墙面上的具体吸声点、检查墙面上反射区域的位置、检查扩散体的深度、面积和扩散的角度是否正确等等。

John.Dahl用不同类型的音箱进行环绕音箱指向与覆盖范围的特性测试

通过正弦波发生器和相位校正器进行音箱相位的测试与调试工作

学员通过万用电表对音响线和信号线进行阻抗的测量

John.Dahl通过正弦波发生器连接超低音音箱进行房间驻波的测试

4. 系统调试(System Calibration)

在系统调试的环节,首先要对前置音箱、超低音音箱、环绕声音箱进行相应的安装与调试工作,之后再进行电平和频率相应的校准。在电平校准方面,使用功放/解码器自带的测试噪音或者参考测试碟提供的中频粉红测试噪音信号,声压表选在慢档/C计权,校准每个声道的输出声压级为75dB,声压表离开人体约一只手臂的距离。而在LFE声道方面,必须确认LFE的增益是正确的,而不是-10dB。

在频率响应方面,使用RTA测试仪进行测试,频率响应可以通过扬声器的位置调整和房间声学处理来优化。若要使用Equalize 均衡器,该均衡器必须支持空间的平均值算法。在校正主声道时,2kHz以下的频段1/3倍频程的精度即可,而在校正200Hz以下的频段时,需使用1/6倍频程精度或者更好的参数型均衡器。在EQ测试校准的时候,使用麦克风多路混合器在主听音区域设置4个麦克风,测试麦克风固定在入座后人耳的高度,将麦克风指向前置扬声器。如果没有麦克风多路混合器,请在四个地点分别测试,然后取平均值。

John.Dahl向学员们展示如何使用PMI系统进行房间的EQ均衡

学员们正通过专业的软件进行房间的EQ均衡处理

家庭影院均衡处理的要求:

最少要处理四个声道(L/C/R/Sub)

处理L/C/R三个声道的均衡器只需要1/3倍频程精度(固定Q值、+/-6dB 可调范围、信噪比高)

 处理超低音声道的均衡器精度≥1/6倍频程

 粉红测试噪音信号,20Hz-20kHz,每个声道可以单独切换

 RTA测试仪采用20秒时间平均值取样,能够对从测试麦克风多路混合器传送过来的4个或者更多的读数取平均值,低频信号的测试精度≥1/12倍频程

如果学员们对EQ均衡器的调整有更深入了解的需求,可以参加THX其他关于EQ的研究课程。

本次THX培训活动鸣谢单位(排名不分先后)

SONY(中国)有限公司,雅马哈乐器音响(中国)投资有限公司,乐燊音响有限公司,三菱电机空调影像设备(上海)有限公司,安桥(中国)有限公司,广州美视晶莹银幕有限公司,万利达集团有限公司,力高音响中心,富盛音响

 

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