如何在10英寸线性阵列音箱设计中集成DSP与分频器

LA-6 双12英寸有源线性阵列音箱
LA-5 双10英寸线性阵列音箱箱体设计
LA-5 双10英寸线性阵列音箱箱体设计

在设计线阵列系统时,采取整体性方法至关重要。在与从事此项目的音响设计与安装专业人士合作时,务必确保他们全面考虑整个系统的各个方面。.

高通滤波器可滤除可能干扰音频信号的低频噪声,例如来自风扇、冰箱和暖通空调系统的噪声。.

数字信号处理器

DSP(数字信号处理)是有源音箱内部的“大脑”,它通过操控二进制数字来实现特定效果,从而管理音频信息。这不仅仅是在较低音量下防止失真或在较高音量下增加低频;它还能创造不同的声音来模拟不同的空间或特殊效果——类似于智能手机应用程序使用DSP在通过耳机听音乐时添加混响和延迟效果并模拟不同房间的方式。.

DSP在线阵列系统中发挥着宝贵作用,它通过执行复杂的计算来确保所有扬声器具有相等的口部声压级和全面的覆盖范围。此外,DSP有助于控制水平扩散模式,为听众提供均匀的声场体验。.

一些线阵列具有内置的DSP功能,而另一些则需要配备专用DSP的功放来运行系统。大多数现代线阵列同时采用这两种方法,以便在不过度负担或使用过大功率损坏扬声器的情况下正确驱动扬声器。.

这些DSP具有高级功能,可用于创建各种声学响应和波束,以聚焦声音方向,从而在存在恼人混响的环境中提高语音清晰度。此外,实时优化可确保大型场馆中的所有扬声器均以最佳性能水平运行。.

DSP设计需要复杂的数学计算,因此选择能够处理此任务的架构具有重要意义。最佳解决方案在Arm处理器上使用DSP扩展,这允许将比原本可用的更多的处理能力专用于音频算法,帮助设计人员避免因使用多个处理器而产生的额外成本、复杂性和编码障碍。.

线阵列系统中的DSP可用于计算阵列中每个扬声器区域的延迟和音量衰减。对于线阵列系统,由于具有许多不同的高音扬声器区域(通常为12个)和8个不同的低音扬声器区域,此计算可能特别棘手;每个区域都需要自己的延迟才能实现相等的口部声压级。.

分频器

一个有效、高质量的扬声器系统需要一个能够适当限制两个驱动单元带宽的分频器,从而降低失真水平,并在轴向和离轴方向上创建集成的频率和功率响应。.

这意味着两个驱动单元的输出将更紧密地匹配,从而在听音区域提供更好的清晰度和均匀的覆盖范围。设计不佳的滤波器网络可能会增加两个驱动单元的声学输出失真,从而降低整体性能。.

无论应用如何,分频器在每个音频系统中都是必不可少的。从家庭影院系统和专业扩声系统到巡回演出应用,分频器有助于将适当的频率直接引导至每个驱动单元——在此情况下,分别引导低频/中频和高频——通过适当的设计确保频率有效地到达两个驱动单元。.

分频器有多种类型,从基本的一阶滤波器到更复杂的设计。虽然一些分频器可能直接集成到扬声器本身,或者是连接在功放和扬声器之间的独立组件,但一个良好、高质量的扬声器系统需要同时使用有源和无源分频器才能获得最佳效果。.

精心设计的有效无源或有源分频器将减少损耗和失真,为驱动单元提供稳定的负载阻抗,同时有效限制其带宽,以限制失真水平,并在轴向频率响应和功率响应(所有扬声器的总输出)方面提供均匀的频率响应。.

设计扬声器系统时最大的错误之一是在其分频器中使用质量较低的部件,这会导致性能显著下降。.

制造商有时会在关键的串联电路中使用电解电容器,以作为比性能更高的空气聚丙烯电容器更节省成本的措施,但这些部件往往具有较高的介电常数,可能会比更昂贵的替代品增加失真。设计良好的扬声器通常会用较低值的薄膜电容器替换此类电解电容器,以避免它们对整体性能产生潜在的负面影响。.

实时调整

DSP通过将房间校正和其他高级DSP算法应用于阵列,使现场设置比以往任何时候都更加自由。通过这样做,它可以在任何环境中实现声学上的完美,或针对特定流派或音乐风格进行定制;一些高端音频系统甚至配备了流行、摇滚、爵士和其他类型音乐的预设——这些DSP功能对扬声器的性能产生巨大影响,并能显著提升性能。.

DSP的主要用途之一是校正由房间尺寸和反射引起的声学不一致性。高级DSP系统在应用滤波器以中和这些影响之前会分析您的空间——从而从您的扬声器中产生更清晰的声音质量,因为它们揭示了以前被房间反射隐藏的细节。.

DSP技术也可用于校正扬声器的频率响应。虽然在没有高分辨率测量设备的情况下这可能具有挑战性,但通过适当的校准,您可以产生非常精确的扬声器响应。手动执行此操作就像试图用放大镜从尿液中分离细菌一样——不可能且效果极差!

为了有效地做到这一点,有必要了解频率和相位在扬声器中如何相互作用。首先使用音频分析仪查看扬声器的轴向和离轴响应;接下来检查组合曲线,以确保两个扬声器在声学上均匀叠加。.

接下来,有必要确定您的扬声器响应与其目标值相差多远。这可以通过将轴向和离轴响应与制造商提供的响应曲线进行比较来完成;如果您期望的响应与实际测量值相差在一个分贝以内,那么一切正常。.

作为最后一步,确保您的扬声器设置具有相同的极性,并针对其预期用途正确配置。例如,如果您计划使用两个三分频侧面补声音箱和一个提示楔形音箱作为补声音箱,请确保所有DSP滤波器都根据此配置进行配置;否则,您可能会遇到不一致的响应和相位问题,这将使从一开始就创建音质出色的系统更具挑战性。.

优化

随着数字革命持续改变我们的音频体验,DSP技术是一个不可或缺的组成部分。从简单的均衡到复杂的房间校正算法,这种多功能技术可用于从均衡音轨到实时自动校正环境的方方面面——一些复杂的系统甚至使用DSP来监控实时变化并自行做出调整!有趣的是,高级DSP正成为个性化声音而非仅仅校正声音的关键要素。.

DSP提供了几个关键优势,可以增强扬声器性能。它可以改善频率响应,减少失真,并消除由分频器引起的问题,例如相位偏移。由于分频器是电气设备,每当其斜率或对齐方式改变时,它们的输出就会发生变化——无论是否连接了分频器。.

分频器会改变扬声器中高频和低频之间的相位关系,但它们也会影响其他因素。例如,安装在离麦克风较远处的扬声器将具有更长的波长,无论分频器斜率如何,这都会使输出改变1.36倍。.

在均衡和校准过程中参考参考音轨对于建立基准频率响应目标以及验证您的系统是否在选定的播放音量下提供逼真的声音至关重要。.

DSP技术还可以增强扬声器系统性能的其他方面,包括扬声器间极性一致性和相对于直达声的早期反射水平,以改善沉浸式音频和立体声性能。模拟系统需要手动调整;因此,这些问题必须通过数字方式更轻松地管理。.

LEA Connect系列利用DSP来最大化其线阵列模块的性能。其先进的96kHz DSP提供快速的负载监控,并根据实际功耗动态调整输入电压——保护扬声器免受过载并避免损坏。此外,实时峰值检测确保功放以峰值效率运行,从而实现最大的可靠性和运行寿命——创建更可靠、性能更高、寿命更长的系统。.

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