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浅谈超低音
发布日期:2020-6-5   点击次数:

  超低音 ( SUBLOW / SUBWOOFER )

  是一个影响人们心理上的感受,驱使脑部产生的化学变化去接受这能量,从耳朵能听到的,身体皮肤真正感受的,那种感觉并不是每天24小时都在接收的。在声响心理学上,有人钻研哑音域部份,应用在人类方面有很多的结果,例如有实验者在一部平常无什么特别的笑话影片里,不定时的加入聆听不到的低频率,在过程中不告知观片的人,不久即有人感觉不安全,有人会自行提早离去,有人不舒服之类的状况出现。哑音的频率很低,也许 40 ~ 20 Hz 或是更低,那绝对是人们听不到的,但是身心在其内会逼出人类危机意识的潜能,这是因为这种感觉对于人类而言是很陌生的,又频率愈低,就没有所谓方向性的问题,当一个人掌握不到那环境事情焦点时,所谓的第六感危机意识即刻出现在生理及心里反应上。

  就人类的生理反应,这是很有趣的,各位在电影院观看一部星际片的时候,大战舰出现时都会有低频混荡在环境里,以营造视觉进入脑中枢的不足气氛,这些气氛的频率大致上在 80 Hz 以下,能量的延展下去一直到喇叭单体对频率的截止点。那么就一个音乐现场声音支持系统内,在既有的可感觉、体会得到的低频音频里,我们将其低频音域增强时,它会加强气氛的营造。运用在音乐上,超低音是何等的重要!

  一般的系统操作者大多不清楚或不善用超低音的应用方法,也就是说 SUBLOW 的使用技术,因为市场应用的原因,往往只要一般通用的喇叭音箱就可以进行现场广播的租赁工程,而从事的工作人员并无法常态的接触超低音来使用,所以体会不到超低音箱子在现场真正的意义。

  对于 80Hz 以下的系统,它们大致上有分为两种结构 :一为合并式 ( 一体整合式 ) 的低音系统,一为分离式的低音系统。

  所不同的地方是前者无法单独由混音平台上调整低频音域的电平或是讯号源,后者的系统是使用可调整指数较高的声音架构。当初当系统在市场上被区分出来后,整体合并式的低音系统往往被规类于低阶系统,这很冤枉,合并式的低音系统并非不好,制造商在出场时把应有的标准与匹配组合好之后就开始了贩卖的行为,各位都清楚,一种东西是可以有千百种的使用方法,所以呢,当设备的使用方式超出原设计者的初衷时,当然会被人误解为劣品。

  自然的,在系统要求投资经济,或是简单的音乐播放,夜总会小型工程等,以合并式的结构即可满足要求。当然有人会问这两种结构运用在 Live Tour 上,到底有何不同之处?

  我们简单的举一个应用来说明,以一个 Vocal 麦克风收音进入 Console 后,在你不去调整 Channel 上的 EQ. 时,即便人的声音无法延伸到 100 Hz 以下,但是麦克风它会,这种非刻意的喷麦、风声、现场噪音等,所产生的过多低频能量,它会完全的显现在你的低音喇叭上来增加单体、扩大器的负担,尤其是当这些声音能量都是你不要的。你可以 Low cut ,当然你可以pass 这 70 ~ 90 甚至于 100 Hz 以下的低频反应在你的 Vocal 麦克风信道上,但实际上合并的低音系统,为了要满足低频在现场的布满值,增加其低频能量是全部而不是局部,所以还是会有些不需要低频色彩的乐器通道被影响,这前后的被一些莫须有的低频泛音工作着,是很不科学与浪费能量的。又舞台上的 Vocal 麦克风并非只有一支,然后整体音效加总完成后,你会发现尚有过多的一些低频泛音,通常就有人会去减少 House 的低频 EQ,或衰减 Vocal channel 上的低音来平衡现场听觉的平衡值,各位,这两个动作都已牺牲掉从前级输出讯号的忠实度,就现场而言,是牺牲掉别的乐器的音频空间。大半的人没有去体会现场声响内容的原因是平常一般人并没有常常接受较大于嘴巴所发出来的音压,仅偶而接触到大音压的聆听环境,首先的感觉都只有大声的印象,那要来区别音场等化的能力明白度,并没有这样的理性能力。


说说超低音---吴荣宗

 

  这是一般简单合并式的喇叭系统,分音器是直接用低音喇叭里的被动式分音网络。


说说超低音---吴荣宗

 

  这是也是一般合并式的喇叭系统,分音器直分出各音域。

  分离式 / 独立式

  分离式的低频系统就是改善了上述的问题,它让整个系统活化起来,给操作者很多的使用空间的选择性,我们分析它的组织可以看出在主喇叭透过分音器所出来的频率截止点不会一直延伸下去,它可能会变成 ( 例 : X Hz ~ 60 or 40 Hz ),Sub low 的频率则是 110 or 100 ~ 80 Hz 以下 ,这技术上是当你系统上有增加超低音的部份时,主喇叭的低频延伸点勿须那么的低,如此可以减少时间 / 距离的抵消系数值,这个问题待会我会慢慢解释。


说说超低音---吴荣宗

 

  这是典型分离式的喇叭系统,低音分音器与主喇叭的分音器是分开来的。

  也因此必须多使用一台分音器。


说说超低音---吴荣宗

 

  这也是典型分离式的喇叭系统,低音分音器与主喇叭的分音器是分开来的。

  也可以单独调整低音部份的任何数据,不过只须同一台分音器。

  此种电子分音器是目前的主流,

  那么这超低音箱子的内容要放送什么讯号在里面?我们在这里提供一份各项乐器的频率响应谱表,这是普遍家家所流通的频表,以现场音乐演出内容的声音系统,大多会将声音讯号加入低频系统的有 :

  Kick Drum

  Bass ( 依现场状况而定 )

  Electronic Loop

  CD DAT Line source

  Any synths. ( 依现场状况而定 )

  F / Tom ( 依现场状况而定 )

  还有临时性质的音乐内容要营造气氛的,

  简单的说明一下,你可以注意到它是可以选择的,这样的过程可以增加音场的丰富感,然后利用 Console上的任一组单独的输出来取决任一乐器的低频气忿多寡,如此才不会某些声音的低频不足或过多,例如一个大鼓的低频能量与一台琴键乐器的低频电平值一定是不一样的,有深度的调音员都很清楚在调整好整体音场后,低频泛音的平衡调整也是过程之一的。

  上述的声音系统,有时候与悬吊起来,带有超低音域的主喇叭系统是不一样的解释,因为有的喇叭系统在悬吊起来时,对于在空中的超低因箱子是采用合并式的分频系统,这个原因是因为喇叭系统悬吊起来之后,对于没有第三介质的依附的低频,频响曲线是急遽下滑的,所以为求声音能量自然衰退,系统会增加超低音来补偿这样的损失。

  时间 / 位置对低音的影响

  当我们在操作一个小型场子,其中加上一支低音喇叭时,它会对声音响度美化与减轻中高音的负担,它会使系统更安全的,这是因为原先若没有超低音域时,你的主喇叭也必须负担那些频率,如此主喇叭的放大器就须要消耗那些频率能量,( 所有的音频设备要反应20Hz~20KHz的频域是很简单的 ),更当你的主喇叭是属于 12” 的低音单元时,它跟本反应不了这些低频域,造成浪费与折损,你也只有衰减音场的均衡器来修正此一问题。

  当系统加上超低音后,藉由分音器来区分音域,整个音场的能量与有效值就大大的提升。这些解释就是当你携带2 ~ 8支那种12”, 15”两音路 / 全音域的小喇叭做场子时,别认为那是小案子小场地而忽略掉超低音部份,你反而更要将这个低音系统加上去,即便是一支超低音!它所得到的功效是大于你辛苦搬运它上车到运输过程的。

  低音喇叭的音箱结构有那么一些不同,通常各位都会看到正面式或反射式的文森低频效应等,每个结构原理优缺都各有其设计的拥护者,图示 A,一只低音喇叭放置在平面上,假如以 0 dB 为依据,图 B,会增加 3 dB,图 C,会再增加一倍,依图示你可以看出低音喇叭摆设所增加的能量说明。

  但实际上这些能量的增加在依现场环境而言,有的是加分的,有时却是一个很大的驻波绕射干扰问题。

  超低音无论其为正面或是反射的,当你垂直的迭高或水平的排列,数量多寡会决定你现场音压增加的多寡,能量指向性也会跟着提高。同时间藉由音压仪表或是频谱分析仪,你可以修整摆设的角度、位置、距离、时间等,它会在既有的功率能量里,再帮你提升出能量,但是后者的过程往往是大家所忽略掉的,尤其是时间差的问题。同系列的箱子与单体垂直的迭高或水平的排列,你观察一下,它们单体线圈轴心 ( axis ) 彼此都是等距在前后左右,因此你的排列方式即会决定今天的低频效果。一只低音就是一只,两只、四只、八只.的 SUBWOOFER音箱组合也是一只喇叭的意思,只不过在摆设的过程若将箱子与箱子间的距离改变一下就会有些问题出现,我们现在就慢慢的来剖析这些声音物理现像。


说说超低音---吴荣宗

 

  各超低音喇叭一般的简图

  依图示来说明,一支超低音喇叭放置在舞台任一边,除了它本身往前所放射出来的低频能量外,在其摆置的周围以轴心垂直水平向后 180° ( 左 90° & 右 90° ),低频也会散布在这喇叭箱位置的左、右、后方,频率愈低的就愈多,那种不清楚的泛音感觉,我们称它为 :room colouration ( 房间色彩 )


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  图 A 超低音喇叭位置


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  图 B 超低音喇叭位置


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  图 C 超低音喇叭位置


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  这是超低音喇叭俯视图,观看其内部的排列,当多支的排列时,每支单体的距离组合起来时,即会有数组的物理出现


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  多支超低音喇叭组合后,观理想的物理特性应该像是一支喇叭,这是水平的摆法,垂直的堆栈也是一样的意思

  room colouration 这个词句咱们在前几篇的文章就有提到它的感觉,这种效果它会布满在它能量所及的范围,然后各位会问它倒底是什么声音或怎么体会?这么说好了,500 cc 的杯子里加满原汁的柳橙汁,另外 500cc 的杯子加满 499cc 的水及1cc 的柳橙原汁,那这 500cc 的容积就是低音含盖范围,500cc 原汁的就是你走近低音喇叭轴心中央的最有效散射点聆听,另一杯就是聆听位置在轴心旁的地点或是较远处,或喇叭背后,( 这较远处并不是要很远,依听觉的感受,对着喇叭轴心点,无论你向前延伸或是左右远离,意亦或是在后方,在一个临界距离的位置你会感觉到那直接能量与房间色彩的交错点,这个效应,当然的喇叭数量愈少开始发生的距离就愈短,另外环境、温度也会影响到这个问题。

  波长 = 音速* / 频率

  ( *代表着会随温度等因素有所不同 )

  你把任一频率导入式子里就不难发现愈低的频率波长值愈大,这就是为何环绕在舞台前缘及喇叭的本身左、右、后的泛音频 ( apron of room colouration ) 会比较多了。依图示 D, 四只喇叭垂直迭起时,能量将从既有的音压增加 + 12 dB。而由于其为垂直摆法,所产生的声音物里特性将会是提高水平方向的能量指向性,相对的即把喇叭堆埵起来后,其充斥喇叭左右两边房间色彩泛频的能量集中起来,进而产生了方向性的凝聚,也因此其水平面的能量指向值多过垂直面。


说说超低音---吴荣宗

 

  超低音喇叭数组的排法,依理想物理的增益,它应该会有如图示的说明

  四只喇叭水平排列 ( 无角度的 ) 时,同样的能量将从既有的音压增加 + 12 dB。那么其物理效应就与上述的颠倒。接下来就贪心一些了,当然的也是大家的理想组合,甚至更多!成倍数的喇叭数量将得到 + 24 dB,的音压外,在水平与垂直的 room colouration 将会缩小,别怀疑,它不可能消失的。

  数量愈多的定规摆设,将会增加有效能量直接输出的形成。那它的有效值当然大于这 room colouration,( 一支音箱有气氛产生,倍数音箱的增加即有强及有力的振幅含盖角出现 )。各位看到的图例全都是紧密的排列法,如何知道自己的低音喇叭组合是俱有倍能的优势,如果是属双低音单体的格局,请在并排第二支时,拿尺来量一下,是否每只单体的间距都一样,请记住,垂直与水平都要量一下即可了解到厂商们在设计上的组合考虑。同尺寸的间距将使低频能量增加,不同间距的虽然不加分,却会在任一频率与当下不同的间距上,产生一个不等音波的Alley ( 凹陷 )。

  我们将 room colouration 比喻一次,会产生这些效应就是环境四周的反射、喇叭数量彼此发出声音到聆听者位置的不同距离时间、舞台左右边的音箱摆设位置不对衬、音箱与音箱间的角度沟过大、低频输出所须含盖的现场聆听范围太大等,都会让这现象产生。

  又因为这直接音永远是大于所产生出来的多次泛音,就聆听位置的不同,即会有不同的时间差,相对的大大小小的声波抵消就会与直接音包含在一起布满在现场的表演聆听区里面。这样的物理泛音是不会消失的,只是大小的影响值而已,往往一个庞大的低频能量建立后,其中有部份是被折损掉了!这是很可惜的。在图示里的几个英文字义,它们的解释是这样子的:

  Wide ( 宽广的 ):

  喇叭的能量输指向出是没有含盖角的,这 apron of room colouration 比值比较高,就是当你为了要让超低音的有效能量增加时,在你从 console 增加讯号电平给它的同时,apron of room colouration 也跟着增加充斥在喇叭左右后方,等于说这些效应都超过180°了。原因呢?就是在一个现场里,所使用的低音喇叭数量不足含盖现场,或现场空间清析度不良而至。

  Narrow ( 狭窄的 ):

  由于增加了喇叭数量,物理上倍增有效能量产生,使得有效指向值增加,这样的效应会使那些超越 180。的 apron of room colouration 角度变小,因为倍增喇叭数量之故,低频输出能量足够使用。

  一般的惯例:

  * 大型的低音堆埵数组,将会有更多有效的能量往前或往侧指向性形成,而指向性往前或往侧是依音箱的堆放方式而定。

  音说说超低音 ( 第二篇 )

  一只低音喇叭因物理特性,在没有所谓无限障板的条件下,能量依轴心方向散射(绕射)外,在其音箱后方( 超出 180° ),其频率会散漫在其中。而这些充斥频域的高低将依制造商所设计出来喇叭的的容积、宽深度、单体特性而定!前些篇我们有提过的,现今没有那么大支的喇叭单体可以单独得到超大能量,因此就须组合起,那么光在堆砌这些箱子时,其电气声学物理规矩就有无数的结论,以单纯的一项就是那要摆放喇叭位置的结构或接触面,它必须是扎实的没反弹性的,接触面可以标准的提供不变形的堆栈与排列。然后安全要求很高,组合同型的喇叭来产生大能量的过程里,我们就要注意这些箱子彼此间的呎吋、角度,有的使用方式为求含盖面大,会把超低音的排列呈有角度或是有间隔与弯曲状,这样并不会得到很好的加分结果,但也并不是不可行,只是我们要清楚的是箱子间的角度会影响输出波瓣的多寡,深或浅,即使你得到较宽的含盖面,却也让音场得到类似五花辫的低频含盖大大提升。什么是五花辫?我们看一下图例以及下面的一些计算式子:

  式子来源:英国 MARTIN-AUDIO 喇叭课程内容。

  Main coverage angle = 2 x arcsin ( 0。61 x λ / N x d )

  这个 Main coverage angle 就是从喇叭轴心算起在其左右两边的含盖角度角度。

  0。61 的导入值是喇叭单体在音箱与音箱间,任一频率角度的负值。

  arc sin = 箱子与箱子间的弯角距。

  λ = 音速 / 频率的值。

  N = 低音喇叭的数量。

  d = 任两支喇叭单体轴心间的距离。

  图示 A,是一组低音喇叭所散发出来的低频能量,各位先别管什么频率,左边它是一个常使用的组态,四支低音喇叭组合,水平或垂直各位就依上图例来了解,此图例则是在告诉我们,当少量的低音采用垂直或是水平的排列组合,它除了产生有效的指向能量外,在其轴心垂直水平向后180°( 左90° & 右90° ),同样的也会有泛音的能量产生,那么这些绕射泛频里某一些频点可能会因为现场是室内的建筑,舞台上乐器或直接音产生的,或PA喇叭低音反射所产生的任一频点,就有可能将这某一频点给予共振出来,造成低频回授的潜在因素,当然它们也是可以掌握的。

  右方则是大型的低音数组组合,高优沃的指向能量产生,大大消弭掉180° 后的能量,但也不见得干净就是加分的,这会使用舞台上的低频气氛不足,另外我们要清楚的是这图例仅是一个单一频率,如果它是一个 20 ~ 160 Hz 噪音产生器时,那图形就不会像图例那么好看,因为每一个频率的波长都不一样,组合在一起就有不同的波辫,因此清楚一点,就是以上面的式子去求任一频率,喇叭数量愈多,调整的角度愈少,那么所求出来的角度响值就愈小。

  超低音喇叭抵消 ( Subwoofer Cancellation )我们经常会被问到有关超低音喇叭抵消 ( Subwoofer Cancellation ) 的问题,尤其特别的是在外场的应用上。有时归咎一个特定超低频域点无法抑制其共振的问题,使操作人员受到责难,在某些听众区表现的不是很好。这强调出问题是堆垛位于在舞台的每一个侧面的超低音喇叭之间的相互作用。只要我们有让扬声器位于在舞台两个侧边,假设它们是放送着相同的讯号时,在它们之间就永远是会有干扰的问题。在上面文章的说明主要就是诉诸一个事情,当一堆喇叭组合起来时,那些箱子与箱子

  之间的距离数据就会让低频音场有所影响。

  图 C 是俯视图,超低音喇叭发出 100 Hz 的能量散布图,音箱彼此之间是很理想紧密堆栈。在黄色区域一直到淡蓝之间的距离,大约是 147 dB ~117 dB 的差别,你可以看出这 100 Hz 的低音散布图没有花瓣出现,因此当聆听者身在其中时,取其任一角落都会得到很匀称的聆听质量。不过你发现到如果把这散布图的圆轴画出,180° 依然拥有 apron of room colouration。

  图 C是低频能量散布略图 ( in 100 Hz )

  彩色图片数据来自于 Joe Brusi 先生的资料 www.brusi.com,喇叭是我补充画上去说明的。

  当舞台另一边的低音喇叭也打开时,若聆听者不是站在正中央平均点的位置,而是偏左或偏右,那就会有下面图例的聆听现象,就如同在插图 D上所看见的那样,当聆听者对两方的距离是相同时,从那两方所发出的声音就同时到达聆听者。如果聆听者是接近到一边并与另一边距离较远,则近的一边的声音就比远的声音先到达聆听者。这就是时间到达的差异所产生出的类似

  梳形滤波效应 ( Comb Filtering Effects )。


说说超低音---吴荣宗

 

  图 D - 1


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  图 D - 2


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  图 D - 3

  图示 D – 1 聆听者位于左声道的近轴心处,相对的他也听到右边的那个频率,唯不同之处是因距离的关系而有时间差的问题出现。图示 D – 2 这样的现像有如一只发音体置于单面墙的位置,在现场各位如有面对到类似的音场环境,就应该尽量克服避免这样的放置低音喇叭。图示 D – 3 里面的小a 就是聆听若处于两堆埵物的中央,那得到的音压将是倍增的!不幸的是聆听者若是恰巧处于倍时间差的位置,那刚好是任一频率的抵消点。

  图 D - 4

  图 D-4 是一个梳形滤波效应 ( Comb Filtering Effects ) 的解释图,波辫间凹陷的谷辫就是时间差所造成的。在时间到达的差别上导引致两个讯号之间的相位差在180度时,就处于所在的频率状态下就发生出现了绝对抵消,但是实际的现场应用不会是论点上那样,因为真正现场喇叭所放射出来是音乐电平。它的内容有乐器变化的升降滑音、有立体模式的效果声频等等,那这梳形滤波的可聆听值就是这些随时间、频率改变、发音点等去作用。

  就这些最低的影响值而言,对于那些瞬息万变的频率,若非恒频恒源,现场可听到的声音能量还是大于这些折损的能量,即使其内容包含了这些潜在的梳形效应现象。很多人以为使用图形均衡器或参数调整就能消弭这个效应,其实并不能修正由梳形滤波所造成的问题,这是因为在这些凹陷抵消的最下方位置是一个完全的能量抵消。影响这个绝对值是当两个讯号电平值是比另一个大很多时,那么影响的效果将是会减少并不是解除,所以用什么 EQ 去调整如何如何是不会消除梳形滤波效应的,我们再进一步解释,假如有一个音乐讯号发出在左右主喇叭上,聆听者位于中央点,那么这位聆听者是标准点,不过前方左右两点的喇叭位置有无偏差?

  这样的位置精准就是梳形滤波效应影响值产生的大小,有人会说,那么某一边的音量大些时,梳形滤波效应也会随着减少,或者是我们简单的透过延迟设备来调整某一边的时间补偿到达同步,梳形滤波效应就会被排除掉,实际上若是只针对前一位聆听者的位置消弭,那是可行的,不过就中心线位置以外的,都还有其它的聆听者,严格讲,每一位听众在现场所在的位置就是一个不同的时间差,对于某些频点也就会有不同梳形滤波效应定义值。他们之间是有不同的延迟,这意思是对每一位聆听者位置来延迟一个喇叭堆垛点或悬吊点,只不过改变了聆听者这个 Sweet Spot ( 最佳聆听位置 ),但在其它的地方还是一样的问题存在。

  没错,对于频率而言,在一个演出现场,能量折损这个问题是一直存在的,我们可以发现物理现象,即一个立体的音相,就是时间上的变换,效果器之类的美化,不就是时间相位的技巧吗?

  那么这样子实际在聆听上,也并没有非常的严重不可听,反而利用其不同的时间来形成应用。

  在现场所架设的声音系统,因为这些音乐电平的变动,在任一点位置就会有不同的频率凹陷,或宽或窄,各频率不同。以主喇叭来说,左右声道的音乐电平散发出来的频率,并不是像那恒频率一个个的遍布在不同的这些抵消区域,然后排列这些凹陷供你观看分析图表,那些音乐频率发生此效应是非常小的,又左耳和右耳并不会在当下参与分享到这些效应点,左右耳对发音点与距离所产生的效应,所听到时在脑中枢辨别也有时间差的,也因此抵消的现象,聆听上并不像数据上所感受到的不足。以恒源恒频而言,也许某一位聆听者的位置刚巧是凹陷,另一个聆听位置也许是优沃的能量。

  问题来了,就超低音喇叭,在低频音域里,一个梳形滤波效应情况就变成是一个问题。从上述所提供的式子就可以了解频率愈低,波长就愈宽,可被辨别出来的。我们算一下 80Hz 的波长,波长 = 音速* / 频率80 Hz 的波长大约是 4 公尺,这范围是庞大的,有凹陷的位置方向自然就是宽的广大的,聆听者变换到可聆听点的距离变大了,所以折损就容易被聆听出来,这是因为超低音喇叭几乎是全指向的散布在现场的。以 120 Hz 来说,在这个两边超低音喇叭的覆盖内,整个听众区,无论是什么类型的,直接正面辐射式的、曲式号角型反射式的 ( folded horn ),或者厂牌的各种类型的超低音喇叭,都无济于事的无可避免的都会遭受到干扰的影响。结果就是所谓的 Power Alley,你可以说成是低频能量凹陷,或是直接念这英文即可,式针对小场子是最好的。

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