使用Sonarworks和等響曲線對小型監聽系統進行頻響校準

內蒙古機場集團有限公司錫林浩特分公司 秦敏恒

錄音師和擴聲調音師希望揚聲器系統有較為平直的頻響曲線，以更真實地反映出音樂本身的效果。而實際中頻響曲線并非一條直線，這就需要對頻響曲線進行校準。使用Sonarworks Reference 4對耳機的頻響曲線進行校準，使用FCS 966型均衡器基于等響曲線對揚聲器的頻響曲線進行校準。校準后經過一些有經驗的音響師、錄音師和樂手對音質進行主觀評測，得到了評測人的認可。

1 頻響校準的基本概念和原理

頻率響應在一定程度上表示揚聲器系統對聲音還原的能力。頻響曲線越平直，說明揚聲器系統對聲音的還原越真實；頻響曲線凹凸不平，說明揚聲器系統對不同頻率的聲音有或高或低的增益，失真也越大。在錄音和擴聲的監聽中，錄音師和擴聲調音師對音樂質量的把握與揚聲器系統的頻響曲線有直接的關系。一個平直的頻響曲線可以更真實地反映出音樂本身的效果，而不平直的頻響曲線則會產生較大的失真，干擾監聽效果。因此錄音師和擴聲調音師希望揚聲器系統有較為平直的頻響曲線，以更真實地反映出音樂本身的效果。而實際中頻響曲線并非一條直線，這就需要對頻響曲線進行校準。

校準揚聲器系統頻響的主要方法是在揚聲器和功放前加入均衡器。均衡器的作用是在頻域上對20Hz至20000Hz各個頻率上的電信號進行增益的改變，以實現改變揚聲器系統頻響的功能。最常用的31段均衡器采用1/3倍頻程劃分31個頻率。但1/3倍頻程的帶寬在3dB以內是上限頻率和下限頻率連續覆蓋，一旦超過3dB，則帶寬會增大，即調整一個中心頻率的增益，也會影響到另一個中心頻率點所對應帶寬的增益。如調整800Hz頻點，在3dB以內對1000Hz頻點所對應帶寬的增益沒有影響，而超過3dB，則會影響到1000Hz頻點所對應帶寬的增益。故對工作室某型號揚聲器系統頻響的校準選用恒定帶寬的FCS 966型均衡器，對監聽耳機的校準則直接采用Sonarworks Reference 4軟件完成。

2 監聽耳機的校準

Sonarworks Reference 4是一款專用的耳機頻響校準軟件，軟件服務器上預置了大量型號的耳機的頻響數據，使用時只需聯網后選擇對應的耳機型號，打開自動校準開關，軟件即可根據所選的耳機型號自動對計算機輸出的音頻信號進行均衡處理。使用Sonarworks Reference 4對耳機頻響進行校準，操作簡便，精度高，可以得到準確的頻響曲線，對于確保音樂制作過程中的監聽質量有著重要的意義。

以森海塞爾Sennheiser HD 300耳機為例，Sonarworks Reference 4中選擇“Before”可以看到校準前的頻響曲線如圖1所示。

圖1 森海塞爾Sennheiser HD 300校準前的頻響曲線

如果直接校準，則頻響曲線會校準為一條直線，由一些有經驗的音響師、錄音師和樂手對音質進行主觀評測，均表示高頻分量較大而低頻分量較小。為平衡高頻分量和低頻分量，校準方案選用Bass Boost +6dB和Tilt +3dB，經過校準后再進行音質主觀評測，得到了評測人的一致好評。Sonarworks Reference 4中選擇“Simulated After”可以看到校準后的頻響曲線如圖2所示。

圖2 森海塞爾Sennheiser HD 300校準后的頻響曲線

由于Sonarworks Reference 4的作用是對耳機的頻響進行校準，而對揚聲器系統的校準由31段均衡器完成。但由于Sonarworks Reference 4軟件對計算機輸出的音頻信號進行了頻率增益的改變，故需要在均衡器的低頻和高頻部分做相應的補償，以盡可能還原原始效果，確保低音的貝斯聲不忽高忽低，確保人聲和樂器的高音不尖銳刺耳。選擇“Calibration”可以看到軟件對頻率增益的具體調整方法，可以看出軟件自動根據耳機的頻響曲線進行了頻率增益的反向調節，如圖3所示。

圖3 Sonarworks Reference 4對頻率增益的具體調整方法

3 揚聲器系統的校準

由于普通31段均衡器某一頻率增益的調整超過3dB時Q值和帶寬會改變，影響其他頻率，故對揚聲器系統的校準選用恒定Q值的FCS 966型31段均衡器。經過測試，FCS 966對某一頻率增益的調整不會影響到其他頻率帶寬范圍內的增益，即Q值和帶寬恒定，如圖4所示。

圖4 FCS 966型均衡器和普通均衡器的帶寬

使用FCS 966型31段均衡器的另一原因是FCS 966比普通均衡器具備更平滑的頻率響應，如圖5所示。

圖5 普通均衡器和FCS 966型均衡器的頻率響應

由于之前耳機的校準對計算機輸出的音頻信號進行了頻率增益的改變，故對25Hz至200Hz之間的頻率與Sonarworks Reference 4共同校準為+1.0dB（為的是留出LF調節的裕度，使LF的調節更靈活），對6300Hz至20000Hz之間的頻率與Sonarworks Reference 4共同校準為0dB。對高低音采用這樣的方案可以盡量還原原始音樂信號，減小失真。另外一個原因是FCS 966型均衡器具備高低音整體調節功能，用LF旋鈕或HF旋鈕可調整低音或高音的整體增益，在保證原始信號的前提下對低音和高音整體進行調節，效果較好，避免了貝斯聲忽高忽低、人聲和樂器的高音尖銳刺耳的問題。對FCS 966型均衡器高低音的調整方案如表1所示。

表1 FCS 966型均衡器高低音的調整方案

對250Hz至5000Hz的頻率校準基于等響曲線。基本原理是播放各頻率等電平正弦單音，在聽音位置測量不同頻率正弦單音的聲壓級，通過均衡器的調節，使實測聲壓級盡可能與等響曲線計算的理論聲壓級一致。

等響曲線采用Robinson和Dadson于1956年提出的模型，是人耳感覺到不同頻率正弦單音取得相同響度時的聲壓級連成的曲線。在Robinson和Dadson的原始論文中給出了各頻率正弦單音在相同聲壓級下的響度級的計算公式，根據這一公式可以反推算出各頻率正弦單音在相同響度級時的理論聲壓級。Robinson和Dadson提出的等響曲線如圖6所示。

圖6 Robinson和Dadson提出的等響曲線

測試時聲壓級取太小則容易受到環境噪聲的干擾，影響校準；取太大則容易損壞揚聲器，且人耳不適感較強。故選用1000Hz正弦單音75dB為基準進行計算，a值、b值、c值取20歲的系數，不進行年齡誤差修正。具體計算公式在原始論文中已給出，故此處不再贅述，僅列出計算結果。

測試音頻使用Multi-Instrument 3.8軟件中的信號發生器播放，采樣參數設置為192kHz，聲道設置為A&B，位數設置為16bit，波形設置為正弦波，輸出振幅設置為0.995，如圖7所示。

圖7 播放測試音頻界面

先播放200Hz正弦單音并調整到73.1dB，然后播放等電平其他頻率的正弦單音，記錄校準前實測聲壓級。每個頻率結束時和示數波動較大時需停止音頻，直到聲壓級低于儀器閾值后，再重新開始播放，播放停止至少兩次，如果兩次結果不一致，則需增加測試次數，以確保示數真實可靠。然后調整均衡器，再測量調整后的聲壓級，反復幾遍，直到調整后的實測聲壓級與等響曲線公式計算的理論聲壓級基本一致。理論聲壓級、校準前實測聲壓級和校準后實測聲壓級如表2所示。

表2 理論聲壓級、校準前實測聲壓級和校準后實測聲壓級

分析表中數據可以發現，除了250Hz頻率誤差較大，其余頻率的實測聲壓級與理論聲壓級的誤差均在1dB以內，而校準前最大誤差為600Hz頻率，達到了13.35dB。導致250Hz頻率誤差較大的原因很可能是揚聲器自身的問題。經過校準后FCS 966型均衡器的最終設置如圖8所示。

圖8 經過校準后FCS 966型均衡器的最終設置

經過FCS 966型均衡器的校準，揚聲器系統的頻響有了很大程度的改善。經過一些有經驗的音響師、錄音師和樂手對音質進行主觀評測，得到了評測人的認可。

此外校準揚聲器系統頻響還可以采用Smaart軟件等方法，本文不予討論。

4 結論

（1）使用Sonarworks Reference 4對耳機頻響校準，可以得到準確的頻響曲線，對于確保音樂制作過程中的監聽質量具有重要的意義。

（2）對于揚聲器系統的校準需要使用均衡器完成。基于等響曲線校準雖在一定程度上改善了揚聲器系統的頻響，但準確程度不如用Sonarworks Reference 4校準高，僅用于檢驗音頻文件的最終擴聲效果。若耳機品牌型號更換，則需重新進行校準。

（3）在音樂制作的過程中的編曲、縮混和音頻后期處理等階段，應盡量使用經Sonarworks Reference 4校準后的耳機作為主要監聽設備，以確保音樂制作質量；而經均衡器校準后的揚聲器系統可用于檢驗音頻文件的最終擴聲效果，但不推薦作為主要監聽設備。

（4）該校準方案僅用于小型工作室監聽校準，對建筑聲學系統、室外演出擴聲系統等其他類型揚聲器系統的校準未經評估和驗證。