原理:在开放场中,一个出声孔可以描述为一个声源(源强就是面积和速度的乘积),观测点的声压就是这些声源的叠加效果,其中f为频率,xi为振动位移,Si为面积,di为声源到观测点距离,γi跟表面几何形状关联。
很容易发现:
1、 同样的振幅,频率降低一半,声压级要减少12dB,也就是说在开放场下想要达到较大的响度存在天然的物理限制。
2、 由于膜片有正反两个面,他们的体积流刚好相反,可能存在抵消的作用,这让低音重放难度更大,但同时这个也是减少漏音的关键原理。
3、 可以提升低频响度的方法:尽量让正贡献声源离观测点近,让反贡献声源远离观测点,尽量加大源面积,尽量加大源位移,改变反贡献声源的相位(如倒相箱)。
数字音频处理提升开放音频低音性能
针对OWS耳机,在只有一个发声单元的开放音频,增加面积,离耳朵更近,改变相位多是采用物理的声学结构设计来完成,数字信号处理主要的作用是最大限度的达到物理的限制位移。
物理的限制主要来源于两部分:
1、喇叭承受的功率是确定的;
2、功放输出的最大功率是确定的。
方法一:EQ的调整
采用固定的一组EQ来调整耳机,这个是所有耳机中最常见的做法,这里的限制是不应让最后的总增益超过0dBFS。但事实上市面上一些劣质的耳机会犯数字削波失真的错误。
方法二:“动态”EQ调整
不同的音量下采用不同的EQ,比单一的EQ方法有提升,中小音量听音时低音比重更大,但大音量时由于物理的限制,不能提升低频品质。
方法三:动态范围控制/压缩(DRC,Dynamic Range Control/ Compression)
动态范围控制,顾名思义,是将输入音频信号的动态范围映射到指定的动态范围,有模拟和数字控制器,包含压缩限幅等,这里特指压缩相关的方法。音频信号可以进行整体的动态范围控制;也可以划分为若干子带分别进行动态范围控制。DRC广泛用于录音、制作、降噪、广播和现场表演等,并不算是一个新技术。小体积音箱的标配数字音频方法,但由于参数设计需要一定的专业和经验,是早期小体积音箱好坏的重要区分点。DRC做得好,会提升低音体验,做得不好会有声音忽大忽小的问题,更有甚者会有显著的失真或破音。
一般DRC包含分频,扩位,峰值/均值检测,启动和释放平滑增益控制等,常见动态范围压缩的框图如下。
方法四:基于心理声学的特点,伪造出低音感,虚拟低音增强技术
心理声学实验中,存在一种“虚拟音调”的实验现象:人耳在基频缺失的情况下利用谐波组合重建信号音调高低。主要流程如下图,产生谐波主要方法为MaxxBass算法和VB Phase Vocoder。
MaxxBass最早实现的一种低音增强算法。采用非线性乘法器来生成谐波,该方法不可避免会带来互调失真,目前几乎已经不再用实际应用。
VB Phase Vocoder相位声码器,利用短时傅里叶变换在频域进行频率和相位的调整来实现频率转移。一些手机中应用了该算法,OWS耳机暂时还未见到有具体报道。
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