FOUR AUDIO HD2让扩声系统更可靠与智能! ----谈处理器的限幅器格局

　　“Four Audio”是一家由四位声学和信号处理研究的博士和教授共同创立的德国品牌，他们均毕业于德国亚琛工业大学(被誉为欧洲的“麻省理工”)，致力于研发音频测量软件和声音系统解决方案。

　　2017年.广州市锐丰智能科技有限公司与Four Audio公司成为新合作伙伴，全面丰富公司产品的同时拓宽了多元化、多领域的应用，以全数字产品为核心提高整体智能化系统解决方案及技术支持服务，向各个音响扩声领域进行深度衍生拓展。

　　Four Audio开发和销售控制器以及音频和声学测量设备，以软件和硬件相结合的开发、信号处理、音频和声学测量，音箱的设计为主要方向。Four Audio为全球的扬声器制造商提供电声和声学领域的咨询、设计、测量和分析服务。作为AFMG的合作伙伴、全球范围内少数几家提供测量和GLL/CLF创作服务的独立实验室之一，其扬声器测量实验室(IFAA lab)能够满足任何扬声器的测量和建模需求。最为人熟知的业务便是为全球各扬声器制造商使用客观的、高精确度的方向性数据为扬声器创建GLL文件，这些数据都符合EASE,EASE Evac，EASE Focus和AFMG FIRmaker等建模和优化程序的要求。在欧洲，大多数已被EASE或EASE Focus认证的扬声器制造商，都选择Four Audio为其扬声器提供扬声器建模文件所需的主要数据。

　　FOUR AUDIO有着令人惊艳的内在知识、声学以及音乐性的应用理解，并揉合了这一切，使用科技手段，合理而富于巧思又可行的处理程序来完美我们所需要的声音。

　　作为音频从业人员,从入行以来我们都被教育了:

　　在系统放大的路径上,必须要设置一个限制器,在真的不行的时候,把信号压住,以免过大的信号进入音箱,造成损坏!所以COMPRESSOR LIMITER没钱也要想办法买,功放厂家也常把内置LIMITER当成销售亮点，然而这样的手法是相对粗糙的!

　　传统压缩是一刀切,相当于下面说的”hard clipping”

　　更好的状况应该是进行”soft clipping”

　　只是soft clipping说来简单,@live 现场扩声领域却不容易

　　其实,处理问题的手法很多。但归结到最后,找到关键指标,并对关键指标进行控管是最有效可行的,只是找到可观察控制指标需要深入的研究,加以设计检测指标并采取判断调整;就是技术所在了。

　　FOUR AUDIO HD2是预言家?

　　预言家为何受到追捧?能够命中接下来会发生的事情,使人趋吉避凶,就是它们的价值;

　　因此扩声系统如果有预知能力,并做出反应,是不是就能保证系统的安全呢?

　　别忘了,我们在做的是live!处理器跟我们一样都被时间所限制。处理器并没有办法预知下一个阶段的信号是什麽,将会如何发展。但! 如果可以对于信号略为延迟呢?

　　信号先延迟,并且侦测,马上决策处置再输出，这就是HD2利用数字化作出的系统优化。

　　延迟1ms 给你更好的听感

　　FOUR AUDIO利用1ms的延迟,来针对信号处理，

　　既然数字处理一定有延迟,那就把延迟的尽量降低,

　　并且把优点完全的应用起来吧!用科技,不要被数据所绑架!

　　1ms是多长呢?这个问题在时域不好回答,我们用空间域来看吧!

　　1ms 在音速340m/s时 等同于0.34m的距离差,也就是相当于一般人交谈的距离

　　而人耳能分辨出两个声音,则需要30ms

　　因此1ms,可以接近于无视

　　这1ms 要做的事情不少!

　　就是要针对上面提到的风险进行KPI的控制

　　短期信号严重伤害---突波:

　　FOUR AUDIO是透过对于功放工作的深入观察

　　取得两个额外的参数来编辑这个“控制过载”功能：

　　电源供应器当中电容器完全充电时可释放出的峰值功率 可以推导出=>”突波”(SURGE)值，观察” 输出功率”下降到连续的水平所需要的时长 可以推导出=>“突波保护的期间”(duration) 值(透过观察功率下降初始偏角)。

　　这两个值,可以对于功放通道进行加载并测量，应用一个突发信号，轻轻地驱动功放使其进入到失真削波状态，并在示波器(上图)上分析结果波形，将可以很容易地测量这两个值。

　　如果您无法执行这样的量测,那可以参考 “浪涌”值+2 dB和“持续时间” 的值:30 ms

　　这是实务上透过量测观察得到的 可控KPI。将其引入到限制器的参数当中,就能够准确地对于信号做延迟1ms取样之后应当做出的最佳处置

　　OFTEN:偶尔过大信号处理

　　但是科技终究要跟听感结合,压缩除了在时域上给出处理,我们也应该关注到频域上的落差

　　FOUR AUDIO设定是1ms侦测后就采取处理。换言之Attack 就是1ms!

　　那这代表的是:

　　20khz= 1秒震动20000次 而1ms=0.001秒 代表1ms已经震动了20次

　　500hz=1秒震动500次 而1ms=0.001秒 代表1ms已经震动了0.5次

　　在1khz以上的高频段，限幅器会放过一个以上的全波。

　　在500hz以下的频段，限幅器必须在电平到达一定强度时才会触发,因此触发时间会延后,但是在一超过阈值水平就被压缩并保持在那样的斜率直到达到最大振幅。

　　因此在低通的听感会相对滑顺。

　　这边有一点值得玩味的是,

　　为何取在500Hz?

　　首先在一个8度音程的频域上

　　60 120 250 500 1k 2k 4k 8k 16k

　　500具有符合1ms到达波峰的特殊性

　　也可以一把抓,涵盖500~20k的1/2强的频域

　　避免中高频域信号变动频繁,无法启动限制器的窘况发生

　　传统模拟/预先压缩型限幅器中的增益降低 频域/振幅比较图

　　绿色-具有500Hz低通的预先压缩型限幅器

　　藕色-不具有500Hz低通的预先压缩型限幅器

　　一般而言,音箱单元被设计有3个功率承受指标，用于说明可靠程度。通常是peak program rms。传统LIMITER,所能设定的硬指标是:1.THRESHOLD的拐点 2.ATTACK 时间 3. RELEASE时间。

　　对于所有过载基本上都直接视为压缩处理。

　　扬声器承受功率指标，他所预留的可靠性系数则较少被总和考虑进来。如果连接的扬声器像是超低音单元,很容易承受处理功放最大的输出。那对于功放配置一个控制长期额定功率的峰值限幅器(这是绝大多数处理器在做的事情)。将是对于”短期”功率的浪费,(甚至限缩了他的动态表现)。为了弥补这种瞬态2或3dB(甚至更多)的浪费，峰值限幅器的应用与数据概念应该被修改。

　　由于限幅器还有一个指标是可重复触发/保持时间50ms

　　用户可调的是释放斜率,他是从10dB / s到200dB / s 所构成。

　　但是，实际上释放速度并不是一成不变的。因为透过斜率与原始信号再度变化，再次启动限幅是可能的!如果计算得到输出信号电平保持接近限幅器阈值，则释放过程不断减慢(递延)。

　　请利用这样的数值,结合音乐特性进行调整,避免信号一直快速交替释放和保持，否则这将会使得声音被处理成了锯齿状。反而会造成了不悦。虽然掩蔽效应会发生,而且向后掩蔽一段时间!但是不能忽略了这个实际会发生的问题

　　因此FOUR AUDIO设计者也提醒了用户，不要使用一个”高于阈值的电平音频信号”并选择”非常快速的释放”。这将导致严重相同的非常密集和大声喧哗的声音，使得峰值限幅器的作用形同无用的。遗憾的是~这样的错误在许多录音室/演播厅和广播电台是被过度使用。

　　限幅器则是对瞬态阈值以上透过编程在到达输出端时将瞬态限制在正确的阈值

　　音箱单元所害怕的持续失真所导致直流此时已经被排除了

　　中长期可靠性管理:

　　接著需要考量的则是机械可靠性

　　这可以写作是:单元的承受功率x时间=热累积

　　由于单元在音箱上对于空气进行推挤,线圈在磁缸当中滑动,都是热量的发生原因

　　因此若能针对此一方向进行控制,就可以对于系统进行保护

　　这个在FORUAUDIO称为”RMS限幅器”实际上一个” 热”保护装置

　　被编程为对应扬声器的连续额定功率和时间常数，

　　该常数是在施加”额定功率时”初始温升与温度限制的交点。

　　扬声器製造商能提供第一个值，但第二个值需要根据音箱单元的热容量能力来进行估算。

　　限幅器算法还应当包括第二段的热鍊路，这是模拟从音圈到磁体的热传递，但是由于目前缺乏可靠的数据，该特徵尚未被引用。

　　这部分需要大量的音箱本身+单元的换能特性,(基于能量守恒)才能有效准确地进行模型的建立这部分就有赖于音箱厂家针对对于FOURAUDIO HD2进行再开发

　　就像智慧驾驶系统一样!

　　安全驾驶技巧=SOUNDMAN的电平控制能力

　　音箱可靠性系数=机械可靠性能

　　处理器主动监视压限系统=智慧安全防护驾驶系统

　　因此,FOURAUDIO的思考维度,非常值得我们思考的是,如何透过对失效因素的管理,KPI寻找 并进行控管,结合听感必要,来成就可靠的扩声系统。就像是一个智慧驾驶系统能对于各种素质的驾驶人都进行辅助,并防止意外发生一样

　　结束语:

　　在DSP已经是扩声系统标配的今天, HD2的双重限辐器 与三种KPI指标控管,给了我们一个全新的视野;也让我们思考在传统教条底下,如何利用数字科技进行数据的分析与应用,得到更好的系统安全性与可听性,将DSP从单纯的EQ +X-OVER+ LIMITER推向”扩声系统安全可靠核心的新高度!