文/ZSOUND总工程师曾山、ZSOUND培训部经理周强生
这次我们讨论的课题是在音响系统调试中的一个重要问题——测试话筒的选点与摆位，因为测试话筒的选点与摆放，很大程度上决定着系统调试的结果。
一、测试话筒选点的类别
根据测试的目的，我们可以将测试话筒的选点分为四种类别，分别是：
1.主要测试点：一般是指音箱或音箱阵列的主轴线上，在其覆盖深度一半的位置，用于测试音箱或阵列的声压和频率响应，作为设置系统电平（Level）和均衡（EQ）的依据；
2.检测覆盖的点：一般用于检测音箱或音箱阵列垂直、水平的覆盖区域的点；通过这类点可以考察测试话筒在近场、远场；轴向与偏轴的频响差异，以了解其有效的覆盖区域；
3.交叉点：是指在两组音箱之间做时间、相位耦合时要取的点，比如主扩阵列和超低音阵列、主扩阵列和前区补声阵列、主扩阵列和侧补声等等；这类选点的目的，是对两组音箱共同覆盖的区域进行相位优化，减小多个声源由于传播路径不一、音箱型号不同等原因，造成到达听音位置的声音干涉；
4.特殊位置点：这类选点通常是为了检查特定位置音箱响应。可以细分为：
4a)近场测试：主要用于检测音箱频响曲线，判断音箱是否处于正常工作状态；
4b)调音台位置点：（主扩）调音台位置的测试点的重要性是不言而喻的，因为调音师会根据他所在的位置所听到的来调主扩系统的声音。因此有必要测试调音师听音位置的频响特点，并考察和观众席大部分区域的声音差别；
4c)对称点：主要用于检查对称的两组音箱的一致性，以及判断对称位置的音箱是否都处于正常状态。实际系统调试中，对于一个对称系统的调试，往往会先调试其中一侧，比如先调试左侧，左侧调试完毕后，将系统的参数设置复制到右侧系统。这时会取左右阵列的声学中轴线上的点，来验证右侧系统的响应是否与左侧一致，来判断右侧阵列的安装位置、系统设置是否与左侧匹配。
二、测试话筒摆放的考虑因素与注意事项
上述选点的类别是以测试目的而做的宏观归纳，但具体每次测试前话筒的摆放又有一些细节的考虑因素和注意事项：
1.话筒摆放的高度
话筒摆放的高度应视具体的测试环境而定。一般来说对于全频音箱的近场测试，建议音箱架设在1-2米高度，话筒也在对应的高度指向音箱的声学中心。测试话筒要有一定的高度，这样尽可能减小地面反射声的强度，减小反射声与直达声干涉造成的梳状滤波效应。这种音箱摆位也比较接近真实使用时的情形，避免音箱靠近地面或其它大的界面而引起的界面耦合效应。
图1，近场测试音箱频率响应，话筒具备一定高度，可以减小地面反射
对于一个实际扩声系统的调试，音箱或音箱阵列已经安装到位，很多时候需要把测试话筒摆远测量，测试话筒与音箱距离拉远之后，直达声能量相对变小，反射声能量相对变大，这就导致测试的信噪比降低，测试软件的相干性（Coherence）曲线变得较差。并且由于反射声与直达声的干涉，可能产生梳状滤波效应，幅频响应曲线会出现明显的“峰”和“谷”，相位曲线在某些频段有异常扭曲或者持续跳动。这时话筒的摆放可以采用界面法，将测试话筒放于地面，并尽可能缩小话筒头与地面的间隙，来避免地面反射的影响。界面法可以有效提高测试的信噪比，特别是在低频段可以获得更加稳定和有意义的相位曲线。
图2，界面法摆放话筒，减小地面反射声示意
采用界面法时也应该注意，话筒放置于地面会有界面耦合效应，通常表现为低频段会有较明显的6dB叠加，而高频段一般会由于测试话筒偏离高音轴线而迅速衰减，这时的幅频响应曲线并不能作为调整系统均衡的参考。测试话筒置于地面时还应注意保护，避免被踩或被碾压，可以用一个话筒支架置于话筒后上方以提示过往人员。
2.测试话筒的距离考虑
如上文所述，测试话筒与音箱的距离会影响测试的信噪比。距离近时，直达声能量大，并且由于传播路径差较大，反射声能量相对较小，能够保持较好的信噪比，测试的相干性曲线比较高。这个近距离以1-2米较为常见，具体是要根据所测音箱或音箱阵列本身的尺寸而定的。与测量扬声器单元不同，测量音箱或音箱阵列的频率响应时，通常会按照音箱（阵列）正面的最大尺寸的3倍以上的距离。对于常规音箱，这可以减少单元之间声学中心不同导致的梳状滤波效应；对于线阵列音箱可以避免在阵列垂直方向上近场的波瓣效应。
图3，音箱近场测试测试话筒距离应不小于音箱最大尺寸的3倍
3.近场测试时的话筒指向的位置
当测试话筒近距离测试音箱频率响应时，话筒应该对准音箱的什么位置？这取决于音箱的结构。
对称结构的音箱，严格来说是要求音箱的箱体结构、单元分布在水平方向和垂直方向都是对称的，比如ZSOUND的双十寸线阵列、双十寸线阵列、双十八寸超低音箱、同轴返送音箱都是对称结构的音箱。这类音箱的声学中心就是箱体的物理中心，测试话筒头指向音箱的正面中心位置。
图4，对称音箱结构声学中心和话筒指向示意图
非对称结构的音箱，是指在水平或垂直方向上，箱体结构或单元分布不对称的音箱。比如常见的非同轴的两分频、三分频音箱。ZSOUND的单十寸线阵列、常规系列两分频音箱就是这一类，音箱的低音和高音的声学中心是分离的。这时要分别考虑高音单元的中心位置和低音单元的中心位置，并将二者的中心连线，这条连线的中点可以视为这只音箱的声学相位中心。测试话筒头要指向这个声学相位中心。这个声学相位中心的轴线方向，在测试距离不同时，高音和低音到达测试话筒的传播路径差是最小的。
图5，非对称结构音箱声学中心和话筒指向位置示意图
三、3D虚拟大型扩声系统调试的步骤与话筒选点
经过上面的介绍，大家对于话筒的摆位应该有了初步的概念和思路。为了更好地诠释系统调试的步骤及每一步的话筒选点，我们结合虚拟3D系统模型来讲解。
图6是一场典型大型体育场馆的音响系统的模型。我们看到主扩音箱阵列、超低音阵列、前区补声阵列、侧补声阵列、延时补声阵列；舞台返送系统由于和观众区扩声系统相对独立，这里我们不做介绍了。
图6，大型体育场馆扩声系统的3D模型图
在开始系统测试前，音箱的安装位置、高度、角度都应先行检查，整个音响系统连接完成，并且功放通道与对应音箱都已经逐一检查，整个系统达到可以正常工作的状态，这样才具备测试的前提条件。对于大型场地，工程师调试位置能够方便控制调音台并能远程控制整个系统的所有处理器，是非常必要的调试前提。不要在这些检查工作和调试条件达成之前，就贸然开始系统调试。
在大多数情况下，音响系统的分布都是对称的，因而先调试一侧，调试完一侧系统后再将参数设置拷贝到另一侧系统，再验证检测左右两侧对称系统的一致性，是比较常见的做法。我们现在假设先调试左侧的系统。
第一步是测量主扩音箱阵列的轴向响应，这属于上文说的第一类点。这时话筒选择摆放在左侧主扩阵列的轴线上，在其覆盖深度一半的位置。这个选点用于对主扩阵列的曲线的初步检查，并做初步的均衡（EQ）调整。
图7，从第一类主要测试点，位于待测阵列的主轴线上
第二步，进行主扩音箱阵列与低音阵列的相位耦合，这个话筒选位属于第三类交叉点，测试话筒摆放在主扩阵列轴线和超低阵列轴线连线的中心轴线上，由于这条轴线距离主扩阵列和超低阵列的距离差是最小的，这样可以最大程度实现在这条轴线从前至后的位置都能做到较好的相位重叠。
图8，主扩阵列与超低阵列中轴线中心连线示意图
这个测试点通常离音箱阵列都有一定的距离，实际测试中可能会发现反射声的干扰会非常明显，导致相位曲线在低频段有异常的扭曲而不利于观察和判断。这时就可以采用上面讲到的界面法，将测试话筒摆放在地面上，并使测试话筒头尽量贴近地面，减小来自地面的反射声。这样一般可以在500Hz以下得到较为稳定和准确的相位曲线。对于主扩阵列和超低阵列的相位耦合，我们关注的是它们共同工作的频段，通常在30Hz-200Hz之间，所以用界面法摆放话筒可以帮助我们测得更准确的相位，更好判断给哪一组音箱增加延时。
第三步，检查前区补声音箱的轴向近场响应，做好曲线检查和初步的音量和均衡调整后，再调试主扩音箱阵列与前区补声音箱的相位耦合，这时话筒选点属于第三类交叉点，要根据主扩阵列与前区补声的覆盖角度和覆盖区域，在两组音箱的共同覆盖区域内摆放测试话筒。
图9，主扩声声阵列和前区补声的水平覆盖交叠区域示意
实际操作中，主扩阵列与前区补声音箱的覆盖区域并不会像图例中这样有清晰的界线，系统工程师要结合音箱本身的指向性特点、现场的安装位置，初步目测判断两组音箱交叉覆盖的大致区域。在这个区域内根据耳朵听到干涉最为明显的点来决定测试话筒的具体位置，也可以借助一台手持声压级或频谱仪，单独测量每组音箱的声压和频谱特性，作为话筒选点的辅助参考。
第四步，进行主扩音箱阵列与侧面补声阵列的相位耦合。与第三步类似，这时测试话筒也要摆放在主扩音箱与侧面补声阵列的交叠覆盖区域，具体的选点方法也可以参照第三步。
图10，主扩声声阵列和侧面补声阵列的水平覆盖交叠区域示意
第五步，进行主扩音箱阵列与延时补声阵列的相位耦合，可以将话筒摆放在主扩阵列与延时补声阵列正轴线的连线的中线上，深度上可以摆在延时补声覆盖区域的一半位置。
图11，调试延时补声阵列与主扩声阵列的话筒选点示意图
第六步，在左侧系统初步调试完毕后，可以将系统的参数设置拷贝到右侧，检测左右系统的一致性。测试话筒应摆放在被测的左右对称的音箱阵列的中轴线上。
第七步，在整个系统初步调试完成后，还应了解一些特殊点的声音特性并考察全场的声音覆盖的均匀度作进一步细致的调试。最重要的特殊点是主扩调音台的位置，这里的听音条件很大程度上影响调音师对声音的判断和处理。
图12，调音台或主扩观众区对称轴线上的选点示意
检查声音覆盖均匀度则需要选择更多的测试点来做出评估，如最前排观众区域、最后排观众区域，观众区前半场的中间位置、后半场的中间位置。
四、系统调试与话筒选点的现场演示
相信经过上文的三维图例的讲解，大家应该能很直观地看到每个步骤摆放话筒的考虑因素。下面我们以一套小型的示例系统，来演示一遍系统调试步骤和话筒选点，相比实际演出中大型系统的调试，步骤有所简化，仅仅为了简易说明调试过程。
由于场地空间限制，我们设置了“半套”小型的扩声系统来做演示。之所以说是半套系统，因为只设置了一侧的音箱。主扩采用3只ZSOUND VCM音箱，是一款双十寸三分频的线阵列音箱；超低是2只ZSOUND VCS音箱这是双十五寸的超低音箱；前区补声是十二寸同轴音箱ZSOUND CM12，是内置两分频音箱；侧补声是一只ZSOUND LA110，这是单十寸两分频线阵列音箱，延时补声也同样是一只LA110。系统共有3台M44T处理器，每组音箱的处理器输入通道是独立的，因而可以在处理器中对每组音箱作延时、均衡、全通滤波器等处理。
图13调试步骤演示系统的音箱配置
先单独听过每组音箱的声音，确认音箱都处于正常工作状态，检查确认系统通道连接无误。
测试的第一步是检测主扩的全频的轴向频率响应；这时话筒摆放位于主扩阵列的正轴线上，距离约为5米，高度基本对应中间的这只VCM音箱的高度，测试主扩阵列的频率响应并保存；
图14，测试主扩音箱阵列频率响应时，话筒与音箱的相对位置示意
图15，在主扩音箱阵列测试到的频率响应曲线（幅度+相位）
第二步对主扩音箱与超低音箱进行相位耦合。话筒任摆放在第一次测试的轴线位置上，为了减小地面反射对测试的影响，将话筒放置在地面上。首先单独测试主扩音箱的频响与相位；然后再单独测试超低的相位。由于在处理器默认预设中，VCM和VCS的延时已经按照这种摆位方式做过优化，因而这里不需要再给VCS做任何处理，二者之间的相位曲线在共同工作的频段即是基本一致的。再测试验证两组音箱共同开启时的叠加情况。
图16，橙色曲线为主扩阵列的频响曲线，绿色为超低频频响曲线，蓝色为二者同时开启的频响曲线
第三步，我们对主扩音箱和前区补声音箱进行调试，测试话筒摆放在两组音箱声音交叠的位置上。先测试主扩音箱的频响曲线并保存，再测试前补声音箱的响应曲线，这时可以在用测试软件的“Find Delay”的功能，测得前区补声音箱与主扩音箱的延时差，在数字处理器中给前区补声音箱的加入这个延时值，其相位曲线也会变得和主扩声音箱相位基本一致，这时再测量并保存曲线。最后再同时开启主扩音箱和前区补声音箱，验证二者在测试点位置的声音在全频段的叠加情况。
图17，调试主扩声音箱和前区补声音箱时话筒摆位示意
图18，橙色为主扩阵列的频响曲线，绿色为经过延时校正的前区补声的频响曲线，蓝色为二者同时开启的频响曲线
第四步，进行主扩音箱和侧面补声音箱的相位耦合，操作步骤上与第三步类似，其话筒摆位和测试曲线如下图。
图19，调试主扩声音箱和侧面补声音箱时话筒摆位示意
图20，橙色为主扩阵列的频响曲线，绿色为经过延时校正的侧面补声的频响曲线，蓝色为二者同时开启的频响曲线
第五步，调试主扩音箱与延时补声音箱的相位耦合；操作步骤上亦与第三步类似。其话筒摆位和测试曲线如下图。
图21，调试主扩声音箱和延时补声音箱时话筒摆位示意
图22，橙色为主扩阵列的频响曲线，绿色为经过延时校正的延时补声的频响曲线，蓝色为二者同时开启的频响曲线
由于这里演示用的几款音箱，都是ZSOUND的专业演出系列产品，在做处理器预设时，已经将各款音箱的初始相位曲线优化到一致，因而在系统调试中一般通过调整延时都能基本实现相位一致。实际调试中在遇到不同分频结构、不同品牌型号音箱混用时，相位曲线很难仅通过调整延时来完成优化到一致，需要借助调整分频斜率及分频网络类型、全通滤波器或者FIR滤波器等手段来调试，这是更为进阶的调试手段，希望在以后继续和大家讨论这一方面的话题。
后记：
这篇文章是我们在1月13号下午第一次做网络视频直播培训（内部测试）的讲课内容，如果大家看完文章仍然有疑问的话，可以关注ZSOUND公众号，观看这次直播的回看视频，与我们交流。2017年我们将继续推出更多的关于音响技术的视频与文章。
【头条】一款成功的专业音响产品，其生命周期应该有多长？（下）
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