基于VST技术、采用虚拟90段超级均衡器校正音箱频响曲线的尝试（P... [复制链接]

引子
音箱系统的三大件（音源、功放和音箱）中，音箱是相对最为薄弱的环节，也是几十年以来技术进步最慢的。原因在于，音箱实际上是电——声转换的换能器，是电、磁、机复合系统，这个系统非常复杂，可控性差；而音源和功放则相对较为简单，都是电——电转换处理（当然，数字音源如CD里涉及到光——电转换，LP系统里涉及到机——电转换），属于单一系统，相对而言要容易控制一些。从高保真的角度来说，音源和功放的指标都比较容易做好，如频率响应从20Hz~20kHz±1db（甚至±0.5db）都可轻松实现；谐波失真在1W、1kHz时做到1%以下甚至更低（胆机除外）。但是，音箱系统要做到20Hz~20kHz±1db、谐波失真（在1W、1kHz时）做到1%则几乎不可能，即使勉强接近这样的指标，那价格就是数十、上百万的天价，可望而不可即了。

理论上说，高保真系统要做到忠实再现，就应该尽量减少各种失真。从信号源（如CD或LP）上输入一个标准的正弦波，到音箱系统重放到空间中的机械波，从频率、幅度、相位都应完全一致。但是，由于多种原因，失真不可避免。所谓高保真，就是尽量减少各种失真、使失真控制在可以接受的范围之内。
相应地，失真类型就是三类：幅度失真（用频率响应指标评价）、相位失真（时间延迟）和频率失真（如谐波失真、互调失真等）。
以幅度失真为例，最理想的频率响应曲线就是从20Hz~20kHz±0db，水平一条直线；这当然做不到，就退而求其次，比如±1db，那也相当平直了；或者，再妥协一下，±3db也可以接受。实际上，恐怕售价数十万级别的音箱，要做到20Hz~20kHz±3db也不容易。

阴差阳错，本人偶然找到一种借助于VST技术、采用均衡器插件（一种音频处理软件，免费的）在电脑上根据音箱频响曲线进行调节，可以将音箱频率响应曲线调节得更为平直，从40Hz~20kHz±3db可以轻松实现，调节细心一些，精度还可更高一点，频响曲线更为平直——前提是不增加一分钱的投资，完全免费实现对音箱的“数字音频整形美容手术”（个人觉得“数字音频整形美容手术”用来比喻这种技术十分贴切）。


相位失真和频率失真更为复杂，非本人力所能及，本文只探讨音箱频率响应曲线的校正修订。说明：本人并非专业人士，只是音乐爱好者，20多年前误入歧途成了所谓的发烧友，因为摩机和DIY的需要学过点电工学、电子线路和电声学，略知皮毛，属于似通非通的半导体。2007年以后已经退烧，安心听音乐了。不过，最近有些比较重要的心得体会，加之心情比较好，顺便写出来供有兴趣的朋友参考，也可增加一种新的玩法；欢迎专业人士批评指正，将这种技术进一步完善；同时，也希望能引起部分商家的兴趣，在将来的数字母带播放器中将这种技术商业化应用，可以造福更多的发烧友。

核心技术
利用VST技术，加载多段均衡器插件（VST机架和都是免费的软件，可自行在网上百度下载），根据音箱的频率响应曲线，在相应频率点进行音量提升或衰减——即将音箱的频率响应曲线反转180度设置均衡器频率调节参数曲线，在音源环节进行预处理，到音箱重放时，即可保证听到的音量与实际音量相同，消除幅度失真，实现频率响应的平直化。



实例：如上图  某音箱的频率响应曲线

测试时平均响度为95 db，但是这条频率响应曲线很不平坦，有许多波峰、波谷。从幅频特性来看，失真是严重的，达不到高保真的要求。实际听感还不错，音箱的个性、特色其实很大一部分（并非全部）就是由这些起伏的波谷形成的。
处理方法如下：如100Hz有一个-4 db的波谷，就将均衡器100Hz处调高4 db，700Hz有一个-9 db的波谷，就将均衡器700Hz处调高9 db；3.3k Hz有一个+3db的波峰，就将均衡器3.3k Hz处调低3db，以此类推；调节的点越多、数值越精确，最后出来的频率响应曲线就越平坦，越接近高保真。

均衡器：是鬼还是神？
本来，利用均衡器来调节、补偿频率，是一种早已出现的方法。均衡器（调音台）其实就是一个RC网络，通过调节可变电阻来调节不同频率点及附近频率范围的信号强弱，从而可以补偿系统频率相应中存在的缺陷，或根据需要调节出不同的音响效果。但是，这个RC网络一旦引入之后，可能会造成复杂的相位变化、增加频率失真，甚至影响信噪比，所以，均衡器（调音台）的质量就非常重要了。
均衡器的应用存在一个有趣的现象，就是存在一个U字形的分布。高级专业录音、演出领域基本都采用，低档民用领域时有采用的，唯独发烧圈里几乎无人采用。
其中的道理很简单，专业录音和商业演出领域，为了保证音效，必须根据音乐内容、乐队和歌手风格、空间条件等因素进行必要调节，所以均衡器（调音台）是必不可少的基本配置。不过，专业均衡器（调音台）的价格昂贵，动辄几万、几十万。民用领域，在只求大声不求好声的低端市场（如K歌厅包房，呵呵！），用的倒是不少，不过都是几百几千的低档货，失真大；但是对于音质之上的发烧友而言，高级的专业均衡器（调音台）买不起、买得起也不一定用得好，低档的民用均衡器看不上，所以，“多个香炉多个鬼”，绝少有人使用。

本人因为唱歌（不是K歌）、录歌的关系，接触到一些录音软件和技术，勉强略知一二。这些年用VST机架+音效插件，可根据自己的需要调节出不同的效果。这种借助计算机和软件的声音处理技术与传统的硬件处理方式完全不同，但是功能基本相同——许多音效插件就是根据实物测量的参数建立数据库，以此对信号进行仿真式处理，这种技术在现在的录音技术中已普遍运用。有两大好处，一是操作方便，二是成本低廉。我自己用的混响器插件native reverb，就是根据美国的native reverb 混响器的测试参数设计的软件，效果是完全一样的。native reverb 混响器的售价据说高达2万，利用VST技术根本就不需要花钱——就当前国情而言，嘿嘿！

操作方法
1、接入声卡
在电脑上接入声卡（我采用外置的USB声卡ICON的CUBE 4NANO），安装声卡驱动、设置声卡参数；
2、安装VST机架（免费软件，德国人的天才发明，数字音频时代的利器）；
3、安装均衡器插件
手头有10来种不同的均衡器插件（全部免费），找了一个30段的Karma FX,小日本出产的专业均衡器；可选择全频、低、中、高四种模式，可在不同频率范围内进行30个频率点的调节。
因为是作为音箱频响曲线校正用的，希望调节点多一些，这样一来，录音用的30段均衡器都不够用。经过几天的思考，突然醒悟，就把同样的均衡器插件连续加入3次，分别设置为低音频段（20Hz~500Hz）、中音频段（500Hz~5kHz）、高音频段（5kHz~20kHz），自己做了个90段调节的超级均衡器。这下感觉基本够用了！
4、音频路由端口设置
这个需要说明一下，必须正确接线才能使用。
（1）低音均衡器是第一级，输入选择虚拟输入，从USB声卡输入虚拟信号；输出选择到下一级中音均衡器输入端；
（2）中音均衡器输出到下一级高音均衡器输入端；
（3）高音均衡器输出选择数字输出；
（4）信号经声卡的数字同轴输出到DAC进行处理，声卡自身的声音效果太烂，没法听！
（5）解码器之后的接法就不用说了，大家都会。

5、均衡器参数设置
对照厂家给出的音箱频率响应曲线，逐点调节，越精细越好！最理想的情况，就是按照音箱频响曲线的镜像对称曲线设置均衡器。
低音下限：我只处理到50hz，8寸音箱50 Hz能出来就不错了，盲目提升50 Hz以下低音，增大喇叭和功放的负担，加大失真，得不偿失；
频率点选择：以均衡器默认设定的频率为基准，在音箱频率响应曲线对应点出找该点的响应值；

细节处理：均衡器推子的图形与音箱频率响应曲线做镜像对称处理，越接近越好。

音响系统
今年花了大半年时间准备，新买了老曹全频钴磁8寸音箱和韵阳M6+300B功放，加上原有升级闲置的器材，组建了一套卧室音响系统，,只听人声和音乐小品。听交响乐另有一个听音室和一套系统。卧室兼做书房，长6.2米、宽3.7、高3米，跟楼下的听音室一样大。

音箱：老曹8寸钴磁   3600元（很有特色的全频音箱，韵味好）
功放：韵阳M6+300B  4580元（非常满意的300B！按我的体会，不考虑价格，只考虑声音，可以打90~95分；考虑到价格，应该打120分！）
前级：美星MC2A3    5800元（2006年买的，好看不好听的音响家具，本来是买来配钟神JA100，追求胆味的，没想到胆机石声，万分失望，从06年买来到今年8月使用时间不超过20小时。不过做工很漂亮，以前就摆在听音室的音响架上做装饰用，前些天试着作为韵阳300B的前级，没想到这下效果提升了30%以上，看来这款胆前只适合胆机，不适合晶体管机，以前也许是错怪美星了。）
解码器：新德克DAC3  1850（2001年买的，闲置多年了，暂且废物利用一下，接下来物色好一点的24BIT解码器）
声卡：ICON的CUBE 4NANO  1100元（话放不错，唱歌效果好，比创新好很多，但远远达不到发烧的水准）

线材：一算真吓了一跳，就这些线材和配件加起来已经超过6000了！

音箱线：线世界DIY（蓝牙地带）  680元
解码—前级信号线：马克列文逊DIY平衡转非平衡（蓝牙地带）  480元（非常好的一条线，模拟味好，我买了两条，另一条用在听音室的主系统里接播放器和前级）
前级—后级信号线：卡达斯铜参考  1200元（到我这里是三手或四手了）
数字同轴线：华筝数码线   380元（当年168论坛里卖油翁DIY的）
美星前级电源线：华筝的 红尘绝恋  660元（当年168论坛里卖油翁DIY的）
韵阳300B电源线：华筝的 白眉鹰王  600元（当年168论坛里卖油翁DIY的）
解码器电源线：新德克的PC02      260元（10年前买的，送人之后还剩下一条）
滤波排插：新德克最早那款， 650元（2001年买的）
墙插电源线：钟神（JA2/JA100的随机线）

音响架：贵族坚实单排三层  950元


其他：唱歌用的器材
黑嗓3322耳放+森海塞尔HD650+舒尔SM58话筒
耳放电源线：钟神随机线，华筝“虞美人”信号线（550元，也是06年卖油翁DIY的）

电脑配置：
今年2月底新配的，考虑到PC-hifi 的需要，配置较高

电脑型号    X64 兼容 台式电脑
操作系统    Windows 7 旗舰版 64位 SP1 ( DirectX 11 )
    
处理器    英特尔 第三代酷睿 i5-3550 @ 3.30GHz 四核
主板    华硕 P8Z77-V LE PLUS (未知(FF86h) 未知(0150h) - Intel Z77 Express 芯片组)
内存    8 GB ( 金士顿 DDR3 1600MHz )
主硬盘    三星 SSD 840 Series ( 120 GB / 固态硬盘 )
显卡    ATI Radeon HD 7850  ( 2 GB / 微星 )
显示器    华硕 ACI27C3 MX279 ( 27.2 英寸 )
光驱    华硕 DRW-24D3ST DVD刻录机
声卡    瑞昱 ALC889 @ 英特尔 Panther Point High Definition Audio Controller
网卡    瑞昱 RTL8168F PCI-E Gigabit Ethernet NIC / 华硕
内置两个硬盘，西数1T绿盘作为数据盘，西数1T黑盘作为音乐资料的专用盘。另外还有4个外置的音乐硬盘（3个2T西数绿盘，1个3T西数绿盘，全部单独加ORICO硬盘盒）

SSD速度快，效果好。整套电脑里最满意的的是华硕27寸显示器，画质好，分辨率不错，尤其是外观，很简洁大气，适合男人用。

实际听感（目前仅针对老曹全频钴磁8寸落地箱试听）
1、首先是有改变
加入均衡器之后，声音变化非常明显，一耳朵就能听出差别；


2、其次是有改善
原来听部分女声时有齿音（估计是中频段3~5kHz的波峰），现在完全没有了；过去高频感觉比较暗淡，想买超高音配合，现在感觉基本没有必要了。全频宽松自然，听小提琴圆润流畅，钢琴的泛音更丰富，细腻。
3、再次风格有变化
老曹全频的特点是中频宽松醇厚，流畅自如；低频质量不错，瞬态较好，但是下潜深度有限，力度稍欠（作为一个8寸箱，又是全频，低音做到这个水平已经很好了；但是一看那庞大的箱体，就对低频表现有些不满意）；高频偏暗淡，但也有一定的水准。
加上均衡器之后，低频表现基本如前，变化不大，我在40Hz以下未做处理；40~50Hz提升2~3db，50~100Hz提升了3~5db。人的耳朵对低频不敏感，所以有这感觉很正常。
高频的改变和改善明显，这是最满意的。
中频部分有得有失，消除了齿音和部分弦乐音区过量的问题，但是整个中频的味道似乎变淡了。就像以前是半杯红酒，让人兑了自来水之后变成一杯红酒一样。
由此，整个音箱的风格有了种微妙的变化——让老曹本人来听，恐怕也会感到诧异——我自己做的音箱，怎么感觉不认识了呢？！

个人感悟：
多年以前，就有一个感悟，凡是好的音响器材必定有自己的风格；
风格本质上就是一种缺陷美；
发烧就是寻找一种缺陷美——或者说寻找美丽的失真。
如此而已，如此而已！

求真和求美，是两种不同的价值取向。
美的不一定真，真的不一定美。
不同音箱，有不同的风格，也就是有不同的缺陷，因而具备了不同的美。用科学或准科学的手段，消除了这些缺陷之后，情况会有两种变化——一种是变得更美，一种是变得不美。

任何一种手段，都是一把双刃剑！

金铁霖发明的金式唱法，将西方美声唱法与传统民族唱法融合，实现了美与真的统一。培养的学生都是国内甚至国际知名的，论声音和唱功都是非常出色的。但是就有一个致命伤——千人一声，缺乏特色！某年七一晚会，御用歌唱家们一个接一个闪亮登场，仔细一看，几乎成了金铁霖学生的汇报演出专场；闭上眼睛听，还真不大容易区分是谁唱的。

很清楚的一个问题，就是如果把音箱的频响曲线都修正为平直之后，音箱的个性将会淡化，特色也可能被抹杀——正如去年看韩国选美一样，一帮美女那化妆、发型、服装都基本一样（估计连整形都按照东方古典美女的标准模式一样整的），结果看起来让人眼花缭乱，分不清谁是谁了！

幸好，如果不喜欢某种风格，只需要关掉这均衡器，鼠标一点，一切就回到当初的风格了！

而且，只要愿意，就可以把一对音箱按自己的口味调成不同的风格。
所以，我认为用“数字音频美容整形技术”来命名这种方法再贴切不过了。

利弊得失：
优点：
1、可修正音箱频响曲线
“好箱难推”，是一个普遍现象。但凡好的音箱，分频器一般都很复杂，因为需要用大量的电感、电容、电阻构成RCL网络来校正音箱的频响曲线和阻抗、相位等，这就导致了造价高昂；而且，由于RCL网络的衰减，使音箱灵敏度低，对功放要求高的难题。采用这种方法，可以在一定程度上解决这个问题。
我2004年入手杰作唯美六号，1万的箱子配3万的钟神JA2、JA100，力量够，但细节问题不少，后来折腾了3年多，通过线材搭配、避震等工作，基本得到解决，表现令人比较满意，所以这些年一直没有升级的欲望——但是代价是巨大的，时间、精力都不算，光线材就花了9K多。如果用我这种方法来调节，也许会省事得多.
PS：这几天一直在找唯美六号的频响曲线，可惜没找到。哪位手头有的话，麻烦转发给我，先谢谢了！
2、可以自由调节出自己喜欢的声音
前已述及，不赘述。
3、成本为零
不花一份钱可以改变和改善系统的声音，不喜欢就可以推到重来！

缺点：
1、基于PC-HIFI容易实现，但传统的CD、LP实现起来有难度
2、需增加一个支持VST的声卡或数字界面；
3、需有点电脑基础知识；

风险提示
1、人身安全风险：无
2、器材损坏风险：无
3、资金投入风险：无
4、心理风险——最大的风险，这需要特别说明。
这种方法，就是用数字方法对音箱进行美容和整形，理论上是朝好的方面转变，但是由于人的心理很微妙，发烧友的心理就更莫名其妙，所以这种做法在带来成功喜悦的同时，可能会有一些心理上的不适应，会对自己产生怀疑和动摇。


第一种情况：自己很熟悉的音箱，经过这一番美容整形之后，突然变样了，会觉得不适应！就像相伴多年的夫妻一样，某天老婆去整形回来，老公一看，竟然认不出来了！
第二种情况：喜新厌旧之后，又回归恋旧。新鲜一段时间之后，发现还是原来的味道好。
第三种情况：受他人评价影响。本来自己觉得不错，结果圈内哥们来听了之后，评论说味道不对！“这不是XXX的味道”，“这哪里是XXX啊！分明是。。。。。。。”“把XXX弄成这样，人不人，鬼不鬼的，什么玩意儿！”于是没多少人还能坚持。
20多年的所谓“发烧”经历，让我无意中发现了一个现象，许多发烧友，其实是发烧给别人看的！

后续开发
这种利用VST技术、采用均衡器软件校正、调整音箱频率响应的技术，至少有三方面的应用：
1、音箱频率补偿
这是最基本的应用。根据厂家提供的实测音箱频率响应曲线，进行逐点调整，使频率响应曲线相应尽可能平直。

2、音箱音色调整
好的指标、好的曲线不一定好听，这是共同的认识。监听风格的器材，有些人喜欢，有些人则不喜欢。即使音箱频率响应曲线调整为一条直线，但是人耳的听觉相应却是曲线。有时候，歪鞋配歪脚也许有意外的惊喜。
某些著名的音箱，非常受欢迎。如果实测其频响曲线，绝对不会是水平一条直线，而是有不规则的波峰波谷，恰恰就是这些波峰波谷，跟人耳朵的听觉曲线正好吻合——歪鞋配歪脚，奇迹就这样产生了——这就是音箱的特色和风格的秘密！
不过，这种做法没有事先的计划，往往要根据经验进行大量试错、调整。类似于神农尝百草，成功靠坚持加运气；又有点像哥伦布的航行，出门不知道去哪里，到了不知道在什么地方。
按照我的思路，在把音箱频响曲线调平直之后，再增加一个多段均衡器，用来调节根据人耳朵的听觉响应曲线进行调整，就可以把音箱调整为讨好耳朵的状态了。这样以来，音响系统的整体表现会好很多。效果比换线、避震更为有效，而且基本不需要花费成本。
记得1990年的时候，我看过一本美国人写的书《高保真音箱》，里面有人的听觉响应曲线，可惜书是以前单位图书馆的，我手头没有。过些天我去试试运气，看能不能找到。实验心理学里也有相关的资料，找到之后再做相关的实验吧！

3、模拟其他音箱音色
当今中国，山寨是一种生产力。一切创新，始于山寨，古今中外概莫能外。国内的厂商往往采用“物理的山寨方法”，选择声音表现出色、顾客认同度高的产品进行仿制；其实，发烧友可以自己用“数字的山寨方法”，找到世界名箱的频响曲线，把自己音箱的频率按同样的方式进行调整，就可以模拟出XX名箱的韵味——弄出个5、6分甚至7、8分，估计应该不难。完全相同是不可能的，毕竟频响曲线只是音箱个性的一个属性，而非全部。这种方法只能山寨出频率响应，其他的指标就无法做到。
模拟其他音箱音色时，建议最好采用同类模拟的方法。比如，自己的是8寸全频箱，就模拟著名的lowther 8寸；如果是2分频的15寸号角箱，就模拟JBL的相应音箱；二分频模拟二分频，三分频模拟三分频；书架箱模拟书架箱，落地箱模拟落地箱，以此类推。“跨界”模拟，估计效果不会好。
再有，就是中低档的音箱可以模拟高级音箱；而如果音箱本身就属于经典音箱，就没有刻意去模仿别人，保持自己的风格更为重要。

4、空间混响调整
厂家提供的音箱频率响应参数都是在消音室测试的，基本都是直达声，而未考虑反射声和混响声的问题（而且多是同轴测试，很少考虑偏轴响应即指向性问题）。实际使用时，听音环境的反射、混响很复杂，环境处理不好，容易产生某些频率的共振（驻波）或出现一些频率声音的过度吸收（声波陷阱），影响听感。这也完全可以通过利用这个超级均衡器来调节。
基本思路是：保持原有的调节音箱频响曲线的均衡器不动，另外加一级均衡器串联进去，作为环境参数调节专用。


以上2、3、4项功能，原理都一样。我的技术路线是设置双均衡器，类似于数学里的偏导数一样，分别对不同变量进行解析：一个固定的“音箱频响补偿均衡器”，把音箱的频响曲线调节得尽可能平直；另一个是“订制功能均衡器”，用来调节音色、模拟其他音箱或调整环境参数。否则在一个均衡器上进行多项功能调节，会变得异常复杂！

商业价值
这种技术最大的应用领域应该是在数字母带播放器。
这个论坛里做数字母带播放器的厂家的几个马甲需要特别注意了，一个新的商机就在本人的创意中无私地贡献出来了，能否把握住这机会，为发烧友造福、为自己挣钱，就靠你们自己了——哥帮你只能帮到这儿了！

1、    将VST机架和均衡器编程加入到数字母带播放器或数字转盘的程序库中（这工作很简单吧，学程序的本科生都会），
2、    选择国内、国外比较有名、市场拥有量比较大音箱，收集其频响曲线建立数据库，并预置相应的均衡器调节参数，形成“音箱频率响应校正均衡器”；
3、    用户根据自己使用的音箱按菜单提示选择相应的预置参数，就可以修正音箱的频响曲线；
4、    另外，还可以附设一组“用户参数均衡器”供不安分的人折腾。这样，基本不用增加什么成本，数字母带播放器的功能可以得到提升，音响的玩法也可以增加了。
5、建议这个软件最好作为一个系统升级的补丁，让已购机的用户能免费升级。

PS忠告：CD末日降临，大家早作准备！
以客观的眼光看，CD作为数字技术和计算机技术起步阶段的产品，已经成了行将就木的落伍产品，未来3~5年就将成为历史（最多成为古董）。CD现在正被三股力量围剿，丧钟已经敲响了！
现在的人听音乐所用的音源，图省事的年轻人用手机或电脑听MP3，追求韵味、怀旧又不差钱的高烧用LP；前卫或清醒的人开始听数字母带了。只剩下一群不明不白的人还在稀里糊涂地听CD!还一天到晚什么吵吵头版、LP版、玻璃版，16bit就是16bit，正如286就是286！——这话N多人要拍砖，呵呵，过三年再看吧，不解释！

我是属于比较清醒而非前卫的人。今年买了一台国产的数字母带播放器（不到7K）、又买了几个母带音乐硬盘之后，持续一个多月时间，对比听24BIT母带和传统CD（用金诗韵的DAX2金螺丝版），感觉技术进步真的是一日千里。然后不听CD只听母带；又过了段时间，再翻出RCA living系列录音，对比听了24BIT母带和CD的效果，差点哭了——当时我家领导问我怎么了！我当时就一句话——CD坑我20年啊！

随后，痛下决心，果断出血，亏本1/3把金诗韵DAX2出手卖了——感觉这东西迟早要像我老家里还放着的1989年花了688大洋（相当于我那时一年的总收入）买的飞利浦双卡收录机一样，只能成为过往的记忆了。