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多媒體音箱新技術(shù)
2007-02-09 00:38
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隨著家用多媒體電腦的日益普及，尤其是近年來電腦聲卡性能有大幅提高，多媒體音箱也越來越顯示出在多媒體電腦系統(tǒng)中的重要地位。幾年前人們給電腦配一個幾十元的塑料小音箱就很滿足了，而現(xiàn)在上千元的中高檔多媒體音箱擺到了越來越多“發(fā)燒友”的電腦旁。現(xiàn)在電腦使用的“多媒體音箱”幾乎都是有源音箱，所謂有源音箱簡單說就是把功率放大器和揚聲器發(fā)聲系統(tǒng)做成一體的音箱，可直接與電腦聲卡搭配，構(gòu)成一套完整的音響組合。有源音箱縮短了連接線路，減少了干擾信號，可降低背景噪聲，而且有效地節(jié)省了音箱制造成本及占用空間，具有很高的性能價格比。? 當然多媒體音箱只是眾多音箱產(chǎn)品中的一個特殊的分支，電腦多媒體音響系統(tǒng)在音源與功率放大等部分還與真正的Hi-Fi音響系統(tǒng)有著一定的差距。不過隨著未來電腦多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，更多的新技術(shù)會應(yīng)用到多媒體音箱之中（比如USB音箱和平板式音箱）。從未來更為復(fù)雜的PC音頻技術(shù)的發(fā)展需要來看，電腦多媒體音箱將向數(shù)字化、多聲道化（如5.1、7.1甚至9.1）、多技術(shù)類型（如各種3D聲場處理技術(shù)）以及多用途和高性能等方向發(fā)展。? 一、數(shù)字式與USB音箱? 現(xiàn)在“數(shù)字化”，可以說是一個非常流行的詞匯，很多新一代科技產(chǎn)品都被冠以?“數(shù)字化”的概念。和一般的模擬設(shè)備相比，使用了數(shù)字化技術(shù)的產(chǎn)品，確實在性能、質(zhì)量、功能、易用性、可靠性等方面都有相應(yīng)的提高，可以說數(shù)字化是今后大多數(shù)科技類產(chǎn)品的發(fā)展方向。從多媒體音箱的發(fā)展來看，自從誕生的那一天起，普通的模擬式音箱就一直占據(jù)著市場的主流，但隨著數(shù)字化時代的到來，PC用多媒體音箱也正在朝數(shù)字化的方向發(fā)展，當然支持數(shù)字輸出的聲卡、USB等新型接口的普及也為音箱朝數(shù)字化過渡提供了保障。? 目前“數(shù)字式音箱”主要包含兩個方面，即“數(shù)字調(diào)節(jié)”和“數(shù)字輸入”。采用數(shù)字式音量調(diào)節(jié)就可以避免模擬調(diào)節(jié)易受干擾的缺點，而且操作控制更加方便。數(shù)字式輸入可以充分保證音源的質(zhì)量和純凈。數(shù)字音箱是從聲卡的數(shù)字接口將用高、低電平分別代表1和0的數(shù)字信號直接送至音箱內(nèi)部的，這樣可以極大的的提高所輸出的聲音信號的信噪比，而模擬信號是連續(xù)變化的電平，所以極易受到干擾。因此數(shù)字式音箱避免了聲卡輸出的模擬信號受到機箱內(nèi)復(fù)雜的電磁干擾而使聲音變得更加純凈，對細微聲音信號的分辨力和表現(xiàn)力都比傳統(tǒng)模擬音箱要好不少。? 此外數(shù)字音箱通過一條數(shù)據(jù)線能輸出的音頻種類是非常豐富的，如立體聲、Dolby?Digital（AC-3）或Dolby?Pro?Logic等，這也是模擬輸入音箱所望塵莫及的。以Dolby?Digital的6個聲道的原始未經(jīng)解碼的聲音信號為例，要是用模擬方式輸出達到同樣的效果，就至少需要三個立體聲插口來輸出解碼后的模擬音頻信號才行，而對于數(shù)字音箱來說，它幾乎支持包括Dolby?Digital（AC-3）和Dolby?Pro?Logic在內(nèi)幾乎全部的數(shù)字音頻格式，覆蓋面非常大；一些多聲道數(shù)字音箱可以自動識別輸入信號的種類，然后再進行不同的解碼和音頻轉(zhuǎn)換工作，功能強大，使用方便。現(xiàn)在數(shù)字音箱還廣泛運用了SRS、APX、?Spatializer?3D、Q-SOUND、?Virtaul?Dolby和?Ymersion等硬件3D音效技術(shù)，此外還有有源機電伺服技術(shù)和BBE高清晰高原音重放系統(tǒng)等音效增強技術(shù)，對改善音質(zhì)也有一定效果。? 由于在設(shè)計制造上的高要求，目前市場上的數(shù)字音箱產(chǎn)品并不是十分的豐富，只有少數(shù)幾款產(chǎn)品（如創(chuàng)通的Cambridge?SoundWorks?DeskTop?Theater?2500），而且價格昂貴，大多要2000元以上，還要使用帶數(shù)字輸出功能的聲卡（如Sound?Blaster?Live!Digital）與之相配，因此普及程度還很低。不過現(xiàn)在一種新型“數(shù)字式音箱”：USB音箱的出現(xiàn)，使這種情況得以改善。? USB是英文“Universal?Serial?Bus”的縮寫，意為“通用串行總線”。USB使用一個4針插頭作為標準插頭，并通過這個標準接頭，采用菊花辮形式把所有外設(shè)連接起來，它采用串行方式傳輸數(shù)據(jù)，目前最大數(shù)據(jù)傳輸率為12Mbps,?支持多數(shù)據(jù)流和多個設(shè)備并行操作，允許外設(shè)熱插拔。將USB技術(shù)應(yīng)用于多媒體音箱上，實現(xiàn)音箱的全數(shù)字輸入，可以使音質(zhì)得到很大的提高，USB為即插即用的可以熱插拔的接口，USB音箱使用起來是比較方便的，此外與傳統(tǒng)音箱相比，USB接口及設(shè)備均受CPU控制，因此USB音箱可以通過軟件實現(xiàn)開、關(guān)機、調(diào)節(jié)音量大小、靜音等。而且USB音箱的價格并不太貴,一般在幾百元的價位上。? USB音箱的一個重要特點是不再需要聲卡，它利用主板的USB接口來輸出數(shù)據(jù)信號，而將原來由聲卡來完成的數(shù)模轉(zhuǎn)換的工作移到音箱的內(nèi)部通過專門的芯片來完成，從而繞過了聲卡的一環(huán)；而其他的支持數(shù)字輸入的音箱則必須要有聲卡的數(shù)字輸出接口相配才能使用，所以使用USB音箱在計算機的成本方面相對有所降低。但對一些如A3D、EAX、硬波表等需要用聲卡硬件芯片來合成處理的聲音音效USB音箱是不能實現(xiàn)的。從目?前來看USB音箱只能支持基于Windows界面的Direct?Sound（3D）的聲音音效。? USB音箱允許由CPU對音頻數(shù)據(jù)進行前期處理，然后再傳送到音箱，不過目前USB接口的帶寬是有限的，所以USB傳送的只可能是壓縮過的Dolby?Digital音頻信號，因此就必須在音箱內(nèi)部配置價格不菲的Dolby?Digital解碼芯片，而隨著USB2.0規(guī)范的出臺，其帶寬足夠?qū)崿F(xiàn)多通道環(huán)繞聲系統(tǒng)的聲音回放?？梢哉fUSB音箱的發(fā)展前景是很廣闊的。另外市場上還出現(xiàn)了IEEE1394音箱，也有很好的發(fā)展前景。? 二、平板音箱? 和傳統(tǒng)音箱相比，“平板音箱”首先留給人的印象就是其輕薄、獨特的外觀。除此之外平板音箱的振動原理與一般傳統(tǒng)揚聲器的振動原理有所不同，傳統(tǒng)的揚聲器采用的活塞式的振動方式工作的，宏觀上的振動點只有一個，而平面式喇叭的振動方式采用隨機振動的方式，因此它的振點非常多，這使其具有一個獨有的優(yōu)點就是無指向性。而傳統(tǒng)揚聲器具有很強的指向性，聽者必須站在喇叭的前方才能聽到完整的聲音，特別是高音的部分，錐狀聲場的覆蓋面積很小，而平板音箱的聽音效果與聽者的位置關(guān)系不大。? 此外平板音箱聲場強度分布也比較均勻。聲音的真實度較好。不過由于平板揚聲器的設(shè)計采用的是波浪式的振動方式，所能推動的空氣量很小，遠沒有傳統(tǒng)揚聲器推動的空氣體積大，所以它的低頻效果非常不好，因此它必須搭配一組低音炮以提高低音的表現(xiàn)力。另外，很多人都會感到對平板音箱發(fā)出的聲音不太習(xí)慣，這除了發(fā)聲原理上差異外，還與現(xiàn)在絕大多數(shù)音源錄制過程有關(guān)的。因為聲音的錄制大多是在聲場中以點的方式采集錄制的，因此用以點發(fā)射方式進行回放的傳統(tǒng)揚聲器較為適合，而平板音箱是一種面聲源，現(xiàn)在還不大可能將聲音源的采集方式改為面采集。? 就性能而言，“平板音箱”并沒有多大的優(yōu)勢可言，其音質(zhì)音色恐怕只與中低檔普通音箱相近，而且聽慣了普通音箱的人還不一定能習(xí)慣它面聲源的發(fā)聲特性?？偟膩碚f“平板音箱”在聲音質(zhì)量上并沒有多少優(yōu)勢，應(yīng)該講它的優(yōu)勢外觀和體積上。因為是平板式的，可以做得非常輕薄，比傳統(tǒng)音箱的體積要小許多，所以它的擺放和安裝是極為靈活的，你甚至可以把它作為裝飾品貼在墻上。另外“平板音箱”還可能在筆記本電腦等移動計算領(lǐng)域中得到應(yīng)用。? 平板音箱在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)音箱有著許多不同之處，其核心是“驅(qū)動體”（Exciter），“驅(qū)動體”的沖程長度非常小，一般不超過2mm；音圈部分相對較輕，以避免高頻部分的失真；采用高磁的設(shè)計（一般磁密度在10000高斯以上）。多個驅(qū)動體可以共用，以提高輸出聲壓和得到更好的頻響曲線。平板音箱的另一個重要組成是，“振動板”（Cone），所起的作用類似人的聲帶，對音箱的音色、聲強和聲音的平整度起著決定性的作用。? 振動板的材料可以分為：紙槳類、層板類、PCB板和蜂巢類等幾類，其中以蜂巢類的效果最佳，但它的成本也相對是最高的；其次為紙槳類，再次為層板類，最差的為PCB板。另外現(xiàn)在還有一種復(fù)合式紙盆振動板，剛性大、重量輕，而且有著抗高溫、抗潮濕、不變形的特性，性價比較高。此外振動板的設(shè)計還須考慮結(jié)構(gòu)尺寸的問題，目前在平板式揚聲器方面，世界上主要有兩大系統(tǒng)，一種是英國的NXT系統(tǒng)，另一種是澳大利亞的平面喇叭系統(tǒng)，目前NXT在性能與成本方面都處在了領(lǐng)先的地位。現(xiàn)在平板音箱大多按NXT的專利黃金比0.88比1或1比1.414設(shè)計，以獲得最佳的頻響曲線。? 三、3D音效和多聲道音箱? ?首先先讓我們來了解一下3D音效的概況。在現(xiàn)實世界中我們可以僅憑兩只耳朵就感受到三維音效，那么僅憑一對音箱或是耳機是否也有可能達到同樣的效果呢？傳統(tǒng)的音效設(shè)備是依靠一對分為左右聲道的音箱來產(chǎn)生單層面的立體聲聲場的。一個三維音效系統(tǒng)有關(guān)鍵的兩部分組成：三維定位和交互，就是在一個聽者周圍的三維空間中有復(fù)雜的音源定位的能力，和能即時作到這一點的能力，這就是現(xiàn)代三維音效所遵循的基礎(chǔ)。? 首先我們談?wù)動脙芍灰粝鋵崿F(xiàn)3D環(huán)繞立體聲效果。在這方面比較經(jīng)典的是SRS(SoundRetrievalSystem，即聲音修正系統(tǒng))技術(shù)。SRS技術(shù)利用仿聲學(xué)原理，?根據(jù)人耳對各空間方向聲音信號函數(shù)的反應(yīng)不同，對雙聲道立體聲中的反射、折射、回射等信號分離提取后，再對這部分信號進行處理，讓其達到一個空間方向上的變換效果。這樣處理后，原本是從一個方向來的立體聲信號，卻讓人感覺是從四面八方傳來一般，給人以置身于3D聲場中的感受?(實際上這是人耳的錯覺)?。? SRS技術(shù)只使用兩只普通音箱，無需杜比編碼技術(shù)，即可產(chǎn)生出仿3D環(huán)繞聲放音效果?，F(xiàn)在的多媒體電腦系統(tǒng)中，大多采用了SRS技術(shù)。在SRS的基礎(chǔ)上，虛擬環(huán)繞聲系統(tǒng)運用3D音頻技術(shù)可以通過一對普通音箱營造出五個音箱的幻像，如Aureal’s?A3D?Surround就是一種虛擬的環(huán)繞效果?？梢钥闯霏h(huán)繞聲音軌對于電影、DVD等非交互式的背景音樂非常適合，但不適合于交互式的三維游戲中。? 現(xiàn)在最新的雙音箱3D環(huán)繞技術(shù)擴展立體聲（Extended?Stereo）技術(shù)，通過電路對聲音信號進行附加處理，使聽者感到聲像方位擴展到了兩音箱的外側(cè)，以此進行聲像擴展，使人有空間感和立體感，產(chǎn)生更為寬闊的立體聲效果?，F(xiàn)在一些3D音箱采用了最新的APX(TM)3D技術(shù)，實現(xiàn)了只用兩只音箱，創(chuàng)建三維環(huán)繞音場。APX是英文AllPositioneXpansion（全方位擴展）的縮寫,是美國AHEAD公司的專利技術(shù),該技術(shù)實現(xiàn)只用二只立體聲音箱創(chuàng)建一個全方位360度的三維聲場。? APX技術(shù)的理論依據(jù)是人的聽覺系統(tǒng)特性和聽覺心理學(xué)。耳道、外耳和耳廓對辨別聲音方向起到重要的作用。由于耳廓和外耳的復(fù)雜形狀，聲道進入這個區(qū)域在各個頻率上會被反射、加強或削弱。通過兩耳對方位角和上下位置變化的反應(yīng)，辨別出聲音來自上、下、左、右、前、后。耳廓和外耳就像濾波器一樣，起到加強某些頻率的信號，衰減另外某些頻率的信號和對某些頻點信號作延時。而APX利用這一特性，采用數(shù)字和模擬混合技術(shù)，對普通聲源作適當?shù)目刂苹匾簟⒒祉?、延時、空間效應(yīng)及強度，聲音被“編程”到大腦。這樣你能聽到聲音似乎超出了聲源邊界而來自四面八方多個聲源，從一只耳朵這邊延伸到另一只耳朵那邊，在空間每邊有180度的全方位的擴展。? APX不同于杜比環(huán)繞聲系統(tǒng)，后者需要音源中含有多路信號的編碼，而目前大多數(shù)VCD碟片中根本沒有這類編碼，也就是說VCD中的聲音采用昂貴的杜比AV影院系統(tǒng)，根本不能達到真實再現(xiàn)原聲，最多只能是模擬環(huán)繞效果。而APX的聲源可以是普通的立體聲，甚至是單聲道聲音，而且兼容含杜比編碼的節(jié)目源。? 而創(chuàng)通提出的環(huán)境音效（EAX,Environmental?Audio?Extensions）更多的是強調(diào)三維環(huán)境聲音效果的真實性與臨場性，它對三維定位效果的體現(xiàn)不是其中的主體。Creative的EAX使用相同的API支持多種音箱設(shè)置，當使用多個音箱時，聲音的3D特性連同混響、反射等模擬聲學(xué)環(huán)境的效果得以提高。但EAX現(xiàn)有的Direct?Sound?3D?API沒有提供足夠的功能來產(chǎn)生比現(xiàn)有3D音效技術(shù)更高級的音響效果。由于距離只能通過響度來模擬，游戲的聲音設(shè)計人員盡管可以選擇錄制包括混響的聲音或直接利用3D音效，但這兩種選擇都不盡如人意。? 解決此問題的唯一方法是安裝物理上的后置音箱，甚至只有一個后置音箱也可以極大地提高聽音質(zhì)量。音箱越多，效果越好。多音箱還有其他的優(yōu)勢，比如可以做到干擾抵消。多音箱使額外獨立的變量加入到干擾抵消的微分方程中。這為多于兩點的空間點提供了精確解，更重要的是提高了近似解的準確程度。因此，多音箱的出現(xiàn)充分拓展了3D音效中“鳴點”的范圍。目前越來越多的游戲支持EAX和A3D，這是只有一對音箱的聲音系統(tǒng)所不能夠表現(xiàn)的，所以多聲道音箱的運用就成為了一種必然。從聽音系統(tǒng)來講，今后流行的肯定是多聲道音箱系統(tǒng)，如5.1甚至9.1等，這也符合未來更為復(fù)雜的音頻技術(shù)的發(fā)展要求。? |
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