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第十章 Smaart原理與應用

Smaart是SoundmeasurmentacousticanalayzerrealTime的英文縮寫，意思是聲音測量聲學實時分析應用軟體，它是EASE聲學軟體的姊妹篇。通常，由EASE聲學軟體設計的音響工程專案在完成之後，需要用Smaart聲學軟體來進行具體的聲學指標的測量。同時，Smaart軟體還可以用來測量各種音訊裝置的效能指標，也可以用來調整有軟體支援的揚聲器處理器，屬於一種價效比較高的測試軟體。

9。1Smaart的主要測量功能與配置單元

9。1。1Smaart的主要測量功能

Smaart是一種基於雙通道的音訊分析儀，可執行專業音訊所需要大量測量任務的軟體。由於Smaart不能代替人的主觀聽感評價，所以需要根據具體測量任務配置適當的測量平臺，對系統進行調整、最佳化、完善。表9-1中列出了Smaart的基本測量模式和每一模式下的主要應用和功能。

除了表9-1所列的功能之外，Smaart還具有內建訊號發生器，無須外接訊號發生器就可進行所有測量，大大簡化了測量過程。Smaart還可以控制諸如揚聲器系統處理器、均衡器等外部裝置。

9。1。2Smaart基本單元配置

要配置一套基本的測量裝置才能有效使用Smaart，其基本配置單元如下。

1。測量用傳聲器

當不準備採用通常的電子裝置進行測量時，首先需要一個用來採集聲學訊號的測量傳聲器。傳聲器的作用是將測量點的聲壓訊號轉換成精確的電壓訊號，因此需要滿足以下3點：採用全指向性、頻率響應平直的測量傳聲器；由於市場上的大多數測量傳聲器採用駐極體電容式設計，這就對電源有一定的要求，即需要採用前置放大器的幻像電源，或採用內建電池；需要透過一個傳聲器校準器對聲壓測量值進行精確校準。

2。傳聲器放大器

需要採用一定形式的傳聲器放大器與測量傳聲器進行匹配。為了保證測量值的可信度，測量放大器需要具備足夠低的本底噪聲和足夠高的增益。對於大多數測量傳聲器來說，前置放大器需要包括一個幻像電源以提供測量傳聲器的電源。

3。音效卡

在Smaart的很多測量功能中，還需要一個相容的音效卡，該音效卡至少要有兩個獨立的線路電平輸入，注意檢查一下所用的系統是否滿足上述條件。如果不具備立體聲輸入，就不能進行傳輸函式和脈衝測量。

4。安裝有SIA-Smaart的計算機

選用的計算機必須滿足執行Smaart的最低要求，可參見Smaart使用者指南或訪問SIA軟體站點http：//www。siasoft。com。為使用方便起見，可使用筆記本式計算機。

5。電纜和連線

必須採用合適的電纜連線測量系統和測量裝置。必須使用專業級的電纜和連線裝置，避免使用低檔的介面卡和民用等級的聯結器。如果計算機的音效卡採用的是3芯1/8英寸立體聲唱機聯結器，必須轉換成1/4英寸唱機頭或XLR聯結器。

9。2系統設定與電平調整

將相關裝置連線後，需對系統進行設定以相容硬體裝置，並調節整個系統的訊號電平。

9。2。1系統設定

首先，應讓音效卡線上工作。如果採用的是外部音訊裝置，在SmaartLive執行的過程中，請勿斷開。單擊選單上的“Options/Devices”選項卡或按快捷鍵Alt+A，選擇適用於本系統的音效卡。這時會出現圖9-1所示的視窗。在“WaveIn”框中選擇音效卡輸入裝置，同樣在“WaveOut”框中選擇音效卡輸出裝置。如果所採用裝置所支援的輸入或輸出解析度高於16bit/sample請在“BitsPerSample”框中選擇合適的值。這樣就可以將裝置連線到音效卡的輸入和輸出，SmaartLive就可以正確地對訊號進行處理。

很多音效卡採用內建的混音電路將多個音訊訊號混合在一起作為主輸出，或者選擇和/或混合顯示在音效卡輸入上的訊號，需要為音效卡配置這些選項，啟用線路電平輸入和聲波輸出。如圖9-2所示，透過啟用Windows混音器設定上述選項。按下SmaartLive鍵盤上的快捷鍵Alt+V即可啟用混音器。

9。2。2電平調整

透過訊號發生器上的電平設定可微調控制訊號發生器的電平，其預設狀態為低電平，以防初始使用時損壞裝置。可結合裝置上的輸出電平和混音器設定，改變顯示在音效卡輸出上的訊號電平。在大多數需要透過訊號發生器進行測量的情況下，需要將整個訊號發生器的電平調節到能夠既有高的測量信噪比，又不損壞裝置或影響音質的足夠高的水平。

必須仔細調節輸入電平，使其既儘可能高，以提高信噪比，又不能在音效卡的A/D轉換器處出現過載失真。在SmaartLive執行期間，圖9-3所示的輸入電平表始終處於啟用狀態，顯示音效卡A/D轉換器處的峰值輸入電平。如果該電平太低，由音效卡和其他模擬裝置所產生的噪聲會影響測量結果；如果該電平太高，將會點亮過載顯示燈。必須降低輸入電平保證測量結果的準確性。在大多數測量情況下，應保持額定輸入電平在-12～-6dB之間。

9。3測量例項

下面具體介紹如何進行頻譜、傳輸函式和脈衝響應測量。注意，具體測量結果和這裡所提供的測量結果樣本可能會有所不同，這裡所提供的測量結果樣本僅供參考。

9。3。1實時頻譜分析儀

SmaartLive的最基本功能都蘊涵在它的頻譜模式裡，利用它可以進行兩個通道的實時頻譜分析。在該模式下，SmaartLive所包含的功能類似於一臺實時頻譜分析儀裝置，將輸入訊號分解成頻譜單元並動態顯示。SmaartLive的預設狀態是以頻率-能量柱狀圖表的方式實時顯示兩路訊號，每條能量柱表示1/12倍頻程頻寬的能量，當然還可以進行其他顯示。

使用該模式時，將任意相容的音訊訊號連線到音效卡的至少一個輸入端，在RTA模式下，可以同時檢測兩路訊號，所以可以將一個測量傳聲器連線到一個通道，將混音調音臺輸出連線到另外一個通道。

圖9-4顯示了該例的硬體配置。任何線路電平訊號均可作為一個輸入訊號源，作為例項，本例中現場傳聲器透過一個前置放大器連線。現在，啟用SmaartLive，其預設狀態即為頻譜模式。可以單擊一個測量模式鍵隨時改變當前測量模式，按下“ON”鍵即可開始實時測量。

圖9-5是輸入訊號現場通帶頻譜圖。當在現場用傳聲器拾取訊號時，頻譜上顯示的就是房間的噪聲。這時候如果對著傳聲器吹一聲口哨，在頻譜圖上就會看到某一個頻段會出現明顯的提升。

如果在Scale刻度選項上選取不同的數值，頻譜上所顯示的輸入訊號頻譜就會有所不同，刻度數值可以顯示成1/1、1/3、1/6、1/12和1/24倍頻程頻寬或對數或線性頻率軸上的窄帶功率頻譜。需要設定的是基本快速傅立葉變換3種狀態，後者是指無窮指數式衰減，它對從起始開始的所有資料均保持一個均勻計權的平均時間，取值範圍為1～128。按下鍵盤上的V鍵，可以即時重新設定平均時間緩衝器。

頻譜模式包括了許多非常有用的特性：絕對值校準、聲壓級表和對數顯示、實時頻譜函式，如圖9-6所示。注意，只有當輸入通道被啟用時，才能顯示上述功能資料。單擊與通道相對應的輸入電平表即可啟用該通道。

SmaartLive的頻譜模式對於確定現場反饋頻率、觀察現場噪聲情況、研究現場音樂素材的頻譜成分等非常有用。過去，很多人習慣使用RTA測量一個系統的頻率響應並據此進行頻率均衡處理，而現在則不建議採用這一方法，因為採用的傳輸函式測量功能要比前者來得精確、有用得多。簡單的頻譜模式不能區分現場的直達聲和反射聲，以及瞬態觸發訊號和系統噪聲，這大大影響了對一個系統進行頻率響應的調整。

9。3。2模擬式均衡器測量

本例中將介紹如何利用SmaartLive的實時傳輸函式的效能，對一個模擬式均衡器的頻率響應進行測量。本測量需要一個均衡器、分頻器或其他濾波類訊號處理器。本例更適用於對模擬式裝置的測量，對於數字式裝置，由於輸入和輸出之間可能進行了延時處理，因此要透過SmaartLive的內部訊號延時加以補償。

1。系統連線

按圖9-7所示連線系統，採用音效卡輸出訊號驅動均衡器的輸入和音效卡本身的右路輸入計算機。透過SmaartLive內建的訊號發生器激勵均衡器並測量其響應。由硬體配置圖可見，SmaartLive將訊號發生器輸出與透過均衡器後返送回來的訊號進行精確比較，消除了音效卡的影響。

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2。訊號電平調節

單擊“GEN”，所以需要透過訊號發生器電平旋鈕將輸出電平增加到合理的水平。訊號電平要高到足以充分利用了系統和均衡器的動態範圍的水平。根據經驗，一般調整到-6dB左右為宜。

如果分析儀沒有執行，請單擊“ON”鍵啟動，然後調節輸入訊號控制至合理的電平。如果均衡器處於旁路狀態或控制處於0dB，所顯示的傳輸函式基本為平直。如果均衡器不是處於上述狀態，通常是由於系統存在一些增益偏差或裝置本身存在一些增益或衰減因子。透過單獨調整測量通道的增益對這些加以校準，或透過dB+/-微調使所顯示的傳輸函式置“零”。

3。傳輸函式測量

SmaartLive的傳輸函式模式透過對一個系統的輸入訊號和輸出訊號進行比較，來測量該系統的頻率響應。透過該項測量可以顯示這兩個訊號之間的幅度和相位之間的差異，並以頻率函式的形式顯示出來，即該系統的幅頻響應和相頻響應。

調節均衡器上的濾波器設定，可以在SmaartLive上顯示整個頻率域上的所有變化。如果顯示出一個谷點，通常是輸入訊號反相的結果。這時可直接將輸入訊號的極性反相或按一下“反相”鍵，就會出現正常的顯示。

SmaartLive的預設狀態是FPPO。圖9-8就是測量一個引數式均衡濾波器以及其相頻特性的例項。

注意：在本測量中沒有進行均衡器延時補償處理，因為相對於FFT的長度，模擬式均衡器的延時可以忽略不計。當測量一個數字式裝置、揚聲器系統或幾乎所有電聲系統時，必須首先測量系統的時間延時，然後透過SmaartLive內建的延時序列加以補償。詳情請參考“揚聲器系統測量”。

9。3。3揚聲器系統測量

本例採用SmaartLive的脈衝。

1。系統連線

按圖9-9所示連線系統。如前面一樣，音效卡輸出驅動功率放大器-揚聲器系統和計算機右路輸入。在該測量中，透過測量傳聲器拾取測量訊號，經過傳聲器前置放大後送入音效卡的左路輸入。

通常可將測量傳聲器放置在離開揚聲器系統一定距離的地方，如1m處。注意，傳聲器離開揚聲器系統的距離越遠，由於房間反射的存在，想要測量出揚聲器系統的直達聲就越困難。

2。訊號電平調節

必須調節訊號電平使得透過系統的訊號大小合適。單擊“頻譜”模式。如前面一樣，開啟內建的訊號發生器並將其電平調節至使揚聲器系統的聲級略高於房間的周圍噪聲，通常先將功率放大器的增益調得較低，然後逐漸加大訊號電平，這樣不至於訊號過響造成不適。接著，調節音效卡上的輸入電平和傳聲器放大器的增益至適當的輸入電平，將參考訊號和測量訊號輸入儘量調節得一樣大小。

3。脈衝響應測量

下面介紹房間中揚聲器系統的基本脈衝響應測量。單擊“脈衝”鍵，再次進行脈衝響應測量，可觀察到如圖9-10所示的圖形。

圖9-10所示是一個在普通房間。

SmaartLive也可以以線性刻度顯示脈衝響應，後者是以dB表示的脈衝響應衰減曲線的包絡。圖9-10中起始部分的峰值表示來自於揚聲器系統的直達聲。請注意：SmaartLive可以自動檢測該峰值的時間和幅度。在本例中，直達聲到達的延時時間為2。29ms，該延時是由於揚聲器系統至傳聲器之間約為0。8m的距離，聲波在其間的空氣中傳播的時間。當我們進行傳輸函式測量時，將會利用這一概念校準聲波的傳輸過程的延時。

脈衝響應圖中所顯示的其他聲能來自於測量中房間的反射和噪聲。本底噪聲可以視為一個恆定的平均值，測量的精度在一定程度上取決於直達聲和該本底噪聲之間的信噪比。

4。揚聲器系統傳輸函式測量

下面透過SmaartLive的傳輸函式鍵切換傳輸函式模式，並確保分析儀正常工作。接著，就需要設定SmaartLive的內部延時以補償揚聲器系統和傳聲器之間的聲波傳輸時間。

單擊“AutoSm”鍵，將傳輸函式延時設定成峰值到達的時間。

透過延時鍵Delay，可以利用延時預設特性，儲存一系列延時時間以供快速呼叫。這在進行不同地點的測量傳聲器之間切換或測量傳聲器和均衡器之間切換時非常有用。將當前值設定到預設的方法是：單擊對話方塊上方的“延時”，單擊延時標記上的對話方塊選項F6～F10這5個標記中的一個。然後，就可以在任何時候，按下鍵盤上相應的功能鍵呼叫該延時。

在本例中，單擊“F6”，將當前延時設定到第一個預設，單擊“OK”鍵，退出對話方塊。當分析儀執行在傳輸函式模式時，就會在視窗上觀察到該揚聲器系統的頻率響應曲線，如圖9-11所示。如果顯示不夠穩定的話，透過微調控制Avg，增加平均時間至傳輸函式的波形穩定。在本例中，將該值調節到16以上即可。

5。儲存測量波形

SmaartLive的參考暫存器可用來捕獲和儲存現場波形的“快照”。參考暫存器的標誌是5組小型彩色立體按鍵，分別標有A、B、C、D和E，位於視窗下方。

先單擊暫存器“A1”，將會一直保留在暫存器中，直到清除或在同一暫存器中再次捕獲了另外一個波形。

如果想要將一個參考波形永久儲存到磁碟上的一個稱為ReferenceFile鍵。將參考波形儲存到一個檔案中之後，單擊“OK”鍵，退出參考波形資訊對話方塊。

注意，當捕捉一個參考波形時，所儲存的波形一開始會顯示在視窗的啟用波形的前面。這時dB+/-微調項內容的顏色將會變得與參考波形的顏色一致，並且當啟用指標跟蹤時，滑鼠指標將會跟隨所儲存的波形而不是當前現場波形。用滑鼠單擊任一輸入電平表上的任何地方就會返回到顯示當前現場波形。

9。3。4對揚聲器系統進行均衡處理

本例採用了“揚聲器系統測量”一例中的方法設定一個均衡器，對揚聲器系統的效能進行最佳化處理。在本例中，除了上例中所用到的揚聲器系統和功率放大器之外，還增加了均衡器。

1。系統連線

按圖9-12所示連線系統。與上例相比，不同之處在於在訊號通道的音效卡輸出和功率放大器之間插入了一個均衡器。均衡後的訊號可返回至音效卡輸入，然後如“模擬式均衡器測量”例項一樣對均衡器進行實時調節。音效卡的左路輸入訊號可透過開關切換成測量傳聲器訊號或均衡器輸出訊號。上述切換實現的方法很多，可以用小型混音器、物理開關或直接插入連線。

2。進行測量和設定均衡器

假設已經按照前面的例子對揚聲器系統進行了測量，並將所測量到的傳輸函式波形儲存在參考暫存器A1，延時時間儲存在第一個延時預設，單擊“AutoSm”鍵，在SmaartLive中測量並插入適當的延時時間。

將均衡器的頻率響應特性調整到基本上與揚聲器系統的相反，即揚聲器系統的頻率響應的峰值對應於均衡器響應的零點，使得整體頻響曲線平直。我們可以使用所儲存的包含所測量揚聲器系統響應的參考波形作為標準模板，對均衡濾波器進行調節。

透過參考波形控制鍵，將包含揚聲器系統響應的參考波形啟用並顯示鍵，對測量到的均衡器響應進行反相處理，即衰減變成提升，反之則結果相反。接著，在視窗上將反相後的均衡器響應調整至與所測量到的揚聲器系統的傳輸函式相匹配，如圖9-13所示，使均衡器設定最最佳化。均衡器最佳化設定好之後，就可以進行整個系統的傳輸函式測量，得出最終的結果，如圖9-14所示。在圖9-14的測量中，選擇測量傳聲器作為測量輸入，並按下鍵盤上的F6呼叫相應的延時預設。

具體操作時請注意：當對揚聲器系統的頻率響應進行最佳化時，應小心仔細對濾波器進行提升，幅度不能過大，否則有可能降低系統反饋前的增益和/或使系統過載。在測量中所觀察到的零點也並不是在所有位置都存在峰值的電聲現象極有可能是均衡所引起的，建議採用引數式均衡器加以精確均衡處理，對每一濾波器的頻寬和中心頻率仔細調節並加以處理。

高階音響師速成實用教程（第3版）

中國錄音師協會教育委員會， 中國傳媒大學資訊工程學院，北京恩維特聲像技術中心

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