魏增來，王 羽

（中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015）

音響技術

專業(yè)音頻產品發(fā)展趨勢及對國內相關產業(yè)發(fā)展建議（一）

魏增來，王 羽

（中國電子科技集團公司第三研究所，北京 100015）

根據當前專業(yè)音頻產品的技術發(fā)展現(xiàn)狀及未來應用的需求，結合世界各大著名廠商在世界各個重要展會所展出的最新產品，提出目前專業(yè)音頻產品發(fā)展的若干細化的趨勢，并將國內相關產業(yè)的發(fā)展與世界發(fā)展現(xiàn)狀進行對比，由此給出國內相關產業(yè)發(fā)展的建議及重要關注點。

專業(yè)音頻產品；發(fā)展趨勢；對比；指向性可控揚聲器；相控技術；調音臺；多學科結合；發(fā)展建議

1 前言

隨著數字信息處理技術的不斷進步，其影響越來越滲透到社會發(fā)展的每一個層面，專業(yè)音頻擴聲領域雖然相比較能源、交通等其他行業(yè)而言，應用范圍非常狹窄，但也不可避免地受到了極大的影響。專業(yè)音頻產品的應用中，存在大量的信號處理環(huán)節(jié)，因此，數字信息處理以及網絡技術的飛速發(fā)展也使得這些環(huán)節(jié)迅速提升，產品的數字化、網絡化已經由此前的預期逐漸演化成現(xiàn)實，并通過成本的降低以及性能的提高，逐漸占領了絕大部分市場，同時也成為下一步發(fā)展的主流方向。在此基礎上，產品的研發(fā)將重點聚焦于如何進一步提高聲音的質量、信號傳輸處理的穩(wěn)定性、產品功能的多樣性以及操作使用的便利度等。

2 專業(yè)音頻產品的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 國際專業(yè)音頻產品發(fā)展情況簡介

如前所述，隨著數字與網絡技術的不斷發(fā)展與成熟，也隨著專業(yè)音頻行業(yè)內各生產廠商及從業(yè)人員的不斷探索實踐，并基于數字產品所具有的抗干擾能力強、信噪比高、動態(tài)范圍寬、處理能力及應用功能強大、一體化程度高、擴展能力強等優(yōu)點，數字和網絡技術已成為目前專業(yè)音頻領域研發(fā)的主流方向，尤其在信號處理環(huán)節(jié)；除此之外，在拾音器和揚聲器等換能環(huán)節(jié)，相比于十幾年前，也有了相當程度的發(fā)展和提高。

具體到揚聲器系統(tǒng)，在滿足正常商業(yè)目標的同時，世界各著名廠商一直沒有停止研究探索的腳步，這種研究主要緊緊圍繞著兩個核心目標展開，一是以提高還原度、減少失真度等為主的音質目標；另一個是以控制指向、提高使用效率和便捷度等為主的應用功能目標。

近年來，在揚聲器系統(tǒng)的研發(fā)制造方面，隨著相關基礎理論以及主觀試聽和客觀測量之間對應關系的研究不斷深入，對保真度相關的指標評價也不斷增加與深化，從最初的頻率響應評價分析發(fā)展到現(xiàn)在的頻率響應、相位響應、總諧波失真（THD）等相結合的多維綜合評價分析，一方面使得揚聲器系統(tǒng)的音質得到了很大提高；另一方面也為揚聲器系統(tǒng)的下一步研發(fā)提供了更多理論及實踐支撐。

除此之外，有源揚聲器系統(tǒng)或者所謂類有源系統(tǒng)，即必須匹配同廠功率放大器及處理器的揚聲器系統(tǒng)，也得到很快的發(fā)展，包括Meyersound、d&b、Kling&Freitag、L-Acoustics等，幾乎所有的高端廠家都在提供此類系統(tǒng)，甚至通過處理參數的壁壘，限制工程商或最終用戶采用其他品牌的功率放大器或處理器。這樣做的主要目的除了進一步提高廠家自身的銷售業(yè)績以外，也確有一些益處：首先有利于獲得最佳的聽音效果，因為任何人恐怕都不如生產廠家的專業(yè)技術人員了解自己的產品，從而提供最佳的調整方式；其次，還可以進一步提高揚聲器系統(tǒng)的安裝調試效率，因為針對不同揚聲器的所有調試參數都是事先配接好的，通過簡單的程序或參數調用即可避免大量諸如分頻點調整、電平均衡、相位校正、頻率均衡等繁瑣復雜的揚聲器調試工作，從而極大地縮短了整個音頻系統(tǒng)的調試時間。

此外，揚聲器的指向性控制由于能夠在完善整個聲場的聲覆蓋質量、便于調試和使用、提高安裝調試效率等方面有著很大的幫助，近年來也得到飛速發(fā)展。對于這一點，其實最簡單的實例就是線陣列揚聲器。其研發(fā)的初衷之一就是指向性控制，通過簡單的調整陣列內各揚聲器單元之間的夾角，就可以很方便地調整其垂直指向，以適應不同聽音范圍的需要。除此之外，線源陣列（也就是所謂線性音柱）等其他一些產品的研究也聚焦于指向性的控制方面。在這方面，世界上眾多廠商都做了大量探索，也推出了一些各具特色的產品。

相比較于揚聲器系統(tǒng)，在主控設備方面，現(xiàn)代信息處理技術（IT技術）介入的程度更深。根據使用功能的不同，目前來看，主控設備主要分為兩大類，分別是調音臺和多通道的音頻媒體矩陣綜合處理器。調音臺主要應用于需要進行大量現(xiàn)場實時調控的場所，如演出等。目前數字調音臺已經成為市場主流，并逐漸從大型臺向小型化發(fā)展，性能越來越穩(wěn)定的同時，價格越來越便宜，極大地擠占了原來此價格區(qū)間內模擬調音臺的市場。音頻媒體矩陣則主要用于不需要太多現(xiàn)場實時調控的場所，如會議或一些主要用于重放節(jié)目的表演等，其性能和系統(tǒng)架構越來越穩(wěn)定，同時提供了更多外延功能，如多形式的遠程操控界面、邏輯控制、與視頻系統(tǒng)的同步結合等。當然，上述主控設備的選擇方式也并不是絕對的，必要時兩者可以有機地融合在一起。

對于均衡器、壓縮器、效果器等周邊設備，由于主控設備的進一步集成化，周邊設備的生存空間越來越小，除個別極具特色的產品外，今后將慢慢并入主控設備中。

拾音器方面的研發(fā)生產，基本原理并無大的突破，各大型廠商大都關注音質和外觀的提高，同時更加注重使用便利性和通用兼容性，以迎合目前市場上快速搭建或更改系統(tǒng)以及設備共用方面的需求。例如SENNHEISER公司推出的可組合式鵝頸傳聲器，每套傳聲器的鵝頸支桿和傳聲器頭均可輕松拆卸并更換，產品可提供多種不同尺寸、不同彎頭選擇的鵝頸以及多種不同指向的傳聲器頭（心形、強指向、超心形等），它們之間可進行自由組合，同時顏色亦有多種選擇，以適應不同場合、不同人員的使用要求。意大利WISYCOM公司的無線傳聲器系統(tǒng)除了自成系統(tǒng)外，其接收機還可兼容SHURE、SENNHEISER等主流公司的發(fā)射終端產品，通過簡單的設定，即可實現(xiàn)不同廠商、不同設備在同一系統(tǒng)內的共用，從而為適應不同演員的使用習慣提供了極大的便利。

音源設備方面，則與信息處理技術同步并緊密結合，原來以DAT (Digital Audio Tape，數字音頻磁帶機)、MD（Mini Disc，迷你磁光盤）為記錄載體的設備目前已基本停產，以閃存卡等取而代之為記錄載體的設備，并提供USB等數據接口，易于復制和傳輸。

2.2 國內專業(yè)音頻產品發(fā)展情況簡介

目前，國內專業(yè)音頻產業(yè)已從最早的爆發(fā)期上升到平穩(wěn)發(fā)展期，各廠商已越來越意識到純價格競爭所帶來的惡劣后果，轉而在產品質量和產品特色上更加投入?？傮w來講，行業(yè)發(fā)展應該是穩(wěn)中有升，并在手拉手式會議系統(tǒng)、公共廣播系統(tǒng)等小的領域取得了一定的成績，例如深圳市臺電實業(yè)有限公司（以下簡稱“臺電”）的TAIDEN HCS-8300 系列無紙化多媒體會議系統(tǒng)，其系列產品的綜合能力甚至已走在了世界最前列，憑借其先進的技術、強大的功能和優(yōu)秀的質量在聯(lián)合國總部（見圖1）、世界銀行、APEC會場等全世界范圍內的重大場所得到了廣泛應用。但筆者依然認為，除此之外，國內專業(yè)音頻產品在總體質量和技術上均只處于世界中端甚至中低端水平，距離國際領先水平仍有相當大的差距。

揚聲器方面，國內產品的外觀和工藝進步明顯，數量和品種繁多，但中高端產品仍處于模仿階段，自身所掌握的核心技術不多，研發(fā)過程中的基礎理論指導不夠，后期對主觀試聽也不夠重視，因此，質量（尤其是聲音質量）還亟待提高。

調音臺方面，小型模擬調音臺已基本能夠滿足使用要求，但在數字調音臺方面的研發(fā)仍有非常大的差距，無論在操作界面的使用便利性、DSP（數字信號處理）能力、產品穩(wěn)定性等方面都亟需提高。

功率放大器方面，與上述揚聲器系統(tǒng)非常相似，處于有量無質的狀態(tài)，尤其在數字信號處理及遠程監(jiān)控等行業(yè)發(fā)展趨勢方面，雖然已有些進展，但差距仍然很大。

圖1 臺電8300無紙化會議系統(tǒng)在美國聯(lián)合國總部的應用

音頻媒體矩陣處理器方面，由于技術難度相對較大，前期研發(fā)投入較多，且市場被國外各檔次產品牢牢占據，因此國內音頻媒體矩陣處理器的研發(fā)和生產處于剛剛起步階段，目前主要關注點仍停留在單體功能方面的完善上，在軟件的人性化、設備的穩(wěn)定性、系統(tǒng)的網絡化等方面存在著非常大的差距。

筆者近年來多次考察了國內外的一些專業(yè)產品工廠，實事求是地說，國內的工廠無論在規(guī)模上、管理上以及生產人員的年齡和素質上與世界著名公司的工廠已無差距，甚至個別層面還有領先，但最大的問題是國內企業(yè)在自身核心技術和品牌價值方面的建設遠遠不夠，所以仍處于勞動力環(huán)節(jié)的競爭，產品的附加值提不上去，利潤不高，影響力不夠大，企業(yè)也因此而不夠強。

3 專業(yè)音頻產品發(fā)展的若干趨勢

在上述信息處理技術飛速發(fā)展并深刻影響到專業(yè)音頻產業(yè)的大背景之下，筆者根據當前專業(yè)音頻擴聲產品的技術發(fā)展現(xiàn)狀及其未來應用及市場的需求，同時結合世界各大著名廠商在世界各個重要展會所展出的最新產品，歸納出專業(yè)音頻產品發(fā)展的若干趨勢。

3.1 指向性可調、可控的揚聲器系統(tǒng)

揚聲器的指向性如果可調可控，就能實現(xiàn)對聽音區(qū)域的精確覆蓋，從而減少由于聲場環(huán)境所造成的聲反射等建筑聲學問題，大大提高擴聲效率，改善傳輸特性，提高可懂度、清晰度以及傳聲增益，其優(yōu)勢不言而喻。但基于聲波傳輸的物理特性，在音頻擴聲系統(tǒng)中，如何把聲能量有效地投射到需要覆蓋的區(qū)域一直是一個沒有得到有效解決的問題，眾多業(yè)界同仁一直在為此不懈努力并做了很多有益的探索和嘗試。本文所指的指向性可調可控是指成品揚聲器在安裝時或安裝完畢后根據現(xiàn)場需要而進行的調整控制，揚聲器本身通過設計而實現(xiàn)的成型的角度控制不在本文討論范圍之內。目前來看，這種對揚聲器指向性進行有機控制及調整的研究和實踐主要圍繞兩個方向展開，一是通過揚聲器或其波導管等輻射位置或方式的改變來實現(xiàn)指向性調控的物理控制方式；另外一種則是基于DSP和相位干涉等來改變揚聲器指向的電子相控方式。

3.1.1 物理控制方式

所謂物理控制，就是通過便捷的方式調整揚聲器箱體或者其中中高音部分的安裝或懸吊角度，實現(xiàn)其指向角在某一范圍內的可調可控?？傮w來講，這種方式簡單易行，成本低廉，但指向角可調范圍和調整精度有限。

如此而論，目前所熟知的線陣列揚聲器其實就是一種可通過物理方式實現(xiàn)指向性調控的產品，在揚聲器安裝之前，工程技術人員根據聽音覆蓋需求，通過物理方式設定各只揚聲器之間的連接夾角，從而獲得希望得到的揚聲器覆蓋范圍，同時還可以根據調試或試聽的效果，改變不同的連接夾角，相對容易地實現(xiàn)對揚聲器指向的可調可控。除此之外，各廠商還根據自身產品特點及需求的不同，研究開發(fā)了另外一些物理控制方式，筆者簡單舉例如下。

（1）德國d&b的XC系列揚聲器（如圖2所示）,擴散特性俯角可根據聽眾區(qū)進行機械調節(jié)。兩分頻無源的XC-24C揚聲器高頻單元采用陣列后，具有90°× 20°（h × v）的標稱擴散角度，但通過簡單的撥動把手，可以調整其高音輻射陣列的物理指向位置，從而在垂直方向實現(xiàn)0°～-14 °的機械性連續(xù)的調整，調節(jié)方式如圖3所示。

（2）德國K.S Audio 的C/CPD Line Autocurve線陣列揚聲器（如圖4所示），是于2011年法蘭克福展會推出的世界首款此類產品，它的基本原理是在每只揚聲器內內置一臺高精度步進電機，在揚聲器初始吊裝時不需要設置任何角度，揚聲器之間垂直連接并整體掛放即可，安裝完成后，調音師或系統(tǒng)工程師可以根據現(xiàn)場場地情況，通過軟件和遠程控制計算機，調整任意一只揚聲器的垂直吊裝角度，調整精度為0.1°，同時通過控制程序中的FIR（有限脈沖響應）濾波處理器同步地進行相應的頻率、相位等調整，使之與上下相鄰的兩只揚聲器進行耦合，通過這種方式最大可以實現(xiàn)每兩只揚聲器之間0°～10°的夾角轉換，并最終形成整組線陣列揚聲器的“J”值，以適應現(xiàn)場聽音區(qū)域的實際情況。這種方式提供了一種全新的對揚聲器覆蓋角度進行控制的思路。該揚聲器的后背板如圖5所示。

（3）中天信視聽科技（深圳）有限公司（以下簡稱“IBO”）的LA-3612AHC可變水平指向線陣列揚聲器（如圖6所示），是中國本土公司在揚聲器指向性可調控方面進行的有益探索的成效之一。該揚聲器通過簡單的操作即可實現(xiàn)水平對稱與非對稱模式的指向性調整。其調整方式是，松動固定中高音號角水平波導面的兩顆螺栓，然后調整兩側或一側的波導面至想要的預設位置，然后再緊固相應螺栓，即可在一定范圍（45°～120°）內進行輻射角度的步進式調整。步進的精度為22.5°，而且可以非對稱形式進行調整，例如以揚聲器輻射中心為軸線，左側可以是22.5°，右側可以是45°，從而共同組成67.5°的非對稱式水平輻射角。簡單的操作使得工程技術人員在組成覆蓋遠、近場的揚聲器陣列時，無需拆換號角或者使用多個型號的揚聲器，便可改變相應區(qū)域的覆蓋范圍，使經濟性和效率大為提高，擴聲系統(tǒng)得以優(yōu)化，但筆者認為，如果步進精度能夠再提高一些會更好。其調節(jié)方式如圖7所示。

圖2 d&b XC系列揚聲器

圖3 d&b XC系列揚聲器垂直指向角的調整扳手及調整范圍

圖4 K.S Audio C/CPD Line Autocurve線陣列揚聲器

圖5 K.S Audio C/CPD Line Autocurve線陣列揚聲器的后背板

3.1.2 電子相控技術

一般的揚聲器系統(tǒng)，是基于機械振動的物理、聲學方法來獲得良好性能。電子相控技術則是在傳統(tǒng)技術的基礎上，基于DSP技術，研制適用的算法，對揚聲器陣列中的所有單元的各個頻段，分別進行適當的相位調控、音效處理，從而實現(xiàn)用電子手段（而不是常規(guī)慣用的機械辦法），在揚聲器系統(tǒng)工作現(xiàn)場，實時調控揚聲器陣列輻射主瓣的輻射角、指向性和放聲效果。

線源陣列揚聲器是第一代通過多通道DSP及相控技術實現(xiàn)垂直指向可調控的革命性的揚聲器產品，七、八年前，Renkus-Heniz等兩三個公司就先后推出了相關的定型量產產品，其最初的想法是通過對中高頻指向性的有效控制使其適用于長混響時間的大型廳堂中，以提高語言清晰度和傳聲增益。此后，各個廠家迅速跟進，并逐步推出了多款基于相同原理的產品。

圖6 IBO LA-3612AHC可變水平指向線陣列揚聲器

圖7 IBO LA-3612AHC可變水平指向線陣列揚聲器輻射角調整示意圖

（1）英國TANNOY的 Q-Flex線源陣列揚聲器（如圖8所示），單體揚聲器中，8個中低音單元和8個高音單元分別密集陣列，通過16個DSP通道分別處理后，采用16通道內置功率放大器單獨推動，實現(xiàn)對其指向性的控制，它的垂直指向角能在5°～ 100°之間可調，且垂直指向軸線能在±70°的范圍內予以傾斜擺動，非常有利于實際的使用，單只的波束引導頻率下限能到700 Hz，4只揚聲器拼接形成最長陣列后可下延至110 Hz，同時30 m外的最大聲壓級可達103 dB。

（2）美國Renkus-Heinz的ICLive-R線源陣列揚聲器（如圖9所示），單體揚聲器中，采用5個中低音單元和3個高音單元陣列，并通過8通道DSP及放大，20°、25°、30°垂直可調的指向角能在±30°的范圍內傾斜擺動，單只的波束引導頻率下限能到800 Hz，兩只揚聲器拼接陣列后下拉至400 Hz，30 m外的最大聲壓級能到105 dB。研發(fā)的目的除了常規(guī)的教堂、機場、火車站、會議廳堂外，還通過配接低音揚聲器，準備進軍中小型演出廳堂。

圖8 TANNOY Q-Flex線源陣列揚聲器

圖9 Renkus-Heinz ICLive-R線源陣列揚聲器

（3）廣州迪士普音響科技有限公司的DSP1501相控陣聲柱（如圖10所示），是筆者所知道的國內第一款基于類似原理研發(fā)的指向性可控產品，但是其性能相比較于國外同類產品來說，做了很多簡化，其50°的垂直輻射角是固定不可調整的，但通過一個簡單的遙控器能夠在±45°的范圍內傾斜擺動，而且揚聲器下部還有一個小的LED屏顯示相關數據，使用調整非常方便。雖然功能簡單，且音質也需要進行較大提升，但該款揚聲器畢竟在國內產品的相控技術方面邁出了第一步，具有較高的技術含量，并能緊隨國際的發(fā)展，因此非常值得肯定。當然，該產品還有另外一個優(yōu)勢，就是相比較而言非常便宜。

（4）Martin的 MLA Compact緊湊型線陣列揚聲器。在上述線源陣列揚聲器基礎上，有些公司就開始考慮在更寬頻響范圍內和更大聲壓級的條件下開展類似的研發(fā)，以適應大型擴聲場所的需要。在2011年英國倫敦的Plasa展會，Martin公司推出了MLA Compact緊湊型線陣列揚聲器（如圖11所示），其每單個箱體內配置7個單元，包括4個高音、2個中音及2個低音，通過5個通道的獨立的DSP單元及功率放大器進行處理和放大。多個箱體縱向陣列，可以在垂直方向上形成不同頻段的相控音柱，再應用前述的線源陣列波束引導控制技術，從而使標準的線陣列揚聲器實現(xiàn)大約15°范圍內的指向性控制。雖然可調的范圍不大，但畢竟提出了新的構想，又向前進了一步，同時也對該技術在大型揚聲器上的應用可行性進行了一定的驗證。

圖10 迪士普DSP1501相控陣聲柱

圖11 Martin MLA Compact緊湊型線陣列揚聲器

圖12 EAW Anya大型寬頻線陣列揚聲器

（5）大型線陣列揚聲器EAW Anya系統(tǒng)（如圖12所示），是EAW公司在上述線源陣列揚聲器基礎上經多年研究開發(fā)并于2013年推出的大型垂直指向可調控線陣列揚聲器，它將垂直指向的可調范圍擴展至0°～180°。單只的Anya揚聲器為三分頻系統(tǒng)，共由22個單元組成，其中包括14個高音、6個中音及兩個低音單元，分別經由內置的22個通道的DSP進行處理后再通過內置的22個的功率放大器進行驅動，每一只單元的電平、延時、相位等均獨立可控。該揚聲器在物理布局上將所有同頻段的單元在垂直方向緊密陣列，這樣一來，多只Anya揚聲器垂直排列后可視為不同頻段的多條線源陣列揚聲器組合在一起，通過電子相控技術和專用控制軟件，實現(xiàn)每個頻段的指向性調控，并統(tǒng)一整合成為對整個揚聲器陣列的垂直指向性控制技術。正是因為Anya具備強大的垂直指向控制能力，因此其在安裝吊掛時，垂直排列即可，不需要任何“J”值設計和彎曲角度，工程技術人員只需根據聽音區(qū)的需要，通過軟件設定整組揚聲器的輻射角度和覆蓋區(qū)域，即可實現(xiàn)聲能量的定向投射，具有極高的靈活性，并極大地提高了效率和使用便利性。

（6）兩維空間指向可控揚聲器。上述產品不管形式如何，均只能實現(xiàn)在垂直方向上的指向性可調可控，但實際使用的要求顯然不止于此，因此目前已有廠商開始研發(fā)水平和垂直兩維空間指向均可調控的揚聲器產品，具體是哪個廠家，目前仍屬于保密階段，在正式產品推出之前，廠家不希望透露任何技術內容，甚至連廠家的名字也不愿意讓別人知道。筆者猜測一方面可能出于商業(yè)保密以及技術保護的目的，另一方面也許對產品研發(fā)的難度有著比較深刻的理解，不希望背負研發(fā)失敗的名聲。但筆者認為其基本原理應該還是以上述相控陣列波束引導為基礎的。

（未完待續(xù)）

（編輯 杜 青）

The Development Trend of Professional Audio Products and Proposals for the Related Domestic Industy

WEI Zeng-lai, WANG Yu
(The Third Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Beijing 100015, China)

According to the present technology situation of professional audio products and its application requirements in the future, and referring to the the latest and newest products of the famous manufacturers which have been exhibited in the most important exhibitions worldwide, the author presents some development trends of professional audio products, and after comparing with the abroad and the domestic related industry, gives some proposals and important points which should be focused on.

professional audio products；development trend; comparison; coverage adjustable loudspeaker, phase control; console; combination of multi-subjects; development proposals

10.3969/j.issn.1674-8239.2015.01.004