随着智能手机与平板电脑等网络便携设备的普及, 生活和娱乐的模式也同时发生了革命性的转变,便携蓝牙音响作为网络数码便携产品的周边设备,以其可随身携带到任何地方使用和无线播放欣赏音乐的全新体验, 逐步进入每个"数码人"的生活空间.
便携蓝牙音响,因为便携性的需要,体积通常不会太大,使用和携带最便利的,非口袋便携型的莫属. 所谓口袋便携型蓝牙音响,也就是尺寸大小可以装入外套口袋的这个类别的蓝牙音响.不仅方便在室内各处移动使用,出差旅行也是音乐良伴, 在户外远足或者郊游时,也可方便地放入双肩背包侧边用于放矿泉水的网兜,非常方便地边走边听音乐.
市面上各种造型和各种尺寸的口袋便携型音响产品极多, 因为产品定位不同,以及成本/价位等等的不同,声音的表现也是多种多样的, 如果依照音质来分类,也可以将其分类成: 会响的/能听的/好听的/ 发烧入门的等各种声音表现等级.
在这里,我们用MrBox X2便携蓝牙音响作为范本,为对蓝牙音响设计有兴趣的朋友,讨论音频DSP在高端便携蓝牙音响中的设计应用:
先了解一些音频DSP的知识和便携音响的基础物理声学常识作铺垫:
1: 音频DSP是Digital Signal Processor(数字信号处理器)的简称,在这里我们提到的专指音频DSP, 是使用在音响上面,用于提升音响性能表现用的, 前些年有两个国际音响大牌厂商各自都推出过一款带DSP用3英寸喇叭的电脑桌面音响,以其超小的体积,达到近乎6英寸喇叭书架音响的音频表现,效果令人惊叹,当然也价格不菲,一对小尺寸桌面有源音响的价格分别达到3000元和近5000元.前年某德国品牌车厂,专门在中国区推出过限量500台的带DSP高档音响的音乐专享型的车款.近日,香港一位发烧玩家朋友,坐了其朋友花10多万港币改装了麦景图带DSP旗舰型汽车音响的车之后, 猛然发现虽然喇叭都是安装在小腿位置,但是通过DSP处理和其48段EQ专业调校后,播音声场竟然是落在挡风玻璃位置,由此可见专业型的音频DSP在高档音响中的力量, 当然,市面一些只有噱头,没有实质的"伪音频DSP"不在我们讨论之列.
2: 口袋便携型蓝牙音响, 因为体积大小的限制,通常使用的全频扬声器单元口径大约是在35mm/40mm/45mm/47mm. 有些超小型的,就使用一个全频单元, 体积稍大的,通常就使用两个全频单元,以求获得更高的输出声压(即更大声),口径大一些的扬声器,通常声音(声压)也大一些.
3: 便携蓝牙音响通常用3.7V锂电池供电(用5V USB电源充电),不经过升压到功率放大器的音响,物理定律决定了4欧扬声器的输出功率就3W, 两个扬声器的就是3W+3W,这个还是使用最优质高效D类功放IC在电池电压4.2V时得到的最大功率,如果要获得更高输出功率,就要将电池升压到6V或者用7.4V电池供电了(可得到6W功率输出),当然前提是:全频扬声器也要可以承受那个功率.
4: 当前小口径(35mm~47mm)全频扬声器的物理低频播放能力, 大约在180~250Hz, 在音箱设计加入低频辐射器或者倒相管之后, 可以得到150Hz~200Hz的低频下潜播放能力,估计大家都看过真正的音响低音炮,口径越大的喇叭音箱,低频下潜就越低,因为是扬声器的传统物理特性限制的.口径越大的扬声器频率下潜可以越低,小口径全频扬声器设计有诸多限制,因为同时要兼顾到高中低三个频段的响应品质,所以更加不可能将低频下潜做到特别低,否则就要牺牲中高频的表现了. 全频扬声器要做好中高频比做好低频容易很多.
5:便携蓝牙音响的声音好听与否,有几个最主要的指标(那些参数虚假标称的音响不在讨论之列):
A: 频率范围(即可播放频宽)
高端HiFi系统有20Hz~20KHz的频率范围,这个频段的音乐都可以播放出来.但是便携音响实际的的频率范围要窄很多, 高频部分,一般普通级的大多数不超过10KHz, 不过由于很多人的耳朵,对10KHz以上的频率是不敏感甚至是听不到的,所以对便携音响来说,高频播放能力差距在便携音响中不是太大的问题,除非是那些很差的,高频只有7KHz多的那种,就听感明显不好了, 低频播放能力,口袋便携音响大多处于150Hz~200Hz之间,看起来好像与顶级HiFi的20Hz播放能力没有差多远,但是事实上,听感上会差很远很远, 因为对音乐气氛感染力有明显影响的音频都在这个频段,低频表现差一点.音乐气氛可能就少很多了.
便携蓝牙音响之所以最好的声音级别也只能做到发烧入门级的音质, 就是因频率范围这个主要参数达不到HiFi那样宽的频率范围, 即使将音色与频响应曲线等参数做到极致的理想程度,也只能算属于发烧入门级声音.
上图是某款普通级别的便携蓝牙音响实测曲线, 可以看到的频率范围和响应曲线平衡度,曲线波动起伏远远超出+/-3dB之外, 实际中低频下潜也就180Hz.而不是其标称的50Hz. 这个音响听起来, 它音乐声音的还原性是很不好的.音乐原有的声音魅力被大幅减低了.
B: 响应曲线的平衡度.
是指音响是否能把音乐所有频率声音的音量回放到和当初录制音乐的时候一样. 平衡度很好的音响,您听到音乐的每个细节响度与音乐录音制作时是一样的,音乐原来的魅力可以近似无损地传递给您,比如: 响应曲线平衡度不错的某水果牌手机喇叭播放出来的音乐声音:虽然不大声,也没有什么低音,高音也不能去到很高,但是听起来很悦耳. 而某些山寨手机播放的音乐声音很大,但是非常刺耳不好听(一些街边商店促销广播用的音响和某些广场舞音响也属于此类,您何时曾经听过它们发出过美妙动听/让人感动的音乐声音?). 便携蓝牙音响也是一样,响应曲线平衡度不好的,听感上就不会那么好听了,或中音不足/高音过度/人声不够饱满等等
传统设计的便携音响,调整这个响应平衡度是依赖不断修改全频扬声器材料/声学箱体设计/电路高通频点来匹配来调整平衡度的,但是始终无法做到HiFi音箱那样的平衡度,因为HiFi音箱是取高中低三个扬声器最平直最好的那段曲线通过分频器组合而成的,其曲线可以达到+/-3dB内很高的平衡度. 而传统设计的便携音响,频率响应曲线通常都是波动起伏较大并且可能曲线上斜的.听感上会感觉高音过于明亮,中低频部声音比较薄. 甚至人声和乐器声音不自然失真等等.
C: 音色和声音解析度
除了上面的频宽和平衡度会对音色有一定影响之外,便携蓝牙音响,对音色和声音解析度的影响,由全频扬声器工艺材料设计/音箱声学腔体设计/普通D类功放的数码音等的不同构成, 其实还有一个对音色有极大影响的地方,就是某些便携音响为了尽量大声而调大声音输出带来的高失真率对音色的影响. 不好的音色会让你直接可以感觉到唱歌的人声好像都不是原唱, 听着总不是那么舒服,有些声音解析度不好的音响,人声都和音乐声音混合交叉影响,听起来什么声音都是浑浊,根本听不出不到其中乐器或者人声部分的那种感染力.
D: 输出声压( 对应最佳听音距离)
即音响输出声音的大小,声压大的音响最大音量声音大,声压小的音响最大音量声音相对小声. 其实用任何音响听音乐, 适当的声压才会得到最好声音效果. 便携音响这种小功率音响,都属于近场音响, 即是用于近距离听音的, 因为他小功率带来的声压,距离远了,声压就降低到最佳听音声压级以外了, 这时候不是听不见声音了,而是听音效果会衰减, 这也是为什么将家里数万元一对的英国书架音响搬到户外球场播放, 声音没有在室内听那种美妙感觉了一样,这也是为什么大型户外演唱会的音响系统要用到几十千瓦音响阵列的缘故.
便携音响的声压,如果是频率范围相同的音响,通常功率越大的音响,声压越高,即声音越大,最佳听音距离相对可以较远一点.同等功率但不同频率范围的便携音响, 低频下潜差的音响,会比低频下潜深的音响声音要大,因为低频非常消耗功率,低频不好的音响,功率反而可以全部用在中高频部分,声音(声压)自然就会大声一些.
在便携蓝牙音响的声压设计上, 依照产品定位的不同,我们分成两类来看:
户外型的便携音响, 会比较专注追求输出声压这个指标,某些千元级的户外专用型音响,甚至充分利用户外环境听音对失真率不敏感和高音空气衰减比低频小很多的特性, 用允许相对较高的声音失真率和调高高频输出来得到更大声的声压, 这类偏向户外使用的便携音响,低频下潜往往是不太追求, 实际(非标称)低频下潜厉害的也就 130Hz ,一般的也就160Hz甚至180Hz, 因为低频在户外空气衰减很厉害,除非近距离听,远了根本就衰减很多很多了, 同时,低频下潜不深还可以更加省电,让电池播放时间可以更长. 这类音响的设计主要考虑用在户外便携听音, 室内听音效果,有些可能不是很好听. 这也是有些用户说: "我买了这么贵的便携音响, 声音怎么让我有失望的感觉呢",其实真不是人家东西不好, 而是您用错了听音环境的缘故!
室内听音和户外听音兼顾型的便携音响, 同等功率下, 声压相对会小一些, 因为室内听音,环境噪声什么都很小, 音响的任何失真和不平衡等等缺陷,是非常容易暴露出来的, 用户对好声音效果的需求,也比在户外听音时的需求要大, 这样就需要尽量好的低频下潜和很低的失真率以及声音平衡度来确保室内听音得到更好的音乐还原度, 所以, 即使是室内型的音响与户外音响有相同的功率,但是输出声压肯定没有户外型的那么大.最佳听音距离会相对近一些.
在对便携蓝牙音响的一些基础知识有一定了解后,现在让我们来看看如何应用DSP导入设计, 让MrBox X2便携蓝牙音响声音进入发烧入门级的 ?
MrBox X2产品定位是: 室内户外使用两相宜的3W+3W高品质声音便携蓝牙音响.希望用家在户外徒步时,音响放在背包网兜也能听到很好的声音效果, 在室内听音可以得到比普通设计便携音响更加舒服和美妙动听的声音.
由上面讲解过的基础知识可以看出来, X2便携蓝牙音响的小体积,在传统电路和声学系统的下设计高品质音响是极大的挑战, 即使使用了高动态的超高品质进口D类功放单元/特别设计的全频扬声器/发烧级的电源和音频信号通道/倒相管专业声学腔体等, 但仍然受限于传统声学等等物理限制,不可能将低频下潜到更低, 响应曲线也不能做到HiFi音音箱那种平衡度,想要进行某个频率范围的音质进一步优化提升也是极为困难.
这个时候将MaxxAudio DSP应用到X2的设计中就非常有必要了, 因为MrBox X2便携蓝牙音响定位在高品质声音,而这款DSP的强大音频处理能力,完全可以帮助这款便携蓝牙音响在优异的硬件基础上,突破原有的很多物理/声学限制,将音响的声音表现带到更高一个等级.在适当声压的近距离听音时,体验到用小体积音响听到大体积音响发声的音乐感觉.
在X2的硬件设计上,用一颗工业级MCU微处理器来存储控制参数和控制新增的DSP音频数字信号处理器, 将DSP的音频通道串接在功放之前.然后通过编写软件对声音进行调音和设定.
屡获国际大奖的以色列国际专利的MaxxAudio DSP技术的功能相当强大,下面就MrBox X2设计应用使用到的功能,进行逐个介绍:
MaxxBass的低音增强功能,
通过调试整MaxxBass, 让X2的全频扬声器和电路系统控制参数进行匹配, 将原来X2低频下潜160Hz,增强下潜到令人惊讶的100Hz(实测频响曲线-3dB读值),不仅可将男低音/女低音演唱的人声低音部分声音近乎完整地重放,大提琴和其他等等这类低音频率处于160Hz~100Hz之间原来听不到的的声音,也都重放出来, 听到的低音结实有力,音乐感染力急剧增加,甚至在室内1m距离内听DJ类音乐都会有些心动的感觉和气氛.
也许有人会问,那为什么不将低频下潜到更低? 不是就可以听到更多低音了吗? 其实将这款便携音响的低频下潜只做到100Hz是有原因的, 首先,低频是非常需要功率推动,才会有结实有力的低音效果.在HiFi系统中70%的功率都是消耗在150Hz~20Hz的音频重放上面就可以作为参考(这也是为什么低音炮的体积都很大的缘故), 如果我们将这款便携音响的低频设计到过低,会占用掉大部分功率用于低音重放, 中高音就没有足够功率,会导致声压减到很低,这样音响会很小声.也可以这样说: 如果将一台5W+5W的便携音响,不考虑技术能力和物理极限将低频做到50Hz的话,您听到的在50Hz~70Hz左右频率的低音,也就是感觉到一些风声和震动而已,这部分低频的响度曲线早就跌落到-6dB甚至-12dB以外了,人耳根本听不见, 更不要谈什么低音有力/低音结实之类了,而且电能消耗还会急剧增加, 中高音声压急剧下降, 某款国际大牌室内型便携音响,低频下潜就到65Hz左右,在7.4V电池供电的情况下,只有将音量减少7成以下,才能听到部分结实有力的低频段低音, 大声音的时候,整个音响动态明显变窄,本来就不高的声音解析度,音质更加劣化, 这样一来,整个音响好听声音的音量就变得很小声了.所以便携音响过低的低频下潜设计,如果没有足够功率支持的话,将是一个灾难性设计.
MaxxTreble高音强化
通过调试,可以延伸X2的高音响应能力, 不过因为X2的定制设计全频扬声器的高音本来就很不错,所以这个部分,在X2的标准声音效果模式,是不开启的,唯有在POP 和电影模式才开启高音强化,尤其电影模式, 高音低音都是比较夸张,所以低频强度和高音强化都是开到比较大的数值.
Maxx3D立体声功能
通过调试和设定, 可以提供在X2一体音响上实现3D立体声,使用时要求用户正面对音响,所以,X2仅仅在电影模式中开启整个功能,因为用户在用手机或者ipad放在音响支架上的时候,通常是正面对屏幕和音响,这个时候才有立体声声场效果的需要.
MaxxDialog人声强化功能
改善中音人声的表现,让人声更加接近原音效果. X2音响有与全频扬声器实际输出匹配调试/设定,使音响获得极高的声音还原度.让人声清晰可辨,而不是像某些音响那样,人声淹没在伴乐中.
MaxxVolume功能
开启并调试/设定, 利用这个功能提升了音响的整体声音密度和清晰度,
MaxxLeveler功能
开启并调试/设定, 这个功能可以让音响播音的时候, 避免出现因为录音电平不同的音频节目之信号源强弱不一致,而带来的一时大声一时小声的听感困扰, 相当于音响会自动控制音量到不失真.这是一个非常智能化的功能. 让您听音有更好的体验.
MaxxEQ功能
这个强大功能对声音表现帮助极大, 它的多段参量式EQ调节器可以实现精细调整扬声器/音箱声学腔体/电源/功放的最终匹配效果,使声音更加鲜明活泼,准确还原每个可播放频点的音乐声音, X2使用这个功能将音响的频响曲线调整到了近乎HiFi音箱的那种频率响应曲线之平衡度, 在没有使用这款DSP的时候,传统的电路和声学系统调节,在全频扬声器的便携音响中是不可能达到水准.由此带来的声音效果,让一些之前对便携蓝牙音响不屑一顾的HiFi发烧玩家,也开始对小功率便携音响有些兴趣起来.
因为有了独立的MCU(微处理控制器)和DSP, MrBox X2便携蓝牙音响还透过软件实现特别设计了一些独特的功能,这些功能的操作参数都由MCU控制:用户可以通过复合按键操作一秒切换!随手就可以得到自己想要的:
1: 三种音响效果模式
标准音效模式----适合用于听原汁原味的音乐
POP音效模式---调大了低音和高音,适合听流行音乐等
电影音效模式---适合游戏和电影之类音频的播放,可以得到动态极大的夸张声音效果.
2:蓝牙接收器功能
这个音响可以将播音功能切换到蓝牙接收器功能使用,您原来的HiFi系统可以立即变成无线系统
3:低音调节功能,
在三种音效模式下,都可以用复合按键操作增加低音或者减少低音,可以让音乐声音效果更加符合您的听音习惯!
由上面X2音响的DSP设计导入应用,可以看到在优秀硬件基础的音响上导入DSP后,虽然成本大幅增加, 但得到的是: 增加了音响的频率范围,响应曲线也可以调到了非常好的平衡度,对原来表现不够优秀的声音部分进行了强化, 音响的输出效果已经完全可以跳开之前的物理声学限制, 达到了更高一个级别音响才有的声音效果. 有些第一次用这款音响听音的用户,在闭眼近距离试音时,甚至以为是更大体积桌面书架音箱的声音效果,唯有功率不够那些书架音响大而已!
从设计便携蓝牙音响的角度来说, 利用MaxxAudio DSP的强大音频信号处理能力, 设计制造出这款声音进入发烧入门级的音响, 满足了那些对便携蓝牙音响声音表现有苛刻要求之用户需求. 让他们在卧室床头,在浴缸泡澡的时候,在办公桌面,在电脑台前,在出差旅行,在户外徒步等近场听音的时候,都可以听到符合他们听音品味的好声音. 目标基本达成.
便携蓝牙音响, 是近年随着移动数码设备的发展而兴起的移动听音设备,他与以前家用的传统音响系统有着明显不同,使用环境也不完全一样,在这里, 我们希望这篇粗浅的漫谈内容能够让您对这类产品的一些特性和使用方式有一个大概的认知, 让您在选购便携蓝牙音响产品的时候, 能根据自己的预算以及欣赏音乐的听音品味需求, 选择到合适自己使用需求的便携蓝牙音响,你也只需要坚持用耳朵收货,亲耳试音对比.不受水军/枪文/虚标参数等虚假胡吹宣传的影响,就一定可以买到满意的便携蓝牙音响产品.
也同时祝愿各位音乐爱好者的音乐人生,更加地美妙精彩!
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