浅谈座舱音响体验(一)

(调音小蔚)2023年01月14日

大家好,我是调音小蔚,是一个由蔚来声音体验经理,音响硬件工程师与声学专家组成的团队。随着蔚来智能座舱对声音系统的不断迭代优化,越来越多的用户开始关注座舱的声音技术以及技术背后的故事。今天开始,调音小蔚将会开辟一个系列,定期就大家关注的座舱声学话题,和大家分享座舱声学的知识,还请喜欢的朋友多多点赞关注!

蔚来NT1车型拥有2.0和5.1音响系统,NT2车型搭载了支持杜比全景声的7.1.4沉浸声音响,为用户朋友们打造了「声临其境」的移动生活空间,提供了沉浸式的听觉享受。声学科技给人们带来了美的享受,也必然引起人们对其原理的思考。车内声学的关注点是什么?这些关注点所对应的声音效果又是如何?怎么让声音更具真实感?蔚来的车为何有这么多音场模式,他们之间有什么不同?

OK,我们首先就来说说车内声学的关注点,这可以从四个基本要素开始说起:频谱平衡(Tonal Balance),低频体验(Bass Experience),声像(Sound Image),声场(Sound Stage)。它们是对于汽车音响声音体验影响最大的模块,也是真实还原作品必须项。

1.频谱平衡(Tonal Balance)

让我们来边听边聊,《Summer盛夏》是NIO沉浸声专区中的一首优质作品,配合精心调教的NIO车载音响系统,我们可以感受到:低沉饱满的底鼓,明亮有力的萨克斯,富有张力的电吉他...不同乐器的表现各司其职而又浑然一体,这便是一个频谱平衡系统应有的表现。


音频用耳机体验更佳

频谱平衡,那么什么是「频谱」呢?

声音的本质是振动。振动越快,频率越高,声音可察觉的音调愈高。刚出生的婴儿所能感知的频率范围大约是20-20kHz,而随着岁月的流逝,其范围会慢慢变窄。我们常听的大部分商业音响制品,能量都集中在这个人耳的可听频段内。

而单个乐器所具有的细节,也体现在不同频率中。以一个简单的人声清唱为例,表现其丰满感的频率一般集中在100-300Hz,咬字的细节和临场感集中在1k-5kHz左右,齿音和明亮感可能分布在7kHz以上。下图是一段男声演唱干声的3D频谱,我们可以看到在整个频谱范围内都是有能量分布的,并不像很多人想象的男声频谱只存在于中低频段。

知道了频谱,「平衡」又是什么呢?

这些不同的频率在经过音响系统重放时,相互的关系要达到一定的平衡点才能让声音自然悦耳,才能更好体现声音细节。专业录混音师与汽车音频工程师,会使用频谱分析仪与滤波器,去客观地观测不同频率分量的状态,并对振幅和相位进行调整。目的就是与主观听感相配合,让整个系统的频谱达到平衡。

蔚来音响工程师进行扬声器频响测试

值得注意的是,在调音的过程当中,对于频率的调整往往是牵一发而动全身,提升高频,底鼓军鼓的鼓皮打击感增强,但可能突出负面的人声齿音;调整中频,想让男声听起来厚实,但可能就让吉他或钢琴变糊;增强低频,低音乐器的包围感量感上来了,但又产生了拖尾感......所以,在复杂的各频段相互制衡下,找到最符合系统客观表现以及主观审美期待的频谱平衡,是非常重要的。

2.低频体验(Bass Experience)

汽车座舱内部是个极其复杂的声学环境,再加上扬声器非标准位置的摆放,对于声音振动的正常传递有着诸多负面的影响,尤其是低频,往往需要通过大量的技术手段进行控制与调整。所以,低频体验是鉴赏一个汽车音响系统非常重要的维度。

让我们继续边听边聊,NIO沉浸声专区中《Speedup》专辑里的《Far beyond》,是一个很好的鉴赏低频体验的作品。鼓与合成器相互配合,各自保持在音乐中明确的律动。每一次敲击都沉稳干脆,收缩自如,既能感受到系统的低频下潜与包围感,又不会有任何的轰头与压耳感。


那么低频体验具体来说包含哪些点呢?

  • 低频下潜:系统能延展到的最低频率,如诸多电子舞曲中的底鼓在极低频下仍能被稳定地感知。

  • 低频量感:低频的相对能量,如底鼓、贝司等是否浑厚有力,能量充足。

  • 低频瞬态:低频在时域上的表现,如底鼓、贝司音头是否明确,音符持续时是否稳定且不浑浊,音尾是否干净。

NIO的NT2平台车型,通过Dirac Pro超级扬声器组合策略,让低音和超低音扬声器与声场紧密耦合,让每个位置的低音都是正向叠加,使低频下潜更深,更有力。

3.声像(Sound Image)

人耳除了对声音有响度、音调、音色的主观感受外,还有对声源的空间印象。

声像是音响系统对声音元素在空间位置当中的具体表达,给听音者带来了临场感和真实感,即对声源的定位能力。

当我们佩戴耳机欣赏音乐时,能感受到一些歌曲的人声、底鼓、军鼓的声像居中,钢琴、吉他等乐音乐器的声像在左右两边;当我们坐在家庭影院或IMAX电影院的最佳中央观赏位置时,能体验到和画面同步的声音元素具体的移动方位。这些都是声音创作者在标准录混棚内对声像的客观控制,期望听者能在标准对称的听音设备和环境下,感受准确的声像定位。

此外,人类对声音的感知是全方位的,并没有满足于双声道立体声的音响效果而止步不前,环绕声与全景声的引入,将声像的表现从前方定位拓宽到后方乃至上方。

这张图显示的是《Summer盛夏》这类音乐风格的一种摆位方式。每种音乐风格,每首歌都有自己的摆位个性。

说回汽车音响系统,它面对的是非标准的座舱听音空间,与专业听音室用户处于绝对的皇帝位(最佳听音点)不同,四个座位上的驾驶员与乘客均未处于音响系统的黄金听音位,很容易就会导致错误的声像表达。所以,通过调音手段来优化声像表现,力求让不同座位的听众尽量感受到标准的声像定位,是非常重要的。

现场演出环境下,听音甜点区听众获取的声像信息(示例)

蔚来和顶尖声学公司Dirac合作,通过MIMO声场控制,上混矩阵策略调整,滤波器优化设计,以改善音乐元素的分配,提升包围感,环绕感,还原最真实的声像定位。让每个座位都能获得真实的声像还原。

我们以主驾模式为例,虽然主驾的位置不在正中,但可以通过调音算法把各个声道的响度和距离感拉齐,同时通过超级扬声器的权重策略去平衡低频体验的甜点,让声像在主驾位置正前方,享受到听音室正中央位置的对称体验。

主驾模式下,主驾位处于听音甜点区,真实还原现场演出效果

4.声场(Sound Stage)

声场,是音响作品在整个重放空间下的占有程度。我们可以通过对比各个音乐元素的声像定位距离以及空间混响的表现,来感知当前这个声场的宽度、高度以及深度的。这就像画,有画幅宽高,也有对象的纵深关系。

以《Radio沉浸声:新年音乐会》中的《我的太阳(O Sole Mio)》为例,我们刻意在原曲上拉宽了拉远了声场,大家来感受下

原曲:


声场拉宽拉远:


聆听这两首对比,我们可发现,原曲的距离感恰到好处,不远不近,仿佛置身于音乐厅的黄金听音位。而声场拉宽拉远后,听上去太过遥远,与我们产生一种“疏离感”......

正如刚刚在声像一节中所聊的,汽车音响系统是非标准的,对于声场的把控就很考验系统以及调音。通常合理的呈现声场的方式是: 宽度,不能窄,至少要自然匹配车内的扬声器的物理位置,在一些模式下可以调整得更夸张些;高度,尽量与视线平齐或在仪表台位置;深度,能再现出音乐中原本的纵深关系。

主驾模式下,声场宽度调整

主驾模式下,声场远近调整

主驾模式下,声场高度调整

在车内环境中,不同位置对声场的感知具有差异性。而通过调音算法中的声场控制与上混矩阵调节的方式,可以科学有效地控制音乐中不同声音元素的结象宽度与纵深,从而达到舒适平衡的声场宽度与纵深感。

那么,上述提到的声源定位与声音纵深,在车内音响系统中,又是如何控制与实现的呢?

通常,较为传统的车载音响系统会通过Fader(音场前后平衡)Balance(音场左右平衡)调节扬声器音量,或对一侧扬声器进行静音,让声场进行偏移,但这仅仅只是简单地改变扬声器音量大小而已。

我们的想法是,要从本质上为每个音场模式进行独立调音,赋予每个位置最佳的甜点体验,让当前场景下不同位置的用户,都能享受到同样优质的声音表现。

基于这个理念,我们做了车内64个点位高鲁棒性测量,针对全车、主驾、前排、后排4种听音点位测试建模,并进行精细化调音。为立体声(2.0)、环绕声(5.1)、杜比全景声(7.1.4)不同音源,打造了14种音场模式,满足用户对车内座舱一切点位的听感需求。

最后,让我们来看一下14种音场模式各自的特色吧

2.0立体声

全车模式

全车64声学点位均衡考量,兼顾前后排位置,声像在每人前方。

主驾模式

仅考虑主驾声学点位和体验,主驾专享,声像定位更加清晰,声场加宽,高低频精准。

前排模式 & 后排模式

仅考虑前排或后排的声学点位和体验,声场贴近前排或后排,包围感更强。

2.0特有的2种虚拟特效模式

环绕模式

在全车模式基础上,拉宽声场,增强顶部扬声器使用,提升环绕感。

剧院模式

在全车模式基础上,增加混响,模拟更大的听音空间。

5.1环绕声 & 7.1.4杜比全景声

全车模式

将座舱环境视为标准听音室,方位分明,每个座位均衡考量。

主驾模式

仅照顾主驾体验,主驾有听音室甜点位置的对称体验,增强包围感。

前排/后排 模式

仅照顾前排或后排体验,放置甜点位置,声场贴近前排或后排。

车载音响的声学体验包含了诸多硬件和软件方面的因素。接下来,调音小蔚会用一系列的文章,跟大家陆续的介绍声音的体验和声音相关的软件使用方法,让大家更加深入的了解蔚来音响系统,也期待大家跟我一起讨论,下期见。