如何通過延遲時間“操縱”現場聲效
現代音響系統力求為所有聽眾提供最佳的聲效和語言清晰度，它們絕非“插電 - 開機”這么簡單，音響工程師們需要付出巨大努力才能讓整個系統工作在理想狀態。
聽得響
衰減
人們聽到的聲壓級大小除了跟聲源本身發出的聲音大小有關，還和與聲源之間的距離有直接聯系。聲音并不能無限的擴散下去，而是每傳出一倍距離就衰減大約 6dB（點聲源）。
一個聲壓級為 adB 的點聲源發出的聲音傳播 dm 遠后的聲壓級可以用這個公式估算：
傳播衰減會導致聽音體驗和聽眾所處的位置有關，特別是在大型廳堂或露天演唱會等場景。
信噪比
另外，當聲源和背景噪聲的差異 - 也就是信噪比低于合理范圍，比如 15dBA 以上，語言清晰度也會開始大幅下降。
單純提高聲源的聲壓級并不能完全解決問題，除了要考慮設備本身的發聲性能，這樣做還必然會導致更靠近聲源的人暴露在過大的聲壓級下。
方案
人們很快想到了解決方案 - 只要在大型場景布置數量更多的揚聲器就足以彌補聲源能量的不足。
聲墻：最開始的方案總是簡單粗暴，就和字面意思一樣，人們把幾十甚至上百只音箱堆成一堵墻，以恐怖的功率輸出聲音。但這種方式并沒有沿用太久，拋開尺寸、重量和成本等因素，簡單的堆疊并不能很好解決聲音覆蓋問題，反而因為太多音箱互相干擾導致現場聽感不佳。
線陣列：1957 年，著名聲學專家哈里·奧爾森（Harry Olson）在他的經典著作《聲學工程》中首次介紹了隨著頻率的增加，波束會收窄的線陣效應。并將線陣列的概念應用在柱形揚聲器的開發中。1983年，揚聲器設計大師約瑟夫·達波利托（Joseph D'Appolito）進一步認為可以在水平定向箱體中使用多頻段線陣單元。
但直到上世紀 90 年代，人們才最終認識到，聲音在水平面上并不存在破壞性的干涉，更多是垂直面上相位的疊加，只需很少的揚聲器組成陣列就能得到很好的聲壓級輻射和比較平滑的頻率響應。
人們將一系列型號相同或相近的揚聲器以特定角度緊密垂直排列，并確保揚聲器發出信號的相位相同，就得到了近似一條豎線的線陣列聲源。
? Ville Hyv?nen
補音揚聲器：線陣列以其優異的指向性，特別適合需要遠距離擴聲的場景。作為一個線聲源，它的聲衰減速率比傳統揚聲器慢了一倍 - 距離增加一倍，總的聲壓級大約只降低 3dB。盡管如此，線陣列仍有投送極限，更不用說并不是每個地方都能吊裝相對龐大的陣列。這時，人們在聲場的中部或后部額外增加揚聲器，起到補音的作用。
吊裝在頂部的補音揚聲器
聲音大小的問題解決了，但更多的揚聲器，更復雜的場景，讓人們不得不面對另一個棘手的問題。
延遲
聲速
聲波在不同介質中傳播的速度大相徑庭，在常溫常壓下，聲波在空氣中的傳播速度約為 340m/s，這是我們熟悉的聲速。
而聲音以振動的方式從揚聲器發出前，以電信號的形式在纜線中傳播，電信號的速度和光速相當，都是 300000km/s。
比如，電信號在 100m 纜線中完成傳輸只需約 0.003μs，而聲音在空氣中傳播同樣距離需要約 290ms。
這也導致多只揚聲器分布在不同位置時，它們發出的聲音幾乎不可能同時到達同一個點。
哈斯效應
早在 1851 年，著名科學家約瑟夫·亨利（Joseph Henry，就是發現電感和發明繼電器的那位）就在《關于直達聲和反射聲的感知極限》中討論了人對不同波次聲音的感知問題。
亥爾姆·哈斯（Helmut Haas）在前人基礎上深入研究，1949 年，他在自己的博士論文中對所謂的“優先效應”加以論述。
- 人類總是基于首先聽到的聲音判斷聲音的方向；
- 若第二處聲源不晚于第一處聲源 35ms 到達，且聲壓級更大，則有助于提高語言清晰度；
- 若第二處聲源在第一處聲音到達 35ms 之后才被人聽到，那它聽上去就是完全是另一個聲音（回聲），聽者能清楚區分兩個聲音的方向；
- 聲源之間的聲壓級差也會一定程度影響人的感知。在同一位置，補音揚聲器的聲壓級比前置主揚聲器適當高出 6 dBA，可以在聲效和成本之間取得不錯的平衡，但聲壓級差最大不宜超過 10dBA，否則將轉移聽眾的注意力。
哈斯效應在擴聲系統、聲氛圍營造等領域有非常重要的指導意義，了解這些特性，人們學會了“操控”聲音。
范例
想象一下自己正坐在一個禮堂中聽報告或觀看演出。
我們假設就是下圖第三排左一的橙色框位置。
報告廳中的主揚聲器 SUP1 和補音揚聲器 SUP2 發出的都是標準的 66dBA @ 1m 的聲壓級。
你距離舞臺的主揚聲器 SUP1 的直線距離是 5.9m，你的旁邊剛好有一只補音揚聲器，它離你只有 2m。
結合距離和聲速不難算出來：SUP1 到達你的位置需要約 17.4ms，而 SUP2 的聲音只需約 5.9ms。
再根據前面的聲壓級傳播衰減公式還能算出：SUP1 到達你位置的聲壓級約 50.6dBA，而 SUP2 則是 60.0dBA。
結果就是：SUP1 的聲音會比 SUP2 遲 11.5ms 到達你的位置，并且聲音也比 SUP2 低 9.4 dBA。你將看著前方的演出卻聽見聲音從側面傳來。
這種體驗想必不會太好！
我們可以給 SUP2 一個 17ms 的延遲（額外多出約 5ms 是確保 SUP1 更早到達）。至于聲壓級，因為兩者在你的位置相差小于 10 dBA，所以理論上不用調整，當然，適當提高 SUP1 以將差距縮小至 6 dBA 也是可行的。
到這里，我們只考慮了你的位置。從下面的模擬計算可以看到，施加 17ms 延遲后，場景中仍有 33% 的座位不能正確判斷聲音來源。
我們還需要考慮最后一排的情況。通過計算，將 SUP2 的延遲設置為 21ms 即可保證全場位置都不受干擾。
很顯然，現實中的情況要復雜得多，擴聲系統的規模可能遠超普通人的想象，音響工程師們要縱觀全局。
借助 XL2 分析儀這樣的專業儀器，可以很輕松的直接測量延遲和聲壓級差，從而快速修改設置。
空間音頻
以上討論的都是存在多聲源的場景，對于單一聲源，我們能做到快速定位主要得益于頭部的存在 - 因為頭部的掩蔽效應，一個聲音到達左右耳的時間一般也不相同。
通過聲壓級差和時間差，我們可以有效控制人在水平方向上的聲音定位。但如果聲音是從人的正上方或下方傳來，雙耳時差將不復存在 - 垂直方向甚至全面的空間定位，情況要復雜的多。
我們在之前關于“為什么狗狗總喜歡歪著頭”的內容中解釋過，人對聲音垂直方向的定位需要借助外耳廓的聲反射，這種反射聲會造成細微的頻譜輔助信息的改變，從而幫助我們判斷聲音的高度。
通過采集分析這些頻譜輔助信息和人耳定位之間的關系，就能對聲源的聽感位置實現精準的定量控制。
現在，隨著芯片算力的突飛猛進以及建模仿真和 AI 大模型的日益成熟，精準控制聲壓級、延遲、相位、頻譜等音頻參數已經成為現實，空間音頻技術慢慢在消費類音頻產品中普及。
? Apple Inc.
很多產品不僅能實現基本的聲源定位，更能追蹤人的頭部運動和聽音環境，并對聲音實時渲染，創造出獨一無二的“聲景觀”。只要戴上一副耳機，我們就能身臨其境地聽一場音樂會。
除了耳機、汽車等相對固定的空間或場景，廳堂這類大空間、多聽眾的聲定位則復雜得多，不過市場上也已經有對舞臺人員的聲音進行實時定位的解決方案，相信在不久的將來，這樣的應用將越來越多。
和燈光類似，聲音也可以聚焦在某個人身上
今天的主要內容就是這些，希望對大家有所幫助。
