DPA 话筒大学

关于梳状滤波的基础知识（以及如何避免它）

什么是梳状滤波？

当声音在很短的时间间隔内叠加时，就会发生梳状滤波。该间隔通常范围从小于 1 毫秒到大约 25 毫秒。梳状滤波可以通过两种方式出现：

• 由于反射

• 因为不止一个话筒打开并在不同位置拾取相同的信号。

此外，为了发生梳状滤波，信号电平彼此之间必须在 10 dB 以内。这种现象称为梳状滤波，因为该效果充当滤波器，其频率响应看起来像头发的梳子。

该曲线显示了添加直达声和延迟声后产生的滤波器响应。该滤波器函数可能是话筒拾取的单次反射的结果，也可能是将两个话筒的信号相加的结果，其中一个话筒与另一个话筒的距离较远 0.6 m (1.9 ft)。

由反射引起的梳状滤波

当声音撞击地板、墙壁、窗户等坚硬表面时，甚至当声音撞击水面时，声音都会被反射。

在进行录音设置时，寻找话筒附近的反射表面非常重要。即使是您正在录制的乐器，例如钢琴、大提琴、低音提琴、底鼓等，也可能充当反射器。此外，扬声器箱和放大器可能会产生梳状滤波挑战。

选择定向话筒会有所帮助，但您应该始终优先考虑更好的定位。

在电影声音中，录制人们面对窗户说话的对话可能是一个问题，无论他们是在房间、汽车还是其他环境中。

来自附近表面的反射会导致梳状滤波。

例如，在测量 PA 系统的频率响应的情况下，您还会遇到梳状滤波问题。您可能在空旷的场地听到过，如果系统播放粉红噪音，当在空旷的地板上从后到前行走时，听起来或多或少就像一架喷气式飞机起飞。 （当观众坐满地板时，问题就消失了）。

上图：话筒将其“聋端”指向声源，仅拾取少量声音（离轴）。底部：反射表面使声音反射回话筒的敏感端（同轴）。

扬声器发出的粉红噪声由 4011 心形话筒从其背面记录。然后将吉他琴体垂直于声场方向放置在话筒前面。现在声音被反射回话筒的前面。这要进行两次。扬声器和话筒之间的距离为 1.5 m（4.9 英尺）。吉他琴体和话筒之间的距离为 10 厘米（3.4 英寸）。

与上面相同；然而，现在吉他琴体被放置在话筒前面，与声场方向成45°的反射角。

由多个开放话筒引起的梳状滤波

创建梳状滤波的另一种方法是同时打开多个话筒。在谈话室里，有时你会听到主持人的话筒听起来有点浑浊，而受访嘉宾的话筒听起来却干净得多。为什么？主持人说话声音很大，所以主持人的话筒有些衰减。客人说话的声音可能较弱；因此，该话筒被打开。因此，主持人的声音是由两个相距一定距离的话筒拾取的。实际上，客人只能被最近的话筒拾取，因为另一个话筒距离较远，甚至衰减。

此外，用于小组讨论或合唱团设置的话筒设置可能会生成过滤。事实上，在舞台上使用耳机话筒时甚至也存在这个问题——两个话筒都可能拾取两个站得很近的演员的声音。

避免梳状滤波

如果问题是由反射表面引起的，您可以移除反射器。然而，有时转动/移动反射元件并重定向反射就足够了。此外，在反射表面上使用吸收材料可能会有所帮助。

在某些情况下，可以将话筒放置得非常靠近反射表面，使得直达声音和反射声音之间没有延迟。在上面提到的一个人在说话时或在车里看着窗外的情况下，有时最好将话筒放在车窗玻璃或挡风玻璃上。这样就成了边界层话筒。

如果多个打开的话筒导致梳状滤波，则存在一条（黄金）规则：将话筒拾取的延迟声音衰减至少 10 dB，以最大程度地减少梳状滤波问题。

3:1 规则

如前所述，当同时使用多个话筒时，同一声源通常会被多个话筒拾取。

在这种情况下，声源和话筒之间的距离就起作用了。黄金法则是相邻话筒的距离至少应为三倍（假设两个话筒的灵敏度和增益相同）。

（20 *log (1/3) ≈ -10 dB）。

但是，如果将两个或更多话筒等距排列，理论上，源与相邻话筒之间的距离应为 4.5:1（同样考虑到所有话筒的灵敏度和增益相同）。

然而，当使用定向话筒时，话筒的方向性就会发挥作用。在这种情况下，即使有两个相邻话筒，距离系数通常为 3 即可。因此，应用这样的规则：到相邻话筒的距离应至少是到主（最近）话筒的距离的三倍。

如前所述，各个话筒的灵敏度和增益发挥着重要作用。如果一个话筒的增益高于其他话筒，它将拾取更多的远处声音。

梳状滤波听起来像什么

该文件包含最初以单声道录制的男声。信号以相同的电平与自身相加，延迟分别为 0 MS、1 MS、10 MS、20 MS、50 MS 和 100 MS。

请注意，当添加的声音没有延迟时，声音清晰且清晰。然而，在 1 毫秒延迟时，声音的音色会发生变化。增加延迟使声音更加“机械化”。当延迟为 50 毫秒时，耳朵开始将延迟的声音感知为回声，这在延迟 100 毫秒时更加明显。

该文件包含最初以单声道录制的男声。信号以降低的电平（5 dB 衰减）添加到自身，延迟分别为 0 MS、1 MS、10 MS、20 MS、50 MS 和 100 MS。

1 毫秒延迟的着色现在不太明显。然而，当延迟增加时，延迟的效果仍然非常明显。

该文件包含最初以单声道录制的男声。信号以降低的电平（10 dB 衰减）添加到自身，延迟分别为 0 MS、1 MS、10 MS、20 MS、50 MS 和 100 MS。请注意，3:1 规则在三倍远的话筒处提供了 10 dB 的降低。

1 毫秒延迟的影响现在几乎无法察觉。然而，当延迟增加时，延迟的影响仍然可以听到。

该文件包含最初以单声道录制的男声。信号以降低的电平（15 dB 衰减）添加到自身，延迟分别为 0 MS、1 MS、10 MS、20 MS、50 MS 和 100 MS。请注意，3:1 规则在三倍远的话筒处提供了 10 dB 的降低。

1 毫秒延迟的声色是听不见的。即使是 10 毫秒和 20 毫秒的延迟也很难被察觉。然而，当延迟增加到50和100毫秒时，效果仍然清晰可闻。

心理声学的一般规则

我们从各种心理声学研究中得知，直达声后第一个 15 毫秒内到达的任何延迟声音（例如以反射的形式或一个通道上两个话筒录制的形式）应衰减 15 dB。另一条规则（来自另一项研究）是前 20 毫秒内的所有反射应至少衰减 20 dB。

为什么我们在一般话筒技术中只使用 10 dB 的降低，是因为其他声音通常足以掩盖音染，尤其是在扩声中。

由于 3:1 规则而延迟

在下图中，您可以看到两个话筒之间的延迟，其中一个话筒的位置比最近的话筒远三倍（根据 3:1 规则）。计算基于正常室温 (20⁰C/68⁰F)。

如何使用此图：

定义到最近话筒的距离并在 X 轴上找到它（厘米或英寸）。从该点开始垂直向上，直到到达曲线（如果使用厘米则为蓝色，如果使用英寸则为红色）。现在，查看 Y 轴上的相应值以找到相关的延迟。示例：到最近话筒的距离为 100 厘米（因此，到第二个话筒的距离为 300 厘米）。 100 cm 处的蓝色曲线对应于 6 MS 的延迟。

参考

[1] Hass, H: Über den Einfluss eines Einfachechos auf die Hörsamkeit von Sprache。声学。 （1951）。 [2] Brixen, Eddy B.：音频计量。 Focal Press/Routledge，2020。ISBN13：9781138909113。[3] Brixen，Eddy B.； Voetmann，Jan：《电声实践》。社论 特巴尔。 ISBN 978-84-7360-482-6，2013。ISBN 978-84-7360-625-7，2018。