DPA 话筒大学
深入探讨：钢琴声场和拾音影响
从任何意义上来说，钢琴都是一种巨大的乐器。在放置任何话筒之前，最好进一步了解乐器周围（和内部）的声场如何工作。我们使用十话筒阵列进行了测量，这些测量结果您可能以前从未见过。本文提供的事实可以扩展您的知识以及您的声音。
钢琴作为音源
近场与远场
近场通常被定义为声源周围不受房间影响的区域，对于钢琴来说，它基本上是话筒非常靠近琴弦的区域。然而，这不是人们聆听的地方。还有另一种定义近场的方法：从钢琴家在键盘上的角度来看。这就是为什么录音师和钢琴演奏者并不总是就什么听起来最好达成一致。
远场是其他听众所在的地方。在这里，室内声学是体验的一部分。与许多原声乐器一样，尤其是古典音乐中的乐器，乐器和房间一起提供了乐器的完整体验。声音向多个方向辐射并在房间内“汇总”。接下来就是寻找乐器和空间之间平衡的问题。
结论：了解听众的观点。
什么/什么不应该捕捉？
通常，我们希望捕获仪器的全频率范围和全动态范围。我们可能还想捕捉乐器的感知尺寸，以及钢琴的任何“宏伟”之处。
我们不想捕捉钢琴的二次机械噪音，例如踏板激活、锤板移动等。在录制的曲目中还应该避免来自框架和箱体的机械振动。
此外，我们希望避免拾取钢琴周围其他乐器或其他附近来源的声音。
结论：确保话筒不会拾取仪器发出的机械噪音。
钢琴的音源是什么？
钢琴周围的声场很复杂。这就是为什么我们在录制或放大乐器时投入如此多的精力在话筒选择、放置和其他因素上。
在远场（>5米远），钢琴通常可以被认为是点源。这意味着距离每增加一倍，声压级就会降低 6 dB（假设没有混响）。
靠近单弦时，可将其视为线源（距离每增加一倍，电平就会下降 3 dB）。然而，由于通常会演奏多根弦，因此音板上方的声场接近平面声源的声场，这在理想情况下提供了恒定的声压级。不是点源也意味着梯度话筒（心形）（几乎）不存在邻近效应。
以下是使用我们的十话筒阵列在音板上方的垂直位置进行的一些测量，以框架中部（中间 C）上方为中心，并且钢琴上没有盖子。话筒的最低位置是距琴弦 10 厘米。
图 1. 红色完整曲线显示了琴弦上方 10 厘米到 100 厘米处的声压级如何衰减，就好像它是线声源和平面声源的平均值一样。测量是在不盖盖子的情况下进行的。虚线分别表示点源、线源和面源的理论衰减。
结论：与许多其他乐器相比，该乐器周围的声压级相当恒定。它还可以根据口味自由使用全指向或心形指向。几乎不涉及邻近效应。
字符串的行为
弦的基频取决于物理尺寸、弦的张力、刚度和质量。此外，音色在某种程度上受到弹奏琴弦的位置和方式的影响，至少在音调的初始部分是这样。在钢琴上，琴槌在琴弦长度方向上具有固定位置。 （在吉他上，可以在琴弦长度上的不同位置敲击琴弦，这可能会改变其音调行为。）
当我们承认这些物理参数时，我们会看到钢琴制造中的经验、聆听技巧、传统和手工艺已经产生了一种乐器，其中低频音符由一两根长而粗的缠绕弦产生，高频音符由三根短而细的弦产生。这种区分是为了让我们在整个频率范围内保持平等和连贯。
因此，原则上，弦的长度与产生的频率没有任何直接关系，这与管风琴不同。原则上，相同长度的字符串可以生成整个音阶。
绳子悬挂在两点之间。当琴槌敲击琴弦时，脉冲会沿着琴弦传播。然而，不久之后，就会出现驻波。这些波（就像房间里的驻波）的波长是弦长度的几分之一。此外，琴弦会垂直和水平振动（横向振动），从而导致其旋转。这些运动的频率略有不同。因此，琴弦的物理特性可能会产生不和谐的分音（谐波）。当弦变得更粗并因此更硬时尤其是这种情况。
必须提到的是，钢琴在调音以取悦耳朵时，必须在较高的频率上进行“拉伸”，以补偿听觉对音阶的压缩。这意味着最高频率的调谐略高于数学计算范围所需的频率。
结论：总有不和谐的分音存在，这是钢琴声音特征的一部分。
SPL 与沿弦的位置
琴弦上的声压级 (SPL) 可能会有所不同，具体取决于琴弦的波形和振动方式。这是沿着一根单弦 (A1) 进行的测量，距离琴槌上方 10 厘米，沿琴弦间隔 10 厘米，距离琴槌位置最多 90 厘米。
图 2. SPL 测量取决于单根弦上的位置 (A1 = 55 Hz)。话筒阵列由 10 个单元组成，间隔 10 厘米。 0厘米对应于琴槌正上方的位置。敲击琴弦的力度分别对应于钢琴、中强音和最强音。
结论：测量显示沿弦的电平差约为2-3 dB。它还显示 p（钢琴）和 mf（中强）之间的差异约为 6 dB，mf 和 ff（强音）之间的差异也约为 6 dB。
相关性与沿相同字符串的位置
在录制沉浸式包络音频时，您需要寻找通道之间合适的相关性。如果太高，就像再现单声道信号：最近的扬声器定义方向，您听不到其他扬声器的声音，也不会体验到包围感。如果相关性太低，听起来就像是不相关的、单独的来源。
为钢琴拾音时，通常会在琴弦上方放置两个话筒，一个主要用于低音区域，另一个用于较高频率，以获得不错的立体声图像。在钢琴中，至少还需要考虑一个维度：前/后。实际上，可以同时使用两个立体声话筒组，即一组放置在琴槌正上方，另一组放置在琴弦下方。
在上述用 10 个话筒沿着琴弦录制的电平录音中，同样的录音也被用来演示身临其境的钢琴录音。
测量位置之间的相关性。结果列于下表中。在所有情况下，放置在音锤上方的话筒 00 是参考（通道 1），另一个通道 (2) 依次包含来自话筒 10 到 90 的信号。
表 1. 同一字符串 (A1) 上方不同位置之间的相关性。有关相关性的更多信息，请参阅本文末尾的事实框。
图 3. 这些是测量的琴弦尺寸 (A1)、琴槌位置和所有话筒的位置。
聆听在两个位置录制同一根弦所增加的包围感。
结论：值得在钢琴内尝试使用更多话筒。这是在同一乐器中创建包容性内容的机会。
聚焦声场
改变盖子的位置可能会改变钢琴的声场投射。
我们进行了一项测试，将阵列垂直放置在音板中心上方（如图 1 所示）。该录音用作钢琴外部位置的参考，特别是距拱门垂直于琴盖开口 60 厘米的位置。
在所有测量中，最低的话筒 (话筒 00) 位于琴弦上方 10 厘米处。 （见图4）：
图 4. 阵列放置在钢琴前面，距离拱门 60 厘米。
棒的长度为 12 厘米（小）、28 厘米（中）和 80 厘米（长）。
以下频谱说明了该实验的一些结果。还包括每次测量的 SPL。
声压级、话筒 90
在弦上，无盖：89 dB
距拱门 60 厘米，无盖：86 dB
距离拱门 60 厘米，小棍子：80 dB
距拱门 60 厘米，中号棍：79 dB
距拱门 60 厘米，长棍：78 dB
声压级、话筒 40
在弦上，无盖：90 dB
距拱门 60 厘米，无盖：87 dB
距离拱门 60 厘米，小棍子：82 dB
距离拱门 60 厘米，中号棍：82 dB
距拱门 60 厘米，长棍：81 dB
声压级、话筒 00
在弦上，无盖：95 dB
距离拱门 60 厘米，小棍子：81 dB
距拱门 60 厘米，中号棍：81 dB
图 5. 选定的测量结果（1/3 倍频程光谱）。
结论：首先，这些测量基于 1/3 倍频程分析，这通常是全频谱音色的良好描述。然而，过滤器太宽，无法显示各个部分。
看起来琴弦上方约 50 厘米的位置（话筒 40）提供了最平衡的频谱、更好的低频权重和稍高的声压级。
然而，距离琴弦 1 米、距离拱门 60 厘米的话筒位置 (话筒 90) 的音色比其他位置表现出更多的临场感。
如果话筒位置太低，琴框的阴影会对声音产生一定的影响。
声压级相对于杆长度的方差似乎比预期的要小。聆听录音时，盖子的单次反射可能会导致梳状滤波。但由于声源“宽”，其效果几乎难以察觉。
图 6：阵列上三个话筒的声压级比较。这表明，即使使用长棍，话筒 40（弦平面上方 50 厘米）处的电平也最高。
钢琴内部/外部
将话筒放置在钢琴内/周围时，它们可能会拾取其他来源的声音。使用话筒放大乐器时尤其应避免这种情况。
我们进行了测量来量化盖子的作用。钢琴扩音时通常要合上盖子。然而，有时似乎并没有达到我们想要的效果。
因此，我们的话筒阵列放置在琴弦上方。 （此处仅报告琴槌位置）。
外部源（PA 扬声器）放置在盖子开口的方向上。扬声器信号是粉红噪声。 （见图 4）。结果是所有 10 个话筒的平均值。
图 7. 录制外部声源（PA 扬声器）的设置。
图 8。这是盖子位置之间的差异。这三条曲线显示了钢琴内部测得的声音之间的差异：
蓝色曲线：短棒 (SS) 与封闭盖 (CL)。当盖子关闭时有低频增益。高于 200 Hz，外部声音会衰减。
橙色曲线：长棒 (LS) 与封闭盖 (CL)。当盖子关闭时有低频增益。高于 200 Hz，外部声音会衰减。
绿色曲线：无盖 (NL) 与封闭盖 (CL)。低频衰减仅存在，因为盖子关闭时电平较高。
结论：合上盖子只能降低 200 Hz 以上的外部声音。在低频下，您可能会不幸地体验到大约 5 dB 的增益！
资料框 1：
我们如何进行分析
我们设计了一个直话筒阵列，由排列在细棒上的 10 个全指向 (4060 CORE+) 组成，话筒之间的间距为 10 厘米。所有话筒均使用 Phan通鼓 适配器 (DAD9001)。
话筒连接到 Digital Audio Czech 转换器并在 ProTools 中录制（32 位，96 kHz）。
使用声学校准器 (B&K 4230) 校准话筒。
使用 Smaart Suite 和 EASERA 分析光谱。
使用无限平均（每个序列 >2 分钟，循环）对击键频谱（单个或整个键盘）进行分析，并将结果转移到电子表格中进行演示。
测量对象是一架 Kawai 钢琴。
资料框 2：
关于相关性
在音频中，我们测量立体声信号的两个通道之间的相关性。大多数 DAW 都包含一个相关表。这有时也称为相位计。从技术上讲，它是通道之间相位角的余弦。因此，该值可以从 -1 到 +1。如果通道完全异相，则读数为“-1”。如果通道完全同相，则读数为“+1”。
在沉浸式制作中，如果通道不完全相关（或者您只能听到最近的扬声器），则这是一个优势。通常，通道间的相关系数应在0.2左右。有一个时间因素用于平均信号和稳定读数。然而，这种平均还提供了总体相关值。
参考文献：Brixen、Eddy B.：音频计量，第 3 版，Routledge。
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