为什么不能用EQ修复所有的声学问题？

为什么EQ不足以解决声学问题？有很多产品声称能够纠正房间的响应，那么为什么还有人自讨麻烦去做房间声学处理，制作低频陷阱、吸收体这些装置呢？EQ是房间的技术拯救手段，对吗？
这些都是重要的问题，理解这些问题的答案对更好地理解声学有很大帮助。以下关于这些问题的回答可能有点技术性，但在大部分解释很通俗易懂的。要回答上述问题，我们将触及另外两个问题:
为什么相位很重要？
为什么我应该看时域信号，而不仅仅是频率响应？
EQ是做什么的？(What Does EQ do?)
作为起点，我们先看看均衡器能为我们做些什么。均衡器的基本功能是改变频率响应。我们试图用它来使响应中的所有频率相等——这解释了为什么它叫均衡器！有些时候，某些均衡器被描述为工作在频域，或工作在时域，或同时作用于时域和频域。事实上，所有的均衡器，无一例外，会同时作用于频域和时域。

应用EQ的限制是什么？(What are the limits of applyingEQ?)
在我们开始调整均衡器来改变频率响应之前，我们需要看到这个待调整的响应，所以我们需要进行测量。这就带来了第一个限制。测量是在单个位置进行的，而该测量的频率响应仅在该位置有效，将话筒移动到其他位置并进行再一次测量将产生不同的频率响应。不同位置的测量有可能相差不大，但通常更有可能是相差甚远。我们在扬声器系统的信号路径上设置的均衡器，对房间的任意位置都会发挥相同的作用。房间的响应随不同的位置而不同，而EQ则始终不变，毫无疑问，均衡器只有在频率响应与我们设置均衡器时依照的频率响应相同的地方才有好结果。看到一些EQ产品的花哨广告，你可能认为某些聪明绝顶的大神已经找到了解决这个问题的方法，这种想法情有可原，但事实是并没有大神。你能做的最好的事情，就是在你要校正的区域，测量许多位置的频率响应，找出这些响应的共同问题，并由此得到一个折衷的EQ设置。这样的EQ令大多数区域有所改善，且应在其它区域不造成太大问题。这不失为一种办法，但不是灵丹妙药。 如果我只在一个地方听呢？
所以如果EQ只适合一个位置，而我恰好只坐在这个位置，有什么问题么？也有问题，因为很小的动作就会产生很大的差异。在高频，声音的波长非常短，20kHz波长只有17毫米，大约5/8″。高频频率响应在很短的距离内可能变化很大，所以即使你只坐在一个地方，岿然不动，你所能期待的就是将均衡器的工作频率设置到数千Hz。考虑到身体的合理的运动，这个数字很可能就要降到数百Hz。

分辨率(Resolution)
所以我们准备做出一些妥协。选择一个最佳位置，将EQ只设在数百Hz的低频部分，这是实际上会有很大帮助，而且在其它位置也适用。于是我们摆出均衡器，并开始调整。我们遇到的下一个问题，是调整的结果似乎总是不准确。假设频率响应在100Hz处出现6dB的“凹谷”，于是我们在100Hz做6dB的提升并调整其带宽，使其带宽与我们看到的凹谷匹配。但是频率响应几乎没有改变，尤其是在凹谷的中间。除了什么问题？问题可能是测量的分辨率。例如，如果您使用了1/3倍频程RTA（实时分析仪）来测量响应，那么100Hz的频率条实际上跨越了大约89Hz到112Hz的范围。6dB的凹谷可能是由于在这23Hz范围内更大幅度且非常窄的下降。你必须做一个高分辨率的测量来看看发生了什么，RTA不能胜任这项工作。动态余量(Headroom)
我们抛开RTA，开始进行高分辨率测量。发现曲线看起来更糟糕，有很大的波峰和一些巨大的、狭窄的凹谷。我们在RTA里时看到的100Hz处6dB凹谷，实际上是位于98Hz的17dB深谷。没关系，均衡器能做高达24dB的提升。带着这样的EQ设置去聆听，会发现声音出现巨大的失真。我们已经用完了动态余量，随时可能发生削波。拉低音量或许可以避免削波，但是稍微偏离最佳位置，声音还是会变得更糟糕。响应中狭窄的凹谷对位置非常敏感，即使在非常低的频率下也是如此。对位置的敏感和系统对动态余量的要求，意味着我们不能用EQ来解决它们。我们最好能有节制地EQ，将其用来处理宽而浅的凹谷，或者拉平凸起的高峰。

最小相位和所有这些(Minimum phase and all that)
现在我们知道了均衡器最重要的局限。于是我们通过移动房间中的一些物体，增加一些吸收体，改善了频率响应中糟糕的凹谷。又经过艰苦卓绝的EQ调整后，终于使频率响应看起来比较平坦了。但声音听起来还是很糟糕。那么现在又是怎么回事呢？
接下来的讨论，技术性会更强，但值得坚持下去。除少数特例，均衡器是最小相位设备（有一些是线性相位，但这对我们面临的问题没有帮助）。当我们调整均衡器上的频率响应时，我们也会改变相位响应，这是测量中经常被忽视的一部分。
我们需要做一个简短的知识扩展，看看为什么我们要关心相位。 为什么相位很重要？
测量软件测量它所连接的系统的传递函数。传递函数有两个部分，即我们熟知的频率响应（幅度响应），和不那么熟悉的相位响应。
两个系统可以有相同的幅度响应，但实际上对通过它们的信号有完全不同的影响——不同之处在于它们的相位响应。为了说明相位差异的影响，我们看一个简单的例子：考察两类非常不同的测量信号——脉冲信号和周期噪声。这两个信号都有完全平坦的频率响应，从频率响应来看，我们无法区分它们。而在时域，我们很容易看出这是两个不同的信号，但是对信号做FFT得到频率响应时，这种差异消失了么？这一切都隐藏在相位响应中。脉冲信号在所有频率都具有零相位。周期噪声具有随机相位。正如仅仅看频率响应不能告诉我们信号是什么样子，仅仅看传递函数的幅度响应不能告诉我们系统对通过它的信号做了什么，我们必须同时观察相位响应。
回到我们的现实问题，我们的系统已经具备平坦的幅度响应，仍然听起来不尽人意，答案可能在于相位响应。房间响应在很大程度上不是最小相位，对这句话的技术解释可能无助于我们理解所面临问题，但这句话的结论是：我们虽然可以对幅度响应做我们想做的事情（在前文讨论的范围内），但是相位响应超出了均衡器的能力。我们在用EQ调整幅度响应时所做的任何调整，都会对相位响应产生相应的效果，我们对幅度响应的调整是为了校正房间的幅度响应，而对于相位可能就未必起到恰当的校正作用了。这就是我们说房间响应是非最小相位的意义，房间对信号相位的影响，是我们无法在EQ中做镜像补偿来校正的。只校正幅度响应而不管相位响应，意味着无法将信号还原成它未受房间影响之前的样子，不管我们花多少时间摆弄均衡器都无济于事，因为这个问题超出了均衡器能力极限。

查看时间信号的价值(The value of looking at time signals)
对这个事情的思考让我想起前文提及的一个问题，即不仅仅要关注幅度响应，还要重视时域信号的价值。幅度响应只是系统对通过它的信号所做处理的一半描述，相位响应是另一半。试图通过单独查看幅度响应来理解系统，就像试图通过只阅读偶数页来理解一本书。要真正理解系统响应，你必须同时看幅度和相位。然而，问题在于，幅度响应很容易理解，但是相位响应不会轻易告诉你它的秘密。为了正确应用相位响应，我们还不得不了解由其衍生的其它量，例如群延时或相位延时。事情似乎变得更复杂，好在还有另一个选择。
对于被测系统，有两种呈现方式：即频域上的传递函数（幅度和相位响应），或时域的脉冲响应。它们是对同一个系统的两个视角，传递函数是脉冲响应的FFT（快速傅里叶变换），脉冲响应是传递函数的反向FFT（快速傅里叶逆变换）。为了研究系统的行为以及它对信号的作用，我们可以同时从两个视角去观察。脉冲响应有一个好处，即它捕获了一个信号的所有信息，这使得它比传递函数略胜一筹，尽管它不如频率响应那么直观。它能提供一些在传递函数中不太容易发现的信息，例如早期反射或房间模式的缓慢衰减。这些优点值得我们花些时间熟悉脉冲响应和它的一些衍生量，例如脉冲响应包络，即ETC（时间能量曲线）。
EQ是否有帮助？(Does EQ help or not)
基于已经阐述的均衡器的限制，以及上文揭示的非最小相位问题，我们可能会怀疑均衡器是否有好处。当然，均衡器并非一无是处。房间的非最小相位行为与响应中的凹谷相关。这意味使用EQ并不能有效解决这个问题，当然这个问题我们原本就难有作为，不能归咎于EQ，所以情况并没有变得更糟。从好的方面来看，响应的峰值一般表现为最小相位，这是最小相位均衡器可以处理的区域。我们可以借助均衡器来驯服峰值，峰值所在的频率越低，可能获得的结果越好，这是对我们的声学处理的一个很好的补充工具，因为对低频的声学处理是非常困难的（我们很难跟尺寸大的低频