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《七四、EQ改變的不只是頻響 》製作特性差異音訊、體驗聽感

七三、SBIR:有喇叭能搞定前牆反射?

以下是幾個由spinorama網站下載喇叭特性,計算若有前牆反射干擾的頻譜長相。

升高到1kHz以上時,除了是Omni 360度喇叭、或是前後相同響應的dipole(如Magepan)喇叭,向喇叭後方的高頻能量並不高。可以看到SBIR在高頻造成的凹陷並不明顯。就這點觀察而言,大多數喇叭修正時,高頻頻響平滑化與否,並不太會影響修正結果。

開全頻最小相位修正意義並不大,對SBIR來說,根本就沒什麼要修的。

有趣的是cardioid心形指向喇叭(紫色線),竟然連低頻都幾乎沒有SBIR效應。用了這樣的喇叭,就不用顧慮前牆反射問題了!

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心形指向喇叭是什麼?這種喇叭的特性是能集中能量向前方發聲,並能抑制向後方聲量。如下圖左綠色形狀,因為其形狀酷似心臟形狀而得名。

另外兩個極端是藍色圓形代表360度(Omni)全方位發聲,紅色則是代表兩面(dipole)發聲喇叭,只有前後集中能量,左右則聽不到聲音。一般低音到數百赫茲以下,就會變成360度發聲,就算你的喇叭是面向前方,喇叭後方一樣大聲。

要造出心形指向性,喇叭設計上則是使前後兩個有間距的喇叭,將後方的喇叭+-極接反,發出反相波。間距就決定了在什麼頻率區間上造出指向性。原理就是讓前喇叭波形走到後喇叭時,後喇叭剛好打出相同大小的反相波形,產生完美抵消。


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前後配置的指向性喇叭,網路上找到的大多是重低音喇叭、甚至陣列,如Genelec W371A、L-Acoustics KS28。畢竟低音波長較長,也需要較大的前後喇叭距離。要在有限空間做出指向性,有三個有趣的例子:

A. 增加箱體左右喇叭,如Mesanovic CDM65。兩個側面喇叭形成虛擬中央喇叭,與前喇叭產生心形指向性


B. D&D 8C很神奇,利用箱體開口與內部音路設計,達成一樣效果


C. 使用更多喇叭形成陣列,例如Kii three


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效果如何,把大家放在一起比較。沒有意外,在2kHz, 5kHz高音,除了LR5+都具有指向性。500Hz Kii跟8C仍表現不錯,CDM65就掉到跟沒有指向性的LS50差不多了。到了更低頻100Hz,只有Kii仍具有指向性特性。


將向前對向後音量比,全頻率畫出來。可以發現指向性喇叭的確在100~500Hz具有優勢,CDM65有優勢的頻段較少,到500Hz已經優勢不多了。


善用指向性特性,可以恰當調整離前牆距離。這樣一來,就算沒用EQ 調整,也能將前牆反射問題解決掉一大半了!
七四、EQ改變的不只是頻響

PEQ最基本的元件:biquad filter,只是改變頻率響應嗎?秘密藏在相位裡。但從相位非常難理解,改從時間軸來看比較容易。

一個biquad EQ有三個參數f0, gain, Q,這三個參數決定了中心頻率、高度、以及寬度。

單看相位,很不容易知道這個濾波器的時域特性。畫成脈衝響應,就可以看到,它是一個中心頻率f0的波動,隨著時間慢慢消逝。到40ms之後才看不太到。

再看一個例子,把Q值設更大,由3.8到15。變成一個非常尖的EQ。

換成時域脈衝響應,跟方才Q=3.8相比,此頻率振幅消逝的更慢,到40ms都還看得到。

時域不容易觀察,通常會改用頻譜圖(spectrogram)或是瀑布圖(waterfall)來觀察。



這下子真相大白了,biquad濾波,就像是個共振波。Q值越大,選擇到的頻率越精準狹窄。在頻率響應中越狹窄尖銳,在時域上就變成細長拖尾。

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若是改變頻率響應高度(gain),頻率響應就像是整座山拉高。

脈衝響應明顯看到振幅變大了,原本到40ms就看不到的波形,現在變大後明顯可見。

除了顏色變更亮(能量高)之外,跟剛剛改Q值類似,頻譜圖上也看到拖尾拉長。


用瀑布圖是最容易看出端倪,就像是形狀不變的凸出去,坡度斜率不變。跟Q值改大不同,Q值改大會讓山脊變窄,且沿著時間軸消逝的速度變慢,也就是斜率變緩。


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最妙的是,若是gain是負值呢?這表示在頻率響應上是個凹洞,且相位變成相反。


從相位變相反,大概就可以猜到脈衝響應也會相反上下倒過來。但最奇妙的是,+6dB與-6dB,脈衝響應的振幅一樣,只是反相!而且拖尾拖得一樣長。


從頻譜圖更明顯,這個濾波器竟然自帶拖尾!左邊是gain=+6dB,右邊是gain=-6dB。


瀑布圖也一樣,明明右圖中gain是負值,卻帶著拖尾能量一路走。


以一個實際波形的例子來看,就更能明白發生什麼事。下圖是輸入一段165Hz正弦波,然後經過-6dB的濾波,分別依序Q值是3.82、15、30。

當Q值3.82與波形變化速度約相當時,脈衝響應會生成反相波與輸入相抵消,輸出變成一半高,符合期待。但若是Q值越大,相當於在時域上反相波產生的時間越長,甚至在輸入波都已經消失了,還在打反相波。反相波沒有輸入可抵消,就從輸出端跑出去變成拖尾。若仔細看,拖尾的波形正好是前半段正常波形的180度反相。

究竟反相180度拖尾對聽感影響是什麼?我沒找到相關文獻。所以就自己來動耳試試,放了兩種測試音,其一是click短促全頻按鈕聲,其二是200ms的正弦波。分別在不同頻率做一個-6dB的biquad濾波器,聽聽不同Q值的效果。連結如下:

Can you hear the cut tail?



Click我聽不出來有什麼差異,但是正弦波非常明顯有差異。並不是聽到拉長的尾音,反而是聽到在弦波結束時明顯的”ㄅㄛ”聲。為何如此呢,回頭再看一次方才的波形,在正相轉負相拖尾中間,有一個短暫變小又變大的過程,這樣的快速相位、振幅變化,在耳朵中就變成”ㄅㄛ”聲了!

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之前在[ 三十、音響與量子力學 ]中聊到過「粒子的位置與動量不可同時被確定」,濾波器也一樣。當你想越精確控制頻率(Q值越大),在時域上就越不精確(拖尾變長)。物理學在各個面向都有著驚人的相似性。
stevenkc888

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2026-05-21 16:25
goldbingo
goldbingo 樓主

[謝謝],若想到什麼想聊或好奇的,都可以一起試著研究做做看喔。

2026-05-21 18:03
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