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《八四、兩牆駐波:靠擺位?換喇叭📢》製作特性差異音訊、體驗聽感

八三、兩牆駐波:高頻修不修📈

跟單牆反射SBIR類似,來看看修駐波對於噪音及聆聽位置的寬容度。首先是在噪音環境下,可否正確找出修正量。若只修低頻,如左圖,最小相位修正(Min-Phase 藍線、綠線)與PEQ(橘線)都相近,但PEQ 搜尋最佳解算法,會受雜音影響而有變動誤差(但橘色區間)。若全頻修正,沒有意外,也是最小相位全頻修正(藍線),在SNR dB以下就變差了。



校正完後,對聆聽位置的敏感度,若只修低頻仍與單一牆面SBIR類似,不論前後(左圖)左右(右圖)到1公尺處,都還不太有變化。

有趣的是看全頻,前後移動仍沒啥變化。但左右移動仍,可看到全頻最小相位修正(藍線),仍對位置就為敏感。50公分以上就拉開差距,變差了。


左右移動還有個很有趣的上下抖動現象。展開來看頻譜細節(下圖第二列),橫軸是位移、縱軸是頻率、顏色是頻率響應誤差。出現非常規律的明暗變化,位移竟然影響修正結果時好時壞。


以位移0.4公尺(綠線)、1公尺(紫線)為例來看細節。綠線特性跟重樣位置接近,還算修的不錯,但紫線明顯是沒修正好。

其原因仍是幾何學,如下圖。隨著左右位移,反射鏡像音源與直接音,距離聆聽位置產生變化。距離差縮小,對應相消相漲頻率上升。然而兩牆駐波是由無數次反射而成,就變成類似上圖那樣有時可修、有時亂修的神奇規律性。


而且修正錯是有代價的,除了頻率響應不平外,殘響也跟著變動。如下圖,原本最左邊修正還不錯,位移70cm後變右邊,明顯殘響變嚴重了。


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高頻究竟修不修?精確來說應該要問的是:「高頻不開平滑化(smoothing)頻率響應下,可以用最小相位修正嗎?」

由以上實驗來看,就算只有兩牆,最簡單的駐波,對於橫向位移較為敏感,若只在定點正負20~30公分橫向位移,的確有機會,若想擴及更大範圍,目前還沒有想到其他演算法能處理高頻。之後可以在更多面牆面、或是實際空間再來繼續探索。
八四、兩牆駐波靠擺位?換喇叭📢

先複習一下駐波產生的原因,是因為聲波在前後牆來回反射。前後牆距離是半波長的倍數的話,就會正好在某些位置永遠波峰相長,另一些位置永遠波峰相消。



若前後牆距離不能改變,想解決駐波,在[ 八一、兩牆駐波與SBIR ]已經試過改聆聽位置,的確可以選擇性不聽到某些頻率,但無法全部解決。

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先來試試擺位能否搞定,先看以下影片。喇叭擺位,影響的是前牆反射音與直達音的相位差。若是擺位在1.5公尺處,114Hz波長3米的反射音、如影片中與直達音相位一樣,波峰相疊。等於是強化了在兩牆間來回反射的駐波。



頻率響應上也可以看到相對應的影響,114Hz的駐波能量大幅增加。



有趣的來了!若把喇叭擺位移動到0.75公尺處,前牆反射波與直達波相位會相差180度,相互抵銷。抵銷後在兩牆間來回反射的能量大幅降低,駐波難以形成。



從頻譜上來看,可以看到114Hz的駐波能量大幅壓低,但其他駐波仍然聞風不動,沒有減弱。



由此可以看到,喇叭擺位的確會影響駐波的形成。以駐波形狀來看,選擇在駐波node(節點)位置放置喇叭,以此例114Hz、6米前後牆距離而言,0.75、2.25公尺,最能抑制駐波產生。若放在antinode(腹點),則造成的駐波效應會最強,例如0、1.5、3公尺處。



一般討論駐波,會專注於200Hz以下,在意的波長會落在1.65公尺以上。越往高頻,除駐波外效應會越多越複雜。以此計算、放在1/4、1/6、1/8、3/8等位置,對駐波處理是有幫助的。反之,0(牆內)、2/6、2/8,則較容易激發駐波。其中1/4=2/8則是個有趣的點,以此例6米兩牆距離來計算的話,是57Hz的node(節點)、也是114Hz的antinode(腹點),有一好沒兩好,端看你實際的問題及取捨了。

另一個角度來說,想改變駐波特性,移動距離要達1/4波長以上,也就是要有機會從原本0度、至少能讓相位轉90度以上,相消效果才會比較顯著。200Hz就要40cm左右,越低頻想靠擺位,喇叭移動距離要越長。

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之前在[七三、SBIR:有喇叭能搞定前牆反射?]曾經提到心形指向喇叭,有機會大幅改善單牆反射SBIR效應,但在改善兩牆駐波也有用嗎?

延續剛剛擺位在節點上的一般喇叭,低頻前後可視為360度發聲,藉由前牆反射有效抑制駐波產生。若換成理想指向喇叭,聲波向後沒有能量,只有向前發聲。沒有了前牆反射來幫忙相消,指向性喇叭一路開綠燈,完美的形成駐波。




指向性喇叭搞得定前牆反射SBIR,但對於兩牆駐波這一塊,則是一點辦法都沒有,不論你擺在哪個位置都沒有用。想靠喇叭搞定駐波?可以斷了這個念頭了。

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這次就單純兩牆的駐波來看,喇叭擺位能影響駐波分佈,但不會全面解決。至於喇叭,出乎意料的是指向性反而讓節點相消特性沒了。對前牆反射很有用的心型指向喇叭,對駐波卻是束手無策。
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