我想執行音響系統安裝或音控的朋友都聽過所謂Comb Filter,而大家也都知道主要是因為同樣的信號從兩個(或以上)的音源(如喇叭系統)輸出後,到達同一個聆聽點的時間不一致,造成信號加總後某些頻率上的抵銷現象。加總後聲音雖然聽起來怪怪的,但實際上到底影響有多大呢?
避開不談太多理論上的事情,我想直接以音場模擬軟體來進行現象的模擬,用看圖的方式來瞭解Comb Filter產生時有多大影響,相信是比較容易理解的方式。
我們先在模擬軟體上展開一個20米 X 30米的場地,再模擬一般的喇叭擺設方式,於場地兩側掛上兩支射角為90° x 50° 的喇叭,如同下圖的喇叭位置三維座標:基本上左右喇叭三維座標是對稱擺放,只有左喇叭刻意讓它稍稍向前50cm,以模擬我們平常若時間太趕,無法進行delay補償時會常會發生的狀況。
別小看這50cm的誤差,這是Comb Filter產生的要因。如果我們設定一個聆聽點在場地中央,兩支喇叭投射信號到這個聆聽點所需的時間就會因為這50cm的誤差而有所不同。如下圖,兩支喇叭投射時間差為1.25ms。
Comb Filter是種純粹的物理現象,可以套用數學公式來計算,1.25ms的時間差,導致的Comb Filter所產生的第一個抵銷頻點會在400Hz,之後每隔800Hz會產生另一個抵銷頻點,所以依序是1.2kHz、2kHz、2.8kHz、3.6kHz………..等。就如同下圖在聆聽點的頻率響應圖:
如果再把左喇叭的位置調整到與右喇叭一致,同一聆聽點上,我們把三種情況的頻率響應圖套疊在一起,則會如下圖:(綠色曲線為兩喇叭位置相同無抵銷時的頻響、藍色為兩喇叭有1.25ms時間差時的頻響、紅色為單一支喇叭的頻響)
相信大家可以清楚看到,如果兩喇叭位置一致,喇叭全開時,加總的頻響應該會如同綠色曲線一樣,全頻率都會與單喇叭的紅色曲線維持能量疊加上的差距,而因為到達時間差而產生Comb Filter時,則會出現如藍色曲線般的,某些頻率抵銷、某些頻率能量疊加的現象。
我們再進行另一個測試,把喇叭位置改成一上一下,以同一個軸心向外投射。如此更容易觀察抵銷的作用,而會呈現更有趣的現象。
如上圖,把兩個喇叭放置在同樣的中心軸線上(X、Y軸為同樣座標),只有高度上不同,分別在2米與5米的高度。此時兩喇叭投射到中央聆聽點的時間差為1.34ms。
套用數學公式來計算,1.34ms的時間差,導致的Comb Filter所產生的第一個抵銷頻點會在373Hz,之後每隔746Hz會產生另一個抵銷頻點,所以依序是1.119kHz、1.866kHz、2.612kHz………..等。
由於在中央聆聽點位置,373Hz會產生第一個抵銷點,所以我們以373Hz來繪製場地的音壓分佈圖如下:
音壓分佈上你可以觀察到一個奇妙的現象,在聆聽區位置因為時間差的關係產生373Hz的抵銷,以喇叭到聆聽點為半徑,畫出的弧線,剛好形成一個抵銷弧圈。所以從喇叭投射的信號,靠近抵銷弧圈時信號力度便漸減,而遠離抵銷弧圈時,信號力度反而漸增,形成了越遠處音壓力度反而增加的奇妙現象。
再觀察一下,場地在兩支喇叭全開時,373Hz的平均音壓是102dB,但若只開一支喇叭時,如下圖,373Hz的平均音壓反而有104dB。
所以增加喇叭對於這個頻率的能量反而是幫倒忙,有害無益。
希望透過這兩種分析方式,我們都能夠更清楚地瞭解Comb Filter對音場上的影響,進而能把它有效地控制。
ATT的音場設定
喇叭系統使用K-Array的Concert系列喇叭,共分為:
中高音KH15 x12支,每邊各6支
低音KS4 x4支,每邊各2支
超低音雙21“ KO70 x4支,每邊各2支
從下圖Ease的分析,能量全開的狀態下,場地的平均約音壓達到129dB,最大音壓處為151.8dB,最小音壓處為118.2dB。音壓涵蓋了99.5%的場地範圍。
分頻點設定如下圖,KH/KS/KO間的Crossover頻點在200Hz與100Hz,使用KS4來增強系統中低頻,讓整個系統的聲音高中低頻均能有豐富的表現。
量測調校工具為Systune V1.34,透過電腦的詳細比對,以提供數據來進行聲音的調校。
由於場地有二樓的夾層,所以我們架設兩支量測mic,分別在兩個樓層,以便在頻譜與音壓的量測能夠同時得到兩邊的數據,調校上也能兼顧到兩邊的情形。
喇叭系統進行量測、調校後,再分別量測兩個樓層的頻譜差異曲線,並以Systune的Average功能,得出整個場地的均化頻譜差異曲線如下圖。保有喇叭系統原有的聲音特性。
Systune的分頻點相位delay補償分析,如下圖得到三種建議的delay值,與補償後的喇叭系統輸出總和音壓預測圖。
最後在音壓量測與設定的部分,由於場地有很多的搖滾樂曲表演的機會,因此音壓設定上傾向於夠大的音壓與足夠的低頻動態表現。
使用的House Mixer為Yamaha DM2000,為避免過大的測試音壓造成現場人員的聽覺損傷,我們設定讓測試訊號到達Mixer的dBFS輸出表頭-18的位置來進行量測,亦即量測出來的音壓到系統上限還有18dB的Headroom可用。
下圖是量測的結果,加上預留的Headroom,預設情形下這個場地的喇叭系統可以有120dB以上的最大音壓輸出,足以應付各種的演出需求。
這套KH/KS/KO合體的喇叭系統還有保留空間。如同Ease軟體的分析,場地的平均音壓可以達到129dB,而且這只計算了直射音,不含反射音。
在處理器部分還有預留空間,下圖我們自製了一個的簡易控制面板,讓現場音控人員可以透過這個軟體面板,除了掌握喇叭系統的狀況,同時可以進行系統的能量分配或調校。
Humphrey T.