小空間喇叭擺位 - 多反射音

延續前兩篇《小空間喇叭擺位 - 衰減常數》、《小空間喇叭擺位 - 反射音量和延遲時間》 ，這篇接著討論怎樣的反射音有可能帶來好處。

首先是 Fig. 9，用語音的清晰程度來評分反射的方向和延遲。結果是延遲愈少清晰度愈高，而無論是多少延遲，都是以 60度 (我猜這是該實驗最大的角度) 效果最好。Fig. 12 用樂曲測試來自不同方向的延遲聽者的評分。結果是 40 - 90 度效果比較好，但這和樂曲有關，該測試中的兩個樂曲一個在 90 度最高分，一個在 90 度沒有特別影響。

結論：來自側面的反射很重要，但是一般房間的反射音量不夠大、延遲也不夠久。Toole 以此論證多聲道的潛力。對我來講，則是讓我對 Dipole 喇叭愈來愈不理解。到底為何 Dipole 喇叭能從聽感空間裏面消失呢？！Dipole 的重點不就在於消除側牆音、強化後牆音？

Fig. 14 in "Loudspeakers and Rooms for Sound Reproduction - A scientific Review" by Floyd E. Toole

多反射之下的 Fig. 6 會變怎樣呢？Toole 直接在兩個模擬的客廳重做了這個實驗，結果為 Fig. 14. 我們可以看到這幾條曲線變得比較平坦，甚至是連感受到有變化的曲線都變得平坦。但是不同的模擬客廳被聽出來反射音的絕對音量有所不同。而且音像變大和被聽出來所需要的音量差距變小了。

Toole 在這個小節的結論是： "The basic audible effects of early reflections in recordings, therefore, seem to be remarkably well preserved in the reflective sound fields of ordinary rooms. There may be reasons to attenuate early reflections within listening rooms, but this, it seems, is not one."

我們就算在一個客廳裡，也是可以聽出來錄音本身的空間音！要注意的是，Precedence effect 是針對音源的方向性，反射所造成的音染、音量增加，我們都還是會感受到的。早期反射最糟糕的狀況就是造成音染，而好的影響則是音像變大、語音辨識度提高。


我自己的推論是，針對早期反射使用散射而不是吸收，也許有潛在好處。一來是一個很多吸收的小空間，我們的大腦會傾向無響室的處理，這時候只要有一點點反射音我們就會聽出來 (Fig. 6  vs. Fig. 14)。相對的，如果是一個正常的客廳，我們反而不容易聽出來有反射音！二來是擴散可能可以降低音染。音染的來源是反射來自於固定延遲造成的 comb filter，透過真正用大質數設計的擴散板，只要深度夠深、寬度夠窄，就有可能增加延遲的分布，進而降低 comb filter 和音染。

在我自己的試驗中，把喇叭 toe-out 之後聲音的空間感有比較好。我推論是因為 toe-out 之後喇叭的輻射場型在側牆方向增加不少、又降低了直射音量。如此一來一往可能就讓側牆反射高到足以造成音像增大的效果。

十分可惜這些實驗都針對比較大的延遲，對於 10ms 以內的延遲著墨不多，這才是小空間會遇到的狀況啊！

小空間喇叭擺位 - 反射音量和延遲時間

延續上一篇《小空間喇叭擺位 - 衰減常數》，這一篇我想把重心放在反射音上面，尤其是啟發我非常多想法的圖六。話不多說，直接上圖。Toole 中間用的很多文字討論反射音的各種影響，非常建議仔細閱讀思考，但是這邊我只擷取討論音像的部分，也加上很多我個人的理解和詮釋。

Fig. 6 in "Loudspeakers and Rooms for Sound Reproduction - A scientific Review" by Floyd E. Toole

這張圖橫軸是反射音的延遲，縱軸是反射音的音量。直射音為 0dB。最下面這條曲線是聽不出來有反射音的曲線。上面那條是音像聽起來變大的曲線，再上面兩條幾乎重疊的曲線，則是反射音聽起來像是來自另外一個喇叭的曲線。最上面那條則是反射音和直射音的音量聽起來差不多大的曲線，也就是有名的 Haas Curve。這些曲線代表的其實都是同一個現象，那就是我們的聽覺主要是被直射音影響，現在這個現象稱為 "Precedence Effect"。Haas 的結果告訴我們，反射音要非常大聲才會聽起來和直射音音量一樣，而且相對於不同的延遲，大概都是要大聲 10dB 左右。

剩下幾條曲線就非常有趣了，整體而言隨著延遲越多，越小的音量還是會有影響，斜率大概是 -30dB/80ms。這表示隨著音響室越大 (延遲自然大)，越需要吸收反射音，否則反射音很容易被聽出來。這也是我去聽室內現場 Rock 演唱會的心得：音效非常好，但是很明顯是來自於兩支喇叭。不過這裡的討論是針對小空間，當空間大到一個程度，我們就該改用音樂廳的設計方式來調整出 diffused field 讓房間裡的大多數人都有足夠而清晰的音量。

那反射音量到底會多大呢？這受到好幾個參數的影響，牆壁材質、喇叭到側牆的距離、 喇叭本身的輻射場型。讓我用最理想的模型做個估算。就還是假設為全向性點波源，先考慮全反射的側牆造成的反射音量。假設聆聽位置到喇叭連線的距離是 d，正三角形擺位、喇叭離側牆的距離為 h，那可以畫出下面這張圖。其中虛線的星星是利用 Image Theory 求得等效反射波源的位置。

只有一面側牆造成的反射音。

用畢氏定理就可以求得喇叭和鏡像喇叭到聆聽位置的距離，兩個距離可以透過 -3dB/dd 的方式得到音量差，兩個距離的差則可以轉換成延遲的時間。結果如下圖：

離側牆不同距離造成的影響。三條線分別代表喇叭連線到聆聽者的距離。

首先我們可以發現，在我這樣的假設情境中側牆造成的反射音時間差和喇叭到聆聽者的距離關係很小。主要是由喇叭到側牆的距離決定的。音量的變化就比較有趣了，距離越近的時候斜率越大。因此聆聽距離越小，喇叭離側牆可以不用那麼遠就有足夠的衰減，這大概就表現在 Near Field Monitor 的使用建議上。我家客廳聆聽距離大概是 2.5m，左聲道離側牆只有 40cm 左右，右聲道距離牆壁約 1.5m，因此左聲道對應的是 (2ms, -1dB), 這大概是略高於會聽到有另外一支喇叭的曲線。我的右聲道對應的是 (6ms, -2.5dB)，這位置大概是略高於音像變大的曲線。

以這樣的估算來看，我應該在左聲道的側牆加上 5dB 以上的吸收，聽起來就不會像另外一個喇叭在牆外。另外一個觀察是反射音量肯定是低於直射音的，因此注意圖上這些曲線和 0dB 的交點，可以發現 3ms 是個非常關鍵的延遲。只要側牆離喇叭有 75cm 以上，聽起來就不會像是牆外有個喇叭了。

複雜的圖，但是簡單的結論：「喇叭離側牆至少 75cm」 。至於喜不喜歡音像變大，這就是個人口味的問題了，不喜歡的話就在側牆增加一些吸收，讓初階反射音低於最下面那條曲線。另外一個方式是使用大質數做出來的大面積無方向性擴散板 (並排多個小質數擴散板會造成整體擴散有方向性)。但是絕對不能完全沒有側牆反射音，這是我們判斷距離最重要的工具。無響室放出來的聲音是沒有距離感的 (請看Toole paper 的 Sec 2.2)。

以上是一個反射音的狀況，多個反射音、反射音來自的角度、和重低音配置，下次再說~~