Humphrey Tech Blog: 運用簡單的app來計算點音源喇叭的水平佈放方式

每個喇叭系統都有其個別的指向性特點，而針對高頻段訊號能量、原廠都會註記其水平、垂直的涵蓋角度。例如Yamaha DXR15Ⅱ、其涵蓋角度就是90° x 60°。瞭解這些參數值，其實對於我們在不同場地佈放喇叭時，更能夠採取最有利的位置、透過有效控制以求取較佳的成果。

如果有個100 x 40米寬、深的狹長型宴會廳場地，需要喇叭系統架設來平均涵蓋全區，進場前首先需要先確認：適用的喇叭型號、數量、還有佈放的適當位置。

假定我們手頭有同樣90° x 60°涵蓋的RCF ART715喇叭，其喇叭規範如下：

如果我們有時間可以用音場模擬軟體來分析場地，相信得出很好的結論來。但萬一沒有時間來進行模擬呢？

首先，單支喇叭最大音壓是130dB、一米前，場地縱深是40米，如果你的手機有工程型計算機，套一下dBlose公式，大約可以估算場地縱深末端應該可以有 130 - 20 x log(40/1)=98 dB

這對於一般演講、音樂播放或甚至簡單演出的場合約略是足夠了，所以ART715是可以使用。那麼，擺放的位置、喇叭的數量呢？

沒問題，我們可以運用早在紀元前一世紀便已被古希臘人用於天象研究的三角理論、便能快速得到明確的方向了。三角理論太艱深？不會啦，你只要在手機下載免費的三角計算app，就已經夠用了。譬如筆者手頭的這個app：Triangle Master

一開始，我們需要兩個必要數據：使用的點音源水平涵蓋角、涵蓋場地的縱深。

我們知道ART715水平是90°，但90° 代表什麼？

一般喇叭品牌研發產品時，量測成品的投射涵蓋時，以喇叭能量中心點設為On Axis軸線，此軸線上能量定為0dB，再量測偏軸時、能量抵減最多 -6dB下、高頻段訊號（多以8kHz為基準）可以涵蓋到的角度。

如下圖，音源投射的水平90° 涵蓋區、兩邊線（紅色箭頭）即可視為高頻-6dB的能量界線。如果我們將靠近牆面的喇叭擺放時、讓-6dB界線剛好與場地縱深的1/2線（紅色虛線）交集呢？這代表什麼意義？

它至少有幾個重要意義。第一個：

• 不會有太多能量打在牆上、造成過多反射音。反射音對於音場是個不可避免的負面影響。過多反射能量會產生Comb Filter、進而導致頻率能量抵銷，並模糊你的輸出成音。

-6dB界線交集在1/2縱深點，所以在場地前半段、喇叭投射到牆因為不在-6dB涵蓋區、打在牆面的高頻能量衰減都大於6dB，後半段場地，由於離音源已經有較長距離、自然衰減下，也比較不會有大的直接反射音。

為讓-6dB界線交集在1/2縱深點，靠牆的第一支喇叭應放於何處？

我們用app來計算。

如上圖，音源前的投射軸線到1/2縱深線（紅色虛線）交集角度是90° 直角，音源水平涵蓋是90°、因此投射軸線到一邊的涵蓋邊線就剛好是一半45° ，然後假設喇叭擺放後牆距離1米，則喇叭到1/2縱深線為19米。

把這三個數據打入app內，如下圖的紅圓框3個數據，可以得出第一支喇叭離牆的理想距離為19米如下圖虛線紅框：

將19 x 2 = 38米，即一支喇叭以90° 水平投射到1/2縱深處的涵蓋寬度，100 / 38 = 2.63，可得知這個場地寬可以容納2.63個水平90° 喇叭涵蓋，若用2支喇叭則會少掉0.63x38=23.94 米的寬度不在-6dB涵蓋區域內，若用3支喇叭則可能交集區域會加大、要不就是場地前半段更多區域牆邊反射大於-6dB。

兩者擇一，筆者採取3支喇叭、交集區域加大的選項、以降低反射為首要。

從場地兩側牆往中央19米處為左右的喇叭放置處、場地中央放置一支、共3支。這個方式雖然3支喇叭間的間距略短於90° 水平涵蓋、交集會稍多，但確保兩側喇叭到側牆剛好在-6dB邊線與場地1/2縱深交集點，如下圖：

-6dB界線與場地縱深的1/2線交集，第二個好處就是，可以確保場地後半段前到後、左到右應該都會落在6dB的能量差異變化內。而且因為相鄰的兩支喇叭交集區域有依-6dB界線計算而拉開，產生抵銷的區域影響也不會太大。

如果我們有時間來以音場模擬軟體、好比Ease Focus來進行分析，從音壓分布圖來驗證看看，就會很清楚（如下圖，較明顯的能量抵銷變化僅出現在兩支喇叭交界的狹長區域）。

運用Ease Focus註記的量測點來看場地內幾個點的音壓數據，就可以清楚看到，喇叭投射的音壓變化較大在場地前半段、中段到後段變化如同剛剛所敘述的，前到後、左到右都在6dB內。尤其場地的末端、因為相鄰喇叭投射交集、能量互補，左到右呈現很均勻的分布，然後能量到達牆邊時已經比中央處衰減5-6dB、反射音相對較小。筆者刻意把量測點安排在某支喇叭的四周，因為三支喇叭均分整個場地為三區塊，一個區塊的量測點的數據應可以套用到其他區塊。

以頻率響應來分析，8個量測點除了點5（粉紅曲線）是在喇叭側邊、高頻涵蓋不到的位置，其他幾個點的頻率響應趨於一致。

整個場地平均音壓約為101dB，標準差±4.1dB，涵蓋很均勻。如下圖，整個場地除喇叭前端、其餘都在±6dB的綠色區域內。

當然這種方式是以能量平均涵蓋、牆邊反射音較小、使用喇叭數少的原則來做佈放的規劃。

如果你手頭剛好有5支ART715、想一起使用求取較大音壓，那當然可以，但整體效果絕對好很多嗎？

嗯……，一開始來說，音壓絕對比較大、5支 > 3支，拳頭大嘛！

我們把這個想法同樣放進Ease Focus上來分析。5支喇叭、以平均分割場地的方式來放置，每支相距20米、兩側距牆10米，如下圖：

音壓分布圖如下：同樣地，音壓起伏變化較大處還是在兩支喇叭交集處，但因為5支喇叭、4個間距有較大能量交集，因此場地內的音壓變化會比3支喇叭稍大。

同樣觀察一支喇叭四週的量測點音壓。與3支喇叭的量測點音壓比對，你可以察覺，單支喇叭前到後的音壓變化相似（點4到點2），但由於喇叭間距變小、交集變大，因此在兩支喇叭的中間處的前到後音壓（點5到點9）變化差距就很大（5dB變化 → 8dB變化）。而左到右的音壓變化，也因為間距變小而縮小，因此到牆邊音壓僅衰減2dB，勢必牆邊的反射音會強勁許多。