2024年12月17日 星期二

嘗試以EQ改變訊號能量、來影響場館RT的研究

 首先,這不是自己原本想做的。因為筆者一直認為時間面向的問題、要以時間軸的方式來尋求解決,相信上過我基礎PA課程的朋友,都聽過這樣的敘述。這個做法其實來自九太老闆轉述一位業界極知名的老engineer的做法、試圖以EQ改變訊號的某個頻段的能量 (某個原本RT較長、比較哄的頻段),來影響、降低空間的RT。


這件事已經過去多年了,雖然當時跟九太老闆說明、個人認為應該是不可能才對,但也沒有實際上去做過實驗。


最近因為剛好整理九太之前新彩排室的空間聲學量測的報告,才又想起這件事,臨時起意、在原本量測所使用的REW分析軟體上來進行一下研究、是否能印證自己原本想法。



當初彩排室的量測分別以彩排室、鼓室、音控室做了許多次的量測,先抓了彩排室中RT時間較長的量測方式來分析,如下圖,也就是鼓室關閉、並把側邊擴散/吸音板擺在全擴散的模式。這個量測是將音控室前/後段各自量測,再取Vector Average做最後的分析。


這個量測檔在REW的Decay頁面觀察,紅框區是時間較長區塊,大於400ms。

若以RT60、1oct區段來看,大約落在63Hz區段



切到RT60頁面,觀察REW計算的數據,如果我們屏除數值上有出現橘色字 (信賴度較低)的模式,專注在REW的T60M模式、63Hz區段,推算的RT約為0.67s。



假定我們想透過EQ的方式、降低63Hz這個頻段的能量,試圖讓RT時間也跟著下降。

將量測檔以virtual EQ、以EQ filter在63Hz執行-8dB、1oct Q值的衰減,降低該頻段的能量。

如下圖,綠色區塊為filter運算影響位置、對比藍色、原本的頻譜曲線,粉紅曲線為filter後的預測值。再將將衰減後的預測數據,輸出成為量測檔。



將這個EQ處理後的量測檔切到RT60頁面,觀察63Hz區段,EQ調校後的T60M並未受到能量抵減的影響而降低,甚至還稍稍飄高,63Hz成爲0.698s



再切到Decay頁面來比對,觀察63Hz頻段,能量的確下降了,但能量衰減仍舊需要超過400ms時間來進行。



我們回頭思考一下RT60的定義,就是能量在peak出現後、在空間內衰減60dB所需要的時間,因此重點在空間吸收能量的時間長,非關能量的大或小。我的訓練課程在量測的內容也曾提過,聲學研究有兩個大範疇、Architecture Acoustics建聲與Electronic Acoustics電聲。而RT是在建築聲學的範疇,我們使用的EQ則是在電子聲學的領域,似乎八杆子也打不在一塊,並不是一個可行的手段。


就算要在電子聲學領域來進行相關的改變,相對於EQ,APF比較是時間軸上可行的手段。


將原本的量測檔、在Spectrogram頁面以Fourier模式做進一步分析。

從peak energy time可以看到56.8Hz頻點要到達peak能量、需時130ms、遠比其他頻點更久。


這個時間差同樣會反應在該頻率在能量軸、與時間軸phase的表現。



輸出excess phase檔,切到GD Group Delay頁面,尋找較精準的頻點位置、約在57Hz。


將未平滑化的excess phase之txt檔,輸入到rePhase,這主要是要讓rePhase只針對excess phase來修正、不會動到minimum phase的部分。針對該頻點區域、使用1組2階APF、compensate模式來試圖讓該頻點區域phase比較貼近0°位置。以跟原量測檔相同的samples數量131072、將成果輸出成wav修正檔案。


回到REW上,將rePhase的wav修正檔輸入,做力度調校,讓這個修正檔力度維持在0dB,以便與原本的量測檔 (藍色曲線) 相乘來觀察修正的結果。



注意上圖的紅圈處。修正的wav檔,如下圖,APF除了在phase上的修正外 (紫色曲線)

,也在該頻點留下力度上的影響 (綠色曲線)。如果我們使用IR windows工具將原本IR左邊界從100ms調整到500ms,可以讓力度上的影響消失,僅有phase上的修正,較符合我們要的APF的效用。


接著利用REW上的數學運算功能,將原本的量測檔與rePhase修正用的wav檔相乘,得出修正的結果預測。利用Overlay功能、來比對原本的曲線 (藍色)與修正結果 (紫色)。可以看到,力度上兩曲線幾乎貼合,但在phase上明顯在57Hz處,修正後得到較線性的曲線。



接著切到Spectrogram頁面來分析,把三個檔案一起比對會更清楚。原檔案在57Hz附近peak energy time的130.3ms,用EQ抵減63Hz附近的能量則成為127.1ms、不痛不癢,APF修正後則是60.9ms,實質有感下降了。



不過這僅是在電子聲學上做修正,讓信號源在該頻點的peak energy time降低,對於建築聲學上的RT、吸音係數等並無影響。只要切到RT60頁面的分析,就可以看到APF修正對REW預估出來的T60M並無幫助,數據仍舊在0.686s。



不過這兩種修正,雖對RT無幫助,但對清晰度、尤其是C50是有提升的作用。依REW的運算,在C50、C80、D50都略有提升,當然,APF的修正方式提升效果較佳。


直白一點說,EQ抵減某個RT長的頻段能量,對RT數值並無實質幫助,不過讓該頻段音場聽起來比較不那麼 "哄" 吧!   缺點是,EQ抵減能量的方式會直接影響到你原本混音的音質平衡。但如果使用APF的方式來修正,則是在幾乎無損混音平衡下、實質壓低頻段的peak energy產生時間,對清晰度的提升又會更明顯。如下圖,APF修正後,63Hz頻段的C50提升近5dB、C80提升大於2dB。



總而言之,如同學理上、時間面向的問題,還是要用時間軸的工具來處理會較有效果。



Humphrey T


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