駐波操縱: 使用多顆超低音+訊號處理

vinjoutw

家庭劇院的低頻是觀影優良聲音體驗的重點，但是小空間之內都會遇到駐波的問題，其實早就有研究如何用多顆超低音加上DSP訊號處理來改善這個問題。
這種作法稱為 模態(駐波)操縱 Mode manipulation

基本上做法是參考 Home Theater Gurus的操作影片

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以及在miniDSP 網站上的community tutorial
Jerry (Aka AustinJerry) from AVSForum的發表為基礎。

youtube影片的做法可以一步一步跟著做，不過其中如何找到適當的擺位並沒有多談。 然後一支一支調整延遲要怎麼仔細做因為時間關係跳過了。 但是這兩項我覺得才是功夫所在。

在做這件耗時耗力的事情前，目標先說清楚。
1. 駐波操縱 (讓原本嚴重的駐波問題因為多顆超低音+DSP 能夠相補相消，能夠達成相當平順的低頻頻響效果。
2. 多位置的良好表現，較寬的sweet zone, 讓調整可以在較大範圍內都相當平順，而不是動一下頭部頻響就變了。
3.多顆超低音在音壓上可以再提升到reference level。

這裡的分享是自己親力親為做的，不是吊書袋，打高空。 理論我不懂，但是這樣的作法的確是可以解決空間駐波的問題，或許將來我也會應用在兩聲道的聆聽上。

將來還有可以更加精進的作法 (立體擺置超低音，而不是只在地面的範圍) 還有更高運算的訊號處理方式可以運用，有待能人志士引用國內外的經驗來分享討論。

動手之前，有非常多的細節條件，器材設備要準備。 也許這也是一般玩家可能會遇到的第一個門檻。

設備準備
兩顆以上的超低音 (兩顆以上，最理想是同一個型號，基本上一般DSP機器可以玩到8顆超低音，專業的可能可以加到32顆吧！)
DSP 設備: 可以使用miniDSP 2x4HD (可以接四支), 耳朵牌的DCX2496(可接6支)
量測麥克風: umik-1 這是基本，或是高檔的可以用earthworks 量測麥克風+USB介面
訊號線 長度可以讓DSP接到超低音擺設的位置 (我的空間需要兩條12公尺長的訊號線，另外一條8公尺，一條4公尺)
USB 2.0 延長線 5m一條， 這是用在做gain matching時，需要把量測麥克風拉到超低音前，所以空間較大的人需要較長的USB延長線讓umik-1可以拉到超低音的各個位置
麥克風架: 可以用umik內附的小三腳架。 但是要回到聆聽位置量測時比較麻煩，所以我買了一個麥克風架方便調整位置
安裝REW軟體的 以及DSP軟體的筆電或是桌機。

軟體準備
安裝REW (目前是v5.19，也可以用用看v5.20 beta)
DSP機器的軟體

測試基本設定
確認REW操作介面可以讓 筆電HDMI聲音輸出到環繞擴大機的HDMI輸入，並且選擇LFE channel (ch4) 單獨發出測試音
這部分可以就會花一點時間弄軟體設定。 要有耐心，如果遇到問題可以上網問問有經驗的網友或是問我

DSP機器的軟體可以連到DSP設備，控制每個channel的參數 (我們大概會用到 gain, delay, PEQ, Xover等調整功能)
重點一:超低音的擺位
相對單純的四砲做法是塞到四個角落 ，這個經過Todd Welti在2006年的論文https://pdfs.semanticscholar.org ... 15e44e976a1a72e.pdf 可以仔細看看

好處是較低的Mean Spatial Variance (sweet zone較大)
較高的 Mean Output Level

如果空間有限制，沒辦法塞在四個角落，類似表現的方法可以參考論文中 configuration 6 (前後牆面的中點)
另外2006後應該有3D的擺法會有更好的表現，有待強者再補充 ，可能的一個方法是


執行步驟大綱(以四砲，四個角落為例，這樣就跟Youtube教學一致)
1.先確認各顆超低音Gain 一致，這樣等一下調整各砲的時候 增加減少的音量會一致 (詳細步驟有空再補)
2.先量測距離主要聆聽位置最遠的超低音的FR (其他砲的調整就只有延遲)
3.再量測同一側的第二顆FR， 調整第二顆的Delay, 讓兩顆合在一起的FR 比單一顆的音量都更高，(表示沒有相消，而是相補) 這個步驟就是trial and error, 一直調整看看delay多少ms對FR的影響讓頻響最平，音壓較高
4. 加入第三，第四顆，以此同一方法，直到四顆一起測試的FR 沒有相位相消的Null，但是應該還是會有一些駐波造成的Peak。  這3,4,步驟可能會花很多時間， 需要一點耐心。
5. 用最後四砲一起發音，調整好各顆超低音delay的設定下， 使用REW的EQ功能，設定好10Hz~120Hz目標曲線 (斜率， roll off的頻率等等) 請參考youtube影片 ，然後產出filter的參數存檔，匯入DSP 機器的PEQ 參數內。
6.設定好DSP的PEQ參數後，在量測看看成果，通常都是頗滿意的！如果有出錯，可能是匯入filter參數某個設定出問題。 要花點時間檢查。

紅線是還沒有使用EQ, 已經比單顆超低音的狀況好很多


可以再量看看主要位置附近1公尺左右範圍內的頻響， 是否都夠平順。


紅線是主要聆聽位置的FR, 藍綠線是左右一公尺的FR
後續發展
1. 立體擺位的優化 (有的超低音能要吊掛在天花板的高度)
2. DSP參數的優化
3. FIR/ IIR 兩種filter方式的驗證
4. 兩聲道低頻管理消除駐波的影響實作 (目前疑問在於transient frequency較高的空間，分音太高對音色的影響)