(六六、外接時鐘YouTube錄音)製作特性差異音訊、體驗聽感

六四、擺位干涉條紋與room mode

goldbingo wrote:
X左右 / Z前後:

這張圖,突然想到可以把它變成負片,黑變白、白變黑:

這圖讓我突然回想到之前[廿四、Room mode]中提到的這個影片:
goldbingo wrote:
轉換到二維,則會像像這影片(https://youtu.be/wvJAgrUBF4w),沙子會停留到較不震動的地方,形成紋路。



房間用牆壁吸收率0.1模擬的圖形,竟然跟沙子造出來的圖案有如此驚人的相似性!

這才想通了,room mode不是只有簡單的平行牆面反射,還會有其他各種想不到的各種角度,交叉疊合而成。不同的頻率,依據房間尺寸、形狀,若是反射夠強的話,就會產生一個肉眼看不到,像是沙盤一樣的獨特奇妙紋路,而且是三維空間的。

那麼這紋路跟喇叭所在位置,也就是擺位有關嗎?複習一下模擬所用的喇叭位置及空間,房間寬6米,深4米,高3米。這次我把干涉波紋一路畫到喇叭位置。


在高度反射(牆面吸收率只有0.1)的房間,把右喇叭右移試試。

對於440Hz,10cm開始稍有影響,到25cm可打亂原本規律性。但對於228.7Hz這種平行牆面的駐波,就算移了25cm,也難以撼動改變。

移動若達50cm,440Hz的紋路已經跟一開始完全不同了。而228.7Hz才有比較明顯的改變。


「room mode只跟房間有關、跟喇叭擺位無關?」

就定義上,這些干涉紋路,跟room mode並不等價。room mode定義上,指的是房間造成的頻率響應不平均問題,只考慮牆壁反射的因素。但是有喇叭發聲下,會影響能量分佈,更何況有兩個喇叭還會相互干擾。這幾個現象總和起來,就形成了這裡看到的紋路變化。只是room mode與干涉定義上要分清楚,別搞混就行。

兩者理論基礎上的共通點:「波長與相位」

440Hz半波長約38公分
228Hz半波長約65公分

兩個發出同樣聲音的音源,到聆聽位置的距離,差半波長的奇數倍,相位會相反,就會產生振幅相消,也就是梳狀濾波(comb filter)效應。想要藉由移位來改變某個位置特定頻率的響應,得有約略等級的位移,不論是聆聽位置或喇叭。

如下圖右邊是114Hz的room mode:

就算喇叭移了50公分,仍無法有效改變114Hz的駐波,因為其半波長長達1米以上。反之上圖右邊1760Hz半波長約10公分,干涉波紋加上room mode極為破碎複雜,已完全不知如何分析起了。

———— 感想 ————

從這房間響應模擬,學到了個觀念:「每個頻率都會產生類似room mode的紋路」。只是形狀、強度與常見幾種較強烈的幾個模式不一樣、難以用簡單數學表示及推算而已。而room mode還會跟發聲源交互影響,產生類似干涉的波紋。

藉由量測頻率響應,可以了解想要修正的頻率點在哪,就能約略知道得移動多少才會改變。但很可能移了後,另一個頻率點又不好了。量測能幫助觀測到變化,利於選擇有效的方式去處理它,少繞些路。
六五、Pink noise房間響應測量

要大量量測房間響應,對聆聽位置或擺位快速評估。使用掃頻計算頻率響應,相對上比較沒有效率,因為掃頻得要固定位置掃完,再進行計算分析,只能一點一點做。

這時,有一個簡便的方法,就是使用pink noise,結合RTA(Real Time Analyzer)。受惠於現代科技進步提升,不再需要專業儀器,只要有手機,就可以得到可供參考的結果。

————— RTA or FFT ? —————

現今的手機要實時計算FFT,其實也不是難事,RTA與FFT只差在解讀時的方便性。主因是pink noise的FFT,天生會每10倍頻掉10dB,除非能後製修正。使用上不如RTA看pink noise時,會直接得到水平的結果直覺。

以下爲將原始pink noise wav檔放入REW,計算RTA及spectrum(也就是FFT):


———— 跟弦波掃頻結果會一樣?————

網路上找資料時,有個疑點我也很好奇。Pink noise結果會跟掃頻結果相同嗎?room mode房間響應也會忠實呈現嗎?這次不就理論來計算,直接用模擬驗證,再以實測佐證。

用模擬的好處是完全控制變因,沒有播放及錄音設備諧波失真、沒有底噪、沒有時鐘jitter等等不理想性。還能調整牆壁吸收係數,模擬不同程度room mode影響。


房間4m(深) x 6m(寬) x 3m(高),牆面吸收率為0.5中等,只用右邊喇叭發聲。先用正弦波掃頻,分析換算得到如下脈衝結果:

直接音脈衝之後,有間隔不等時間到達的牆面反射。將振幅改以dB為scale,如下:

殘響一路持續到約200ms,才降到-60dB以下。轉成頻率響應如下,50~400Hz間有劇烈頻率響應起伏。room mode常見的大凹現象確認存在。


接下來模擬播放pink noise,進行分析:

Pink noise本身的原始頻譜是斜直線往高頻漸低(頻率每增加十倍降10dB)。錄音收到減去輸入音源,就得到淡綠色的頻率響應,把這條用pink noise算出來與用正弦波掃頻的結果放在一起,兩者完全重合,一模一樣。


改將牆面設定成吸收係數只剩0.1,有更大量反射,room mode造成的頻率響應凸起、凹下現象更嚴重:

使用pink noise仍然可以跟正弦波掃頻得到一樣的結果!

———— 實際麥克風量測 ————

實際量測來試試,在客廳的主要聆聽位置,使用UMIK-1錄音。

紅線為掃頻得到的頻率響應,綠色虛線則是用pink noise計算出來。佐證了與模擬一樣的結論:「pink noise可取代掃頻,用來估測房間響應」

Pink noise vs Sine sweep 這影片,17分鐘開始有一些有趣的demo。說明了掃頻除了頻率響應,還能提供更多的資訊,例如諧波失真成分。若想進階利用pink noise得到脈衝響應,雖REW上沒找到這功能,但有些專業商用軟體其實是做得到的。

這篇[How to take fast impulse response measurements in Smaart© without pissing people off] 也還蠻有意思的,雖然用的仍是特定軟體,但是內容提了一個不錯的建議。測試音量不用太大,只要比背景雜訊高個10dB就足夠了。除了減少影響到鄰居,自己測試時耳朵也不會那麼痛苦。

———— 只用iPhone收音 ————


iOS這個 AudioTools app,內建了iPhone內建麥克風的校正檔。錄音分析結果,跟Umik-1比較,在35~400Hz間也還算有模有樣,該凸的凸,該凹的凹。若沒有專門量測用的麥克風,手邊的手機,就是一個可用的工具了呢!
六六、外接時鐘YouTube錄音

原本希望可在這些錄音中,找到外接master clock所造成差異的蛛絲馬跡。結果雖然尚無能力找出時鐘的影響,但卻因為這題學到更多的經驗。聽到的差異,也許是別的原因造成的。跟一開始以為的,有很大的不同!

——— Esoteric N-05XD/G-05 ———


先從[ SOUNDTEC TV ]這個Youtube錄音開始,有兩首,分別只用N-05XD內部時鐘、切換到外部G-05 master clock。

第一首:Danny Boy / TOMA & MAMI with SATOSHI(ネットワークPCM 192kHz/24bit)
全曲長約2分30秒,一開始前面40秒,有很奇特的現象:

低頻區200Hz以下,很明顯的看到接了外接的master clock,少了許多訊號能量。放大來看:

使用內建時鐘時,多出來的頻率能量,正好就在60,120,180Hz,很像是power noise。難道是外接clock能降低power noise? 

可是改看曲子最後的2秒鐘,就沒有看到明顯差異了。

(註:上圖時間軸標示要加上180, 才是曲子的時間)

直覺上,我們會認為只更動單一變數:切換內外部時鐘,但忽略了「時間」也是一個變數。也許實驗時,設備還在熱機,內部電路或溫度還沒達到穩態。這時感受到的,的確有聽感變化,只是不是我們以為的那個變因造成的。

第二首:蒼い風 / HYPS(SACD)
看全曲約5分鐘頻譜圖相減平均差異,各種頻率下都幾乎沒有差異,然而真的沒有差異嗎?

將5分鐘分成每分鐘一段,共五段,分別計算平均頻譜差異:

可以觀察到各段在低頻100Hz以下變異性不小,正值表示外接時鐘時,低頻會稍強。反之負值則內建時鐘時較強。

由此現象延伸思考如下:
📌 1. 若此差異不是錄音設備造成,現場的確有機會感受到聽感上的差異,但未必是時鐘造成的。
📌 2. 此差異隨時間變化的特性,若想知道是不是受內建或外接時鐘影響。可對同一首曲子段落,多次錄音交叉比對。若同樣內建時(或同樣外接時),就有差異,那麼就是其他的變因造成的,不是時鐘。改錄擴大機輸出,也有利於排除環境雜音影響。
📌 3. 一般常見的推論,Clock jitter會影響波形時間的正確性。而頻率越高,週期越短。因此受到同樣大的jitter影響下,高頻受到的影響理論上比較大(請參考這篇 十七、Clock Jitter)。這無法解釋這低頻響應隨時間變化的現象,除非對於時鐘來源的影響,還有其他的理論可解釋。


——— TEAC UD-505-X / CG-10M-X ———


逸品館 ]這個影片,共錄了三首分別使用內建及外接時鐘,每首長度都約2分鐘。

第一首鐵達尼號原聲帶Never An Absolution及第三首玉置浩二的夏の终りのハーモニー,觀察到一樣的問題,尤其是第一首的前面一分鐘最為明顯:

這次不是只有一開始有這樣的差異,一直到第三首最尾巴幾秒,都還有類似現象:

加上了外部時鐘,同時也改變了電源雜訊的樣貌,這已不是所謂的clock jitter的影響。畢竟有一條實體連上了一條線到另一台機器,有可能會造成ground loop或是地雜訊互竄的問題。

——— 感想 ———

如同一開始破題所提,造成訊號變異的原因,並不是因為只換了時鐘源,所以造成聽感差異就只有單一變數。這次經驗學習到實驗設計(不論是用聽感或儀器錄音),有更多要考慮的地方:
🎯  1. 有些機器需要熱機,才會到達穩定狀態
🎯  2. 有可能實驗前,原本的機器就有其他變數存在,多次同段音樂重複聆聽盲測(或錄音),有助於釐清
🎯  3. 用實體線外接另一台機器,別忘了也許共地會改變ground loop狀態或地雜訊分佈。
🎯  4. 隨時間變異的特性最難搞,同一段音樂有時有差異,有時又沒有。這會讓聽感辨別、數據分析都不容易找出一致性,會需要花更多力氣交叉驗證才有機會釐清。找出隱藏在背後真正原因,能穩定重現差異性並解決它,是最挑戰(還要點耐心及運氣)的事。
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