金旋音樂節 夢境交換所 FIR系統優化

金旋音樂節夢境交換所
時間：3/15
活動地點：華山 1914 文創產業園區
表演卡司：Project W x 王品裙、體熊專科 x 感覺莓果、P!SCO x WAYNE BAND、老王樂隊 x 林孟璇＆頗廢

外場音響系統 FIR優化

上圖照片來自政大金旋獎臉書

FIR 有限脈衝濾波器 的最大致命傷 - 延遲 Latency

Finite Impulse Response 有限脈衝濾波器 簡稱FIR，可以說是最近音響界中討論聲量最高(至少是我自己這麼認為啦><)的一種技術，因為他能有效又快速的解決相位的問題，而且這個技術不論是大型演唱會或是小型出租公司都用的到，在近年來FIR從繁雜的步驟和昂貴的機器，進步到能夠以價格較低CP值頗高的機器完成一條龍優化實現，我想這也是它愈來愈火熱的原因之一

但這麼好用的FIR優化卻也不是完全沒有缺點的技術，在相位一線化對齊的背後隨之而來的就是「延遲 Latency」，一般而言FIR的延遲大約會落在2ms多到將近8ms，接下來我們要來探討的就是「什麼因素造成FIR的延遲」?

首先我們要來看一個專有名詞「Frequency Resolution」頻率精度，首先給大家一個觀念在20Hz~20kHz的頻率中，FIR並無法有效的處理這所有的頻段，像是以低頻來說FIR也可以處理，但因為波長的關係要使用FIR優化低頻就會產生非常、非常、非常多的延遲出現，所以我們不會使用FIR去處理低頻，除非客人得罪你你再這樣搞啦，而關於你的FIR機器可以處理到多低的頻率，就跟頻率精度有關啦，而頻率精度的算法就是

頻率精度(F)=採樣率 / 抽頭(或稱階數)
Frequency Resolution(F) =Sampling Rate(SR)/Tap

然後把頻率精度(F)*3就能求出機器能夠處理的頻率下限，我們來看幾個例子

1、採樣率不同，抽頭數(Tap)相同

如果有一台採樣率48k和96k的處理器，都使用1024的抽頭會差在那邊

48000/1024 = 46.88 機器能處理的頻率下限為 46.88*3 = 140.64Hz
96000/1024 = 93.75 機器能處理的頻率下限為 93.75*3 = 281Hz(大約)

在FIR的機器裡一般而言採樣率是固定的，而抽頭數則是可以變動的，抽頭數用的愈多所造成的延遲時間就會愈多，那什麼是抽頭呢?如果要一直糾結在工程師的角度去解釋抽頭這件事情，我想這樣文章會太過於學術派了，所以我們用大家比較常聽到的CD格式，也就是採樣率與比特深度(sample rate and Bit Depth)來解釋，我們都知道在這種類比音頻轉換成數位音頻的過程中，採樣率與比特數愈高得到的數位訊號就會更加接近原始的類比訊號，以迷片的話術來講就是「高清無碼不失真」啦，而在FIR上採樣率與抽頭也是一樣的東西，就是看你要把這一段訊號「切」到多細來處理，當然就像前面所講的愈多抽頭就會產生愈多的延遲，但得到的訊號就會更優質

接下來我們要來算出FIR的延遲時間，首先我們要先算出FIR濾波器長度(FIR Filter Length)，也就是我們在Smaart裡會看到的時間常數(Time Constant)，由於濾波器長度的算法與時間常數的算法相同，但我不確定它們在定義上是否相同，由於我是屬於靠臉吃飯的這種太過工程師學術性的東西我就不糾結了

FIR濾波器長度(T) = 1/頻率精度(F)

沒錯頻率精度除了可以算出機器可處理的頻率下限，也可以用它算出濾波器的長度，以上面96k 1024Tap的機器來算，它的濾波器長度就是

T =1/93.75 = 0.010666(s)

請注意公式求出來的時間單位是秒，但我們所使用的是毫秒，所以

T = 0.10666 * 1000 = 10.66 ms

看到這裡你一定覺得很混怒，不是說好要求延遲時間，怎麼算了個濾波器長度要幹嘛，年青人就是年青人，送你們一句話「前戲要作足，高潮才會有」

得到濾波器的長度之後把它除以2就是FIR的延遲時間了

FIR Latency = 濾波器長度 / 2 =10.66/2 =5.33ms

所以這個5.33ms就是「你用了96k 的機器和1024的抽頭數」所增加的延遲時間

那如果我們是用了48k 的機器和1024的抽頭數呢??

T=1/46.88=0.021331(s)  0.021331 *1000=21.33ms
FIR Latency = 21.33/2=10.66ms

看到了嗎，較高的採樣率與相同的抽頭數相比，只會花「一半」的延遲時間

那如果我們是用了48k 的機器和512的抽頭數呢??

48000/512 = 93.75 ， T =1/93.75 = 0.010666(s) ， T = 0.10666 * 1000 = 10.66 ms
FIR Latency =10.66/2 =5.33ms

看到了吧，96k 1024抽頭的機器與 48k 512抽頭的機器，所造成的延遲是相同的，以我的看法來說現在96k FIR機器的售價在10萬元以下就能擁有，與其在每次優化時被抽頭數量限制住，作的綁手綁腳的倒不如選擇96k的處理器，相較之下比起你在現場還要花心思在那些地方要省抽頭數來的更伐算多了

小孩子才作選擇，我全部都要啦!!!!

Marani LPP480F 軟體升級0.3.8及0.3.9版，功能說明

我是從0.3.6版開始使用的，一直到0.3.8在功能上都有不斷的改進，主要像是時間窗長度的增加，看的出來LPP480F努力進步的態度，但到了0.3.9版時這個進步讓我覺得太神奇了!!

這一次的更新主要有2大功能

1、Impulse Response的Window Lenght時間窗長度增加至40ms(0.3.8版)
2、FIRwizard可匯入Smaart的測量數據(0.3.9版)

我們先來談談Window Lenght的部份，在之前的版本中，Window Lenght的長度是6ms，主要是用來消除測量Impulse Response時所測到的空間反射，其實用消除好像不太準確，用「忽略」好像比較好一點，我們打個比方好了如果你的Impulse Response準出來時在5ms有一個空間的反射，那你可以把Window Lenght縮短至5ms以下，像是縮到4ms就變成忽略了這一個在5ms的空間反射，這樣一來可以提升優化時的精準度

既然Window Lenght原先的功能是在於縮短時間窗，用來消除測量到的空間反射用來減少機器的誤判提升優化的精度，那Window Lenght增加至40ms是要幹什麼呢?

是為了「可以處理更低的低頻」

以之前的版本來說一般我們優化的頻率範圍會落在250Hz以上到10Hz的部份，而現在不但高頻能處理到20kHz，把時間窗拉長40ms還能處理到20幾Hz的低頻，但…我不知道是我對這個功能的理解不夠，還是我並沒有找到正確的用法，基本上我覺得這個功能並沒有那麼「親民」

原因有幾個，在我所會遇到的演出場合中，喇叭箱的樣式不外就是一般的常規箱15、12、10吋的喇叭，另一種就是陣列式的喇叭，但你把時間窗拉到能夠處理上至20kHz下到20幾Hz的低頻，基本上沒有一顆喇叭能夠這樣作，就算有以目前我們常態的作法也是把音源分成2~4音路來作，而不是一顆喇叭包山又包海

在低頻的部份以一般的常規箱而言，大約會從110Hz~50Hz開始滾降，你可以參考我們之前的文章，裡面就有提到幾個牌子的喇叭在低頻時的表現

https://rockmemusical.wordpress.com/000-2/marani-lpp480f-fir%e8%99%95%e7%90%86%e5%99%a8%e6%b8%ac%e8%a9%a6ev-ekx-15%e5%96%87%e5%8f%ad/

所以就我的認知來說喇叭的頻率開始滾降的部份，我就不會再花力氣去作優化，所以假設我的喇叭是從80Hz開始滾降我的Window Lenght最多就是調到13ms，所以多出來的這個27ms對我來說就是用不到的，但要使用到13ms還有一個前提，那就是你測到的數據要非常的漂亮，也就是說在這13ms以內並沒有測到明顯的空間反射，假設你把Window Lenght拉到了13ms能夠處理到80Hz的低頻，但在5ms有一個空間反射，在這樣的條件之下我還是會把Window Lenght縮短至5ms以內去忽略這個空間反射來提高優化的精度為主要目的

姑且不論在Window Lenght 40ms內是否有會造成機器誤判的空間反射，還有讓機器再去處理喇叭低頻開始滾降的部份是否會造成機器更大的負擔，但就我的認知中去處理這滾降的部份是一件徒勞無功的事，畢竟沒有的東西你要硬把它變出來，好像就偏離了「優化」的本質

更新後你可以看到時間窗可以拉到40ms，目前默認在7ms

在上面的Min Max Freq指的是目前要優化的頻率範圍，默認一樣是250Hz到10kHz，但以時間窗來說低頻可處理的範圍是可以更低的

當我們改變了其中一個數值，你會看到左邊Calculate FIR會變成橘色，按下去之後才480才會執行更正後的數值

如果你把時間窗拉長至40ms，你會發現原本是虛線的地方變成了實線，表示它現在可以處理這一些頻段

把Min Freq改成25Hz你會看到480試圖把它拉平，但就像我講的沒有的東西要怎麼弄??

把Max Freq改至20kHz你會發現左圖的Impulse Response呈現一種崩潰的狀態 = =，這是因為我原先所測到的Impulse Response本質上就是有問題的，所以硬要用有問題的數值再把優化的頻段拉到極限，機器就會起肖

這一張就是用比較好的Impulse Response去算的

而這一次的軟體升級我覺得重頭戲是落在「匯入」這個功能中，但表面上聽起來蠻好笑的，LPP480F本身就是標榜一條龍完成FIR優化的機器，現在幹嘛要走回頭路變成用另一個軟體測量，再匯入480完成優化呢?其實在我使用480的過程中，它雖然方便但有時機器還是會有誤判的，而這個誤判卻是你再用Smaart驗証時看不出來的，簡單的說就是你用480的FIRwizard進行測量時，測量的取樣點不對(就是測量Mic的位置放錯啦)，得到的數據有太多的反射聲或是梳狀濾波時，這些東西會造成480在拉平頻率響應曲線時變成誤判，所以你會得到一條平值但聽起來「奇怪」的曲線，像是人聲的尾音會有一個ㄎㄧㄤㄎㄧㄤ的聲音，這個就是取樣點不正確造成機器的誤判。所以經過我長時間多次的失敗我練就了能很快找出正確取樣點的能力了…

所以說穿了只能使用「單點測量」的數據就是FIRwizard的罩門，它讓FIR優化變的又快又方便，但重點就是在於良好的取樣點，但能匯入Smaart之後又會有什麼不同?重點就在於Smaart能把多個測量結果作「平均」，把這個「平均」後的數據包匯入480之後，有助於機器作出正確的判斷，這代表你所作出的FIR是一個空間的頻率響應，而不再只是一個點的頻率響應

簡單的說在0.3.9之前的軟體版本，只單憑一個點的數據去作優化，但如果你在同樣的場地作了10個取樣點，然後去作平均這10個點就能建構起一個「空間」。

要匯入檔案是在一開始的FIR Wizard中下方的Open existing IR

你會發現副檔名多了一個Txt格式

說穿了FIRwizard並不是不好，其實以現在各家的FIR優化過程而言它真的非常棒，但你必需要知道它同時也是一把雙面刃，它還是有它天生的缺點在的，但只要你知道它的問題，並挑選正確的使用方式，當然這個缺點就不會再是問題。不過我相信以目前480在市場上領先的幅度，加上它不斷求新的態度，我猜不久的將來FIRwizard或許會進化到能作多點測量吧

MiniRay喇叭在「GO帶勁演唱會」

12/28號在克緹大樓前廣場的「GO帶勁演唱會」，是我們第一次使用完整的MinirRay演出，之前我們在大稻埕「 萬人一起唱情歌 情人節活動」並沒有使用到21吋的超低音，因為那時還沒有上市，所以當時的MiniRay是以雙14吋的MiniRay-Sub來當作低音，其實已經比一般12吋的超低好很多了，但在聽覺上是聽的到低音不過沒有肉感，其實我覺得這個低音的部份要看場合需求，像是我們之前在「黃子軒與山平快在竹北演藝廳地下室的專場演奏廳」，也有帶上MiniSub-21不過因為場地的因素，我們只是開個若有似無的感覺，去補最低音空下來的那一塊。

但這一次可就不同了，這個室外場可以讓我們火力全開，而且以演出的類型來說，除了有線上的搖滾樂團之外還有饒舌電音，MinirRay到底肚子裡有沒有料，可說是一次見真章的時機了。

我們先來看MiniRay的高、次低、超低喇叭的一些規格

高音：

4 x 5” 纸盆低音 / 2 x 44mm 压缩高音，最大声压级 SPL：Hi 136 dB SPL peak / Lo 130 dB SPL peak，功率（AES）：Hi 80 W Lo 400 W

採用英國原廠Celestion單體

次低音：

雙14單體，最大声压级 SPL：136 dB SPL peak，功率（AES）：1000 W

超低音：

單21吋，频率范围（-10dB）：23 Hz - 130 Hz，最大声压级 SPL：140dBspl
功率（AES）：单元1800W 功放模块：3600W，搭配Powersoft的後級!!!

數量是

高音MiniRay單邊8個，次低MiniRay Sub 單邊4個，超低MiniSub 共4個

演出的藝人有

J.Sheon、熊仔、消防隊 、BCW、宇宙人

以下附上用oppo手機拍攝的影片，連結中還有其他更多的片段



以音樂性來說整場演唱會都是以「饒舌電音」、「搖滾樂團」為主，對於音響系統來說比起一般唱唱卡拉的場合，考驗來的嚴苛許多。因為我常常會遇到朋友問我，這種小陣列的系統能不能作樂團?因為大鼓的關系如果你的系統不夠力的話，遇到樂團往往就扛不住了，不要說音質好不好的問題，使用不當不懂的踩剎車的話喇叭被操壞都有可能，但是當天第一個電音開場時，第一個低音下去我就知道這套系統不簡單，對我來說我有多次用MiniRay作樂團的經驗，但大多都是在室內的場合，但仔細回想在室外空間倒還是第一次，而又前面所提到的「第一個低音」，還真的讓我聽的頭皮發麻


發麻的原因有兩個，一是這個低音又低又沉並且有延展性，跟一些雙18的低音相比一點也不遜色，甚至有過之而無不及，另一個原因就是它的價格，以它的售價跟它發出的音色相比，這個CP值真的是太高太高了，整套系統搬去作一些小型的室外跨年場絕對都是足夠的，接下來電音裡突如其來的大鼓kick與停止時的Breakdown的交替使用，是整個電音或EDM的骨幹，同時也是能量的來源，簡單的來講就是不夠大聲不夠爽，但這種音量起伏落差極大，瞬間的峰值很容易就滿載的音樂類型，對音響系統來說也是一大考驗，回到前面的一句話，扛不扛的住很容易就見高下了，但可怕的是MiniRay扛的簡簡單單、輕輕鬆鬆真的是太不可議了



在帳蓬裡錄的一樣很清楚

當然對於同樣需要大音量、瞬間大動態的搖滾樂團來說，前面的電音MiniRay扛的輕鬆，樂團對它來說當然也是沒有問題的，因為相較於電音來說，樂團的大鼓、貝斯所發出的頻率沒有那麼低沉，而且也不需要那麼長的延展，所以在低音上能作電音的系統，作樂團一定是沒有問題的


站在場地的最後方錄的，整個音樂頻率都很清楚而且也夠大聲

另外還有一個聆聽的重點，也就是人聲跟高音的部份，MiniRay的高音清楚又細緻，是屬於「聽的到細節的高音」，不會像一些大音量的喇叭所發出的高音，讓人覺得刺耳又毛燥，這是MiniRay另一個厲害的地方

https://www.youtube.com/playlist?list=PLVrvGg7AJ8w1ydcC4VsmhrT2hz5c0kRQ9

其他的影片連結

最後你會想說這一套系統會不會很難調整，當天MiniRay吊上去之後我們只有把在倉庫裡所作的FIR參數叫出來使用，另外在高音的部份作了80Hz的Low Cut，而在次低及超低的部份作了80Hz以上的Hi Cut，這樣就是你影片中聽到的聲音了

最後附上EASE Focus運算的資料，對於MiniRay有興趣的朋友或是有意見上的交流都可以私訊我哦

Marani LPP480F FIR優化後的聲音?? 2D變3D、3D變VR??

經過這段時間的研究及實戰，我想FIR優化對於演出時的音響系統有非常大的幫助，而且是一種花費不高但有立竿見影效果。那FIR優化到底能夠對系統作什麼事呢?我最常用的2個地方是

1、優化系統的頻率響應
2、優化系統的相位曲線

頻率響應是什麼?為什麼要優化?

簡單的說頻率響應就是你喇叭的高、中、低頻長什麼樣子?也就是你用測量軟體像是Smaart在Magnitude振幅裡所測到的曲線，那一條曲線就是你喇叭的頻率響應，如果是作樂團我自己個人的作場習慣是將頻響調成是平的，也就是200Hz到10kHz以上是平坦的，因為這是我的基準，其他聲音上的個性我就交給收音的Mic或是樂手去發揮，如果是跳舞的場合我會將低頻往上拉多一點，看當天的場地大約會多9dB或12dB，如果是講話的場合我會將3kHz往上多3dB。

因為我不喜歡我的頻響曲線高高低低的，這樣我會失去我的「基準」

而幫其他的音控老師作優化時，大部份所遇到的老師(其實也沒遇過幾個…)都會先讓我調成平的，沒有意見的老師我也是先給他平的，然後聽過之後再依老師的需求作調整

忘了喇叭的型號…紫紅是優化前土黃是優化後，很明顯的頻響都變平了

相位曲線是什麼?為什麼要優化?

我想大家都知道每一隻喇叭都有它自己的相位曲線，當兩隻喇叭一起發出聲音時，再好的喇叭也都會有相位上的差異，只是好的喇叭相位差的比較小，不好的喇叭相位差的比較大，相位的差異會造成什麼問題呢?完整對好的相位會讓能量疊加6dB，而沒有對好的相位會造成頻率上的折損，簡單的說在某一個相同的頻率點上，兩隻喇叭的相位如果差到180度，會造成這個頻率完全不見，事實上每隻喇叭都還是有發出這個頻率的，只是湊在一起變成抵消然後就不見了

所以相位曲線的優化就是「把你失去的找回來!!!」
以上提到的兩點

優化系統的頻率響應 - 簡單的說是把系統的頻率響應拉成音控師想要的，或是適合當天演出類型的曲線，過往的作法可能是用PEQ在主喇叭上拉一拉，但這個動作會造成相位偏移，所以FIR的優化是可以作到動頻響時不動到相位的

優化系統的相位曲線 - 其實也就是讓你的系統能夠百分之百發揮實力的步驟，不會再因為相位上的差異而造成音量或是頻率上的損失，對齊了甚至還能有開外掛多加6dB的效果，你可以去算一下在一套系統中如果要增加6dB的音量需要再加多少的器材才能達成，這種事根本就像志玲(換一個，她嫁人了)…不!!應該說天上掉下來一個雞排妹一樣的好康呀

同一個場地的四組喇叭，各自有著不同的相位…音場應該會像藍色豬豬網一樣亂吧

這是FIR優化後的喇叭四兄弟，不是我用小畫家畫的哦

不過FIR優化還有一個很棒又很玄的功能，那就是減少空間裡的反射音!!!我不知道其他廠牌的機器是不是有相同的功能，不過我所使用的Marani LPP480F的確是有這樣的功能，在它的原廠說明書裡就有提到，「Marani LPP480F裡的軟體FIR Wizard能夠消除IR中的空間反射因素，但不會造成直接訊號的折損，這種技術等於創建了一個虛擬的無聲室」，這個功能在室內的音場個人覺得非常好用，因為反射音會變少對於台上樂器在聽覺裡的定位，會變得很明顯簡單的說會變的很「立體」啦，有一種2D變3D、3D變VR的效果~~啊嘶~~

小姐你幹嘛伸舌頭!!!!!

綜合以上幾個FIR優化對於「頻率響應」、「相位曲線」和「消除空間反射因素」的幾大功能，在聽覺上的變化個人覺得是：

1、聲音變的清晰、貼臉：我覺得是因為反射音變的「比較少」，所以聲音會變的很直接，我覺得好處就是在控的時候聲音輕輕推就會出來了，各頻段也變的比較立體不會糊

2、整體感覺高頻會變多??這也是我遇到很多的音控老師(其實也沒遇過幾個…)第一個反應，他們都會問是不是加了高頻，其實是完全沒有加的，在有些系統還是往下拉掉的，那為什麼會覺得聲音變亮高頻變多，我覺得是因為相位對齊了，FIR只是幫你把原來聽不見的拿出來而以，就像你的喇叭原來是E Cup，可是因為相位的問題讓你一直覺得他是A Cup(請原諒小弟，不下流我就不知怎麼寫)，另一點有可能是反射音減少的因素。

真的沒偷加高音，5k以上反而是往下拉的，而2.5k則是往上拉平

3、主喇叭、前置喇叭一家親，沒有FIR優化之前我從場地的左邊走回右邊，聽覺上你會很清楚的感覺到，這是主喇叭發出來的，這是前置喇叭發出來的這種感覺，但都作完FIR優化之後你會發現「音場變成一整片」，從左走到右聽覺上會變成「一個音場」而不是各自的音場，所以老實說我也很少在偏軸測試啦~~一個是趕時間另一個就是聽完覺得很滿意然後就懶了

以上純屬小弟的個人感覺大家參考參考