SoudForgeによる位相合わせ

・基本操作方法

 図1がSoundForgeの操作画面です。この図は10msecの長さで612Hzのサイン波を創生し(「Tool」−「Synthesis」-「Simple」)、単発サイン波に仕上げようとしているところです。

  図1

(画像クリックで拡大

 このソフトでは波形のコピー/貼り付け作業が文字の場合と同じ感覚で行えます。「選択」は波形の対象部をドラッグして行います。画面の上部で行うとLeftチャンネル、中央では両方、下部ではRightチャンネルがそれぞれ選択できます。

 波形編集独特の機能として「Mixペースト」があります。これで波形の合成が行えます。この機能を使うと、ホーン位置を仮想的に動かした場合のシミュレーション合成波形を得ることができます。なお、カットやペーストでは時間軸そのものを増減します。Mixは時間軸には影響を与えず、上書きになります。

 Mix貼り付けではどのチャンネルに貼り付けるかが選択できます。
             → 選択画面表示

 波形を少しだけ移動させたい場合、コピー/Mixを使いますが、元の波形と重なる場合は、コピー直後に元の波形をMuteしてから、Mix貼り付けをします。また、図4のように原信号からの遅れを比較対照するためにMix貼り付けを行う場合は、基準位置からの遅れ部(空白部)を含めてコピーします。遅れ時間が大事な情報になります。

 時間軸上でカーソルを微細に動かす場合は矢印キーを使うと便利です。

 横軸、縦軸共に拡大縮小が可能ですから必要に応じて使用します。(1:1が原寸、1:2が1/2倍)

 適宜グラフ上に縦線マークを入れることができます(“M”キーを押します)。

 「Undo」ができますから、操作を間違ったら取り消せます。

 時間軸の単位は「Samples」と「Time」が選択できます。Samplesはサンプリング周波数48kHzで収録した場合の個々のデータを意味します。1:1表示の場合、画面上の1画素がサンプリングデータ1個を表示します。48000の位置で丁度1秒に相当します。5kHz 近辺から時間分解能の荒さが目立ち始め、十分な波形観測はできません。
 Timeにすると通常の○○分○○秒○○○で表示されます。

 なお、操作画面のメニューは英文になっていますが、取り扱い説明書は日本語です。

 

・測定方法

 測定方法を図2に示します。パソコンと録音機が必要です。パソコンから測定信号を発し録音機で再生波形を記録します。記録した波形をオフラインでパソコンに取り込んで解析します。図ではパソコンを2台使用していますが、1台で兼用できます。録音機はDATに限らず、MDやカセットテープも使えます。

     図2

 図1の単発サイン波をパソコンから発信します。録音機の左チャンネルに原信号を、右チャンネルに再生波形を記録するように接続し、音量バランスをとります。なお、単発サイン波は2〜10msec程度の長さのsine波を創生し、1波の長さに切り取ります。同様の手法で任意の波数のトーンバースト波も創れます。必要に応じ、複数のテスト信号を0.5秒程度の間隔でタイムライン上に並べてやると、1回の操作で複数の波形観測ができ、作業能率が上がります。

 マイクの位置はスピーカから1.5m程度がいいでしょう。マイクの高さは二つのスピーカの中間位置にします。ここで通常の再生音、低域だけの再生音、高域だけの再生音の3種類の波形を続けて録音します。録音結果をパソコンに取り込みます。ディジタル入力が可能なら、ディジタルで取り込みます。取り込みにはSounForgeを使います。サンプリグ周波数48kHz、16ビットで行います。
 図3が通常の再生音の波形です。比較のために原信号をコピーして、観測波形と並べています。観測波形をよくみると、途中に段差があり、位相調整に問題があることがわかります。

   図3

 ここで、低域だけの再生音と高域だけの再生音を、比較検証できるように、波形編集してみます。高域の波形を原信号の頭の位置からコピーし、低域の波形の原信号位置にタイミングを合わせて、左チャンネル側に貼り付けます。こうして図4が得られます。両波形の時間遅れの状況が一目でわかります。時間軸の設定単位をsamplesに設定しておくと、時間軸の目盛差から距離がわかります。1目盛りは距離に換算すると340m/48000=7mmとなります。

   図4

 二つのスピーカがコーンスピーカであれば、時間差が0になるように距離計算をし、高域側のスピーカーを移動させて位相調整は終りです。
 もう少し厳密に行なう場合は、マイクの高さを高低両スピーカの各正面にセットして、高域だけの特性、低域だけの特性を記録します。このときマイクの前後位置を一致させる必要があります。錘を付けた糸を垂らして鉛直線を作り、この糸にマイクの位置を合わせます。ホーンスピーカーの場合は、必ず鉛直線を作って波形を記録してください。

 高域側がホーンスピーカである場合は、位置調整が難しくなります。これは私のホーンスピーカでの話なので、すべてのホーンスピーカに当てはまるかはわかりませんが、ホーンスピーカは位相歪が発生するため、コーンスピーカーのように単純には調整できません。この歪に対する補正方法は現在確立されていません。以下は私の判断で自分のシステムに適用した方法です。

 私のスピーカーでの歪の実態を紹介します。先ずCR1段のチャンネルディバイダの特性を理解しておく必要があります。図5がその出力特性です。高域側はコンデンサーを経由するため位相が90度進みコサイン波になりますが、立ち上がり時に過渡現象が発生し、振幅が減少しています。低域も立ち上がりは過渡現象の影響を受けています。

  図5

 図6は低域のアンプの出力端の波形と、スピーカーの再生波形を比較したものです。立ち上がりがやや鈍くなっていますが、ほぼ原信号に忠実です。

   図6

 図7は高域側の比較波形です。随分違っています。

   図7

 図8はチャンネルディバイダを通さずに、直接パワーアンプにトーンバーストを入れた時の、ホーンの再生波形です。位相が進んでいるのがわかります。これでは単純に音源位置を合わせただけでは位相合わせができないことがわかります。

   図8

 再生波形の位相を時間軸上で遅らせてみると、図9になります。第2波以降は位相がよく合っています。この時の位相調整分の遅れThを、ホーン位置をずらせることで調整します。すなわち、低域の信号に対して、Thだけ高域側が遅れて再生されるようにホーンの位置を決めます。

   図9

 図4ではホーンの位置が39samples遅れています。距離にして約28cmです。図9でのThは24samplesです。この結果ホーンを15samples(106mm)だけ前に寄せればいいことになります。この時の合成波形をシミュレーションで求めてみます。図10の下側の波形が合成後の波形で、無限遠ではこのような波形になるはずです。

   図10

 ホーンの位置を移動させて、最終的にリスニングポジションで測定した波形が図11です。図10とよく似ています。(振幅の違いは録音時の音量調整による違いです。)

   図11

 トーンバースト信号で測定した波形が図12です。途中から室内反射波の影響で波形が変形していますが、ほぼ原信号に忠実です。

   図12

 

 以上が波形を捕らえた位相調整です。ホーンスピーカーでは位相歪が発生するために、正確な位相調整は無理です。しかし、今回行った方法で、再生音が見違えるように向上しました。これまで隠れていた音場情報が一斉に飛び出してきて、生演奏さながらの感動を味わえるようになりました。ホーンスピーカを無造作に置いておられる方は、是非位相調整に挑戦してみてください。
 尚、私の場合、ホーンを前に寄せると空中に飛び出してしまうので、ボックスの上に板を貼り付けて、高飛び込みの飛び込み台のようなものを作り対応しました。

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