การคาดคะเนระบบเสียง (Prediction)

การคาดคะเนระบบเสียง เป็นรากฐานสำคัญของกระบวนการออกแบบ ส่วนการวัดผลเป็นรากฐานของกระบวนการเพิ่มประสิทธิภาพ ในฐานะนักออกแบบระบบเสียง บทบาทคือการคาดคะเนประสิทธิภาพของระบบ เพื่อสร้างความเป็นไปได้สูงสุดสำหรับความสำเร็จ

ในส่วนการเพิ่มประสิทธิภาพ ต้องดำเนินการกับข้อมูลที่วัดได้ และแก้ไขปรับปรุงตามที่จำเป็น สิ่งนี้อาจพิสูจน์หรือหักล้างการคาดคะเนได้ ความน่าเชื่อถือในฐานะนักออกแบบจะขึ้นอยู่กับว่า ระบบที่จัดตำแหน่งนั้น ตรงตามความต้องการมากน้อยเพียงใด

หากขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพประสบความสำเร็จ และมีการปรับแต่งเพียงเล็กน้อย หมายความว่าการคาดคะเนมีความน่าเชื่อถือ หากการเพิ่มประสิทธิภาพล้มเหลว หรือต้องมีการเปลี่ยนแปลงที่มีค่าใช้จ่ายสูง และใช้เวลานาน ความน่าเชื่อถือในฐานะนักออกแบบก็จะน้อยลง

ข้อมูลที่ใช้ในการคาดคะเนมาจากไหน ? ทฤษฎีพื้นฐานเรื่องเสียงจะได้รับการทดสอบ หากพื้นที่วัดได้ไม่ตรงกับการคาดคะเน การค้นหาเงื่อนไขต่าง ๆ จึงเกิดขึ้น ทำให้กระบวนการคาดการณ์ของผู้เรียนได้รับการยกระดับ ผลักดันการคาดคะเนไปสู่ระดับที่สูงขึ้น นี่เป็นวัฏจักรของการค้นพบอย่างต่อเนื่อง

บทเรียนสามารถเรียนรู้ได้ก็ต่อเมื่อ ต้องมีซอฟต์แวร์สำหรับการคาดคะเน เครื่องมือสำหรับการวัดผล หรีอเครื่องวิเคราะห์เสียง เพื่ออธิบายถึงเสียง สัมผัส และทำให้เหมือนกับว่าเสียงมีรูปร่างอยู่จริง (เห็นด้วยตา)

การคาดคะเนของระบบเสียง เกี่ยวข้องกับการตอบสนอง 4 ประการ

• ลักษณะการส่งสัญญาณเสียงของลำโพงในพื้นที่ Free Field
• ผลกระทบจากตัวกลางในการส่งสัญญาณเสียง (อากาศ)
• ผลรวมของลำโพงหลายใบ
• ผลรวมของห้องและลำโพง

ไม่ว่าจะใช้โปรแกรมใดในการออกแบบ กระบวนการโดยพื้นฐานแล้วจะเหมือนกัน “ถึงเวลาแล้วที่จะก้าวข้ามสิ่งที่เป็นนามธรรม และนำหลักการเหล่านี้ไปประยุกต์ใช้จริง”

การวาดแบบภาพ

สถานที่สำหรับการติดตั้งถาวร จะเป็นโครงสร้างรูปแบบเดียว การออกแบบระบบสามารถติดตั้งเข้ากับรูปทรงของสถานที่ได้อย่างแม่นยำ แต่สำหรับงาน Touring สถานที่มีการปรับเปลี่ยนอยู่ตลอด อาจเป็นโรงละคร สนามกีฬา อัฒจันทร์กลางแจ้ง หรืออื่น ๆ การออกแบบระบบ Touring จะต้องมีความยืดหยุ่น สามารถรองรับความแตกต่างของรูปร่างสถานที่จัดงาน ไม่ว่าในกรณีใดก็ตาม จำเป็นที่จะต้องวาด ทำเอกสารเกี่ยวกับรูปร่าง และขนาดของห้องอยู่เสมอ

ประเภทการวาดภาพ 2 มิติ

การออกแบบภาพวาด 2 มิติ เป็นบรรทัดฐานขั้นพื้นฐาน สำหรับการคาดคะเนออกแบบระบบเสียง โดยถูกแบ่งออกเป็น

• มุมมองแบบ Plan คือ แผนผังที่มองเห็นจากด้านบน หากมีพื้นต่างระดับ ลาดเอียง หรือความสูงต่างกัน จะมีการทำเครื่องหมายไว้ ข้อมูลนี้จะใช้ในการคาดคะเน ข้อกำหนดในการครอบคลุมพื้นที่เสียงในแนวนอน
• มุมมองตามยาว Longitudinal คือ ภาพจำลองแนวตั้ง การตกแต่งภายในตามความยาวห้อง แบบวาดนี้ใช้เพื่อคาดคะเน การครอบคลุมเสียงในแนวตั้งสำหรับลำโพง ที่มีการวางแนวจากด้านหน้าไปด้านหลัง (หรือจากด้านหลังไปด้านหน้า)
• มุมมองภาพ (Cross)-Section คือ จะเน้นไปที่การดูด้านหน้า (หรือด้านหลัง) สิ่งนี้จะถูกใช้เพื่อคาดคะเน การครอบคลุมเสียงในแนวตั้ง สำหรับลำโพงที่วางจากด้านหนึ่งไปอีกด้านหนึ่ง

ประเภทการวาดภาพ 3 มิติ

ห้องยังสามารถแสดงในรูปแบบภาพวาด 3 มิติ ข้อดีนั้นค่อนข้างชัดเจน เพราะเพิ่มหลายมุมมองที่ให้ความชัดเจนได้ดีขึ้น มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับพื้นผิวที่ซับซ้อน ที่สำคัญคือ ดูเจ๋งกว่าการวาดภาพ 2 มิติเป็นล้านเท่า

แต่ข้อเสียที่ใหญ่ที่สุดคือ การใช้งานโปรแกรมสำหรับวาดภาพ 3 มิติ ไม่ใช่เรื่องง่าย ส่วนการจ้างผู้ปฏิบัติงานที่มีทักษะ ต้องใช้เวลานาน และมีค่าใช้จ่ายที่สูง สิ่งนี้ทำให้ภาพวาด 3 มิติ หลุดออกจากขอบเขตงบประมาณสำหรับนักออกแบบระบบเสียง และลูกค้าจำนวนมาก ด้วยเหตุผลเหล่านี้ จะจำกัดการสนทนาไว้ที่ภาพวาด 2 มิติเท่านั้น

ภาพวาด 2 มิติในโลก 3 มิติ

พิจารณาช่องโหว่ของภาพวาด 2 มิติ มุมมอง 2 มิติประกอบด้วยแนวตั้งและแนวนอน ช่องโหว่ของมุมมองนี้เกิดขึ้น เมื่อมีความกังวลเกี่ยวกับการตอบสนองของลำโพง ที่แผ่ออกไปในมุมอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ระนาบเหล่านั้น ซึ่งเสียงไม่ได้แผ่ออกไปด้านนอกเป็นรูปจานแบน ๆ แต่แผ่ออกเป็นทรงกลม ดังนั้นการกระจายเสียงจึงเกิดขึ้นที่ทุกระนาบ ไม่ใช่แค่ 2 ระนาบที่เลือก

อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้ทำให้มุมมอง 2 มิติไร้ประโยชน์ ปัจจัยข้อผิดพลาดที่คาดคะแนได้เกิดขึ้น และสามารถชดเชยได้อย่างแม่นยำ ซึ่งมีระนาบ 2 ระนาบที่ต้องพิจารณา คือ ระนาบการแพร่กระจายเสียงของลำโพง (Speaker Propagation Plane) และระนาบของการวาด (Drawing Plane) ปัจจัยข้อผิดพลาดจะต่ำที่สุด เมื่อระนาบทั้ง 2 ตรงกัน และจะเพิ่มขึ้นตามลำดับเมื่อระนาบต่างกัน

ตัวอย่าง ติดลำโพงเพดานวางไว้กลางอาคาร

เมื่อดูใน Cross-Section ระนาบการแพร่กระจายเสียงของลำโพง จะตรงกับระนาบการวาด ระนาบการแพร่กระจายเสียงของลำโพง ถึงพื้นในตำแหน่งใด ๆ สามารถพบได้โดยไม่มีข้อผิดพลาด และมีความดันเสียงที่สม่ำเสมอ

เมื่อดูใน Plan ระนาบการแพร่กระจายเสียงของลำโพง จะไม่ตรงกับระนาบการวาด (Drawing Plane)

ส่วนใน Longitudinal ระนาบการแพร่กระจายเสียงของลำโพง จะไม่ตรงกับระนาบการวาด (Drawing Plane) เช่นกัน

ผลของการแพร่กระจายที่ไม่ตรงกันของแนวนอนคือเพดาน และตำแหน่งแนวตั้ง ทำให้ระดับความดันเสียงบนพื้น แตกต่างกันเป็นอย่างมาก

Scale

ต้องการอะไรจากภาพวาดเหล่านี้ เพื่อการคาดคะเนที่แม่นยำ สิ่งแรกและสำคัญที่สุด ขนาด ระยะทางต้องแสดงตามความเป็นจริง รูปร่างโดยรวมของห้องต้องได้สัดส่วนอย่างถูกต้อง เนื่องจากจะเป็นปัจจัยชี้ขาดสำหรับตำแหน่งลำโพง ประเภทลำโพง และรูปแบบการครอบคลุมเสียง

โปรแกรมสร้างแบบจำลองอะคูสติก

โปรแกรมการสร้างแบบจำลองอะคูสติก พยายามให้ข้อมูลล่วงหน้าเกี่ยวกับประสิทธิภาพของลำโพงในพื้นที่ต่าง ๆ การสร้างแบบจำลองขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์ ประสิทธิภาพที่วัดได้ของลำโพง การส่งเสียงผ่านอากาศ และคุณสมบัติการสะท้อนของวัสดุก่อสร้าง สิ่งเหล่านั้นจะถูกป้อนเข้าสู่เครื่องมือทางคณิตศาสตร์ สำหรับจำลองการทำงานร่วมกันของลำโพงในพื้นที่

ไฟล์ข้อมูลลำโพง (Speaker Data Files)

การสร้างแบบจำลองอะคูสติกเริ่มต้นด้วยไฟล์ข้อมูล พารามิเตอร์ประสิทธิภาพของลำโพงนั้น ๆ ซึ่งถูกรวบรวมไว้ในตารางค่าต่าง ๆ ที่ได้รับการวัดเสียงในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากแสงสะท้อน เช่น ห้องที่ไม่มีเสียงสะท้อน (Anechoic Chamber) จากข้อมูลหลักนี้ การถ่ายทอดเสียง Direct Sound ของลำโพง จะถูกจำลองในพื้นที่ Free Field แสดงออกมาในรูปแบบการครอบคลุมของแต่ละความถี่ และระดับความดันของเสียงตามระยะทาง เป็นคุณสมบัติที่สามารถสังเกตได้

ความละเอียด

พารามิเตอร์หลักในการสร้างไฟล์ข้อมูลลำโพง และประมวลผลการคาดคะเน จะมีความละเอียดด้วยกัน 2 รูปแบบ ได้แก่ ความถี่และเชิงมุม

ความละเอียดของความถี่

รูปร่างนี้เป็นการแสดงความดันเสียงทั่วไป แยกตามสี โดยแต่ละพล็อตแสดงถึงช่วงความถี่ โดย Octave ที่สูงจะแสดงความละเอียดที่มาก

ตัวอย่าง ปัญหาเกี่ยวกับความละเอียดของความถี่ ที่เกี่ยวข้องกับลักษณะของลำโพงมุมกระจายเสียงกว้าง จะแสดงความแตกต่างเพียงเล็กน้อย ระหว่างข้อมูลที่มีความละเอียดต่ำและสูง ส่วนลำโพงมุมกระจายเสียงแคบ กลับแสดงความแตกต่างอย่างมากในรายละเอียด

เมื่อเกิดการรวมของเสียง จากลำโพงที่มากขึ้น ข้อมูลที่มีความละเอียดต่ำจะดูราบรื่นกว่าความละเอียดสูง

ความละเอียดเชิงมุม

ข้อมูลเชิงรูปร่างการกระจายเสียง มุมองศาคือความละเอียดเชิงมุม แหล่งข้อมูลสำหรับโปรแกรม ได้มาจากการวัดอุปกรณ์ที่มีความละเอียด เพื่อความถูกต้องของการแสดงเชิงมุมของข้อมูล

ตัวอย่าง ลำโพงมุมกระจายเสียงที่แคบ มีอัตราการเปลี่ยนแปลงสูงในพื้นที่เชิงมุมขนาดเล็ก ลำโพงคุณภาพสูงต้องการความละเอียดเชิงมุมสูง เพื่อการแสดงลักษณะที่แม่นยำ

ข้อมูลที่มีความละเอียดต่ำ ไม่ว่าจะเป็นเชิงมุมหรือความถี่ จะลดคุณภาพการตรวจสอบในการคาดคะเน

การตอบสนองเฟส

ถ้าไม่มีเรื่องเฟส การตอบสนองของลำโพงใบเดียว หรือหลายใบก็ตาม จะสามารถดูได้โดยไม่มีความเสี่ยงที่สำคัญ แต่ในความเป็นจริงย่อมไม่ใช่เช่นนั้น ลักษณะเฉพาะของการสรุป โดยไม่มีข้อมูลทางเฟสเป็นสิ่งที่ไม่น่าเชื่อถือ

คุณสมบัติการส่งสัญญาณเสียง (Acoustic Transmission Properties)

ในคุณสมบัติการส่งสัญญาณเสียง สามารถอ่านเพิ่มเติมอย่างละเอียดได้ที่ สารบัญเสียง ทฤษฎีเสียงเบื้องต้น ส่วนในบทความนี้จะสะท้อนเพียงในบางมุมมองเท่านั้น

การส่งสัญญาณเสียงโดยตรง (Direct Sound Transmission)

การส่งสัญญาณเสียง Direct Sound จะถือว่ามีอัตราการสูญเสียใน Free-field มาตรฐานที่ -6 dB เมื่อระยะห่างจากแหล่งกำเนิดเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า โปรแกรมส่วนใหญ่ถือว่าการสูญเสียการส่งสัญญาณเสียงมีความสม่ำเสมอในทุกความถี่ แม้จะรู้ว่าสิ่งนี้ไม่เคยเกิดขึ้นก็ตาม เนื่องจาก การดูดซับเสียง HF ของอากาศ

เพื่อที่จะชดเชยการตอบสนองความถี่ที่เปลี่ยนแปลงตามระยะทางได้อย่างแม่นยำ จะต้องมีข้อมูลเกี่ยวกับอุณหภูมิ และความชื้นในอากาศ บางโปรแกรมออกแบบให้ผู้ใช้สามารถปรับแต่งในส่วนนี้ได้

แม้ว่าการชดเชยดังกล่าวจะมีความแม่นยำทางคณิตศาสตร์ที่สมบูรณ์แบบ แต่ก็ยังมีการใช้งานจริงอย่างจำกัด สำหรับการใช้งานภายในอาคาร สามารถใช้ “อุณหภูมิห้อง” และความชื้นมาตรฐานที่กำหนดได้ แต่ก็ไม่สามารถรับประกันได้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเกิดขึ้น

สำหรับการใช้งานกลางแจ้ง สถานการณ์ไม่หยุดนิ่ง อุตุนิยมวิทยาไม่สามารถทำนายสภาพอากาศได้อย่างแม่นยำ ดังนั้นจึงไม่สมจริงที่จะพยายามนำสิ่งเหล่านี้ มาประกอบการตัดสินใจในการออกแบบ นอกเหนือจากเงื่อนไขมาตรฐานที่กำหนด

เส้นทางรังสีเสียง

รังสีเสียงหมายถึง เส้นที่แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของหน้าคลื่น และตั้งฉากกับหน้าคลื่นเสมอ โดยทั่วไปแล้วเส้นทางของการแพร่กระจายเสียง จะคำนวณด้วยวิธีการติดตามรังสีเสียง

ในพื้นที่ free-field เสียงจะดังกระจายไปรอบ ๆ และลดระดับลงเรื่อย ๆ ค่าระดับความดันสัมพัทธ์สำหรับแต่ละความถี่เสียง จะถูกปรับเพื่อเลียนแบบรูปร่างหรือรูปแบบการครอบคลุมของลำโพงนั้น ๆ

หากรังสีตกกระทบพื้นผิว รังสีจะสะท้อนที่มุมตกกระทบ เสียง Direct Sound และเสียงสะท้อนจากลำโพงจะตัดกันที่จุดใดจุดหนึ่ง นี่คือการประมาณโดยทั่วไปของคุณสมบัติการส่งผ่าน และ การรวมของคลื่นเสียง ที่มีอยู่ในโปรแกรมการสร้างแบบจำลอง

ตัวอย่าง เสียงที่ไม่มีการสะท้อน ความถี่ที่ได้จะไม่มีการเสริมและหักล้าง ซึ่งแตกต่างจากเสียงที่รวมเข้ากับเสียงสะท้อน สิ่งนี้เรียกว่าการเกิด Comb Filters

ตัวอย่าง การเปรียบเทียบแบบจำลองการแพร่กระจาย กับการตอบสนองที่วัดได้ในความละเอียดสูง จากรูป การโต้ตอบของลำโพงด้านบนมีเปอร์เซ็นต์การทับซ้อนกันต่ำ เกิดเป็น Comb Filters ที่ความถี่เสียงต่ำ แม้ตู้ลำโพงหลายรุ่นจะมีการควบคุมเสียงสูงได้ดี แต่เป็นการยากที่จะควบคุมเสียงต่ำ การกวนกันของเสียงต่ำจึงเกิดขึ้นในตัวอย่างนี้ ด้วยระยะทางที่ต่างกัน

ส่วนการโต้ตอบของลำโพงด้านล่างที่มีเปอร์เซ็นต์การทับซ้อนกันสูง เกิดเป็น Comb Filters ที่ความถี่เสียงต่ำ และความถี่สูง

วิธีการดังกล่าวเพียงพอสำหรับที่จะได้รับข้อมูลการคาดคะเนจำนวนมหาศาล เกี่ยวกับประสิทธิภาพที่เป็นไปได้ของระบบ และเพิ่มโอกาสอย่างมากที่จะประสบความสำเร็จ ในระหว่างขั้นตอนสุดท้ายนั้น การตอบสนองของระบบจะถูกวัด และหวังว่าผลลัพธ์จะคล้ายกับแบบจำลองการคาดคะเนในพารามิเตอร์ที่สำคัญที่สุด

เราไม่สามารถวางใจได้ว่า แบบจำลองจะสมบูรณ์แบบ อย่างไรก็ตาม จะมีประโยชน์หากระลึกไว้เสมอว่า ควรคาดหวังผลลัพธ์ให้ตรงกับการคาดคะเน

เพื่อให้ตรงประเด็น ต้องพิจารณาผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศ แม้ว่าโปรแกรมการคาดคะเนเหล่านี้ จะสามารถคำนึงถึงผลกระทบเหล่านี้ได้ แต่ก็ไม่สามารถทำนายสภาพอากาศได้ การติดตามอย่างต่อเนื่อง และการชดเชยผลกระทบที่เกี่ยวข้องกับสภาพอากาศจะต้องมีการตรวจสอบ

การหักเหของเสียง

คุณสมบัติ การหักเหของเสียง  คือ การเปลี่ยนแปลงในทิศทางการเดินทางของเสียง เนื่องจากความแตกต่างในความเร็วของการแพร่กระจาย ระหว่างตัวกลาง เป็นความท้าทายที่ยากเป็นพิเศษ สำหรับการสร้างแบบจำลองอะคูสติก

ในแง่ปฏิบัตินี้ การหักเหของเสียงจะเป็นผลกระทบที่สำคัญในการใช้งานกลางแจ้งขนาดใหญ่เท่านั้น ชั้นความร้อนในบรรยากาศสามารถทำให้เสียงเกิดการโค้งงอขึ้น (อากาศเย็นเหนืออากาศอุ่น) หรืองอลง (อากาศอุ่นเหนืออากาศเย็น)

สภาพลมยังสามารถทำให้เกิดเอฟเฟกต์การหักเหของเสียงที่ผันแปรสูง ซึ่งทำให้เสียงเปลี่ยนไปตามช่วงเวลา เมื่อรวมเข้ากับการสะท้อนจากพื้น

ผลกระทบจะเห็นได้ชัดเจนเมื่อใช้ลำโพงคู่ โดยเฉพาะลำโพงที่มีการซ้อนทับกันสูง การหักเหของเสียงจะทำการเปลี่ยนแนวเชิงมุมระหว่างตำแหน่งการฟัง และคลัสเตอร์ลำโพง ผลที่ได้คือการเกิด Comb-Filters จากผลรวม การคาดการณ์สภาพอากาศ อยู่นอกเหนือความสามารถของแบบจำลองการคาดคะเน และจะต้องจัดการกับสิ่งนี้ในฐานะปัญหาในการปฏิบัติงาน

การกระจายของเสียง

การกระจายของเสียง สำหรับพื้นผิวที่จะสะท้อนความถี่ทั้งหมดได้อย่างสมบูรณ์เท่า ๆ กัน จะต้องใหญ่พอกับความถี่ที่ต่ำที่สุด ซึ่งจะสะท้อนออกมาเหมือนกระจก พื้นผิวที่ซับซ้อนจะสะท้อนเสียงในลักษณะที่กระจายเสียงไปในทิศทางต่าง ๆ การสะท้อนประเภทนี้เรียกว่าการกระจาย และแตกต่างจากแบบจำลองประเภทการติดตามรังสีแบบธรรมดา

พื้นผิวที่ยกขึ้นลง มีขนาดและมุมต่าง ๆ กัน จะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของคลื่นเสียง เนื่องจากคลื่นเสียงมีความยาวคลื่นต่างกัน ระดับความสูงที่แตกต่างกันจึงมีผลต่างกันไปตามความถี่

ตัวอย่าง พื้นผิวที่มีการกระจาย คือชุดของรูปปั้นตามผนังด้านข้างของ Boston Symphony Hall รูปปั้นเหล่านี้สะท้อนเสียงในทิศทางต่าง ๆ และเปลี่ยนความถี่ พื้นผิวกระจายเสียงเชิงวิศวกรรมมีจำหน่ายทั่วไป ซึ่งได้รับการออกแบบเพื่อพยายามจะสร้างการสะท้อนที่ไม่สม่ำเสมอ

พื้นผิวการกระจายนั้นมีความซับซ้อนอย่างมากในการสร้างแบบจำลอง และแตกต่างกันในทุกความถี่ ควรเตรียมพร้อมที่จะเผชิญกับสิ่งเหล่านี้ เมื่อวัดค่าในสถานที่จริง แทนที่จะพึ่งพาลักษณะเฉพาะที่แม่นยำในการคาดคะเน

ตัวอย่าง การเปรียบเทียบแบบจำลองการคาดคะเนอย่างง่ายด้วยรังสี การสะท้อนที่ไม่มีพื้นผิวที่ดูดซับด้านบน เกิดเป็น Comb Filters ที่รุนแรง ด้วยพลังงานของเสียงสะท้อนที่มีความเข้มสูง สร้างปัญหาเมื่อเกิดการรวมกันของเสียง ณ จุดรับฟัง

การสะท้อนที่มีพื้นผิวที่ดูดซับตรงกลาง เกิดผลกระทบ Comb Filters ที่มีน้อยกว่าโดยเฉพาะความถี่สูง แต่เป็นที่น่าเสียดายที่ความถี่ต่ำไม่สามารถลดพลังงานได้ด้วยวิธีนี้ และการสะท้อนด้านล่างที่ใช้พื้นผิวแบบกระจายเสียง

การเลี้ยวเบนของเสียง

ปกติคลื่นเสียงจะเคลื่อนที่เป็นเส้นตรง รังสีเสียงจะหมายถึง เส้นที่แสดงทิศทางการเคลื่อนที่ของหน้าคลื่น และตั้งฉากกับหน้าคลื่นเสมอ เมื่อมีสิ่งกีดขวาง หรืออุปสรรคอาจทำให้เสียงเปลี่ยนทิศทางได้ กลไกการเปลี่ยนแปลงของทิศทางนี้เรียกว่า การเลี้ยวเบนของเสียง

ยกตัวอย่างเช่น ถ้ามีกำแพงอิฐสูงสองเมตรกั้นระหว่างผู้พูดและผู้ฟัง จะสามารถสนทนาต่อไปได้โดยไม่ยากเกินไป การเลี้ยวเบนเสียงที่ขอบด้านบนของกำแพง ทำให้ยังได้ยินเสียงซึ่งกันและกัน แต่คุณภาพเสียงย่อมแตกต่างไปจากปรกติ ตามเงื่อนไขของความยาวคลื่น

เรโซแนนซ์ในพื้นที่ปิด

เรโซแนนซ์ในพื้นที่ปิด เสียงในพื้นที่ปิด มีพฤติกรรมแตกต่างจากในพื้นที่โล่ง เพราะในพื้นที่ปิดส่วนใหญ่ เสียงจากแหล่งกำเนิด จะรวมเข้ากับเสียงสะท้อนจากพื้นผิว เช่น ผนัง พื้น และเพดาน ระดับความดันเสียง ความถี่เรโซแนนซ์ จะแปรผันตามมิติของพื้นที่ปิดล้อม

ห้องส่วนใหญ่เป็นพื้นที่ปิด เปรียบเสมือนภาชนะบรรจุอากาศ ด้วยเหตุนี้จึงเกิดเรโซแนนซ์ขึ้นได้ ทำให้ความถี่ในบางพื้นที่ ให้พลังงานสูง และต่ำได้ด้วยเช่นกัน ซึ่งการกระจายพลังงานที่ซับซ้อนนี้ มีอยู่ทั่วพื้นที่ ผลกระทบของเรโซแนนซ์จะเป็นสิ่งที่ท้าทายมากสำหรับ การคาดคะเนระบบเสียง

ในโปรแกรมการสร้างแบบจำลอง หากมีการวิเคราะห์เรโซแนนซ์รวมอยู่ในโปรแกรม จะมีประโยชน์มากสำหรับการออกแบบระบบเสียง

คุณสมบัติวัตถุดูดซับเสียง

วิธีการติดตามรังสีเป็นมาตรฐานสำหรับการสร้างแบบจำลองการสะท้อน  หากโชคดีพอที่จะมีพื้นผิวที่มีการดูดซับเสียงบางอย่าง สิ่งนี้จะต้องรวมเข้ากับแบบจำลอง

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง

ค่าสัมประสิทธิ์การดูดซับเสียง สามารถพบได้ตามวัสดุก่อสร้าง และของตกแต่งทั่วไป ซึ่งภายในห้องแต่ละห้อง มีวัสดุที่ต่างกันออกไป ยกตัวอย่างเช่น กระจก, ยิบซั่ม, ไม้, คอนกรีต เป็นต้น จึงจำเป็นต้องแยกตารางเมตร หรือตารางฟุต ของวัสดุแต่ละประเภทออกจากกัน เสร็จแล้วคูณด้วยค่าสัมประสิทธิ์ การดูดซับเสียงตามลำดับ α_i และรวมผลลัพธ์ทั้งหมดเข้าด้วยกัน

จะได้

A = ΣS_iα_i

โดยที่

S คือ Surface พื้นที่ ของพื้นผิว
α คือ ค่าการดูดซับเสียง
i คือ จำนวนประเภทของวัสดุในแต่ละส่วน เช่น วัสดุมี 3 ชนิด จะได้ ΣS_iα_i = S₁α₁ + S₂α₂ + S₃α₃

จากที่กล่าวมาจะเห็นได้ว่า หากโปรแกรมไม่ได้ให้มุมมองที่ถูกต้อง ในการรวมของเสียงที่ซับซ้อน ผลลัพธ์การคาดคะเนจะเป็นเรื่องยากที่จะแม่นยำ รวมไปถึงความสามารถของอุปกรณ์ด้วยเช่นกัน

ความละเอียดเชิงมุม

ความละเอียดเชิงมุมยังมีบทบาทสำคัญในการกำหนดลักษณะของผลรวม มีใครบ้างที่เชื่อว่าการเปลี่ยนมุม 5 องศาระหว่างลำโพงนั้น จะมีผลลัพธ์ที่สร้างความแตกต่างได้เป็นอย่างมาก

ระบบลำโพงสมัยใหม่มีโครงสร้างซึ่งรองรับการเปลี่ยนมุมสำหรับการกระจายเสียงที่แม่นยำถึง 0.5 องศา การเพิ่มทีละน้อยนั้นมีความสำคัญอย่างมากเมื่อต้องใช้ลำโพงที่มีจำนวนมาก การออกแบบลำโพงอาร์เรย์ดังกล่าว สามารถบรรจุลำโพงจำนวนมากได้ภายในช่วง 2-3 องศา

การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในมุมสัมพัทธ์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการตอบสนองทิศทางแบบรวม ซึ่งรายละเอียดจะหายไปหากไม่มีความละเอียดเชิงมุมที่สูง น้อยคนนักที่จะสังเกตเห็นผลเสียต่อความสม่ำเสมอ การทับซ้อนกันของอาร์เรย์ซึ่งมุ่งเป้าไปที่ความแม่นยำสูงสุด สามารถมีระดับความสม่ำเสมอสูงสุดเท่าที่จะจินตนาการได้ ข้อผิดพลาดเพียงไม่กี่องศาจะทำให้สูญเสียทุกอย่างไป

แอพพลิเคชั่น Acoustic Modelling

เป็นแอพพลิเคชั่น สำหรับช่วยในการตัดสินใจเกี่ยวกับการออกแบบระบบเสียง ความสามารถของโปรแกรมเหล่านี้ เกี่ยวข้องโดยตรงกับความถูกต้องในการคาดคะเน ในที่สุดจะดูว่าการตัดสินใจเหล่านี้ดีเพียงใด จะเป็นการดีหากมีข้อมูล 3 มิติที่มีความละเอียดสูงเป็นพิเศษ การจัดตำแหน่งลำโพง ข้อมูลเฟส และอะคูสติก ในขณะนี้ไม่มีโปรแกรมใดที่เสนอสิ่งนี้ได้ทั้งหมด แต่ละโปรแกรมมีจุดแข็งและจุดอ่อน แล้วจัดลำดับความสำคัญอย่างไร ?

จัดลำดับความสำคัญ

1.สำคัญที่สุด เป้าหมายสุดท้ายคือ การเพิ่มประสิทธิภาพที่ประสบความสำเร็จ ซึ่งจะได้รับข้อมูลเหล่านี้จากครื่องวิเคราะห์

โอกาสสำเร็จมีมากที่สุด หากข้อมูลที่เห็นในขั้นตอนการคาดคะเน สะท้อนถึงสิ่งที่พบในขั้นตอนการเพิ่มประสิทธิภาพ ความสัมพันธ์นี้ต้องได้รับการจัดลำดับความสำคัญ

ตัวเลือกที่ดีที่สุดคือ การคาดคะเนด้วย การเลือกลำโพง ตำแหน่ง อุปกรณ์ Signal Processing และ Acoustic Treatment ได้อย่างชาญฉลาดที่สุด ส่วนบางเรื่องสามารถปรับได้ที่หน้างาน เช่น การ Equalization การปรับมุมโฟกัสที่ละเอียด และระดับความดันเสียงสัมพัทธ์

สามารถสรุปอะไรได้บ้างจากคุณสมบัติข้างต้น หากโปรแกรมไม่ได้มีแบบจำลองทางอะคูสติก ก่อนอื่นต้องยอมรับว่างานนั้นซับซ้อนมาก ปฏิเสธไม่ได้ว่า ความแม่นยำของข้อมูลจะลดลง เมื่ออยู่ห่างจากแหล่งกำเนิดเสียงมากขึ้น เป็นที่แน่นอนว่าการเพิ่มลำโพงที่มากขึ้น จะทำให้ความแม่นยำลดลงไปอีก

กลไกทางเสียงนั้นซับซ้อนกว่ามาก และข้อมูลที่มีสำหรับการคำนวณนั้นสมบูรณ์น้อยกว่ามาก ความแม่นยำสูงสุดจะพบได้ในการตอบสนอง Direct Field ของลำโพงเพียงใบเดียว หากลักษณะข้อมูลของลำโพงมีรายละเอียดเพียงพอ จะทำให้เห็นรูปแบบ และระดับการครอบคลุมพื้นที่ของ Direct Field อย่างชัดเจน

2.คำนึงถึงการสูญเสียความดันในการแพร่กระจายเสียงของ Direct Sound และการสูญเสียการตอบสนองความถี่ ที่เกี่ยวข้องกับการส่งสัญญาณเสียงในอากาศ

3.การตอบสนอง Direct Field ของลำโพงหลาย ๆ ใบ ผลรวมของลำโพงหลายตัวนั้นซับซ้อนน้อยกว่าเอฟเฟกต์จากห้องมาก

ภารกิจที่นี่คือการออกแบบระบบเสียงลำโพง ไม่ใช่ซิมโฟนีฮอลล์ ลำดับความถูกต้องข้างต้นเป็นสิ่งที่ดีที่สุดที่คาดหวังได้ การตอบสนอง Direct Field ของลำโพงนั้นสำคัญมาก เนื่องจากสิ่งเหล่านี้เป็นพารามิเตอร์ที่อยู่ภายใต้การควบคุมมากที่สุด ในการคาดคะเนระบบเสียง

การเลือกรุ่นของลำโพง มุมเล็ง ประเภทอาร์เรย์ และ Signal processing จะขึ้นอยู่กับการตอบสนอง Direct Field เป็นหลัก หากระบบไม่สามารถสร้างการกระจายเสียงที่มีความแปรปรวนขั้นต่ำใน Free Field ได้ ก็ถือเป็นความโง่เขลาที่จะเอาระบบเหล่านั้นมาสร้างเสียงให้เรา โดยเฉพาะในห้อง ซึ่งห้องจะทำให้ความสม่ำเสมอลดลงเท่านั้น ในสถานที่เหล่านั้นจะเกิดเสียงสะท้อนที่รุนแรง จึงต้องพยายามกระตุ้นห้องให้น้อยที่สุด และดูดซับให้ได้มากที่สุด

แสวงหาการควบคุมสูงสุดของ Direct Sound ในพื้นที่ Free Field จากนั้นเข้าสู่โหมดควบคุมความเสียหายจากห้อง สิ่งใดที่ยังไม่ได้รับการแก้ไขใน Direct Field จะยังคงอยู่ในห้องนั้นเสมอ

สำหรับการใช้งานจริง การสร้างแบบจำลองของอะคูสติกในห้อง ไม่ควรได้รับการพิจารณาให้เท่ากันกับการสร้างแบบจำลองของเสียง Direct Sound ของอาร์เรย์ วิธีแก้ปัญหาเสียงในห้องที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด คือการโฟกัสอาร์เรย์ที่แม่นยำ แม้ว่าจะไม่ได้จำลองห้องก็ตาม

จะไม่มีทางพบวิธีแก้ปัญหาสำหรับอาร์เรย์ หากการแสดงผลมีรายละเอียดที่ไม่เพียงพอ ในการแสดงผลระหว่าง Direct Sound กับเสียงสะท้อนควรให้ความสำคัญกับอะไรมากสุด คำตอบคือ ถ้าเสียง Direct Sound ไม่มีลักษณะที่ถูกต้อง จะคาดหวังได้อย่างไรว่าลักษณะการสะท้อนของห้องจะมีความหมาย ?

สรุป การคาดคะเนระบบเสียง

ผู้อ่านจะได้ข้อสรุปว่า โปรแกรมสร้างแบบจำลองใดที่จะใช้สำหรับงานออกแบบ เช่นมุมมองที่ใช้นั้น ต้องมีความละเอียดสูง และเฟสเสมอ เพื่อนำมาสู่การค้นหาอย่างละเอียด สำหรับการออกแบบและคาดคะเนระบบ ที่จะมอบประสบการณ์เสียงที่สม่ำเสมอสูงสุดในพื้นที่การฟัง แบบจำลองการคาดคะเนที่มีความละเอียดสูง จะนำทางไปสู่เป้าหมายเหล่านี้