2、部屋の条件と、伝送特性の計算例
 
●12畳モデルでの計算例

天井が2.4mとやや低い12畳(5.4m*3.6m)条件である。反射率は床以外は0.85とした。

最初に通常よく使われる(IEC推奨に近い)縦長配置での伝送特性を示す。
(左右対称に配置した音源の片方からの音圧を計算)


リスニングルームとしては常識的な配置だが、32Hzと100Hzの定在波ピーク以外は反射波の干渉でレベルが下がってしまい、とても悪い特性である。
「どろどろ」とした超低域と量感の乏しい低域、中音域にまでレベル低下があり、不明瞭な再生音が予想される。

古くにIEC推奨とされたステレオ配置はSPKの見開き角度しか考慮しておらず、日本的な低い天井では低域の伝送特性はとても悪くなってしまう。


次は、これを改善する為に部屋を横方向に使った場合の計算例。
短辺を前後方向に取り、SPKは中央に近い所に小さくまとめている。(12畳の中央部分を小さく使う形。)


細かい凸凹はあるが、低域のやせも改善されて全体的には非常にフラットな伝送特性が得られている。

このように、シミュレーションでSPKの配置をあらかじめ計算してから実際のリスニングルームの配置に反映することはとても有効となる。


●6畳モデルでの計算例

12畳の半分の広さの6畳で同様に縦長配置とした場合。


かなり癖はあるが、12畳の縦長の時よりはまだましである。天井高さに対し、前後距離が大きくなりすぎなければ「低域の谷」は深くなりにくい傾向がある。

以上のように「すでにある条件」に沿ったシュミレーションでの確認は容易であるが、「どこに置けば一番良いか?」や、これから建てる場合に部屋の寸法を「どのように設定するのが最良か?」を決めるには試行錯誤が必要となってしまう。


●最適条件を探るための手法、実際の部屋での探索法

できれば、大まかな条件の範囲を指定しておいて、その範囲内で自動的に最良となる条件を探索するのが望ましい。その為には、得られた伝送周波数特性から一つの「評価点」を計算して点数の高い物を選べばよい。

つまり、全帯域の平均音圧に対しどれだけずれているかを評価し、これを点数化する。具体的には、LOGリニアで音圧平均を求め、それに対する偏差量のRms値が小さいほど良い点数を与える。 指定された条件の範囲内でパラメータを変化させ、評価点の最良となる組合せが求める条件となる。

実際にこれを行うには、伝送特性を計算するプログラムをエンジンとして、ソフト的にパラメータのサーチと最良点の探索を行うプログラムを書く必要がある。但し、パラメータの変化を「良くなる方向」に振るだけでは開始点近傍の局部的なピークしか得られない。
伝送特性はパラメータの変化に対して非線形な挙動をするので、単純な線形探索では離れた点に存在するより高いピークを見逃してしまう。

モンテカルロ法のようなランダムな組合せでは能率が悪すぎるので、最初は目の粗いメッシュで全範囲に対して大まかな起伏を把握し、点数の高い山が存在する部分に対して再度その付近の最高到達点を見つける2段階の探索が必要である。

下の図は12畳横使いで聴取点をある位置に固定して音源位置を部屋のXY方向に対し20分割した境界の交点の「評価点」を立体グラフにしたものである。
「評価点」は細かい周波数特性の凹凸を除くために1/6 oct.以下の幅のうねりは除くようにハミング窓で移動平均処理した値(グラフの黒線)の平均に対する誤差の-dB値である。

例の周波数特性カーブは「評価点」の最大値となる座標での特性を示している。
計算する座標メッシュは15cm以下ならほぼ大きな山は拾えるようである。

メッシュの粗さは局部的なピークを見逃さない幅が必要であるが、音源位置の3次元的な組合せに加えて聴取点の3次元的な位置も探索必要なので組合せは膨大な数になる。
音源座標・聴取点座標・空間サイズ・反射率の4要素に対し、他の要素は固定して1要素の3次元組合せから探索を開始し、見つかったピークに対し個別に全要素の組合せ最良点をサーチするしかない。

但し、条件の一つが変わるだけで全体の起伏分布や山の高さも全く変わってしまうので、「全ての組合せ」を全域でサーチし終わらないと1カ所で「全要素の組合せ」のピーク点を特定したとしてもそれが「全体の最良」かは分からない。
また、単にピーク値が高くても聴取点付近の分布が平均的に高くないと、ピンポイントでしか聞けない部屋になってしまう。様々な見方が必要なのである。

シミュレーションではなくて実際の部屋でSPKを設置する場所の最適ポイントを探る為の非常に有効な方法として「置換法」がある。
これは、音源と聴取点を逆に入れ替えても伝送特性は同じであることを利用するもので、実際に聞く時の自分の耳の位置にSPKを置き、音を出したままで部屋の中を歩き回ってバランスの良い場所を探す。
実際にSPKを置けそうな場所に良いポイントが見つかればそこがベストポジション。

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