梳状滤波在声学失真中的作用
目前音频系统中，其硬件部分都有着较好的质量，但是从扬声器到耳朵之间的部分改进较小。即使声音到达我们的耳朵，仍旧有很多心理声学的因素，对我们的声音感知起到了决定性作用。许多心理声学的研究仍在进行，它探究了我们是如何感知声音的。在硬件和声音感知之间，仍旧有其他可以产生失真的声音传播路径。本文我们致力于对声学失真问题的探讨。
声学失真的来源。不幸的是，在介质中的声学失真我们是非常容易听到的。听音者的听觉能力、扬声器和功放的失真都起到了很大作用，不过我们在这里所进行的讨论，主要集中在房间的声学失真部分。在室内声学当中声学失真四个重要来源，分别是房间模式（房间的共振模式）、扬声器边界干涉响应、梳状滤波、扩散。本文着重探讨梳状滤波在声学失真中的影响。
梳状滤波是由房间反射产生的。它是由直达声和反射声的相互干涉产生的相消干涉和相长干涉。在听音室中，我们主要关心的是直达声与第一阶（单一边界）反射声的干涉作用。由于听众与声源之间的反射路径长于直达声路径，故产生了时间廷时。
当直达声与反射声的叠加．我们会看到梳状滤波的波谷和波峰。反射声在各个频率对直达声产生不同程度的加强与抵消，这取决于听音位置处直达声与发射声之间的路程差。直达声与发射声之间延时1ms的梳状滤波效应，如图1所示：
图1：相对直达声衰减3dB、6dB和12dB，且延时为1ms的反射声，与直达声的梳状滤波
它展示了四种不同情况。0db曲线表的是反射声与直达声相同声压级的情况。剩下三条曲线分别显示了反射声被衰减3db，6db和12db的情况。如图2所示：
图2：对于一个相对直达声有1ms延时的反射声，所产生梳状滤波相消干涉的零点频率。相长干涉峰值发生的两个相邻零点频率的中间位置
前5个干涉波谷的位置被表示成总延时之间的函数。一个延时1ms（304.7mm）的声音，在500Hz处产生第一个波谷与下一个波谷的间隔为1000Hz。相长干涉峰值位于两个连续波谷的中间位置。反射声与直达声的声压相等时，理论上波谷是趋于无穷的。
第一个波谷位置是声速除以总路程差的2倍。两个连续波谷谷之间的间隔是其频率2倍。梳状滤波是由一系列有着1ms间隔的等距反射声（颤动回声）所产生的，如图3所示。注意它的峰值比单个反射更尖锐。
图3：由等距间隔1ms颤动回声所产生的梳状滤波效应
图4和图5所示为反射所产生的梳状滤波。图4展示了两只右侧扬声器的时间和频率响应。上面的曲线展示了到达时间，下面的曲线展示了扬声器在自由声场的频率响应。
图5：来自扬声器直达声的时间和频率响应
图5展示了右侧扬声器在旁边增加侧墙之后的反射作用。上面的曲线展示了直达声和反射声到达时间，下面的曲线展示了单一反射所带来的梳状滤波作用。如果扬声器有着类似下面的频响曲线，那么大多数听众会难以接受。但是在目前许多房间的设计中，任然没有进行反射声控制。
图5：有侧墙反射的直达声的时间和频率响应，梳状滤波较为明显
我们可以通过对房间反射声衰减或扩散来控制忧状滤波效应，又或者通过对扬声器的指向性进行控制从而减少边界反射。如果扬声器随着频率变化有着固定的指向性，那么任何反射声控制必须是宽带频，为的是不需要对来自墙面的反射声作均衡。由于一般扬声器的指向性都会随着频率的增加而增加，所以重点要对低频反射声进行控制。由于这个原因，我们不要期望用较薄的多孔吸声泡沫或者纤维包裹的平板，能够控制低频部分的梳状滤波效应。另外，在使用扩散体时，它们也应该在一个较宽的频率范围内有着一致的散射效果。一般来说，吸声和扩散表面的厚度约为100mm或者更多。
梳状滤波可以通过吸声和扩散来控制，吸声是从房间内吸收一部分声音能量来实现的，扩散则是通过将反射声扩散开来实现，且整个过程没有吸声。以上两种办法都有效，同时会产生不同的心理声学效果。使吸声来减少镜面反射作用，会产生较为精确的声像。而扩散所产生的声像会具有更好的空间感（宽、深和高）。良好的声学设计需要较宽频带的吸声和扩散，其中扩散在包围感方面起到重要的作用。
