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認識聲學處理,營造一個良好的家庭劇院視聽環境

聲學處理是家庭劇院很重要的一環,良好的家庭劇院需要環境與設備配合,正確的聲學環境與良好的設備相得益彰。家庭劇院所在位置經常是客廳,客廳的客觀硬體環境在很大程度上決定了聲音的音質,即使家庭劇院的設備再好,聆聽環境不良,就會減少劇院的影音效果,然而家庭劇院設置有可能是新屋裝潢、舊屋改造或現有設備升級,因此客廳聲學處理這一點不見得會跟著裝潢時程走,也就經常因為現實條件被忽略或因為預算不足捨棄。

那麼什麼是好的空間環境,怎樣的環境才能擁有好的影音效果?這個問題的答案就是本文的主題:聲學處理。我們先有一個初步理解,就是房間裏的聲源發出的聲音,至少會透過六個途徑傳送到聆聽者的耳朵,喇叭發出的直達聲(direct sound)、地板的反射聲、天花板的反射聲、音箱後牆的反射聲、兩側牆的反射聲、聆聽者背後牆壁的反射聲。這些聲音都會影響觀賞者的感官體驗,只要改變這些聲音的任一反射條件,就會使聲音發生變化,也因此對於反射聲的強度控制必須適當做處理,這些就是聲學的課題。

房間的聲學特性,在很大程度上與室內裝潢及房間佈置有關。理想的聽音房間的形狀尺寸,應按黃金分割比例,三個尺寸(長、寬、高)不成整數倍的關係,使房間內的駐波影響降低,提高聽感。其次要隔音,使房間內外不致干擾,並使聲音擴散,還要有適當的吸聲,以免聲波反覆反射,激發出某些固有頻率(簡正頻率,normal wave)的聲音干擾,造成聲染色(coloration)。

聲染色又叫“音染”指在音響系統中,由某一音響器材引起的聲音改變或者由於室內頻率響應的變化,使原始聲音被賦予外加的音色特點,有時候這是喇叭廠商故意為之。不過真實世界中小空間(絕對部份的家居影音空間都是相對的小房間)的聽音環境,經常是在低頻端分佈不夠密集連續,因此在易產生“共振”的音染現象。共振現象產生的聲染色效應,引起聲音信號的失真,產生主觀聽感上的厭惡情緒,嚴重影響聽音效果。

什麼是空間聲學處理(Acoustic Treatment?

什麼是空間聲學處理?在了解之前,我們先來認識幾個專業名詞。

聲音(Sound)是振動產生的聲波,通過介質(氣體、固體、液體)傳播並能被人或動物聽覺器官所感知的波動現象。聲音是一種機械波,因此擁有波動傳播的各種特性,例如頻率、波長、反射(reflection)、折射(refraction)、干涉(Interference)、繞射(diffraction)、散射(scattering)等。聲音必須靠介質(Medium)才能傳播,而聲音傳輸的介質可以是氣體、液體或固體,依不同的物質和狀態;例如:溫度、濕度、介質 …… 等,會有不同的效率與速度,溫度、濕度愈高,聲音傳送的速度也愈快。

聲音的頻率以赫茲表示,英語是Hz,這是指每秒鐘週期性震動的次數,這將能描述出人類能聽到的聲音頻率範圍;而分貝則是用來表示聲音強度的單位,記為dB,我們說聲音很大,就是以分貝量來標記。
聲音的頻率以赫茲表示,英語是Hz,這是指每秒鐘週期性震動的次數,這將能描述出人類能聽到的聲音頻率範圍;而分貝則是用來表示聲音強度的單位,記為dB,我們說聲音很大,就是以分貝量來標記。

聲學是研究媒質中機械波(包括聲波、超音波和次聲波)的科學,研究範圍包括聲波的產生、接收、轉換和聲波的各種效應,是物理學(Physics)的一支。其中聲波(Sound Wave)基本上是能量由一點傳遞到另一點所呈現的型態,是人類耳朵能聽到的頻率範圍。聲音在空氣中聲波以縱波的形式傳播,對於不同房間、不同佈置、不同音響器材的聲音,都離不開基本物理學中的「聲學」原理。

聲學是研究媒質中機械波(包括聲波、超音波和次聲波)的科學
聲學是研究媒質中機械波(包括聲波、超音波和次聲波)的科學

空間聲學就是研究空間中聲音的各種現象。在建築聲學中,很多情況涉及到聲波在一個封閉空間內(如劇院觀眾廳、播音室等)傳播的問題,這時,聲波傳播將受到封閉空間的各個界面(牆壁、頂棚、地面等)的約束,形成一個比在自由空間(如露天)要複雜得多的聲場。

每一個音響空間,都會有其不同的聲音特性,也會因為不同的空間大小、比例、室內裝潢,而擁有自己獨特的聲音特性。換句話說,很少會有二個音響空間的聲音聽起來一樣。因此,即使採用完全相同的音響器材,只要是音響空間不同,就會產生不同的聲音特性。

我們熟知的電影院、音樂廳等都是空間聲學,就如同我們企圖在家中重新家庭劇院效果,空間聲學就是原音重現一個非常重要的因素。因此有了良好的設備,進一步就要對空間作一定的處理,這就是空間聲學的領域。

為什麼家庭劇院要做聲學處理?

為什麼家庭劇院要做聲學處理?這個問題答案很簡單,為了提升效果。

THX是對電影、電影播放設備、電影播放環境等的認證標準,THX將建築聲學放在非常重要的位置,因為放於室內音響音質的50%取決於室內聲學特性,而這些聲學特性是可以人為改變的

THX Logo
THX Logo

一個優秀的家庭影院的性能標準包括了能夠重現清晰的對白,準確的聲音定位,空間感十足的環繞聲場,平滑的聲像移動,均衡的音色,寬廣的動態範圍,揚聲器仿佛完全消失,每個座位都有好的效果。算算看,您的家庭劇院符合哪些項目呢?如果您對於這些無法理解,那麼走一趟專業音響店,體驗體驗,千萬別想著沒比較就沒傷害,家庭劇院沒那麼困難,只需要專業調整即可。

不過對於家庭劇院通常是小空間中,特別要面對的聲學問題來自於房間回音的干擾,反射聲衰減,駐波和諧振帶來的聲音失真,惱人的背景噪聲與室外噪音問題。也因此,如果要設置一個有水準的家庭劇院,那麼作適當的聲學處理將是一個不可或缺的工程,而這個工程其實和房屋室內裝潢有莫大的關係。

家庭劇院的空間聲學要處理什麼?

在我們設想的預期中,比較理想的家庭劇院聲音效果應該是:細小訊號還原自然、大動態低音爆棚、聲像定位準確,也就是還原度。聲學處理的目的就在於讓我們的耳朵可以聽到準確的聲音,日常生活中我們聽到的聲音都是直接聲伴隨反射聲,所謂的直接聲就是喇叭發出來的聲音直接到達我們的耳朵,反射聲指的是經過四周牆面或是任何硬體的表面,直接聲和反射聲之間會產生干涉,讓我們沒有辦法聽到單純的直達聲,而聲學處理的目的就是要減弱反射聲的能量,讓我們可以單純聽到從喇叭發出來的直達聲,也就是我們所要的準確的聲音。

聲音的反射
聲音的反射

那如果沒有經過聲學處理的房間在重放影片的時候是什麼感覺呢?你可能會聽到各種聲音混成一團,低音轟鳴到腦袋「炸裂」,隔壁鄰居能把家裏房門砸爛。小結一下,其實聲學處理簡單說就是控制混響,抑制駐波,隔絕噪音。對房間做聲學處理的工作主要是兩項:減少低頻駐波過多的混響反射聲。說到這裡又出現專業名詞了,沒辦法,這是物理學,自然就有一堆「外星話」。在這裡要先理解混響、駐波與噪音。

認識混響(reverberation)

混響或者說是殘響,這也是物理現象,簡單說就是聲源發音停止後聲音繼續存在的聲學現象。聲波遇到障礙會反射,所以我們這個世界充滿了混響。混響時間的長短是音樂廳、劇院、禮堂等建築物的重要聲學特性,看看下圖也許就能理解。混響混響時間是室內聲學中最為重要和最基本的概念。這種殘留現象的長短以混響時間來表徵。現實的世界中,適合電影放映的混響時間一般不超過0.8秒,適合音樂廳的混響時間一般是1.5秒,一般家庭音響空間的殘響時間視空間大小而有不同,通常可以定為0.2~0.5秒之間。波士頓音樂廳的混響時間是 1.8 秒,紐約卡內基音樂廳是 1.7 秒,維也納音樂廳是 2.05 秒。那麼我們是要怎麼控制混響?其實就是控制混響時間的長短。

空間中混響的示意圖
空間中混響的示意圖

混響時間是目前音質設計中能定量估算的重要評價指標。它直接影響廳堂音質的效果。房間的混響長短是由它的吸音量和體積大小所決定的,體積大且吸音量小的房間,混響時間長,吸音量大且體積小的房間,混響時間就短

  • 混響時間過短,聲音發乾,枯燥無味,不親切自然;
  • 混響時間過長,會使聲音含混不清;合適時聲音圓潤動聽。
  • 混響時間的大小與頻率相關,低頻、中頻、高頻的混響時間是不一樣的。
  • 一般所說的混響時間都是指平均混響時間。

假設混響聲場是一個房間,那麼混響聲場中混響的程度,取決於聲能被四周的牆壁反射、吸收的程度以及房間中的物品。舉一個極端的例子,如果在理想的混響聲場中打了個噴嚏,那麼噴嚏聲將被無限次反射,混響時間是永久持續的,但這種理想的混響聲場很難實現,因為聲波會被四周的牆壁以及在聲場中的物品所吸收、投射等等。一個高混響的房間,常常被形容成是活的(Live),而混響很少的房間,則被形容成死的(Dead)。

混響是室內聲反射和聲擴散共同作用的結果。同樣是源於反射,但由於人耳的聽聞特性,因此出現混響和回聲這兩種明顯不同的現象。聲源的直達聲和近次反射聲相繼到達人耳,延遲時間小於30ms(毫秒)時,一般人耳不能區分出來,僅能覺察到音色和響度的變化,這時人們感覺到混響。但當兩個相繼到達的聲音時差超過50ms時(相當於直達聲與反射聲之間的聲程差大於17m),人耳能分辯出來自不同方向的兩個獨立的聲音,這時有可能出現回聲。回聲的感覺會妨礙音樂和語言的清晰度(可懂度),要避免。

再來是第二個名詞──駐波。

認識駐波(standing wave / stationary wave)

駐波為兩個波長、週期、頻率和波速皆相同的正弦波相向行進干涉而成的合成波。與行波不同,駐波的波形無法前進,因此無法傳播能量。駐波是一種波的干涉現象。與混響相同,也是由牆壁的反射聲波引起的,當聲音透過介質傳遞到牆壁再反射時,某些頻率和波長的聲波與原聲正好是相同的相位,於是這個頻率的聲音被加強。同樣,有一部分聲波也會被減弱,這種加強與減弱的聲音會尤其引起聆聽者的注意,而影響聽感。如果具體形容低頻駐波就是:「非常低的轟隆轟隆的聲音」。

幾乎任何房間都有駐波問題,但程度有輕有重。牆壁相互平行、天花板和地板相互平行、室內沒有大型障礙物房間,通常都有嚴重的駐波。國外聲學專家建議每一個房間至少要有70立方米才能保證高品質的聲音再現,這樣的房間的長寬高差不多是4×5.5×3公尺,重點是長、寬、高的比例不能是整數。最糟糕的情況是長、寬、高都一樣或者成整數倍,因為這樣會讓聲音在三個方向上的干涉都一樣,會引發更劇烈的駐波,背後的原理會讓人難以消化,如果有興趣可以進一步研究,在這裡就不多說了。讀者只要記得,最好的情況是長寬高都不一樣,讓聲音在三個方向上的駐波互相抵消,重要的三者的比例,這在稍後我們會再提到。

其實,減少中低頻駐波最有效的方法就是破壞牆面的平行,方法是在左右側牆面上做斜向CD架或書架,也可以在左右側以薄木板釘成適度的斜面,這樣不但能有效降低中低頻駐波,也能使中、高頻聲波擴散,使聲音更自然,這在實際上作聲場處理時,是優先於其他裝潢手段的效果,有些事做得好,是事半功倍,千萬要注意。

隔絕噪音

噪音有兩種意義:① 在物理上指不規則的、間歇的或隨機的聲振動。② 在心理上指任何人們不希望聽到的聲音。聲音的產生是物理現象,而噪音是人們對聲音的一種主觀感受和心理感受。因此,凡是人們不希望聽到的任何聲音,即對生活、工作和學習有干擾的聲音,統稱「噪音」。房間的隔音是為了外部向空間傳進聲音,同時空間內也會傳遞聲音到室外。前者影響室內聲音的乾淨,後者就是擾鄰。

我們在家裡聽歌或看電影最擔心的事莫過於隔壁或上下樓鄰居被干擾,隔音跟聲學處理中的吸音,是兩件不同的事,隔音的目的是把房間裡的聲音留在房間裡,房間外的聲音留在房間外,隔音的目的在於我們不打擾鄰居,鄰居也不來打擾我們。不過隔音工程所費不貲,但請注意,最簡單而且具cp值的就是門、窗的處理,這是最能減少噪音的手段。例如安裝氣密窗,日常生活可以減少街道的干擾,也能讓冷氣壓縮機的運轉聲音留在室外,這已經是常見的家庭投資項目。

控制混響,抑制駐波,隔絕噪音這三者就是空間聲學重要的三個方向。回到一開始,我們若根據THX標準來說明,一個專業的視聽室應達到:對白清晰度和準確度、精確的聲音定位、平滑的聲像移動、極具空間感的環繞聲場、平衡的音色、快速緊湊的低頻表現、寬廣的動態範圍,最後,讓每個位置都是皇帝位。

說到這裡,要理解這些敘述,可以拜訪沐爾佈置的試聽空間,您可以更直觀的感受到差異。

為了達到以上聲學設計要求,需要針對房間聲學方面的設計有四個方面:混響時間、擴散特性、房間的頻率特性及各種聲音缺陷、環境噪聲聲級。為了接下來的說明方便,我們先解說如果沒有經過聲場處理會發生什麼事?

缺乏聲學處理 的可能後果

未經處理的房間中,兩個不同低音頻率之間的電平變化很容易超過±10 dB。一些低音頻率(也稱為駐波)將具有延長的混響時間,從而在房間中產生低音能量。牆壁,地板和天花板上的硬反射比我們想像中更多地影響聆聽。我們的大腦會嘗試將硬反射與直接聲分開,但實際上卻無法做到,因為反射以非常短的時間延遲到達。這會對你的大腦產生疲勞影響,無法充分享受影音系統。

一些坊間使用的數位「房間校正」系統可能有助於消除聆聽位置中最突出的低音頻率,但遺憾的是它無法對駐波的長混響時間做任何改善。如果直接聲和反射聲太雜,就像在一個表面堅硬且沒有聲學處理的空間中,我們會很容易感到不安和壓力。 如果聲學太過阻尼,有窗簾和地毯等等,我們也很可能會感覺聲音無法具體呈現在正確的位置上。

如果聲學設計處理不當或不處理會出現以下幾種情況:

  • 混響時間過短、聲音發乾、枯燥無味,不親切自然;
  • 混響時間過長,會使聲音含混不清,反射聲掩蓋直達聲的傳播,聲音定位混亂,吵耳,聽聞不清晰,如果將音量放大,同時也會加強了反射聲的能量,更讓人覺得吵鬧,嚴重影響聽感。
  • 室內聲場不均勻,各頻段聲音失衡,聲音不圓潤、不動聽、不飽滿、環繞聲場不能產生很好的包圍感。
  • 嚴重的駐波、諧振、顫動回聲等聲缺陷會大幅影響聽感,嚴重時視聽室無法正常使用。
  • 背景噪聲影響安靜的視聽室環境,影響視聽感受。或者音響設備聲音影響他人生活。

諸如此類所言,就是未進行聲學處理時,會發生的問題。一般剛入門的音響愛好者,通常就是在摸索什麼是好,什麼是不好,如何變成好,如何改變不好。這些問題處處都是物理學,背後都有複雜的理論,拆開來理解都是一件困難的事情,更遑論混在一起交互影響時,更是一門大學問。

聲學處理的手段與方向

聲學處理的手段有非常多,與聲學相關的材料、工程更是多如牛毛,這方面通常就是生產成本不高,但專業度高,就如同聲學處理其實簡單歸納就是吸收、擴散,但聲音看不見摸不到,因此就充滿神秘感。再進一步了解前,我們先弄清楚什麼是吸收、擴散。

聲學處理 :聲波的吸收 (Absorption)

吸收(Absorption)就是將聲能轉變為熱能,可以用來降低室內聲級,但它無法降低不同房屋之間的聲音。每一種材料都會通過和聲波相互作用吸收一些聲音。為了表示材料吸收的能力,通常以被吸收聲能與入射聲能之比來計量。吸聲係數值在 0 和 1 之間,數值越大,吸收越多,最大為1,是一個極限值,因為任何材料都會反射一些聲音。

不同聲音頻率會有不同的吸聲係數。典型吸聲材料的吸聲係數隨着頻率的提高而增加。因此,吸聲材料對於低頻聲,特別是對250Hz以下的聲音的吸收是有限的。採用單一數值(多個頻率吸聲係數綜合值)來描述某種材料的吸聲特性比較方便。美國材料試驗協會(ASTM)在C423條標準中把這一數值定義為降噪係數(NRC)。 NRC是材料在250、 500、1000、 2000Hz等四個頻率的吸聲係數的算術平均值(而不是對數平均值),四舍五人取整0.05。通常NRC值低於0.20的材料被認為是反射材料,NRC數值高於0.40的材料才被認為是吸聲材料。當需要吸收大量聲能或消除回聲或駐波時,常常推薦使用高吸聲係數的材料。

以下是一份有趣的數據,它是不同材質的降噪係數,表格來自兩個不同來源,沒有標示NR數值的是The basic parameters of acoustic materials are the impedance and the surface shape,若有興趣可以看看更詳細的資料。按照這份表格大概可以理解

材料125 Hz250 Hz500 Hz1000 Hz2000 Hz4000 HzNRC
牆,硬平面(磚牆、石膏、硬地板等)0.020.020.030.030.040.05 
實木門0.140.100.060.080.100.10 
粉刷牆面0.100.080.050.030.030.050.05
石膏0.020.030.040.050.040.030.05
光面混凝土0.100.050.060.070.090.080.05
毛面混凝土0.360.440.310.290.390.250.35
光面磚牆0.030.030.030.040.050.070.05
玻璃0.050.030.020.020.030.020.05
木夾板0.580.220.070.040.030.070.10
金屬百葉窗0.060.050.070.150.130.170.10
厚布塊0.250.470.710.790.810.780.70
輕型織物0.030.040.110.170.240.350.15
重型織物0.140.350.550.720.700.650.60
亥姆霍茲共振器0.200.950.850.490.530.500.70
瓷磚0.010.010.010.010.020.020.00
油氈0.020.030.030.030.030.020.05
地毯0.050.050.100.200.300.400.15
混凝土上舖地毯0.050.100.150.300.500.550.25
橡膠上舖地毯0.050.150.130.400.500.600.30
有軟墊的座椅0.190.370.560.670.610.590.55
人坐椅子上0.390.570.800.940.920.870.80
水面0.010.010.010.010.020.030.00
土壤0.150.250.400.550.600.600.45
草地0.110.260.600.690.920.990.60
纖維素噴塗(2.5cm/1″)0.080.290.750.980.930.760.75
表格來源:艾森奉克數據和R.A.赫迪恩噪音控制材料一覽表與The basic parameters of acoustic materials are the impedance and the surface shape

透過對房間的體量結構分析計算,針對高頻(2KHz~20KHz),中頻(500Hz~2KHz),低頻(20Hz~500Hz)進行組合吸收,然後根據各材料的吸聲係數曲線,把各個頻段的吸聲材料合理得佈置到牆體、地面和頂部結構上,使視聽室混響時間達到最佳數值,並使其綜合曲線結構區域平直,使各個頻段吸聲量均衡。

聲學處理 :聲音的擴散(Diffusion)

擴散(Diffusion)是基於分子熱運動的運輸現象,分子通過布朗運動從高濃度區域(或高化勢)向低濃度區域(或低化勢)的運輸的過程,聲音也是如此。然而,聲音中的擴散或稱聲音擴散,是聲波的散射,同時降低了定位感。 擴散主要用來處理房間中的聲音,例如迴聲,作為吸音處理的替代或補充手段,因為擴散不會削減聲能,卻可有效減少明顯的迴聲和反射,保留一個活躍的聲音空間。

「擴散」簡單說是更優良的反射方式。當聲音碰到一面硬牆,會被均勻地反射回來,但若這一面牆是凹凸不平的,那聲音在牆的各處被反射回來的快慢就會不同,這樣會對原本的聲波有「打散」的效果,回音就不會顯得平板,同時可以避免駐波和共振的發生,這種方式就稱「擴散」。我們在音響室或錄音室常常會看到凹凸不平的塊狀牆面,就是這個道理。

一個良好的擴散不僅會改變反射音方向,甚至會在所有方向均勻的傳播。擴散的最佳位置取決於使用房間的使用目的和一些情況。擴散可以用在:

  1. 房間的高處,以消除擊掌迴聲。
  2. 房間的後部沿著側壁。
  3. 天花板上(代替吸音)等。

如果一個房間的擴散特性好,則聲音的衰減平滑,室內各處聲音感覺均勻。擴散可以使室內聲場均勻,聽感柔美而不失真,聲音細節更加清晰真實。選用優秀的擴散產品,並根據影音室的具體情況進行佈置安排,以達到最佳的擴散效果。

聲學處理 :聲音缺陷的處理

駐波、梳狀濾波(comb filtering)、共振(resonance)和簡併是小房間常見的聲學缺陷。駐波是一種不可避免的房間問題,所有房間都會產生駐波,駐波的疊加與否和房間各邊的比例密切相關,駐波共振強度取決於牆壁材料的密度和硬度。它會帶來共振現象,引起不平坦的房間頻率響應。同時由駐波產生的問題,多數會出現在30-200Hz的頻率區間。

共振現象是由聲波同屋裏物體接觸引起的,鬆動的龍骨、飾面、燈具、家居和門斗都可能會產生共振。檢查共振可以使用訊號發生器播放20Hz-1KHz的掃描訊號。平行牆壁間聲音相互多次反射引起的聲音顫動現象,屬於嚴重的建聲缺陷,會造成再現聲音音量不穩定、音質不良等。

此外還會出現聲聚焦,聲染色等一系列的聲學缺陷,嚴重影響聽感,甚至使影音室無法正常使用。沐爾在為客戶做家庭劇院時,一方面透過精確的測量計算針對各種聲音缺陷評估,再向客戶說明處理方式與預算,最後交由客戶決定方案的選擇並確保客戶能理解預期的效果。

聲學處理 :室內吸音

吸音通常會使用吸音棉、吸音板和低頻陷阱等,這三種東西都是屬於「吸音」的裝置。雖然是三個不同的名詞,但實際上是沒有明確界限,例如,把具有吸收低頻能力的吸音板放在低頻聚集過多的地方,讓它發揮吸收低頻的效果,就可以把這塊吸音板稱為「低頻陷阱」。而市場上的「低頻陷阱」產品,也常有吸收中高頻的效果,擺在低頻不多的位置上,它就是一塊吸音板而已。較為常見的牆面處理基本就是吸音板來配合吸音棉,薄板來進行使用,對於整個頻段都會有一定的處理作用,在施工的過程中是會有感覺的,說話的聲音也越來越清晰明亮,這也是觀影效果的最為基本的保證。

常用的吸聲材料可分為:

  • 共振吸聲材料:主要用於低頻部分的共振吸收;代表性材料有石膏板、木夾板等薄板、磚牆、木板、玻璃等,多是吸收比較低如500Hz以下的頻段。
  • 多孔性吸聲材料:主要包括礦棉泡棉、布料、玻璃棉、密胺海棉(三聚氰胺海棉)、聚酯纖維板、布藝吸聲軟包等。其吸聲特性以吸收中高頻為主,主要吸聲頻段為500HZ以上,其吸聲係數可達0.9~1.0。

除上述傳統吸聲材料及做法,新型的吸聲材料及做法也大量出現,且裝飾性大大增強。其中最為常見的是木質穿孔吸聲板後襯多孔性吸聲材料、木質吸聲板、微穿孔薄膜等。

空間內使用多少吸音材料視室內的具體情況而定。而了解室內吸音材料是否合適,有一個最簡單的方法,就是在室內以正常音量講話:

  • 如果感覺自己的聲音有豐潤感,那吸音材料使用基本正常。
  • 如果覺得聲音很短促,甚至乾巴巴的,或要更大聲才能維持原來的聽感,那就是吸音材料過量。
  • 如果在平常講話時可聽到尾音很長,甚至覺得環境有點吵,那就是吸音材料不夠。

聆聽空間內也不宜只用一種吸音材料,要有幾種不同的吸音材料,這樣可防止某段頻率被吸得過量使可聽頻段不平衡。實務上不必滿滿的整個牆面都做吸音處理,只要大約在喇叭與聆聽位置中間處即可。這片吸音的面積,至少要有1~1.5公尺的寬,牆面三分之二高度的高。材料方面,不能用一般窗簾那麼薄的布料吸音,因為效果不彰,至少要有厚絨布的厚度才可以;而且,如果要像窗簾一般吊在側牆,請注意要打皺摺,就像窗簾的處理一樣。

若是不想用布料來吸音,也可以用布繃吸音棉,做成一塊塊的吸音體;也可以吊綿羊毛;還可以用各種想得出來的軟質材料。不過請注意,千萬不要以為釘木板可以吸音,木板表面是平的,與原來的牆面無異;木板本身很硬,也與牆無異,它不會有吸音的作用,如果用薄板釘空腔,雖然會吸音,但是它吸的不是高頻,反而會把中頻與低頻吸掉,使聲音變薄不飽滿。

家具的吸聲也是小空間內吸聲的重要組成部分。尤其是室內擺放的軟沙發,其吸聲量一般能佔到室內總吸聲量的1/4~1/3,根據其規格不同,所佔吸聲量份額會有所不同。在室內混響時間計算時應充分考慮家具吸聲。

超低頻聲音波長會比較長,低頻能量很難消散,但是普通的吸音材料對於低頻很難吸收,現在比較常見的手段就是使用亥姆霍茲共振(Helmholtz resonance)吸音和薄板共振吸音。比較簡單的做法就是將牆面打木龍骨聚酯纖維吸音棉,這麼做比較環保,而且防腐防霉,外用薄板最好,上面再做飾面。每個房間牆角的位置其實就是低頻駐波的重災區,可以使用低頻陷阱

聲學處理 :室內擴散

為消除室內可能產生的聲學缺陷,可以採用在空間內部增加擴散體的做法,利用對牆面的凸凹的變化,使房間簡正模式均勻分佈從而實現平滑的低頻響應,改善室內聲場。擴散常用的做法主要包括:

  1. 設置傾斜牆面以改變室內的規則形狀,改變室內聲音由牆面反射後的傳播方向,從而改變室內聲場的振動模式。但此種做法造成室內形狀不規則,尤其是在室內出現銳角空間,不利於家具、裝飾物品等在室內的擺放,減小室內有效使用面積,降低室內使用效率。而且低頻聲能容易在銳角部分聚集,形成新的聲場分佈不均。
  2. 在牆面設置擴散體。擴散體可採用簡單的折板造型或圓弧造型對入射到擴散體表面的聲音能量進行散射,同樣能起到改善室內聲場的作用。此種做法可以與裝修設計結合,避免出現聲學痕跡。

為了使聲音很好擴散,不致來回聚在一起成為有害的駐波,就要改變該頻率聲音的行進路線,需要注意的是那些用以擴散聲音的板或裝置,必須有足夠大的尺寸,至少要達到聲音波長的一半,否則不足以達成改變聲波行進之效果,至於尺寸需要依照廠商說明來準備。

影音空間為了得到良好的定位感與環繞包圍感,除了吸音,擴散也很重要,它能讓整個聆聽空間都有均衡的聲壓。家具在房間中是最自然的吸收、擴散體,為了使各處聲壓較均衡,影音空間中放些皮沙發、木桌、木書架、音響架和盆景等等,但不要放對聲波反射太強的大玻璃櫃和易引起振動的金屬畫以及輕質的擺設物陳列品,擺放書本或CD碟時也要讓它們高低起伏、錯落有致,才會有擴散作用。

總之,對於兩側側牆可均勻適當地設置一些吸聲和擴散物,如厚重的羊毛毯就是極好的全頻吸聲物體,薄的地毯及壁毯只對中、高頻有吸收作用。木製無門書櫃則是一種很好的聲音擴散物,用來調整低頻有很好效果。此外,桌、椅、床墊、沙發等家具都能對聲音的傳播起調整作用,都可用作聲學處理。

不過做這些調整時,不能忽略另一個問題,例如書本。書的吸音性能比反射強,(除最高頻率以外)其次,隨機深度不會在可預測和可控制的區域上,產生隨機反射。 因此這些客廳中出現的家具,最好的方式是以現場實際情況來評估,而不要作為聲場處理的手段,這是額外的,而不是計劃中的,因為他們更不可控。

駐波的有害影響,最實際的方法還是移動音箱或聆聽位置,但格狀結構的書架具有聲波擴散作用,百頁窗也有一定的聲波擴散效果。

在實用性方面,大量的使用擴散,很難在家庭工作室中實現。擴散的深度至少應為四分之一波長才能完全有效,要實現400 Hz以上的擴散效果,必需要在整個房間牆面周圍安裝約21 cm厚的擴散才能達到。為了擴散低音頻率,擴散器必須更深,建築物也必須非常堅固,以承受擴散的重量。

家庭劇院的空間聲學有哪些牆面要處理

聲學處理主要就是進行聲波的吸收、擴散、共振。而產生這些現象都是由於空間的四面牆壁與天花板和地板,因此空間聲學處理就是針對這些牆面作調整。對房間的聲學處理,重點在側牆和天花板。原則上室內聲波的處理擴散應多於吸收,目的是使共振強度降低,要防止過度使用吸音材料,以免房間的混響時間太短(小於0.3秒)而使聲音乾澀不圓潤。對音箱後面的牆壁,最好不要有大片吸聲物質,通常不需作處理,磚牆或水泥牆面會使聲音飽滿、充滿活力。

房間牆面堅硬材質將以反射聲音能量為主,稱為硬調空間,因反射音波太強而吵雜刺耳,低頻也會增強。相對地,以木板、石膏板隔成的牆,板與板之間還有夾層的房間稱為軟調空間,對高頻、中頻和低頻的聲音能量都有一定的吸收,聲音負荷量很大。這種空間由於吸收過量偶而會造成低頻量感不足,但高頻卻很順耳。理想的影音室應是軟調空間。

兩邊側牆的處理

到底四面牆壁要如何吸音才算適當呢?先說房間二側牆壁。

一般房間的牆面都是相互平行的剛性牆,高度都在3公尺以下,對16平方公尺左右的房間而言,在低頻段容易產生共振,使某頻率聲音得到異常加強,造成低音轟鳴聲,嚴重影響重放聲的質量,這種聲染色是家庭劇院最常見的問題。這種房間共振還會使某些頻率(主要是低頻)的聲音在空間分佈上很不均勻。產生聲染色可能性最大的頻率為100~175Hz,以及250Hz附近。

側牆要對付的是從喇叭發出來的第一次反射音,為什麼要吸第一次反射音?如果第一次反射音太多,會導致定位不清楚,而且聲音聽起來也會太吵,所以一定要吸。

第一反射區該吸音還是擴散?

在家庭影院音響玩家中,這是一個很有爭議的問題——家庭影院影音室的第一反射區該吸音還是擴散,在談這個問題之前我們先要了解兩個問題:

什麼是「第一反射區」?「第一反射區」在哪裏,怎麼找?

第一反射區就是聲波遇牆反射進入人耳的第一反射點。找第一反射點的方法有很多,可以用鏡子反射法,也可以用幾何作圖法(從聽音位到音箱間畫個等腰三角形,這個點就是牆面的第一反射點,也可以貼牆放面鏡子,移動到能看到音箱的位置了,就是第一反射點)。不過不必那麼精確,考慮到擴大皇帝位,總是要處理一個區域,而不是僅僅一個點。

第一反射點就是喇叭到牆面、牆面到聆聽者的耳朵之間,畫出聲音的反射路徑後, 聲波在牆上反射的那附近區域。天花板同樣也有第一反射點。
第一反射點就是喇叭到牆面、牆面到聆聽者的耳朵之間,畫出聲音的反射路徑後, 聲波在牆上反射的那附近區域。天花板同樣也有第一反射點。

要注意的是,房間不僅側牆有第一反射區,房間的四面牆(除了前後牆)都有第一反射區,大部分認為兩側牆壁及天花板頂面後第一反射區應該作吸音處理,後牆應作擴散處理,少部分人認為第一反射區應該擴散。

第一反射區該吸音還是擴散?

影響空間音質主要有三個方面:駐波、混響時間、聲音的干涉(反射聲與直達聲之間會產生干涉)。

對於第一反射區的處理就是要減輕干涉的影響,使頻率響應(Frequency response,簡稱頻響)更平坦。從這一點上來說,用吸或擴的作用相同,前者使反射聲減小,後者使規則的反射變成向各個方面的漫反射,都是破壞反射的條件,從而減少干涉的影響。但擴散板沒有任何吸聲功能,不會對混響時間有任何影響,使用吸音板則可以使混響時間縮短一些。吸聲面積越大,混響時間越短。因此說吸要優於擴。

從混響時間來說,使混響時間在低、中、高頻上的均衡比盲目的縮短平均混響時間更重要。比如駐波很強,低頻混響時間就會很長。這時候縮短中、高頻混響時間,就會感覺聲音發悶。因此,到底是用吸還是擴的手段,就是由低頻如何處理來決定。如果不能縮短低頻混響時間,就用擴,如果能處理好低頻,當然是用吸音。這就是選擇的原則。

當然,這是針對整個視聽空間處理而言的,具體到第一反射區,只要控制好吸聲的面積,是不會對混響時間產生很大的影響的,因此不會使聲音發乾。家庭影院影音室聲學處理不能光憑經驗,還要結合實際情況,一般小房間聲學處理尤為重要,必要時需要使用工具進行聲學測量和分析。

後牆牆角的處理

房間裏在相對的牆壁之間,由於聲音的多重反射而產生駐波(standing waves),當駐波發生時能產生共振,其頻率取決於牆壁間的距離,可見房間實際上就是個諧振器。房間裏產生駐波造成聲染色最多的地方,是在音箱後牆的兩邊牆角,它會反射不乾淨的低音,這種效應稱為房間隆隆聲(room booming)。這種低頻駐波是常見的聲學缺陷,造成低音清晰度下降,需要小心處理。控制駐波反射的一個簡單辦法,是利用裝滿書籍的書架,有些書籍的不規則外形和不太強的吸聲作用(通常是精裝書籍),能使聲波發生散射,從而減輕聲音反射的影響。

聆聽位置後牆的處理

或許會疑惑,我都已經貼著後牆坐了,這片牆還能怎麼處理?老實說,貼著後牆坐是最不好的,因為此時聲音會比較渾,除非您的系統低頻不足,必須靠近後牆來增強低頻。一般而言,您的坐椅至少要離後牆半公尺,這樣的聲音才會比較乾淨。

聆聽位置後面的這片牆,其實可以吸音,也可以擴散。用來吸音時,若離後牆太近,反射音太強;用來擴散時,若離後牆較遠,可以使聲音更自然。最佳的方法是將吸音材料用在擴散造型的表面上,這樣一來,吸收與擴散的好處兼得,這是最完美的。

一個假設性的專業聽音空間,在運用吸音板、低頻陷阱與擴散板的設置位置
一個假設性的專業聽音空間,在運用吸音板、低頻陷阱與擴散板的設置位置

地板的處理

不良的地面會使中低頻反射過強,如果播放的客廳內,已經鋪有木質地板,那是比較理想的,它的吸聲特性較均勻。如果是釉面磚、石材等硬質地面,就應當鋪上可移動的厚地毯,因為厚地毯的吸音效果才夠,如果只想用小塊薄地毯,那將只有裝飾作用,而沒有實質的吸音效果。只要是那種厚地毯,而且是羊毛的,可以買比較便宜的機器織品就可以。為了方便走動,地毯面積也可僅限於揚聲器和聽音位置之間,關鍵是要有厚度,可藉助在其下墊紙板、木板、纖維板等來實現。

天花板的處理

在地上,我們能夠著力的地方,只有鋪上一塊地毯,而在天花板上,花樣可就多了。請注意,千萬不要留著空空的天花板不管,那樣就太可惜了。一般來說,天花板最好也是吸音與擴散兼具,這樣聲音才會最好。如果只有硬調子的擴散,則從天花板來的高頻反射音會太強。不同的天花板形狀,可以擴散不易打散的頻率,深陷的細縫可將過多的能量吸收!

門、窗的處理

良好的視聽空間要有一定的隔音功能,以防止室外的噪音傳進室內,或防止室內的聲音傳到室外影響他人。影音室使用的門和窗要求有一定的隔音和吸音功能。由於質量越重的物體隔音性越好,因此應儘可能選厚重的門。窗戶分為固定式與可動式兩種,固定窗緊密度最佳,其效果也最好。另外也可考慮採用售價較貴的雙層中空玻璃隔音窗來提高隔音性能。為了改善門窗密封性,在對門窗處理後,應在門窗處掛上厚重織物,以減少聲波的傳播強度,這時候選擇適當的窗簾就是最可行的方案。

隔音的重要

房間的隔音一般均不理想,聽音房間的理想隔音對一般家庭而言是難以辦到的,門、窗、牆、地板和天花板都會將室外的聲音傳進來,並將室內的聲音傳出去,特別是對低頻傳得更遠。門窗是隔音的薄弱環節,通常能作處理的也僅門和窗兩項,如可將窗作成雙層,即在已有的窗上再加一層,當然這時的窗要有好的密封性 ,這是花費最少而效果不錯的方法。對於門的隔音處理,可以採取帶空腔的中空雙層門,面板使用膠合板製作,中間鋪敷吸聲棉。牆的隔音量與它的厚度及表面處理有關,對已建好的磚牆的兩面均勻地抹上一層水泥,提高它的面密度是最有效而經濟的增大隔音量的方法。泄漏聲音的縫隙和孔洞對房間的隔音也有影響﹐特別對中頻部分的隔音量影響較大,必須封死。

隔音處理是有兩種作用的,一個是對外部的噪音干擾隔絕。營造一個比較安靜的環境。另外也可以避免干擾鄰居,THX的影院要求是要達到105dB聲壓的,如果沒有做好隔音的話,那麼你的鄰居可就遭罪了。針對這種情況一般是在牆面做隔音氈,打龍骨填充吸音棉。外面封板,如果作其他的聲學處理或者是嵌入式音箱的話再打龍骨。

另外,做減震也是隔音的重要部分,尤其是超低音,普通的房間是難以隔絕的,很多人覺得是差的低音炮擾民而好的低音炮不擾民,其實恰好相反,比較差的低音炮聲音是「轟轟」聲,而好的低音炮並沒有這種聲音,但是也會營造出地震前夕的緊張感,在觀影的時候也會給你恐怖片中頭皮發麻的感覺,雖然你沒開多大的音量,但是在不做隔音減震的情況下,隔壁老王的茶杯會在桌子上跳迪斯科。

隔音減震比較常見的就是使用減震龍骨,吊頂使用減震件進行連接,地面輔助地板地面做浮築地板,而發燒友的做法就是房中房的模式,空氣層隔開牆壁的剛性連接,從而起到雙重隔音和減震的效果,不過燒錢是肯定的了。 Hi End音響需要有一個良好條件的空間配合,才能發出真正優美悅耳的聲音。空間沒有處理好,器材也難有表現的空間。不同的空間都會存在特定頻率的偏頗,需要加裝吸音或擴散的裝置,以打散能量聚積,或吸收過多頻率響應的聲音,以求取更和諧的聲音。

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