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  用简单有效的方法布置聆听空间——音响空间二十要上篇

来自: 摘自音响论坛    作者:    编辑: 大雪纷飞   发布:2007-04-12    点击:    
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前言

由于文章太长,因此分为上下二篇刊登。如果您想要依照文中所言自己动手布置聆听空间,请务必看完下篇之后再行动,因为下篇还有许多观念必须了解。等您完全融会『音响空间二十要』之后,就能够掌握布置聆听空间的大原则了。

由於文章太长,因此分为上下二篇刊登。如果您想要依照文中所言自己动手布置聆听空间,请务必看完下篇之後再行动,因为下篇还有许多观念必须了解。等您完全融会『音响空间二十要』之後,就能够掌握布置赔听空间的大原则了。『音响空间二十要-是我为了这次『总编与音响迷有约』巡回演讲而写的讲稿,事後再经过些微润饰而成。内中所讲都是依照一般人居家空间会遇上的状况来设定,并依此提出最简单有效的解决之道。读者们不必具备深奥专业声学知识,就能依照文中所写的建议玄处理聆听空间。不过,文中所谈仅是一个现有的聆听空间要如何布置,有关聆听空间的建筑、隔音、空调等并非这次的重点,所以略而不谈。

您想大声听音乐吗?

想要执行『音响空间二十要』有三大前提:第一是您有想要『开大音量旋钮』大声听音乐的欲望。第二是您追求的是高、中、低频段尽量趋近平衡的声音表现。第三是您想听到近似音乐厅的活生生现场感与庞大的音乐规模感。

在此我要解释『开大音量旋钮大声听』的真义,一般人多无法开大音量旋纽来听音乐,为什么?因为空间反射音太多,音量旋钮可能开到十点钟位置就太吵,耳朵受不了。此时您所听到的多是虚软不结实的声音,但是又很吵。假若能够适当吸收过多反射音,或许就可以将音量开大到十二点钟甚至一点钟位置。此时您耳朵所戚受到的音量大小其实跟开到十点钟时差不多,但是听到的是饱满结实的中、低频段(扩大机实际输出功率增加了),以及不吵的高频段。这就是开大音量旋钮大声听音乐的真谛。

假若您有这三大诉求,就值得依照『音响空间二十要』所言去尝试。如果您只想小声听音乐,或随意听音乐,或根本不在乎高、中、低频段的平衡,那就不必费事,只要以平常居家空间条件来听音乐就可以了。

请把握大原则
『音响空间二十要』所提出的解决之道是『通识』,而非针对某种空间某种条件主写,读者们要做的是消化这些通识,再依照自家的空间条件灵活运用,如此就可以随意用在客厅或专属聆听空间了。以音响空间而言,影响最大的是『大原则』,只要大原则不要错,即使小细节做得不够好,也不会影响大局。反之,大原则错在先,即使做再多细腻的处理,也仅是装饰作用,无法让声音变好。

最後,要提醒您的是,不论怎么用心主做,音响空间的处理也不可能达到100分?每间音响空间都会因为各种现存无法克服的!天限而有某些优缺点。没有关系,我们并不要求100分,我们只要能够达到80分,就能够听到近似音乐厅现场演奏的活生生现场感。拥有这样的空间,我们该满足了。

第一要:活生生的现场感

有些人认为音响迷只是在玩弄音响效果,而非聆听音乐。不可否认,有些人买来音响器材聆听音乐的时间不多,大部分时间摆著当摆饰。但是,有更多的音响迷买回音响器材,为的就是听到『真实』的乐器声音,还有活生生的音乐厅现场感,他们追求的是在家里享受如音乐厅聆乐的感觉,而不仅是有声音听旋律而已。

    无论是听古典音乐、流行音乐、爵士音乐,音响迷心目中必须有一个追求的标准,这样才能依照这个标准不断去修正音响效果,这个标准就是现场演奏所听到的声音。无论是大型的、小型的音乐会;无论是在庄严的音乐厅中或小小的Pub里,只要是现场所听到的乐器音质音色、演奏质感,合奏音效等,都是音响迷布置音响空间、调整声音所依据的标准。

将现场声音牢牢记住,做为标准

    音响迷必须做的就是将现场演奏的声音牢牢记在脑里,藉著布置聆听空间、做好器材搭配,学习调声处理细节等手段来追求现场演奏的音响效果,将家里的『罐头音乐』转化成音乐厅的新鲜音乐。而布置聆听空间、做好器材搭配、学习调声处理细节这三件事中,又以布置聆听空间对音响效果的影响最大。假若您拥有一间适当的聆听空间,绝对能够让音响器材的表现连升三级。反之,如果没有一间适当的聆听空间,即使昂贵的器材也会连降三级。因此,如果说音响空间对於音响效果的影响至少占了五成重要性,这句话一点都不为过。

    或许您要问:活生生的现场戚太抽象了,能否将范围聚焦些?可以!您只要能够追求到有甜味、有光泽、有宽松戚又活生的声音:高频不刺耳不尖瘦、中频饱满形体大、低频能量足又有软Q弹性:还能够将音量开大声听,这样就差不多了。要知道,音响中乐器的甜味就奸像水果的甜度一般,水果如果不甜,怎么样都不好吃:声音如果不甜,音乐怎么样也都不好听。王於其他,我想不必多说,您也都能体会其中的重要性。
第二要:频率波长要知道

在音响诸事中,频率是我们经常接触到的名词,所谓频率就是每秒来回振动的次数,每秒来回振动100次,我们称为100Hz;每秒来回振动1,000次,我们称为1,000Hz,简称lkHz(小写的k),以此类推。什么是波长?就是声波一个来回振动的长度,它是由『声波每秒在空气中行进的速度除以频率』而得。所以,想要计算某频率的波长,一定要先知道声波的速度。

    声波在不同的介质中会有不同的传递行进速度,在此我们说的是在空气中行进的速度。声波在空气中行进的速度会受到空气中湿度与温度的影响,通常我们会省略湿度的影响不计,只算温度的影响。因此,『声波的速度=331.5/0.6X摄氏温度』。例如在摄氏20度时,声波的速度=331.4+0.6~20,所求得的答案『大约-是344公尺。通常,为了估算方便,您也可以将344公尺简化为340公尺,反正空间知识所用到的频率、波长不需要绝对精确,只要估算方便就可以了。

波长计算有妙用

    既然已经知道声波的速度,就可以求得波长。假若我们要知道20Hz的波长是多少,可以带入公式:波长=340公尺÷20Hz=17公尺。还记得吗?前面说过频率是每秒『来回』振动的次数,一个完整的来回算是一个完整的全波,如果只是一个『来』或一个『回』呢,那就称为半波,20Hz的半波长就是8.5公尺。

    声波的速度与频率、波长之间的关系有什么重要性呢?当您要估计聆听空间中的自然共振频率到底落在哪个频率时,就会有用了,所以您必须了解这三者之间的关系。此外,声波行进的速度不会因为频率的高低而改变,也不会因为音响器材的不同而改变,音响迷经常说的『听起来速度比较快或速度比较慢-指的并不是声波行进的速度,而是器材从0升到最高点的反应速度。换句话说,音响迷所说的『速度』其实就好像汽车迷在说『0—100公里』几秒跑完一般。
第三要:低频峰值要了解

一般音响迷习惯於将耳中所听到突起有压力的声音称为『驻波』,尤其是中低频以下的峰值频率。事实上我们耳中听到的突起过强峰值声音是由三样东西所混合的,这三样东西严重扭曲了聆听空间的音响效果。哪三种东西?一种是真正的驻波(Standing Wave)。一种是声波之间相互的干扰而产生增强或抵销的结果,由於某些频率声音强,某些频率声音弱,有如梳子的疏密相间,因此这种空间中的声波干扰也称为Comb Filtering梳形滤波现象。最後一种则是空间本身因为长宽高所引起的自然共振,称为空间模式(Room Mode),或许我们可以称为空间共振模式会比较容易明白。

    以上三种影响声音的要素肉眼看不到,但是耳朵可以听到。如果您持续播放一个固定频率或粉红色噪音,然後在房间中游走,就会发现在不同的地方会听到强弱不同的音量,那就是不均匀的波峰波谷。而理论上无论您在那个地方,音量应该都相同,由此可知这三种东西破坏了声音的『忠实』再生。

驻波的严格定义

    到底什么是严格定义的驻波呢?驻波的形成有二个条件,第一是要有二个平行的墙面,第二是要有行进方向相反的声波。当二个(或更多)频率相同、行进方向相反的声波在一个声波传递媒介中相遇时,就会因为相互的干扰调变而产生另外一个新的声波,这个新的声波中会有几个『不会移动位置』的节点(Node)产生。除了节点之外,新的声波还会产生另外一些在最大值与最小值之间摆荡的波峰波谷(位置也是不会移动的),称为反节点(Anti-Node),这节点与反节点就构成了驻波的波形。您也可以想像,二个人手执綳子一端,以相同的速度同时抖动绳子(频率相同,行进方向相反),如果抖动的能量能够完整传递到另一端,您就可以用肉眼看到『驻波』了。或者,您可以在浴缸中放满水,丢一块肥皂入水,观察水波从中央向四方扩散,再从浴缸边缘反弹回来之後二个方向相反的水波混合情形,此时也可以看到驻波。

非平行墙面可破解驻波

    要强调的是,正常的声波是会移动位置的,而驻波是不会移动位置的。此外,驻波不仅存在於低频,也存在於中频与高频,只不过大家注意的是低频驻波而已。驻波对聆听音乐有什么坏处呢?会让声波扩散不均匀,导致声音染上个性色彩。既然驻波会对声音的真实与中性产生负面影响,我们要怎么将危害降低呢?请记住,驻波的产生是『在二平行墙面中、行进方向相反』的二个或多个相同频率相遇,如果我们打破平行墙面,不要让行进方向相反的相同频率相遇,不就可以消除驻波吗?理论上如此,但实际做起来会遇上一些问题。

    空间中的六面墙是相互平行的,而声波的特性是『入射角等於反射角』,只要墙面平行,就会产生『行进方向相反』的声波相遇。为此,我们可以利用摆放许多家具来破坏相同频率的声波产生『行进方向相反』的模式:我们也可以利用斜面、圆弧或二次余数扩散器来改变声波行进的方向,避免产生『行进方向相反』的声波。或者,当您在盖房子的时候,就将屋顶盖成尖的或斜的,墙面也盖成非平行,但是这样会让身处室内的人觉得不自在。

扩散与反射不同

    依照我的经验,将声波扩散是最有效的处理驻波方法。请注意,所谓『扩散』并非只是利用斜面、弧面或角锥状将让声波反射的方向改道而已,斜面或角锥只能改变声波做单一角度的方向改变。弧形可让声波改变较多的行进角度,但它所扩散的频率决定於弧面的大小,还是有所不足。而扩散却能够让『一个频段』的声波做『多角度』的行进方向改变,它的效果比斜面、弧面与角锥奸很多,这也是二次余数扩散器受欢迎的原因。

    当声波被扩散後,我们可以在室内得到均匀的声波能量,随便坐在那里聆听音乐,都不会有因为驻波而产生的不均匀声波压力。看到此处,我们知道驻波利用破坏平行的墙面就可以解决,梳形滤波现象的声波的千扰呢?用扩散还是最好的方式,只要声波扩散均匀,因为『不均匀』而产生的声音的『瘤、节』当然就会变得平坦些。至於空间的自然共振Room Mode要怎么消除?请继续读下去。
第四要:空间比例该注意

许多人谈到空间比例,马上联想到『黄金比例Golden Ratio』,其实『黄金比例』是源自希腊的名词(Phi),广泛代表数学,几何,建筑等的一个完美分割比例,以无理数1.618033989.示之。现在则延伸到任何『完美i的比例都被称为『黄金比例』。

    聆听空间的长宽高最佳比例是什么呢?其实,聆听空间的长宽高最佳比例不是单一的,而是多种选择的,唯一要注意的是长宽高的尺寸不能互为『整倍数』(2,3、4、5、6、7、8、…都是整倍数)。为何不能有整倍数出现呢?这要从乐器的发声谈起。

空间都会有自然共振

    我们都知道,弦乐器的音高(Pitch)决定於那条弦的长度,弦的长度越长,音高越低;弦的长度越短,音高越高。同样的,管乐器的音高也决定於气柱的长短,气柱越长,音高越低:气柱越短,音高越低。弦或气柱的长短决定音高,这也就是所谓的基音。而在基音之上还会产生2,3、4,5、6、…倍以上的自然共振,那就是泛音。在乐器中,基音决定音高,而泛音的结构决定乐器的音色。例如同样是4-40Hz的中央A音,钢琴与长笛的声音听起来不同,那就是因为泛音结构不同所致。

    从这样的事实中,我们可以了解频率(音高)跟波长是有关系的,波长越长,音高越低(也就是频率越低):波长越短,音高越高。而且,在自然界中,任何发声体不会只发出基音,它一定伴随著丰富的泛音(其实就是共振)。将以上这些事实移植到聆听空间中,我们可以将聆听空间视为乐器,只要有一定的长度(墙面距离),就一定会产生一个基音(频率),而这个频率还会伴随许多的共振频率(泛音),这就是空间的自然共振现象。

不能有整倍数出现

    例如,二侧墙如果距离是5公尺,我们可将这个尺寸视为波长,那么它所能产生的频率是约68Hz(音速340公尺÷5公尺=68Hz)o如果将5公尺视为半波的长度,那么它的全波长是10公尺,10公尺波长的频率是多少?是34Hz,一般而言我们将二墙面之间的距离视为半波长。前面说过,无论是乐器或空间,都会产生共振,而空间的共振就是从基音往上2、3、4、5、6、…倍数产生的,因此我们可以得到34Hz、68Hz、102Hz、136Hz,170Hz…的共振频谱。左右二侧墙如此,天花板与地板之间也会如此,喇叭後墙与座位後墙之间也会如此,此外还有对角线也如此,这些就是空间的自然共振,也就是音响迷俗称的驻波(空间共振与驻波的定义不同,但在实际听感上却是相混的)。

    回到刚才的问题:为什么空间的长宽高不能有整倍数出现呢?现在您应该已经了解,因为当长宽高尺寸相互出现整倍数时,就等於是让长、宽、高发出更多相同的共振频率,而相同的共振频率会因为相互重叠而增强声音的能量。这样一来,整个频率响应曲线就被严重扭曲了。频率响应曲线严重扭曲代表什么意义?代表原来录音的面貌被严重扭曲。所以,聆听空间的长宽高最好不要互为整数倍数。

最佳长宽高比例有几组

    不是整数倍数的长宽高比例有非常多组组合,如果您透过网路上很容易找到的公式带入计算,就会发现一组长宽高数字可能会得到七,八种以上非整倍数的比例可供选择。不过,这么多组的答案并非每组都是频率响应表现最佳者,因此我们还是可以从中挑选比较适合者。

    既然聆听空间的长宽高最佳比例不是唯一,我们该如何来寻找适合自己的比例?以下有几个简单原则:第一、要适合空间坪数大小。第二、不需要刻意改变现有空间尺寸,除非新建或改建。第三、长宽高尺寸指的是『净空』。一般我们会以天花板高度为1,宽度与长度的数字在後,例如l:1.14:1.39、1:1.14:1.9、l:1.28:1.54、或l:1.6:2.33等都可以。再次强调,最佳长宽高比例的数字不是唯一的,而是多组的,您可以依照自己空间的尺寸做调配。

避开低频峰值是上策

    空间自然共振频率能够消除吗?只要有长宽高,就会产生自然共振,理论上,您可以装置专门用来吸收低频能量的『低音陷阱』Bass Trap类结构,适当让共振能量降低。但是这样的装置一来不一定够精确吸收您想要的频率,再者会占去不少空间,还有耗费金钱。因此,无论是驻波或空间共振,或声波相互千扰产生的梳形滤波现象所产生的凸起声波能量,我们最好不要去硬碰硬想要『消灭』它,比较『经济』的办法就是『避开』它。到底要如何避开它呢?这就是『喇叭摆位-与选定聆听位置的目的。当然,适当的做低频吸收处理与避开它双管齐下是最好的处理方式。有关低音陷阱的处理方式将在文後会提及。
第五要:残响长短靠经验

当我们进入一个完全没有装潢的空房间时,我们会感受到高频段有太多回音,中频段讲话好像对著瓦瓮讲话般,低频段则会有太浑的声音,这些现象代表的是一个空荡荡的空间中,它的残响(或称余响)时间结构并不适合居住或聆听音乐,各频段声音能量的分布也不均匀,无法让我们得到舒服的听感。除了回音之外,您还可以在某些频率上听到铃振Ringing(向著屋顶角落拍掌就会听到)。其实铃振存在於低频段、中频段与高频段,只是越低的频段越不明显而已,但事实上是存在的。

房间越乱声音越好听

    通常,当我们将家具杂物搬入空荡荡的房间之後,上述不舒服、不好听的现象慢慢减缓,甚至消失,这就是家具与杂物对高、中、低频段的能量起了吸收、扩散、反射作用,让音响效果更趋近於适合居住与聆听音乐。所以,『室内杂物摆得越乡,声音越好听』这个说法并非空穴来风。

    不过,家具杂物对声音的吸收、扩散与反射并非刻意控制的,因此往往很难达到最佳效果,需要另外补偿,这就是我们的工作。一般而言,最常遇上的就是高频段残响太长,声音太吵。在此我要先简单的说明什么是『残响时间』(Reverberation Time),残响又称RT60,其中RT是残响时间的缩写,60则是指声音初始发出的能量降低60dB。所以,残响时间的精确定义是指一个猝发音发出後,到能量衰减到负60dB所需的时间。残响时间有什么重要性呢?不同频率残响时间的长短分布关系到人们聆听音乐时的好听与否,这项结论是声学专家研究分析世界上许多音乐厅之後所得到的结果。

残响结构影响好听与否

    到底要乡长的残响才算是最好听的呢?残响乡长要视空间大小以及个人喜好而定,一般所标示的残响时间大多以500Hz或1000Hz所测得的残响时间为主,事实上更高频率的残响时间要适当的缩短,更低频率的残响时间要适当的增长,这样才会是我们觉得好听的残响时间分布。残响时间的适当长短会因为空间的大小或用途而有所不同,一般音乐厅流行残响时间2秒的数字,歌剧院则要更短些,大约1.5秒,这样咬字会比较清晰。王於我们家里的聆听空间由於容积不大,一般而言在0.5秒以内比较适当。到底0.5秒是乡长呢?讲话声音丰润没有尾音,鼓掌可能听到一点点尾音,这大概就差不多了。假若残响时间太长,听起来会太吵:残响时间太短,听起来会太问。一般人不可能有仪器来测试残响时
间,也不会具备这些相关知识,因此必须靠经验来调配。

    残响时间要如何来控制呢?前面说到,一般人最实际的做法就是就是摆放家具,再来才是特别安排吸收,扩散方式来辅助。您可以一点一点增加吸收的面积或扩散的面积,每次变动之後听个几天,熟悉新的声音之後再来决定是否要乡些吸音或多些扩散等。千万不要一下子就全部做好,结果落得一点一点拆掉的下场。

    残响时间的长短对於音响迷有何意义呢?当然有!如果残响时间太长,高频听起来会太吵,定位不清楚,中频听起来会有瓮声鼻音,低频听起来会浑浊。适当的残响时间能够让我们听到有甜味、有光泽、丰润、定位清楚、层次清晰的声音表现。

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