家庭听音室的声学设计方案

brun · 发表于 2010-4-25 08:15:29

家庭听音室的声学设计方案

过去，受到住房条件限止，绝大多数家庭几乎无法空出一间专供欣赏音乐使用的房间。现在，随着经济的发展和住房条件的改善，不少发烧友拥有一间专用的听音室已经不是什么奢望。不过，房间的声学条件如何，对放音质量有着十分明显的影响。不管怎么说，一间房间的投资是一大把钱，装修的费用也不算小，如果最终的音质达不到要求，甚至不满意（投资太大，期望值也高），岂止糟踢了房间？由此怎样设计，如何处理和控制听音房间的声学条件，就被提到发烧议事日程上来了。
  本文以及后续的一些文章试对家庭听音室的声学处理（隔声隔振除外）作些介绍，使读者对家庭听音室的要求，处理方式及新的一些概念有一个比较全面而概括的认识。

听音室类别

  作为听音使用的房间，用途不尽相同。不同行业叫法也不同。有的叫听音室、试音室审听室，有的叫做调音室、演播室、控制室、监控室等，名目繁多，不一而足。在本文中，按其主要使用目的，把它们归纳成三类：
1、家庭听音室，主要供一般家庭欣赏音乐使用。
2、试听室，主要供音响产品的试制、选购等作主观音质评价使用。
3、监控室，主要供录播和加工节目时进行监控和控制使用（不加区别时，本文把它们统称为听音室）。
  从使用目的和声学条件方面看，试听室和监控室比较相近，着重于要求房间不应对听音产生干扰以免影响评判结果。家庭听音室则着重于要求有更好的“现场”气氛，最好犹如在音乐厅聆听那样。实际上，许多发烧友也常常利用家庭听音室对音响产品进行主观音质评价，因而往往与试听室也有共同之处。另外，从今后对监控室和试听室的设计研究动向看，也要求它们能够更好地再现录制现场气氛。故欣赏与音质评价之间并没有根本矛盾，能够兼而有之并没有什么不好。因此上述三类听音室的基本要求是一致的，设计的理论和方法也是相同的。鉴于对听音室的设计标准主要是针对试听室和监控室而提出的，而专家们在提出这些标准时，也要求它们接近一般水平的家庭起居室。因而对家庭听音室的要求和设计，完全可以参照这些标准进行设计。在这个大前提下，对某些具体的参数略作变通，以更好地适应各自的特殊需求即可。
  这里要指出，人们总希望一个听音室十全十美，能够满足聆听一切曲目的需要。但是，被公认为世界是最好的屈指可数的音乐厅，也不能使一切类型的曲目都获得同样完美的演奏。因此我们对听音室不能苛求，只能折衷。

基本要求

  上个世纪60年代，听音室的重要性已经引起人们注意。从70年代起，声学家们对此进行了广泛研究，并取得不少成果。在此基础上，有关国际组织和各主要国家都形成了自己的设计标准文件，用来交流和指导试听室和监控室的声学设计，并取得了良好效果。
  尽管作为欣赏音乐用的家庭听音室，与作为音质评价用的试听室和监听室不完全相同，但它们都“在房间中听音”这一点相同的。既然房间对音质的影响有利有弊，那么，无论哪一类听音室，在“扬长避短”这一点上就必然存在着共同点。这一共性形成了对听音室的一些基本要求。满足这些要求的具体方法前文大多谈过，这里仅作归纳：

1、嗓声要小，隔声要好
  为了避免对最小信号电平的掩蔽，室内各种设备和设施本身的嗓声要小，室中的墙门窗隔声性能要好。一般，室内的总嗓声电平至少要低于最小听音电平10dB以上。具体低到什么程度，取决于节目源的最低电平和重放的最高电平。有关标准推荐低于NC-25曲线或35dBA。现在出现了信嗓比更高的SACD和DVD-Audio，对听音室本底噪声的要求只能是越来越高了。当然，作为一般的家庭听音室，未必一定要那么严格。

2、要控制驻波
  作为专业标准的试听室的监控室，最大容量推荐值一般都在150立方米以下（约50平方米上下）。家庭听音室往往更小些，一般在20平方米上下。但从声学上说，都属于“小房间”之列。“小房间”最大问题之一，便是300-500Hz以下存在着由驻波引起的房间共振。如果不加以适当控制，就会产生明显的音染。这是目前家庭听音室音质不佳的主要原因。
为了减小驻波音染，如果可能，房间体积应选得大一些。同时，房间的尺寸比例要适当。另外，还要注意加强对这些频率的吸声或扩散处理。这样就有利于减小驻波引起的音染。

3、混响要适当
  房间的混响，对音质有利也有弊，因此混响要适当。对音乐厅这样的“大房间”是这样，对家庭听音室这样的“小房间”同样如此。所谓“适当”，就是混响“过长”不好，“过短”也不好，这是用听感很容易分辩的。于是必然存在着一个“长”与“短”之间的折衷值，这就是所谓“最佳混响时间”。

brun · 发表于 2010-4-26 09:56:16

4、抑止有害回声
  从物理学的概念看，所有室内反射声都可以叫回声。有的回声与直达声相融合，不分彼此。有的回声则与直达声不相融合而可被单独听到。后者一般都是有害的回声，因为它们影响了室内声音的清晰度，还容易分散听者注意力，或容易产生听觉疲劳。
  家庭听音室的体积小，不太容易产生回声，而室内通常要布置吸声材料或作扩散处理，这些情况都有利于抑止有害回声的产生。一般，只要在室内拍一下手，很容易听出是否存在回声。如果出现回声，通常总是由大的平行且光滑的墙面引起的。可以用厚重的窗帘在一面墙上移动，来找出回声究竟出自墙上哪一部分。然后在该部铺贴适当大小的吸声材料即可

以上四点是对听音室的共同的基本要求。过去和目前的许多家庭听音室也是按上述原则进行处理的。应该说，这样处理后的听音室在与未作处理前相比时，音质是好多了。但也要看到，即使满足了上述要求的听音室，它们在音质上还是有差异的。而且，这种差异在家庭听音室中往往表现得更常见，更明显。这是大家所不希望看到的，因为这不便于大家交流听音经验，也不便于对音响产品作出可靠的音质评价。当然，欣赏音乐的实际效果也不一样，有的较好，有的较差，大多数则一般。
  造成上述现象的原因并不难想到，就是家庭听音室的大小形状不同，吸声扩散处理不同。也就是说，如果房间的大小形状和吸声扩散处理完全相同，那么两个房间的音质就会相同。但是更具现实意义的问题是，如何使大小形状不同的房间具有相似（相近或基本一致）的声音。更进一步的问题是，如何使一个房间具有最佳（综合而言）的声音。为此，我们需要对房间的声音及其对听觉的影响作更为细微的观察和研究，用来指导自己的实践活动，只有这样才能提高目前业余听音室的设计水平。

回声图

  我们已经知道，聆听者在室内听到的声音，除直达声外，就是直达声的反射声。就仅仅这两种声音，对我们听觉的影响常常令人迷惑不解。为了解开这个迷，也令声学家们忙得不亦乐乎。
  在说明混响时间的概念时，我们利用一个稳态声源先在室内建立起一个稳定的声场，然后撤走声源观察室内某点声能的衰减情况。现在改为向室内发送一个短促的脉冲声，然后观察室内某点声能的衰减情况。
  图1是实验布置图。当向一只音箱输入一个短促的信号后，聆听者最先听到的是离音箱最近的直达声。然后听到的是按反射路径长短次序来的一次、二次、三次……乃至多次反射声。为简明起见，图中仅画出6个一次反射声。如果室内墙面反射很强，那么，随着时间推移，反射声的密度越来越密，强度逐淅减弱，最终消失。
  图1房音的大小为4.9mX7.1mX3m。根据我们以前介绍过的方法，可以大致算出它的第一个一次反射声（1）的强度约比直达声低1dB，时间滞后约1ms。第5个一次反射声（5）的强度约比直达声低9dB，时间滞后约12ms。
  把这些反射声，包括图1中尚未反映出来的各次反射声均按时间先后排列起来，则得图2所示的回声图（示意图）。它反映了各种不同强度反射声到达聆听点的时间序列。为了了解后文的需要，对一些重要名称作些说明。
1、所有反射声，按某一时间划分成早期反射声和后期反射声。早期反射声与直达声是融合在一起的，人耳分辩不出其先后，它有加强直达声响度和提高直达声清晰度的作用。划分的时间，对音乐来说约80ms，对语言则为50ms左右

2、后期反射声是经墙面多次反射的反射声构成的，实际上就是充分扩散的混响声。各相邻后期反射声之间延时很小。后期声的强度虽然略有涨落，但总的趋势逐渐衰减的。不过，如果室内存在着声学缺陷，后期反射声中可能出现特别强的反射声（如图2中高出阴影区的垂直线），听起来就是跟在直达声之后的第二个声音，即产生回声。这些强的后期反射声如果以一连串相同或相近的周期连续出现，则称为颤动回声。如前所述，无论是个别强的回声还颤动回声，都应加以抑止。
3、初始时间延时（ITD）。这是指直达声与第一个反射声之间的时间间隙。这是一个对空间感有影响重要参数。请注意，图1那样的小房间的ITD，仅为1ms左右。音乐厅中的ITD往往达20ms左右。
  另外，对于吸声较强的小房间，图2中的后期反射声即混响声场往往建立不起来，这是家庭听音室与音乐厅的又一个不同之处。这里先把这些最基本的概念提一下，以后将要用到这个概念。

“刺猬图”

  回声图是反射声的时间序列，不同时间到达听者的反射声对主观听感有不同的影响。另外，反射声具有方向特性，来自不同方向的反射声对主观听感也有很大的影响。室内甚至接收的反射声强度及其方向，可以用“刺猬图”加以形象地表示图3就是图1和图2中直达声及反射声的“刺猬图”。为便于一般读者理解，把分解为垂直和水平两个部分，每一部分中，把直达声和早期反射声及后期反射声分开来表示。到达室内某点声音的方向用箭头表示，其强度大小用箭柄长度表示。图中垂直平面上直达声用虚线表示，这是因为它是水平面上直达声在垂直面上投影的缘故。早期反射声只画出1-6个一次反射声。后期反射声是充分扩散的，某点的后期反射声来自各个方向且强度相同。如果把图3与图1对照起来看，是不难理解的。其实，图3各图中的声线是集中在一个点上的，这个点上有着许许多多方向不同，长短不一的“刺”，活象一只“刺猬”故得名。显然，室内不同点处的回声图是不同的，“刺猬图”也是不同的。二者联合起来，充分地表示了室内某点所接收到的各种声音的强度，方向以及时序。只是尚不能反映反射声的频谱结构相同，因此要在大小形状不同的房间里听到完全相同的声音几乎是不可能的。严格地说，在同一房间的不同地点，声音也不可能相同。这种情况下免令人十分沮丧。不过，好在人耳的听觉分辩力是有一定限度的。声学家们由此看到了希望和前景。只要对室内的反射声作出适当的控制，在不同的房间中听到相近或相似的声音并非完全不可能，而且在小房间中听到类似于大房间的某些声音效果也并非完全不可能。大家想必记得，日本雅马哈公司在介绍他们的数码家庭影院时说过，他们实地勘测了世界上著名音乐厅和其它演出现场的声场特性，然后通过DSP（数码声场处理）技术在普通的听音室中重现出原来的现场效果。他们所实测的现场声场特性中，最主要的就是回声图。所不同的是，雅马哈采用多声道电声技术来模仿现场效果，而声学家则采用纯声学的手段来实施，难度便可想可知。

brun · 发表于 2010-4-26 09:56:30

空间感

  家庭中用双声道立体声设备欣赏大型交响乐时，在两只音箱之间会出现一个“声舞台”它通常出现在两只音箱之间的连线上，它有一定的宽度，有时还会感觉到有少许深度（图4）。一般来说，人们能够比较正确地分辩出“声舞台”上各声部的左右位置，有时还能感觉到乐器有前后之别。这个“声舞台”令人印象深刻，这正是双声道优于单声道的魅力所在。
  在音乐厅中欣赏大型交响乐时，一般是只有靠前中间部分座位上的听众才能相当清楚地听出乐器在舞台上的左右以及前后位置。乐队交响演奏时，各声部此起彼伏，交相辉映，令人获得很大的艺术享受。
  不过，坐在较远或偏离中间区域的听众，通常中能感到舞台上乐队有一定宽度，并不能对乐器位置作出明确的分辩。但是他们都能感到音乐厅中的声音有“空间感”——听者被声音包围的感觉。近年来，空间感已成为音乐厅的重要音质特征，越来越受到声学家、建筑师和听众的重视。但空间感正是目前家庭听音室中普通缺少的一种主观感觉。不能说家庭听音室中一点没有空间感，两只音箱之间的“声舞台”也可以说是一种空间感（确实是空间感的一个组成部分），然后与音乐厅中的空间感相比，似乎还是有天壤之别，当谈及此事，再资深的发烧友也不免“英雄气短”，总认为自己的“蜗居‘难望音乐厅之项背，自叹弗如。其实，’大有大的难处，小有小的好处”，无论从音质还是方便性看，一定可以找出音乐厅也有许多不及家庭听音室的地方。应该说，设计良好的听音室的音质是相当好的，对此应该有这样的一个基本估计。目前的主要问题是，大多数家庭听音室限于条件都没有经过很好的声学设计和处理。更不用说如何应用新的概念和新理论来改善家庭听音室的音质了。至于改善空间感，那更是不着边际的话题了。
  因此回过头来再谈音乐厅的空间感。谈到音乐厅，总使人马上联想到它得天独厚硕大无比的声学空间，以及由此而带来的令家庭听音室望尘莫及的空间感。但是人们发现，音乐厅的空间感并非唯一地决定空间大小。同样大小的音乐厅，空间感并非总是一样好，也乏较小的音乐厅空间感好于较大音乐厅的例子（音质方面也有类似的情况）。因此改善家庭听音室的空间感不是完全不存在可能性。某些实践表明，小房间中完全有可有获得一定的空间感。当然，目前小房间的空间感还无法与音乐厅相提并论，但是随着对空间感理论研究的深入，精心设计的家庭听音室完全有可能获得越来越好的空间感。
  在音乐厅音质的研究中，声学家把空间感分成两部分。一是视在声源宽度ASW，二是听者环绕感LEV，如图4示意。不难理解，它们相当于发烧友常说的“宽度感”和“包围感”（本文用这两种俗称来表示ASW和LEV）。由于宽度感和包围感表示音乐厅中能够感知声象所占空间范围，故合起来称为空间感。同时又因它们分别是相对独立的两种主观感觉，形成这两种感觉的声学条件也有所不同，宽度感主要与早期反射声有关，包围感则与后期反射声（混响声）有关，所以把空间感分解成两个名称表示，更便于分别描述和加以处理。
  在双声道立体声家庭放音系统中，宽度感是肯定存在的，而且也是比较明显的。至于包围感也应该是可能存在的，因为墙面的反射声就包围着听音者，可是为什么家庭听音室的空间感没有音乐厅那样明显呢？
  为此，我们再来看看图4。它虽然只是空间感概念的示意图，但它似乎给我们这样的暗示，即包围感对主观听感（空间感）的影响比宽度感的作用更大些。因为无论是音乐厅还是家庭听音室，宽度感所占空间相对总是比包围感所占空间小。如果这种猜测没能大的偏颇，那么由于包围感与室内后期反射声（混响声）充分与否有关。前面还特意提到过，吸声较大的小房间内往往建立不了充分扩散的混响声场，因而家庭听音室的包围感远不及音乐厅也就不足为奇了。
  如果上述解释成立，那么家庭听音室空间感不佳的主要原因在于包围感。只要我们能够改善家庭听音室的包围感，同时设法改进宽度感，二者同时并进，就能使小房间的空间感有较为明显的改善。当然，这需要大家不断实践和探索，但只有在已有的声学理论指导下去实践，才能取得预想的效果，而且事半功倍。

小结

  以上化了不少篇幅说了音乐厅中的有关情况，目的是想告诉发烧友，对于家庭听音室，完全可以运用已经建立起来的声学理论来进行设计和处理。问题首先不是在于没有理论，而是在于我们没有掌握得太少，没有及时吸收新概念新理论，以致长久地停留在传统的混响吸声理论上（这当然也是重要的）徘徊不前。
  我们应该清楚地认识到，声学家们正在努力探索的音乐厅音质设计与家庭听音室音质设计要求并没有什么本质上的不同。音乐厅音质的研究成果与家庭听音室人仅不是没有什么关系，而实在太密切、太重要了。可以这么说，只有音乐厅音质设计获得圆满解决，家庭听音室的声学设计才有可能获得最终解决。因此，在这个时日到来之前，我们应该在努力掌握现有声学理论和技术的基础上，更多地关注音乐厅音质设计理论的进展，并且勇于实践和创新，只有这样，才能提高业余设计水平，使家庭听音室的音质有所突破。

9289339 · 发表于 2010-4-26 12:16:43

好指环欣赏

6027580 · 发表于 2010-4-27 07:15:35

:):victory:

帐号		自动登录	找回密码
密码			快速注册

[转载] 家庭听音室的声学设计方案

相关帖子

浏览过的版块