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发表于 2010-4-26
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4、 抑止有害回声
8 B$ N, B6 P \3 a5 ` 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。" y0 q0 u, s. F) A
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- z, M. S8 A; v8 D3 ]3 b
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9 i" _# M1 {7 b3 F2 H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。
8 W( _2 [% o5 b2 G Y 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。- p5 a/ k4 m$ C2 S
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回声图, c& [% b8 u# k5 P) b+ q, S- d2 n
6 j i, h3 d, Q* c2 H4 q) G4 E' I 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。
: p/ i* Y8 `* K/ @2 P% e f; y 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。) K6 E% v1 ]) |8 }* D ?
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。
; ]' Z1 l# u1 r8 L 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。; k" A9 S u1 d4 M
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。* s8 [" B" k7 S3 F. E* _
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* y& z! M$ X. z% [, U
% D; E' {9 I4 J, r, ^+ N0 d8 W) J2、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。
! |- e" p& H( m* ? p2 T* i; p! n3、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。4 b8 S3 T; c) w1 t
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。. J4 u: c" Y" v- s: A ^
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“刺猬图”: F8 u2 F6 I1 M. {. |' @
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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。 |
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