10个使用麦克风时要知道的重要声学知识

zghifi

1、混响

      声音在房间内衰减的方式是影响声音录制的重要因素。混响对声音的作用是两面的，可以更好也可以更坏，混响时间是其中重要的条件。混响时间指的是从声源停止发声到声音完全消失所间隔的时间。用更技术性的语言描述就是：声音衰减60dB所需要的时间。

下面的音频演示了混响时间，相同的枪声在不同的房间。每次只发射一发子弹

/ e  L6 d; {* c2 p: o9 H9 D. J

1：0.2秒，小控制室
2 t9 W3 i: j( P/ e7 `2： 0.5秒，教室
* ]/ u2 n7 P5 }  z3 u4 V1 w3：2秒，厂房
8 `+ q* v$ |3 U; o0 ^2 ~6 P5 _6 ]4：5秒，教堂
. U8 Q0 z9 u" F) r8 @5：10秒，体育场

对语言和人声的录音来说，混响时间必须很短（“寂静”的房间）。控制室的混响时间要相对短一些。而音乐收声间的混响时间通常要视音乐类型而定。

      
一个房间的脉冲响应（声音取自一只爆炸的气球），可以看到所有的独立反射。

/ W! d2 J; a2 k" g将声音转换为电平值（这样可以以dB值读取）

3 q# y4 Z" H# o5 o/ y2 `# N混响时间的频率分析。信号已经经过滤波器处理。在这个例子中低频（63Hz）的混响时间已经超过了限制，这个采样取自一个用于声音编辑的小房间。

$ c% D$ S. `- i( E7 T5 |通常而言，关键的问题在于混响时间随频率不同的变化。如果低频的混响时间超出中频太多，就会造成很大的困扰。在录音棚和控制室里，一般低于125Hz的低频混响时间达到中频的1.5倍是可以允许的。不过，在摇滚乐现场则更倾向于低频的混响时间与中频相近。

下面是不同应用下一般会采用的混响时间（500Hz下）：

应用场合
' B4 W7 i+ `. `2 x( e 混响时间（秒）
2 v  r6 R$ f; X! A   说明

, W& s- c$ F8 T4 V6 |  j 人声房间
0.1 – 0.2
/ I  _% |2 c& \* d# P: m   房间不要太小。太小的房间会带来像盒子似的声音，并且总会存在低频的问题（低频过重）
7 ^& s9 t& V) {2 u% f# z5 W. j, J
控制室
0.2 – 0.3
   如果你想要在控制室也演奏一些原声乐器，那么混响时间也可以稍微再高一点

' O! W4 t% F  N1 U 录音间
7 J4 a7 O- V% ?4 F 0.4 – 0.6
  
& n/ g4 ~& t. v4 N
起居室
5 p+ u' ?; p3 T$ S5 a& O3 B6 k 0.4 – 0.5
   如果你的房间只有五个音箱和一把木椅子，那么混响时间很可能会超过这个数值
! B# b+ }, X4 h( z# }( ]
: w* \& Z* R$ J+ O6 _1 v 报告厅
9 q5 L6 F+ y) @, S5 ^: V1 e+ Z 0.6 – 0.9
: \+ F4 q1 b& n9 o6 w4 z- h7 s   既要保证语言的音量，也要保证其可懂度

影院
0.7 – 1.0
, _6 P. u' d* x# k$ r0 J+ v! F   要保证均衡的回放音质
) H8 ]% d/ h5 [* U( |
摇滚乐现场（小型）
0.6 - 1.6
. |0 |+ S( b$ _, W1 Y   要有均衡的频率响应。房间容积在1.000 m3 至 10.000 m3.

* Q( j: N6 ]0 d" i 剧院
/ g7 [) F4 C2 a! `3 Y 1.1 – 1.4
) M5 `* F' u' c! Z' C1 m% y  

( u! c$ m9 k3 d2 ? 歌剧院
大约1.6
8 D9 |9 n  ~) R" n$ J/ J  混响时间要让歌唱声有足够的延音，但还要保证一定的可懂度
3 }' b+ A; d0 d2 z
古典音乐大厅
  [: r! j7 {9 `8 I" \) o  U; a7 Y% V  1.8 – 2.2
3 I1 ~3 M* {& t  Q   根据大厅的尺寸和音乐类型可有上下浮动

混响时间的计算
. ~6 R. n% H- l9 e8 F4 k( t- `  U T = 0.161 * V / A
% h; Y3 d( _6 s0 J9 T/ I T 表示混响时间，以秒为单位
4 D  C! p  O3 @; T5 m V 表示房间的容积，以立方米为单位
A 表示房间总吸声系数
总吸声系数是根据房间内每种材料的吸声系数乘以该材料的总面积（平方米）得出。该公式适用于任何需要计算的声音频率。一般经常采用的计算方式是使用从63到8kHz的八度带通，或从50Hz到10kHz的1/3八度带通。

8 y6 S- ?/ p1 J5 w( b如何得到合适的混响时间
- [7 q% K& @$ [" d. ^2 w6 \: s房间内总音量的大小和总的吸声系数决定了混响时间。（见下文关于吸声的段落）。应当知道的一点是，穿孔型吸声材料是非常高效的——但只是在高频端。这也是为什么需要很多的低频吸声来获得整个频段的自然混响。
' O! ~9 j; e* E3 g$ o7 T2. 隔声

隔声也就是防止声音从一个房间传到另一个房间的方法。基本上要达到隔声效果的唯一有效方式就是用厚重的墙和地板/天花板把房间密封起来。要想使相邻两个房间的隔声更为有效，那么两个房间之间不应该有固定的连接部分。一般来说，这意味着每一个房间都是建立在同一地基上的两个独立封闭的盒子。

    录音间内放置隔板、声屏障等装置的效果取决于屏障的尺寸。为了避免低频衍射绕过屏障，屏障必须非常的大。而在实际情况中，还是建立封闭的房间更为容易。

    有时候失败的隔声原因来自于地板（或舞台）。为确保不会拾取到麦克风本身的噪声，麦克风应该安装在防震架上以避免产生问题。
如何获得良好的隔声

    低频的隔声唯一的办法就是将声源放置在独立的房间内。如果需要非常大的隔声量，那么房间应该有独立的墙壁，每一面墙采用三层石膏板或类似的结构制作。地板必须采取浮筑（floating）方式。

    对于高一些的频率（例如高于300-400Hz），可以通过声屏障来获得一些隔声量。不过这样做的效果是很有限的。如果只是在录音间或舞台上用于将乐器分隔开，采用声屏障的方法可以避免直接声窜入到相邻乐器的拾音麦克风中去。

下面的第一段音频是在一个房间里的录音，第二段是从隔壁的房间录到的声音（音量比第一段小很多）。

3. 吸声
    我们通过使用吸声材料的方式来实现对声学的控制，比如控制混响时间。需要注意的是不同的材料对声音各个频段的不同作用效果。从技术上讲，我们可以将吸声系数界定为从0.00（完全没有吸收，例如硬质大理石表面，所有声音都被反射）到1.00（例如敞开的窗，声音传出后不会有任何反射）。

    通常而言，多孔吸声体（泡沫，布料，矿棉，玻璃纤维等等）吸收较高的声音频率，并且吸声效果很好，吸声系数可以超过0.7。但是，如果多多孔吸声材料安装在与硬质表面（墙面或地板）有一定距离（25至30cm）的位置，则吸声范围可以向下扩招到100Hz。

) ^/ Y6 I& n1 a+ f2 |7 s7 Z, m多孔吸声材料的吸声曲线

   
, Y0 p/ I9 X' f/ j. a& I6 f+ k共振吸声材料（穿孔板，带狭缝的墙壁等）对于中频部分（200Hz至5kHz）有很好的吸声效果。

) B' R& I2 Z4 T: |( F1 r  @
4 {- u5 z- U, Z* v共振吸声材料的吸声曲线
+ F' f7 E7 D1 v! ?" T

: X8 Y8 H" {' A! V

    薄膜吸声体可以作用于低频吸声。这类结构可以成为建筑结构的一部分：轻质墙，窗，浮筑地板等等。这类吸声体效果不会很高，吸声系数范围在0.2至0.3之间。不过，如果膜结构是建筑的一部分，那么你可以获得很大的吸声面积。薄膜吸声体放置在墙角处会获得最大效果。

/ x) R$ b2 H2 G/ W/ F  E; ^+ Q

5 f' [( p$ R8 c8 P
3 L! l- H9 ?% u' Y1 S, ]薄膜吸声体的吸声系数
5 O8 f5 i! N2 u

: h. _# N. k: W  ?  m. }2 S8 |如何得到正确的吸声
    首先要确定你需要吸收那些频段的声音，例如在整个声频段中的某一部分混响时间太长，需要吸收一些。然后要选择合适的吸声体。记住无论吸声装置有多么新潮，我们需要的实际效果，因此在买这类产品的时候一定确保拿到可靠的参数说明。

4. 声反射

+ e7 ^- a; O3 B  }& @  c& r0 D
单次反射
5 P3 x5 v- @. _* I1 b

+ Z+ Q( o+ x; R: ]    单次反射是有害的。如果麦克风同时拾取到直达声音和一个单次反射声，会造成梳状滤波，即在整个频谱范围内产生间隔的声音加倍和声音抵消。因此，单次反射永远是应该杜绝的现象。

    在控制室内内存在的各类反射（来自桌面和天花板）通常都会造成类似梳状滤波的声染色。虽然垂直反射一般很难被听到，但过强的单次反射还是应该避免的。

    在录音间或音乐厅，多次反射声是散射声场的一部分，它左右着声音的走向，让所有乐器都能被听见。混响也可以视为多种反射声的组合。

下面的音频演示声反射造成的梳状滤波效果。在玻璃窗前1米用音箱播放粉红噪音。用一只全指向话筒，在音箱和玻璃窗之前移动，录制不同距离所产生的直接声与反射声比例。

如何避免单次反射
2 x5 [( ^0 g5 ~5 N: F* c) f) y/ q过强的单次反射可用下面几种方法解决：
( r+ E1 t1 R$ A, H5 B  t在反射面采用吸声材料
/ t$ [& y8 {& ^7 ]在反射点放置散射器
6 X0 D$ A& |5 e% h1 ^9 [控制反射方向，使其不会进入耳朵或麦克风
在录音时要适当利用麦克风的指向性原理，将麦克风拾音的盲区指向反射声来源方向。

5. 声散射
4 c2 t5 h/ |1 x' P4 r( Q7 X    声散射通过使用散射器或者简单的只是使用房间内陈设的各类设备和家具来实现。当声音打到物体表面时会被反射到多个不同方向。这个物理表面必须有足够大的面积，以对应需要被散射的声波波长。这就是为什么很少会见到低频散射器。为了防止声反射会干扰立体声声场，散射器必须在一定频率以上的范围内有效，例如600至800Hz。同样还要注意的是通常有效的散射器还会起到一定的吸声作用。在散射器的有效范围内，其吸声系数大约在0.2左右。

施罗德散射器
如何散射声音
1 大量的设备堆积和家具陈设通常会起到很好的散射作用
2 堆满书的书架会起到很好的效果（并且有很宽范围的吸声作用）
3 散射器（施罗德型）可以很好的散射声音，可以是垂直或水平方向，也可以是两者同时.

下面的音频演示两种不同的效果，来自坚硬，平滑表面的反射声，以及来自有很多扩散效果的表面。

将音箱摆在玻璃窗前面，将话筒放在音箱和玻璃窗或扩散体之间。请留意反射体的反射效果，已经它的频率变化。这就是直接声与扩散声混合到一起后，会有声染色的原因。

/ `" ?/ l5 b* T
" ^. j! C; x  B  E0 Q8 X4 S- r6 f
0 H) Y. g% d3 f

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6. 驻波
3 T3 ]5 S7 N; w7 \9 j     在开放空间里，声音会自然向各个方向传播。而在房间里，当声音碰到墙壁时，它会被反射回房间内。这样声音就会在两面同样的平行墙之间来回传播，在角落里来回传播，等等。低频波长通常与房间的尺寸相近，尤其较小的房间。
2 o" {2 C5 l8 W- B! `7 g+ T: H6 u
    一个有趣——但通常都不怎么受欢迎——的现象我们称之为驻波。当某个特定的波长正好与房间尺寸相近时，随着你在房间内录音或听音的位置不同，所得到的声压级差异会非常巨大。在房间交界处声压级会达到峰值——在房间墙角处最强。而在房间的其它位置，同样的频率可能会低上20到30dB。
9 Q. ^3 Q/ @2 r' o. F" ^' N
    想象一个靠近墙壁摆放的音箱。声源（也就是音箱）产生声音，从音箱幅射出来，打到对面的墙壁并返回到声源处。如果它恰好在音箱发出下一个同样频率声音的波长周期时到达音箱位置，那么上一个反射声和新的声音处于同一相位位置。两个声音同时会向对面的墙壁传播。到达墙壁后它们会同时被反射，同时到达音箱并与音箱发出的第三个波长周期混合，以此类推。
: a7 W/ Q4 X, O; y( \9 p- A
/ b/ {$ s' _! I$ N    两个平行墙壁之间所产生驻波的最低频率，其波长等于墙间距离的两倍。
) `  ]/ v0 a% b& u4 u- J: O; m9 e
5 v& m7 b1 g/ F8 B( O' J
6 v- N( j/ L) s0 ?) z 举例：两面墙之间距离为2.5米，声音的速度为340m/s，两倍距离长度为5米。驻波波长的计算如下：

1 N: M) e8 ^- H0 d( { λ = c / f
其中
λ 表示波长（米，m）
c 表示声音的速度（米每秒，m/s）
f 表示频率（赫兹，Hz）
$ x: r0 t7 i! H3 [/ c 在这里
/ ~2 i* s8 e/ @4 k1 o$ A 5 = 340 / f
↓
- S$ J( `* Q# S+ N+ P0 {5 X f = 340 / 5
↓
68 Hz
. \5 C! B0 l( O, x+ K


  c7 K- b1 p4 d/ i) v% E7 O! J0 [* Y3 A
- c! D# o: W3 r, v8 B5 F- S' c+ Q/ E    房间面积越小，对录音和声音回放的影响就越大。小的语音间通常最严重。不过，在小型的控制室或作曲室可以调节监听音箱的低频响应。驻波在所有的房间内都会存在，但可以采取措施将其影响控制在最小范围。

1 [* o* g1 F6 y8 Z8 S: |% r

; [% f# J) H& _驻波
: p( [" V. v2 r
3 E* V: v, B( R8 f' n: t
$ i* W' o/ t1 k9 Q/ z' W& G3 T
* E7 H7 q, Y* n  l
如何避免或对付驻波
驻波是无法完全避免的。不过，其影响是可以控制的：
5 {: H3 ?; e1 ~9 R+ G1  避免平行墙面
( m, i( F7 `- k5 Q5 t( B7 _在盒子形状的房间里，其尺寸彼此不要成整数比。
/ R4 u2 e2 Z) {8 k; N3 ?使用有效的墙角吸声装置（多为膜式吸声器）
尽量保持控制室对称
让音箱远离墙角
2 c7 Y2 _; s5 Z$ }9 e1 M; ~
下面的音频演示来自房间中间的声音，比较来自相同房间拐角处，靠近地板的效果。请留意拐角处声音的低频提升。

2 I' D+ ~) h, C: N; ]7 B
# n: N7 l2 D8 L! a7 V

& |& x# X+ |% \5 u6 u6 r7. 房间尺寸
; s9 a) Y/ U6 P$ N* a2 b4 F. |    房间尺寸会影响到许多声学参数。较大的房间容积通常意味着较长的混响时间。不过对控制室和录音棚来说，要确保有足够的起始空间，尤其是要有足够的房间高度。在设计好房间布置，加入吸声材料，安装好设备等等工作完成之后，你可能最终不剩下多少活动空间了。

    房间的尺寸会影响到驻波的频率。反射表面之间的距离总会有其特定的声音特色，小房间的声音总会是小房间的特点，除非你使用近距离麦克风拾音。
5 D2 F; Q! U0 s1 q' w$ B0 v* z
! \% `! K& A5 i8 |) o2 j2 X    用于排练的房间必须有足够摆放各类设施的空间。
    如果是音乐厅，剧院等等场合，可以将观众看作房间吸声设施的一部分。如果房间容积过小，那么混响时间受到听众数量的影响因素较大。
2 i" T: F( t6 m- B$ q' `& V4 A( G如何得到正确的房间尺寸
& J0 ]; }% [( f$ v& i: C过大的房间总比太小的房间好得多
用于录音和监听的房间天花板不宜过低
要考虑到房间内的人数（录音棚，控制室，排练室，小型音乐厅等等），保证足够的声学空间。
8. 背景噪声
    录音棚的背景噪声有可能会成为工作的阻碍，因为它会令录音浑浊。如果对信号添加压缩处理，情况还会更糟。噪声可能来自于电脑的风扇和硬盘，可能是交流声，可能来自与隔壁房间，或者是大街上车来车往的噪声。在新闻直播间里，经常还会受到编辑室的噪声干扰。
% w- n2 a0 d" h6 w    在设计不同类型的房间的时候可以采取不同的噪声度量标准：NR-15/NC-15（SPL近似于SPL20dBA）或NR-20/NC-20（SPL近似于25dBA），取决于房间的用途。
3 T( P8 N* B8 |3 |
& v! @2 N1 k, y9 c) R9 r( f

! J* g9 }4 d9 H' \" }NR曲线的例子，采用1/1八度带宽噪声顶部标示测量。测量结果为未超过的最低噪声度量曲线（=NR-25）
) H$ p5 o7 }% Q( h



如何避免房间噪声
$ C5 ~6 d0 C% L& d" \  I' h. B1、移除所有的噪声源（就是这么简单）
2、使用近距离（以及更近的）麦克风录音
3、利用近距离麦克风的近讲效应降低远距离声源的低频

4 c7 H& m6 o5 A' J2 k9. 机械振动
/ j# f" `2 b, L3 p4 L! ]' z4 |. j建筑内部的机械振动部分会产生可听到的声音。如果麦克风架放置在振动的地面上，可能会让麦克风产生噪声。同样房间内某些松动的机械部分也会造成麻烦。
1 ]/ g% l1 N- X' v/ g5 t, |
3 g/ h' v' O: i" v" B2 A" X下面的音频演示防震架的作用。一只DPA 4017mk2短枪话筒安装在三种不同的固定装置上。录音师踢话筒架的脚，这三段录音都没有使用4017话筒的低切功能。

三种不同的固定装置分别是：
  F' i" Z3 g. w) {. H1. 标配的UA0639话筒夹。没有防震效果，振动直接录进了话筒。
3 A9 u, @* B; l/ [1 E& Q2. DPA UA0897，现在声音有明显的改善。
3. RWK4017防震架。减少了机械振动声，只有少量的空气声。

. [7 K7 H1 k. w7 J6 _+ y2 f5 U
, Q& }$ a5 a9 T* I; b
0 j& [! H: a2 }% ^

. Q9 b% y6 g2 X7 s; ]1 b# P如何避免机械振动
: N) a, s# }$ g( _/ h2 [1、使用麦克风防震架避免从麦克风拾取到振动噪声
+ h( T* c( [) w4 v# W3 v1 t2、减震系统的共振频率必须低于录制声音的最低频率
/ s% A3 l+ k* \; t- ^3、降低共振频率，使用较厚和较软的悬浮层
& _( F4 ~8 q0 y2 c0 j4 r. A0 Z
10. 耳机
/ L6 @2 ]1 t  [7 G. ~) v5 ~* I3 C  在很多时候耳机都是一个实用的办法。它可以将你和周围的声源隔离开。不过，要注意耳机的音量不要太大（应当遵循一定的耳机音量标准）。要注意不要让耳机的声音漏出到麦克风中。如果耳机用于个人监听或返听，那么耳机信号应当与麦克风信号处于同一相位。