声学设计技术大公开

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（一）扩散体及其作用
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2 @  {' D3 O4 h7 O! X1 F/ s    扩散体对改善声场以及听感有着重要作用，二次余数扩散体由于其具有良好的扩散能力以及方便安装的特性，如今被广泛应用。二次余数扩散体的公式为hn = (λ0/2N)‧’Sn，其中，Sn为以n平方除以N的余数，λ0为扩散中心频率的波长，N为扩散体格子数（必须为质数），h为格子的高度，n=0，1，2，3，4，5，6……。
二次余数扩散体的扩散频率下限大约在中心频率下半倍频，上限则取决于格子数，可以达到中心频率的N-1倍。

    扩散体与光滑反射面相比，其可以有效的避免声聚焦。当声波经过光滑墙面反射后，所有的声能都将沿同一方向反射，其反射方向固定，取决于声源的位置。而当声波经过扩散体表面反射后，声能将被分散反射向不同的方向，且具有不同的相位差。
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4 r+ P& A5 I* P/ c# A    这些形成的均匀能量的不规则的反射声会使人耳主观产生一种空间感，同时运用在中高频扩散时会提高声音的“明亮”度。其反射方向大致为一个半圆，声能平均扩散。扩散体还有另一个作用，当声源发声，声波经过后墙反射，若反射面为光滑墙面，则某一频段只有固定的反射路径指向录音师的位置。而当反射面为扩散体时，由于声波以半圆方向扩散，则有无数条不同频段的反射路径汇聚在录音师的位置，以此类推，有无数相同性质的汇聚点，这样便无形中扩大了最佳听音区。

（二）吸声材料（结构）及其作用
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    声吸收可分为两种情况，中高频吸收以及低频吸收。声吸收可以减少回声，同时还可以有效控制混响时间，对改善听音区频响也起到很重要的作用。如此，可以创造一个监听更加清晰并且更加标准的混音环境。

    1、中高频吸收

    高频吸收主要是针对声场设计，进行早期反射声波干涉、混响以及回声的控制。通常可使用全频带吸声玻璃纤维板进行吸声处理，并与扩散体联合进行声场塑造。

/ _8 V# M4 W  K- _: m- h8 S4 @    2、低频吸收（低频声陷）
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    （1）作用

    低频声陷的作用是避免低频驻波以及声音干涉带来的低频频响失真。所示，当监听音箱发出的声音撞击墙面后，经反射的声波与监听音箱继续发出的声波发生干涉作用。根据波长不同，声压或被加强或被抵消，且不同的位置具有不同的频响。在一个未经处理的房间内，声波相互反相发生干涉作用时，最多会产生25dB甚至更多的衰减。
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    很多人错误地认为，使用近场监听扬声器可以排除声学缺陷。事实上，一样会有驻波问题，只是在监听位置直达声的能量较大而已。虽然当人耳靠近扬声器时，高频反射声会由于掩蔽效应逐渐减小，但是低频干涉仍然存在。

    另一个误解是使用均衡器改变由于声波相位抵消所引起的频响变化。声波干涉与房间结构有关，是客观存在的，除非改变声波传递方向，否则使用均衡无法改变由于声波干涉引起的频响畸变。并且不同的位置获得的频响曲线完全不同，所以不可能依靠均衡器来补偿声学缺陷。

/ B* F6 r4 B. p" ^) b( }    虽然使用耳机可以避免房间带来的声学问题，但是耳机监听的声音只有直达声，使得我们很难去控制某些音轨的音量。当我们使用耳机时，主奏乐器或者主唱在很小音量下甚至可以听的非常清晰，所以，我们最后的混音，主唱的电平会略低于应有的电平值。同样，对于混响以及延时也缺乏准确的判断。

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没有经过声陷处理的房间，某些频率的衰减时间达到300ms之多，这会给其他低频音调产生很大的影响，破坏清晰度，甚至使声音不和和谐。

    一般来说，一个房间需要尽可能多的声陷。虽然他可能会把房间变的很“死”，但是房间内决不能有太多混杂的低频。声陷可被安装在房间角落、墙面、地板以及天花板，处理面积越大，低频效果越理想。
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+ v- h! O/ O9 q    （3）常用的低频声陷
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" T+ i& V8 ~- t0 \1 @" |    a.赫尔姆霍兹共鸣器
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+ U" k+ ~: V: g    赫尔姆霍兹共鸣器，也是一种低频声陷，不同于玻璃棉构成的声陷，其可以吸收更低的低频成分。其拥有可调节的空腔结构，对某一频段的吸收非常有效。吸收频率范围与品质因数Q有关，赫尔姆霍兹共鸣器的空腔结构吸收带宽公式为：f2-f1=fr/Q ,fr为共鸣频率也就是最大吸收频率。通过添加玻璃棉或者增加几个不同大小的开口，可以使吸收频段变宽。赫尔姆霍兹共鸣器的种类有很多，通常的设计是使用一个大盒子，内部填充玻璃棉，前端覆盖一连串间距不同尺寸不同的薄木板。这种设计称为狭板共鸣器。虽然赫尔姆霍兹共鸣器可以有效吸收某一频段，但是它的可吸收范围有限，并且使用多个共鸣器拓宽其频率吸收范围会对声场的活跃产生影响，所以使用起来必须非常小心。

    b.面板声陷

    面板声陷是一种窄带声陷，其可吸收带宽为大约一个倍频程，它可以使用一连串一平米左右的面板声陷去覆盖整个低频，而不必使用非常厚重的材料去增加吸音范围。由于低频成分有将近4个八度，所以可以通过不同厚度的面板声陷的组合来吸收不同频率的低频，并且由于高频成分可以被其面板反射，所以安装多个面板声陷亦不会使得声能被全部吸收造成声场过于沉寂。前面板也可以是其他形状或者组合，若安置在后墙上可以达到一定的扩散作用。
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4 k4 i0 w; P5 L    c.声学悬挂体吸声结构
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# ^8 p2 n! b- }" @) x    由于低频辐射范围广、能量强，所以当低频声波进入悬挂体系统时，各悬挂体受其影响一同摆动（肉眼观察不到），从而将其动能转换为自身动能及热能。又因为各悬挂体的角度有所不同，所以声波的传递方向也随之改变，这样，就相当于一个声音的迷宫。声波在其中不断地碰撞、被吸收，直至消除几乎全部能量。

    声学设计要达到以下4个目的：

+ ]. t% ^, b( h( ~    1、防止驻波与声波干涉，保证频响的平直。
    2、减少小房间的低频谐振，使声场分布均匀。
    3、减少大房间的低频混响时间，获得较好的混响时间频率特性。
* H8 {" m* f! p9 E! T    4、利用吸收或扩散，防止回声，改善立体声定位能力。
1 a) M" g' s4 n4 d5 z4 I8 k    5、隔声需要满足录音控制室的要求。
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' `3 i6 t4 j# ~7 _需要考虑的重要因素
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    1、早期反射
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    初始延时间隙是指直达声与首次室内反射即头次早期反射的时间差，如图所示。在主观听感上，初始延时间隙会带来房间特性的感知。例如，当我们处在一个封闭黑暗的房间内，通过拍掌，我们便可得知房间的大概尺寸。这正是由于听觉系统感知到初始延时间隙而传达给大脑一个房间的信息。当初始延时间隙大于20ms时，房间会有产生空旷感，而声音传播20ms大约等于7m。大中型控制室的侧墙早期反射点距听音点至少为3-4米，所以一定要对侧墙进行吸音或扩散处理。