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[影院] 室内空间与声音的互动

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音频应用

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发表于 2020-9-30 | |阅读模式
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室内空间与声音的互动7 |0 ~  x; O: K& h0 V2 s3 ]

. A3 |) N5 C5 n# h: R5 B$ q, nQ:大多数音乐爱好者对听音乐的环境都有很多的问题,同样的音响搭配为什么搬回家听起来就不一样?
& A4 W% M$ e; g8 N9 _$ T0 a$ P. ?) K* F. [' z

9 `3 I8 T2 S( M" g. \A:音响搭配一样,听音乐的环境不一样就是问题所在室内建筑物的形状,空间配置,装潢,室外的环境影响都不一样,即使声音来源相同,加上不同的室外环境噪音,室内反射音的差异,当然搬回家听起来就不一样.9 N$ B0 R4 Z+ E3 x0 s  V

( U6 k& P1 w; K8 q# `% b2 l" o* r2 p" i  \, e2 n
9 l+ v) V1 Z; L  K
Q:有什么方法可以消除环境噪音?
" h3 n/ l6 d! u1 s( G2 `% c+ _- p/ p* z

0 p+ ^7 R& e- `4 L8 b" R2 pA.一般人对于环境噪音,有几点错误的认知,第一个错误认知是:' _. K6 S( h- x* X4 ^) y& N

8 a0 z* }, ^5 K: U* M 640.webp.jpg
3 b* ]1 s# }0 i) q: V' M
6 L. ^4 R  O6 U以为扰人的环境噪音可以被附加的地毯、窗帘及吸音砖减低,其实这些材料只有一点效果,甚至「没」有效果,它们无法阻止声音的能量进出聆听室,因为它们都太轻、太多孔,传统的吸音装置,例如吸音砖,地毯,窗帘,碳纤羊毛及玻璃纤维等都是渗透式吸音,其厚度只有1~4英吋甚至更小,对高频的吸收比较有效率,因为高频率的声音,其波长较短(从几英吋到只有几分之英吋(1英吋=2.54cm),这些波长短的声音,在反射时很容易陷入多孔物质的小空间内,摩擦力将声音能量转换为热,因此声波能量被吸收,低频率的声音,波长较长(最大可达15公尺),不会陷入这小空间,因此不会被它们吸音.这些材料的功能,主要是改变聆听室内建筑声学环境的个性,减低高频率反射的结果,会使房间变得沈闷,无回音,这些材料是无法阻止低频率声音的穿透力(如交通噪音,机械声,冷气),低频率却是噪音的重要组成份子,因此这些材料并不是降低环境噪音,控制环境噪音的解决办法.
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5 f6 N& O) a+ S
) @% d- K4 i2 z
另一个错误认知是:* n1 w4 \8 {4 ?) }

9 U# q; y- Z) I$ y
& J' r" |1 |3 [4 h
% m/ s8 t9 }3 Q/ _/ y+ M误信我们耳朵的听觉,觉得房间内很安静,就认定环境噪音很小,是不对的.因为人耳有一种很厉害的习性:(排斥)拒绝背景噪音,这种心理现象和听力系统的结合,是为了保护我们不会被来自各方的声音影响,导致听觉过载,我们可能不会注意每天都在身边发生的声音,如交通噪音,风声或连续的机械声,不幸的,听音乐时就会干扰的很严重.& b6 U% _+ G+ o' L. ^

2 W" |9 B. L) w" u1 H& W* p7 s
+ H( `+ J% p' A- ?1 `; Z5 U
  X9 K$ x+ S0 }其实,消灭室外环境噪音是隔音工程,目的是:不让房间外的声音侵入到房间内,这和不让房间内的声音传到房间外类似,但也不一样,都要敲敲打打,改变原来的面目,会花不少钱,效果也只能靠自己的耳朵去评断.所幸,也有不必改变原始装潢,不必全数敲敲打打,也可以改善聆听环境的套装商品,或零件,甚至,可以DIY,可以随意改变放置的位置,以求得最佳效果的吸音板,扩散板,隔音毯/垫等声音处理的商品当然在室内使用都得符合防火法规.
1 Z4 U8 A: R1 T' Y' e
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5 k1 a6 N3 h/ F1 |2 t3 {% |8 B6 U- T- V其实想要控制或预测声音回放的结果,必须了解声音,知道声音来源及反射音的关系,还要有残响,残响时间,回音,驻波,音色渲染,扩散,直接及残响音场的观念,才可以继续深入探讨.& |. G) A( A4 C$ v4 j( x

. m3 ?( n! Z- S/ G8 ?, S- g2 f/ c4 @9 a1 X! t! \5 d2 g' O; v
3 l* M, S: e2 A2 ^
Q:残响是什么Reverberation2 T- p- C0 O4 E! Z. k3 p; {

; z4 R$ U4 G5 r
; V$ J  C: S6 J6 z- H" Z0 \/ u$ t* [& {$ |/ ]* L

4 b: j4 p: |; J% q# H( c/ GA:残响的定义是,当音源停止发声后,在屋内仍有逐渐变小的声音,它们会影响室内的声音回放,我们先比较在衣橱及浴室唱歌的差别,衣橱里,所有的衣裤可以帮助吸收我们的人声,残响只有一点点,感觉上我们的声音很弱或很干,在浴室里,残响却很多,浴室里的磁砖与卫浴设备将人声反射回来,这些残响加强了我们的人声,使得听起来很强,很现场,很有活力.. U) N( [; }3 H# o5 G7 P' ?; n; J

8 P$ J4 l: g0 F* ?' k7 \% E# S" \/ R" `4 U8 D# u2 k$ V
1 K  H: U) w+ a( z+ \
在聆听室里,我们希望能够控制残响的数量,并能为各种音乐颣型做调整,增加聆听的乐趣.残响太多,将使得音场定位不清,细节清晰度不够;残响太少,将使得音乐太干或毫无生气
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* ?9 Y$ H0 K& X/ S; Y

, H, O( N; P4 a  E* L$ G- R$ cQ:残响是如何形成的?& [! M- f& t5 E
* u" z- u. K- \) R  B
- l6 s2 B$ G: F
A:当声波离开音源,它们向着三度空间传送出去,某些声波直接传至聆听者,我们称之为直接波,其他的声波(大部份的比例)会弹射到墙壁,地板,天花板及房间的装潢,然后反射回室内,这些反射波通常又再会弹射到其他表面,并一直重复进行,声波会因为传送的过程而损失能量,弹射至某些表面也会损失能量,重复的反射动作将使它们的音量愈来愈弱,一直到听不到为止.
7 P* x% v# V3 I, p
& m1 _. B- g# D. H1 G$ n4 l1 ?1 z
1 Z* R. L5 l: X
这些反射音是以一种连续不断的形式传到聆听者,它们又很密集,使得人耳无法分辨出各别的声波,反而人耳的感觉是一个逐渐衰弱的房间声音,有时候音源停止发声后,残响还会有数十毫秒钟之久的衰减时间,才真的听不到,将声音衰弱至其原始强度的百万分之一(60dB)所需要的时间,就叫做残响时间.
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4 C2 T5 e8 Y6 S3 A

1 ^! I8 s/ g$ H0 g5 o# ^! M" Z残响时间受到两个主要因素的影响
6 J( E$ p3 A7 V: R
, q0 i: [1 ?1 B$ E+ w1 L
+ a) L4 {5 b8 b5 c/ t7 U
" h8 d& h! k' f. A+ w1 d) E* p: p8 Z(1)房间的容积
7 w/ [& P- [' f% k  B- T8 X8 P& V* @! K1 B- }

9 {9 y( C; c# {" K
7 F# I! j4 {6 W' y& z$ S, p+ f+ s(2)房间的吸音能力4 S; {7 \7 l2 l( @

- Y* K. k; T! ?# d
6 Y! V! }+ M$ N8 O5 f* t$ A
8 L9 [0 ~- ]+ M( x( d* n, [3 \* ^大房间内,声波要旅行长一点的距离才能到达反射表面,再反射回来,因此残响时间长,大型天主教堂的残响时间甚至可达6~7秒,小起居室的残响时间可能只有半秒钟而已.
: L9 Z$ V5 o+ C0 K8 z+ R  ]! H
4 r. K& n% ~3 r. X4 n' r- C
( M/ d; P2 w% I5 {$ s/ c5 `1 M& V1 g6 f
如果房间内的表面吸音力很强(有壁毯,窗帘,沙发套等家具),反射回房间的声波能量会很小,因此吸音力强的房间,其残响时间就很短." n; \& E- B8 E$ _2 O1 q9 k

5 s( `) q! D# f2 {# t* x' f9 E/ B: L; b. R2 B3 B

0 o* j  F6 y/ F" |# u6 _# c4 zQ:回音是什么
+ `# A% `3 k: g; g0 uA:回音是反射声波延迟到达而产生的连续声音,回音与反射波的定义,我们认为延迟35毫秒以上才反射回来的声音,叫回音,比35毫秒提前到达的声音和原始音无法区分,听起来像是原始声波的加强.: t- @9 x: r6 Z4 Q$ [

2 p! _" @, @# l" G4 M/ ?4 T
( u8 ]% H% h8 R. r' f/ I/ m* ^
; x. T+ k( m/ I2 q$ S5 s4 p既然直接音和反射声波到达的时间,和最近的反射表面距离有关,大房间(大于85立方公尺)的回音就比小房间的回音多,小房间具有硬质互相平行的表面,会产生反射时间短而连续的回音流,称为FlutterEchoes颤动回音.
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2 ~5 Z3 g8 W; x0 [3 j' N; [: Z0 y% x5 L5 q, _% t# X, H
聆听室的回音可以完全的破坏声音回放结果,它们特别对打击乐器破坏最大,打击乐器回音的能量很大,衰减时间又快,使得回音很容易和原始音分辨出来,因此回音会对钢琴、低音贝士及打击节奏乐器产生干扰.
$ z6 w& ^# B* g
7 k" c: m( X- N# n5 m, m/ P4 `; }% d( b. v6 z

3 e( D! I% U/ e. d- D9 O聆听室最容易造成回音的因素,就是聆听室内有透明玻璃门窗,光秃秃的墙壁,地板,天花板等坚硬的反射表面,这样,一连串的FlutterEcho颤动回音会在聆听室各个表面之间发生,有时候只有一个反射音,就会由玻璃反射回聆听区域,打扰了原音重现,这种回音,称为SlapbackEchoes回音,这两种回音都要消灭.: u$ t# B9 a5 L" `

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- N2 o8 Q" m' p, O* e2 h  F/ U2 G" `1 S/ W  u1 d( f  d
Q:吸音是什么4 C7 t/ o* ~& c7 y% Y: p
A:声波打到一个表面,会产生三种现象
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, w4 a8 H7 M6 M
4 Z0 G  u+ I# M5 h3 E4 k* Y
1.一部份声音的能量,经由障碍物传送出去( y+ Z' [4 T, U1 u4 q3 @3 N; ?
" ~! n; u' j# d9 s, p

, a" `+ s8 G/ p2 c2 J/ N. v9 Q: D8 `, w* H+ A' g3 q3 O
2.一部份声音的能量,被反射回房间
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' M  q4 x, e# n4 F: e; F$ M6 o% w( `$ I) Y( q
  b' {, {& j, G: d( |2 D
3.一部份声音的能量,被吸收
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& L; V" r- N6 y/ C. w+ D' Q( m/ p' u% B6 \: }7 Z

" D5 h8 @- t+ u' z* U; N6 C所谓声音被吸收的意思就是声音的能量被转换成另一种型式,一般来说,是被转换成热,因为声波的能量很小(每平方公分只有一亿分之一瓦),被转换的热,很难被侦测出来,然而这种能量转换现象确实发生,而且也符合物理定律.
1 p, C" x8 n( u
  V3 k/ n% V7 i0 W5 S- `0 r& U
3 h- G' d* _; i3 n8 t
声音能量被物体吸收的比率,称为吸音系数或吸音性,某件物体对某一频率可吸音83%时,我们称其对该频率的吸音系数为0.83.
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$ H% x0 b4 S- \' v8 o4 ~
) q. |6 Y% h; ~  C$ d* }8 j
物体的吸音系数依很多外部因素影响,例如声波的频率,声波的反射角度(声波垂直碰撞物质表面时吸音率最大),以及吸音物质安装的方法.$ Y, w8 E+ C6 Y2 D
  c9 i' Z) d  y% B
8 R& F0 Z) L6 }' C: J" D# x

) x+ \! @1 w* f, Q* B例如:美国AURALEX厂StudioFoamMetro系列2”厚吸音绵的吸音系数为0.70,4”厚的吸音系数为1.10,为什么会大于1.0?(完全吸音不是1吗?)因为吸音系数是以正面计算,然而吸音绵的四个边框也有吸音作用所致.
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) n$ p1 ?5 J. q0 A: j8 f2 h1 D0 c8 T/ h3 c2 [" S7 ?
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Q:驻波是如何形成的?, ^5 @0 o# l# H$ ]' ]2 Z3 {3 u3 N
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  v* e1 k" D3 G4 X. i
A:驻波的形成有几种方式,最简单的方式,是一个低频率声波,在房间内平行的两面墙之间产生共鸣,利用建设性交替干涉的方法(每一次反射会加到前一次反射上)使得该频率的震幅加大,这种型式的驻波叫做主轴模式,并会发生在波长为两倍反射面距离的频率,因此房间内最低频率的驻波,其波长等于该房子最大尺寸的两倍.主轴驻波可以在长方形房间(长,宽,高)的每一个尺寸发生
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8 T; j3 s! w1 D0 Y# o4 R8 f以上驻波的作用,将会使房间在这些特定的频率上变大声或加强,使得房间的声音整体特性,变得极端不平衡或被渲染.
0 a! }4 z  X' q3 n( ^  ~7 o; q4 ?7 U# n2 h+ J
2 k7 P3 t8 }0 [  d5 T& p

) A6 }' b7 c6 Y其他型式著名的驻波尚有正切式驻波Tangential及斜角式驻波Obligue等模式,数以百计,都有复杂的数学计算程序,幸运的是,当房间有了人,器材,装潢,声音处理的材料之后,这些其他型式的驻波,都因为被它们挡住而消失了!因此它们对于声音的影响不大,也不必仔细研究./ s0 N) L0 {( n3 R8 M+ A. I0 o
# ?7 P, E( j5 P0 m$ ~% p0 f

0 p% c3 b' Q9 D: I  N6 h" Y: J. ~( a- E6 _1 I$ n1 e
大部分没有适当处理的房间都存在严重的驻波,影响它们的声音质量,渲染的声音造成的主要问题:6 b$ C; V( X* `2 r

$ B  r7 P) D. G
9 v# o4 @" V+ [* ]. P0 q( T$ e% q4 ^% q; q2 j( |  P3 m- y8 {: V" N0 G: x
1.自然的乐器录音改变了.
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" |+ G: O! e& n" O) Q0 p

0 s1 z$ e! s: c2.驻波频率(或低频,一般来说)的残响时间会被夸张,造成声音回放的干扰* s$ Z4 I* R1 |2 [9 Z4 ]! Y! p
4 o( r6 c. B) ^5 H  H

# _- s! g. t7 s, {1 Z) a! H8 B) B
; r* v* ?! @8 ~/ D5 X8 ~# Y3.频率响应的平衡已被改变,使得不能分辨出CD/DVD音响讯号的平衡和房间产生的平衡,那个是真的?(低音是确实录的很多,还是因为房间的驻波造成如此的?)这种情形将会使得均衡器过度的补偿,或过度的衰减,使得各频率音量及等化失调,破坏了原始录音/混音制作的成果.
) k& m2 P) t" o) Q0 b9 a" W
& r( U; R( G3 b1 Z7 x: k, H7 d
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  U) q+ P3 ~5 n5 y5 y低频率声波的减轻,可以使用低音陷阱BassTraps,低频率声波放肆的地方,无非是墙角,两个或三个面互呈90度的地方,低音陷阱的造型,也特别考虑到安装的方便./ }" a) w. G+ `
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6 x' x# k( L5 @. m4 p+ N
* l. t# J7 l2 a1 ~, K, [8 N; T$ XQ:共鸣是什么Resonance
# Q" {, K. k# V! o7 S, w% {: u6 P5 r; [8 h/ ]' g8 |: A& N0 L" J' `

" ?4 }0 [4 I2 J# i0 G0 EA:所有物质不管尺寸大小,都有一个自然或共鸣的频率,产生共鸣频率的部份因素取决于它们的质量及硬度,水晶玻璃如果呈现在自己的自然频率中时,会产生哼声,最后会粉碎,通常一个物质,如果被一个与其自然频率相同的声音迫近时,会自己震动,这种现象叫做交感式共鸣。交感式共鸣可以是一个很具影响力的建筑声学现象。
: w! N' x/ E' S8 q. e" K) J) ~3 Z* N& W. l
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& B. O) B  Y& `: D# L& j+ W  g
Q:什么是音色渲染Coloration
; l# K( d/ }" B8 C, m3 N3 s. W6 s( Y2 @- X, [7 c/ t2 Z; e

  G6 H5 u+ `+ m* N( J; aA:有时候,因为房间本身的大小及造型,房间对某些频率的残响表现特别突出,都是因为当音乐进行时,某些频率会特别加强及缓慢消失,这种效果叫做音色渲染,它将造成自然声音的变异.
  P" K5 k* q9 ]+ j% J% q
" M1 v* D- A; |0 n$ o+ B9 E
% h4 G# h5 C! P$ {& w) ?
- N) ?+ k3 N  ?" j% A9 t音色渲染是因为驻波或房子共鸣所造成的,这些声波的原始震动,因为自己的反射行为,不断地被加强,房子都会有很多驻波及音色渲染的可能,听音乐的环境,这些一定要消灭掉。
9 g: c% z6 F7 u$ s
$ ~- r+ o# @- v3 a+ N/ H2 w" q& v/ Y* R: O3 x0 T
& j. ~3 o* i& M/ D5 g7 ~( D/ n% P" F
减少驻波或房子共鸣,就要装吸音设备,来减少残响的量,来改变平行的反射面,来改变残响反射的路径.6 \4 u' ^! s0 O$ M$ }$ ?, m
! n# L6 p$ C& {3 [1 n2 n

; B2 K' H- M' J* N# ]
, I! s6 Z8 ?" _Q:什么是扩散Diffusion
$ e1 E( m& E, V: Z, V0 `" g( s  u# I! w% w; J& H
" e/ F2 R3 o* Z  O3 R0 O
A:扩散可以使得房间的声音都呈现一致,如果房间内每一点的声音强度都几乎一样,我们认为该音场是有好的扩散.8 }8 S- T5 ~, [( z! e
. B3 m: v! s; |7 n

8 T2 t: E# Y6 g0 k
" S7 q1 d+ X* m1 y在室外的声音,是不可能有好的扩散效果,音场强度永远都是最靠近喇叭的最强,离喇叭愈远的最弱,在室内,是有可能把音场集合成上千个反射音,使得声音(能量)在房间内的各处保持相对一致.9 F! Y% y! ~, t5 m

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( I3 R; L1 F' T6 ~7 D" F. CQ:什么是直接及残响音场Thedirectandreverberantfields; P4 k, n4 K2 w% ?: S  N! O
- _: P& L7 j. d( I
5 p$ l3 _) m7 m9 m% S  f
A:因为扩散现象,大部分室内音场可以分成两个区域,直接音场及残响音场,直接音场是音源的立即表现,音场的变化源自音源的改变,直接音场具有比较不稳定及不可预测的自然本性,残响音场距离音源较远,系由很多反射音组成,其特性为均匀分布及扩散良好,直接音场与残响音场交界之处,正是直接音能量等于残响能量之处,此处距离音源的距离,称为临界距离., P  x: D  N; I  M- B  {+ p
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