室内空间与声音的互动

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室内空间与声音的互动
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Q: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?


+ |) H8 s, Y) C5 p$ o" B$ d5 TA: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 L4 x1 b0 Z, cQ:有什么方法可以消除环境噪音?


. Z, g. n2 N! B2 C& `# ^; sA.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：
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: A& h3 ~- o9 O1 C- b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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2 g1 g( o& z, g3 u另一个错误认知是：


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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.

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7 h& C, w' r6 ~, }" t# M5 B) Z: M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.



6 l9 w" H0 O9 p* W. `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.


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; L+ s( N# b9 s1 i1 QQ:残响是什么Reverberation
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A: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.
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1 ]: {- G  g9 F0 x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



; B: C; H$ |9 S6 A8 M& FQ:残响是如何形成的?
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! d" {7 [( C$ E/ QA: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.

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- A4 ~" M6 y6 n6 {& s# m8 k/ c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.



) s- H$ s5 d/ L残响时间受到两个主要因素的影响
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(1)房间的容积

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(2)房间的吸音能力



+ r/ x6 ]0 f, _4 ^3 E" B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.
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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.
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Q:回音是什么
A: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.

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0 [+ W- }* Z& x6 Z' M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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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.
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8 `; L( d7 i2 @! t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.
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+ Q  `( O! i: Z& Y6 MQ:吸音是什么
A:声波打到一个表面,会产生三种现象
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1.一部份声音的能量,经由障碍物传送出去
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6 Q- S' e% A6 i" P; h2.一部份声音的能量,被反射回房间
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) N) S! o, h& s% `' U3.一部份声音的能量,被吸收
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# K2 r, q$ X$ V( C5 d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.


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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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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.
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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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Q:驻波是如何形成的?
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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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. U2 F2 ^; P! s% A7 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.
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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.

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) x8 Q  }. t: r! |* W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:

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& t! o9 R  U3 p6 j' D. \: j1.自然的乐器录音改变了.


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! _) o2 I% a  x/ i) l  u2.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
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3.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.

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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.
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Q:共鸣是什么Resonance

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A: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。
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Q:什么是音色渲染Coloration
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A: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.
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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。
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* R3 M8 c3 y" _) y! z% l$ d( }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.

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Q:什么是扩散Diffusion
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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.

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1 I/ e7 \+ K7 M1 K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.
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: x7 w, O* I/ Q, aQ:什么是直接及残响音场Thedirectandreverberantfields
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3 r% \9 }' }8 GA: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.