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发表于 2008-10-18 11:28:47
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驻波的严格定义' S; v2 @/ s( M- K) B
到底什么是严格定义的驻波呢?驻波的形成有二个条件,第一是要有二个平行的墙面,第二是要有行进方向相反的声波。当二个(或更多)频率相同、行进方向相反的声波在一个声波传递媒介中相遇时,就会因为相互的干扰调变而产生另外一个新的声波,这个新的声波中会有几个『不会移动位置』的节点(Node)产生。除了节点之外,新的声波还会产生另外一些在最大值与最小值之间摆荡的波峰波谷(位置也是不会移动的),称为反节点(Anti-Node),这节点与反节点就构成了驻波的波形。您也可以想像,二个人手执綳子一端,以相同的速度同时抖动绳子(频率相同,行进方向相反),如果抖动的能量能够完整传递到另一端,您就可以用肉眼看到『驻波』了。或者,您可以在浴缸中放满水,丢一块肥皂入水,观察水波从中央向四方扩散,再从浴缸边缘反弹回来之後二个方向相反的水波混合情形,此时也可以看到驻波。; n% \% R. @: u) L& q6 u5 Z% d# ?
非平行墙面可破解驻波
4 Q w0 H+ E' } |# f 要强调的是,正常的声波是会移动位置的,而驻波是不会移动位置的。此外,驻波不仅存在於低频,也存在於中频与高频,只不过大家注意的是低频驻波而已。驻波对聆听音乐有什么坏处呢?会让声波扩散不均匀,导致声音染上个性色彩。既然驻波会对声音的真实与中性产生负面影响,我们要怎么将危害降低呢?请记住,驻波的产生是『在二平行墙面中、行进方向相反』的二个或多个相同频率相遇,如果我们打破平行墙面,不要让行进方向相反的相同频率相遇,不就可以消除驻波吗?理论上如此,但实际做起来会遇上一些问题。
9 h6 p7 I6 h. X4 t4 B7 d3 _2 D 空间中的六面墙是相互平行的,而声波的特性是『入射角等於反射角』,只要墙面平行,就会产生『行进方向相反』的声波相遇。为此,我们可以利用摆放许多家具来破坏相同频率的声波产生『行进方向相反』的模式:我们也可以利用斜面、圆弧或二次余数扩散器来改变声波行进的方向,避免产生『行进方向相反』的声波。或者,当您在盖房子的时候,就将屋顶盖成尖的或斜的,墙面也盖成非平行,但是这样会让身处室内的人觉得不自在。
5 D+ ]. n. a! _; ` 扩散与反射不同! t4 [; s/ p4 S5 f* C' ?$ s# d+ F
依照我的经验,将声波扩散是最有效的处理驻波方法。请注意,所谓『扩散』并非只是利用斜面、弧面或角锥状将让声波反射的方向改道而已,斜面或角锥只能改变声波做单一角度的方向改变。弧形可让声波改变较多的行进角度,但它所扩散的频率决定於弧面的大小,还是有所不足。而扩散却能够让『一个频段』的声波做『多角度』的行进方向改变,它的效果比斜面、弧面与角锥奸很多,这也是二次余数扩散器受欢迎的原因。
! T# }' J; n+ s8 y% \ 当声波被扩散後,我们可以在室内得到均匀的声波能量,随便坐在那里聆听音乐,都不会有因为驻波而产生的不均匀声波压力。看到此处,我们知道驻波利用破坏平行的墙面就可以解决,梳形滤波现象的声波的千扰呢?用扩散还是最好的方式,只要声波扩散均匀,因为『不均匀』而产生的声音的『瘤、节』当然就会变得平坦些。至於空间的自然共振Room Mode要怎么消除?请继续读下去。
' d U: ], p" Y% K7 g6 Y 第四要:空间比例该注意/ P: L# m" }% F5 V
许多人谈到空间比例,马上联想到『黄金比例Golden Ratio』,其实『黄金比例』是源自希腊的名词(Phi),广泛代表数学,几何,建筑等的一个完美分割比例,以无理数1.618033989.示之。现在则延伸到任何『完美i的比例都被称为『黄金比例』。
3 r4 }4 a! Y4 q, ]8 s9 `3 [ 聆听空间的长宽高最佳比例是什么呢?其实,聆听空间的长宽高最佳比例不是单一的,而是多种选择的,唯一要注意的是长宽高的尺寸不能互为『整倍数』(2,3、4、5、6、7、8、…都是整倍数)。为何不能有整倍数出现呢?这要从乐器的发声谈起。
" X* l0 N3 Y, T. ~. Y 空间都会有自然共振
9 a. V% a: ^3 q; R% O& t2 P# ? 我们都知道,弦乐器的音高(Pitch)决定於那条弦的长度,弦的长度越长,音高越低;弦的长度越短,音高越高。同样的,管乐器的音高也决定於气柱的长短,气柱越长,音高越低:气柱越短,音高越低。弦或气柱的长短决定音高,这也就是所谓的基音。而在基音之上还会产生2,3、4,5、6、…倍以上的自然共振,那就是泛音。在乐器中,基音决定音高,而泛音的结构决定乐器的音色。例如同样是4-40Hz的中央A音,钢琴与长笛的声音听起来不同,那就是因为泛音结构不同所致。
$ J6 k% P* f& g z) ^: O 从这样的事实中,我们可以了解频率(音高)跟波长是有关系的,波长越长,音高越低(也就是频率越低):波长越短,音高越高。而且,在自然界中,任何发声体不会只发出基音,它一定伴随著丰富的泛音(其实就是共振)。将以上这些事实移植到聆听空间中,我们可以将聆听空间视为乐器,只要有一定的长度(墙面距离),就一定会产生一个基音(频率),而这个频率还会伴随许多的共振频率(泛音),这就是空间的自然共振现象。
! F$ l; F3 F$ v. s9 i3 X 不能有整倍数出现
, O2 w+ f2 I4 h( h. E" j+ b 例如,二侧墙如果距离是5公尺,我们可将这个尺寸视为波长,那么它所能产生的频率是约68Hz(音速340公尺÷5公尺=68Hz)o如果将5公尺视为半波的长度,那么它的全波长是10公尺,10公尺波长的频率是多少?是34Hz,一般而言我们将二墙面之间的距离视为半波长。前面说过,无论是乐器或空间,都会产生共振,而空间的共振就是从基音往上2、3、4、5、6、…倍数产生的,因此我们可以得到34Hz、68Hz、102Hz、136Hz, 170Hz…的共振频谱。左右二侧墙如此,天花板与地板之间也会如此,喇叭後墙与座位後墙之间也会如此,此外还有对角线也如此,这些就是空间的自然共振,也就是音响迷俗称的驻波(空间共振与驻波的定义不同,但在实际听感上却是相混的)。
t1 g6 |; e% g2 {4 J( F+ S 回到刚才的问题:为什么空间的长宽高不能有整倍数出现呢?现在您应该已经了解,因为当长宽高尺寸相互出现整倍数时,就等於是让长、宽、高发出更多相同的共振频率,而相同的共振频率会因为相互重叠而增强声音的能量。这样一来,整个频率响应曲线就被严重扭曲了。频率响应曲线严重扭曲代表什么意义?代表原来录音的面貌被严重扭曲。所以,聆听空间的长宽高最好不要互为整数倍数。
$ A' d# v. i+ ^( v2 V. s3 H6 R; E 最佳长宽高比例有几组
) [: n; H( n- m$ x% a 不是整数倍数的长宽高比例有非常多组组合,如果您透过网路上很容易找到的公式带入计算,就会发现一组长宽高数字可能会得到七,八种以上非整倍数的比例可供选择。不过,这么多组的答案并非每组都是频率响应表现最佳者,因此我们还是可以从中挑选比较适合者。
/ F: E; l8 R0 _8 b3 V 既然聆听空间的长宽高最佳比例不是唯一,我们该如何来寻找适合自己的比例?以下有几个简单原则:第一、要适合空间坪数大小。第二、不需要刻意改变现有空间尺寸,除非新建或改建。第三、长宽高尺寸指的是『净空』。一般我们会以天花板高度为1,宽度与长度的数字在後,例如l:1.14:1.39、1: 1.14:1.9、l:1.28:1.54、或l:1.6:2.33等都可以。再次强调,最佳长宽高比例的数字不是唯一的,而是多组的,您可以依照自己空间的尺寸做调配。2 K8 c7 z H& w& i. e4 x, |3 O
避开低频峰值是上策8 v& r/ s- e9 P! f. Z
空间自然共振频率能够消除吗?只要有长宽高,就会产生自然共振,理论上,您可以装置专门用来吸收低频能量的『低音陷阱』Bass Trap类结构,适当让共振能量降低。但是这样的装置一来不一定够精确吸收您想要的频率,再者会占去不少空间,还有耗费金钱。因此,无论是驻波或空间共振,或声波相互千扰产生的梳形滤波现象所产生的凸起声波能量,我们最好不要去硬碰硬想要『消灭』它,比较『经济』的办法就是『避开』它。到底要如何避开它呢?这就是『喇叭摆位-与选定聆听位置的目的。当然,适当的做低频吸收处理与避开它双管齐下是最好的处理方式。有关低音陷阱的处理方式将在文後会提及。) E2 e2 E4 j' \) K
第五要:残响长短靠经验
& I8 y9 M s& z7 o 当我们进入一个完全没有装潢的空房间时,我们会感受到高频段有太多回音,中频段讲话好像对著瓦瓮讲话般,低频段则会有太浑的声音,这些现象代表的是一个空荡荡的空间中,它的残响(或称余响)时间结构并不适合居住或聆听音乐,各频段声音能量的分布也不均匀,无法让我们得到舒服的听感。除了回音之外,您还可以在某些频率上听到铃振Ringing(向著屋顶角落拍掌就会听到)。其实铃振存在於低频段、中频段与高频段,只是越低的频段越不明显而已,但事实上是存在的。% @1 l& t% P9 x% ^6 U6 w# d
房间越乱声音越好听; t: y1 Y! k8 F7 W6 Y
通常,当我们将家具杂物搬入空荡荡的房间之後,上述不舒服、不好听的现象慢慢减缓,甚至消失,这就是家具与杂物对高、中、低频段的能量起了吸收、扩散、反射作用,让音响效果更趋近於适合居住与聆听音乐。所以,『室内杂物摆得越乡,声音越好听』这个说法并非空穴来风。! v- d9 T0 ~9 s
不过,家具杂物对声音的吸收、扩散与反射并非刻意控制的,因此往往很难达到最佳效果,需要另外补偿,这就是我们的工作。一般而言,最常遇上的就是高频段残响太长,声音太吵。在此我要先简单的说明什么是『残响时间』(Reverberation Time),残响又称RT60,其中RT是残响时间的缩写,60则是指声音初始发出的能量降低60dB。所以,残响时间的精确定义是指一个猝发音发出後,到能量衰减到负60dB所需的时间。残响时间有什么重要性呢?不同频率残响时间的长短分布关系到人们聆听音乐时的好听与否,这项结论是声学专家研究分析世界上许多音乐厅之後所得到的结果。, G0 F) x1 w( e- l0 e5 {
残响结构影响好听与否" C. [$ g4 `0 k# U
到底要乡长的残响才算是最好听的呢?残响乡长要视空间大小以及个人喜好而定,一般所标示的残响时间大多以500Hz或1000Hz所测得的残响时间为主,事实上更高频率的残响时间要适当的缩短,更低频率的残响时间要适当的增长,这样才会是我们觉得好听的残响时间分布。残响时间的适当长短会因为空间的大小或用途而有所不同,一般音乐厅流行残响时间2秒的数字,歌剧院则要更短些,大约1.5秒,这样咬字会比较清晰。王於我们家里的聆听空间由於容积不大,一般而言在0.5秒以内比较适当。到底0.5秒是乡长呢?讲话声音丰润没有尾音,鼓掌可能听到一点点尾音,这大概就差不多了。假若残响时间太长,听起来会太吵:残响时间太短,听起来会太问。一般人不可能有仪器来测试残响时
; b' i6 X/ m. Y' c. k 间,也不会具备这些相关知识,因此必须靠经验来调配。# w" Q; S, R+ v K5 i( b7 n
残响时间要如何来控制呢?前面说到,一般人最实际的做法就是就是摆放家具,再来才是特别安排吸收,扩散方式来辅助。您可以一点一点增加吸收的面积或扩散的面积,每次变动之後听个几天,熟悉新的声音之後再来决定是否要乡些吸音或多些扩散等。千万不要一下子就全部做好,结果落得一点一点拆掉的下场。
7 q( ^, z; ?- |, H 残响时间的长短对於音响迷有何意义呢?当然有!如果残响时间太长,高频听起来会太吵,定位不清楚,中频听起来会有瓮声鼻音,低频听起来会浑浊。适当的残响时间能够让我们听到有甜味、有光泽、丰润、定位清楚、层次清晰的声音表现。
: v# h8 h$ @6 h5 Q1 \" I 第六要:高频太亮来吸音3 U5 _# V% Z. I6 K4 b: P
谈过音速、波长,频率、驻波、声波千扰、梳形滤波、空间自然共振、残响等比较学术的名词之後,我们可以开始来讲聆听空间实际的做法。我看过那么多的聆听空间与音响店,发现大部分空间的高频吸收都不够,硬调空间居多,或木板光面装潢,这使得高频段反射过强,音乐听起来缺乏温润的舒服感,总是让人觉得高频压力太强,不耐久听。
( _2 ?) G! X% ~ 用『音响测试宝典』来了解病情
* Q+ [9 G, s& z# l( @$ { 其实,想要了解自己聆听空间是否有高频反射过量的问题,只要拿出论坛出版的『音响测试宝典』第一张测试讯号听听看就知道了。您先将lkHz的音量调到您认为的适中音量(不要太强烈,也不要太小声),然後以lkHz的听感压力为准,一直往上听到20KHz。一般空间的高频反射过量多集中在2kHz-8kHz 之间,如果您戚受到强烈的耳朵压力,那就等於听音乐时老是觉得高频段太吵太剌耳,声音太硬。
* _4 I3 H1 |& s7 K/ m6 @+ v [* K0 e 在一个聆听空间中,无论是高频段、中频段或低频段都要适当的吸收与扩散,这样才能让我们听到均匀平衡的声音。翻开声学教科书,您会发现吸音的方法百百种,不过大部分方法不是过於复杂、一般人无法自己制作,就是需要浪费很大的夹层空间,对於居家空间而言不切实际。因此,以下我所要用的吸音方式就是最简单、有效,而且适合居家空间的做法。 |
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