聲學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)大公開

聲學(xué)設(shè)計(jì)的重要性

近年來，人們對(duì)于聲學(xué)的關(guān)注越來越多，國際上各大論壇、雜志關(guān)于聲學(xué)設(shè)計(jì)的討論也越來越普遍。當(dāng)監(jiān)聽與話筒的頻響越來越平直，當(dāng)數(shù)字錄音解決了模擬時(shí)代的噪聲問題，一個(gè)新的音頻時(shí)代已經(jīng)來到了。設(shè)備上的差距在逐漸縮小，而錄音作品的質(zhì)量基本上取決于錄音師的技術(shù)與錄音室及最終混音室的聲學(xué)設(shè)計(jì)。所以從客觀條件來說，聲學(xué)設(shè)計(jì)對(duì)于錄音
來說，要比其他任何因素都重要。

保證控制室的頻響平直對(duì)于混音與監(jiān)聽來說是非常重要的，但是很大一部分的控制室都沒有處理好這一點(diǎn)。更糟的是，很多人對(duì)此一無所知，不知道應(yīng)該采取何種方式去解決這一問題。監(jiān)聽聲音產(chǎn)生畸變，無論如何也無法做出高品質(zhì)的錄音作品。而錄音室的設(shè)計(jì)與控制室又是完全不同的.錄音室需要根據(jù)錄音的需要對(duì)聲場(chǎng)作出相應(yīng)的調(diào)整,而不是一概的強(qiáng)吸聲。以此,滿足各種聲源錄音的需要,使前期錄音的效果更加完美。

關(guān)于隔聲

日常生活中，建筑物每遠(yuǎn)離街道或者噪聲污染源一倍距離便可減少6dB噪聲，而小區(qū)內(nèi)的綠化樹木可減少4dB左右的噪聲。

（一）噪聲傳播

噪聲傳播可以兩種形式：空氣傳播噪聲，固體載噪聲。

1、空氣載噪聲

聲波最基本的傳播方式便是空氣傳播，而空氣載噪聲便是外界噪聲通過空氣傳播進(jìn)室內(nèi)的噪聲。一個(gè)布有小孔厚重金屬板，小孔面積約占金屬板的13%，當(dāng)有聲音撞擊其表面時(shí)，會(huì)有將近97%的聲音穿過。聲音透過孔隙的傳播能力是相當(dāng)驚人的，一個(gè)細(xì)微的裂縫就可以破壞一個(gè)完整的密封聲學(xué)系統(tǒng)。所以說，房間嚴(yán)格的密封對(duì)隔絕空氣噪聲是非常必要的。

2、固體載噪聲

聲音可以通過固體的機(jī)械振動(dòng)傳播，例如木頭、金屬、混凝土等。由于空氣傳聲效率很低難以帶動(dòng)固體振動(dòng)，所以固體載噪聲產(chǎn)生的主要來源是由于振動(dòng)源接觸固體介質(zhì)表面，例如地下發(fā)電機(jī)或是一些家電產(chǎn)品。固體傳聲的損失比空氣傳聲小，可以傳播非常遠(yuǎn)的距離而能量沒有大的損耗。木頭、混凝土等縱向振動(dòng)大約304.8米損失約2dB。如果傳輸介質(zhì)為鋼鐵材料，那損耗將減小20倍。愛威家庭影院網(wǎng)tdntmepa.cn

（二）隔聲處理

隔聲處理有很多方法，錄音棚由于其對(duì)本底噪音的嚴(yán)格要求，所以多采用懸浮結(jié)構(gòu)。懸浮結(jié)構(gòu)可以大大提高聲音的隔絕度，特別適用于城市中的錄音棚。懸浮結(jié)構(gòu)可以將房間與其他建筑結(jié)構(gòu)分離，這樣可以在懸浮墻體與原墻間形成一個(gè)空腔，在空腔內(nèi)填充軟性吸音材料，利用空腔吸收聲波，從而使空氣、固體噪聲減少到最低限度。但是懸浮結(jié)構(gòu)要符合建筑物的承重要求。

關(guān)于擴(kuò)散與吸聲

很多人把吸聲材料貼滿墻面，以為這樣就足以消除反射聲，因?yàn)樗麄冇X得當(dāng)他們拍手時(shí)，這樣并沒有任何回聲，但是這樣做對(duì)控制低頻的反射沒有任何意義。而磚結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的墻，低頻問題尤其嚴(yán)重。越是剛性墻體，反射能力越強(qiáng)。
大多數(shù)人盲目認(rèn)為，一個(gè)好的錄音棚是應(yīng)該做到盡量吸收反射聲的。但是聲場(chǎng)塑造絕不單純是指吸收反射聲，而是要對(duì)這個(gè)房間進(jìn)行聽音以及錄音的最優(yōu)化，也就是為錄音師的工作做最優(yōu)考慮。

（一）擴(kuò)散體及其作用

擴(kuò)散體對(duì)改善聲場(chǎng)以及聽感有著重要作用，二次余數(shù)擴(kuò)散體由于其具有良好的擴(kuò)散能力以及方便安裝的特性，如今被廣泛應(yīng)用。二次余數(shù)擴(kuò)散體的公式為hn = (λ0/2N)‧’Sn，其中，Sn為以n平方除以N的余數(shù)，λ0為擴(kuò)散中心頻率的波長，N為擴(kuò)散體格子數(shù)（必須為質(zhì)數(shù)），h為格子的高度，n=0，1，2，3，4，5，6……。
二次余數(shù)擴(kuò)散體的擴(kuò)散頻率下限大約在中心頻率下半倍頻，上限則取決于格子數(shù)，可以達(dá)到中心頻率的N-1倍。

擴(kuò)散體與光滑反射面相比，其可以有效的避免聲聚焦。當(dāng)聲波經(jīng)過光滑墻面反射后，所有的聲能都將沿同一方向反射，其反射方向固定，取決于聲源的位置。而當(dāng)聲波經(jīng)過擴(kuò)散體表面反射后，聲能將被分散反射向不同的方向，且具有不同的相位差。

這些形成的均勻能量的不規(guī)則的反射聲會(huì)使人耳主觀產(chǎn)生一種空間感，同時(shí)運(yùn)用在中高頻擴(kuò)散時(shí)會(huì)提高聲音的“明亮”度。其反射方向大致為一個(gè)半圓，聲能平均擴(kuò)散。擴(kuò)散體還有另一個(gè)作用，當(dāng)聲源發(fā)聲，聲波經(jīng)過后墻反射，若反射面為光滑墻面，則某一頻段只有固定的反射路徑指向錄音師的位置。而當(dāng)反射面為擴(kuò)散體時(shí)，由于聲波以半圓方向擴(kuò)散，則有無數(shù)條不同頻段的反射路徑匯聚在錄音師的位置，以此類推，有無數(shù)相同性質(zhì)的匯聚點(diǎn)，這樣便無形中擴(kuò)大了最佳聽音區(qū)。

（二）吸聲材料（結(jié)構(gòu)）及其作用

聲吸收可分為兩種情況，中高頻吸收以及低頻吸收。聲吸收可以減少回聲，同時(shí)還可以有效控制混響時(shí)間，對(duì)改善聽音區(qū)頻響也起到很重要的作用。如此，可以創(chuàng)造一個(gè)監(jiān)聽更加清晰并且更加標(biāo)準(zhǔn)的混音環(huán)境。

1、中高頻吸收

高頻吸收主要是針對(duì)聲場(chǎng)設(shè)計(jì)，進(jìn)行早期反射聲波干涉、混響以及回聲的控制。通常可使用全頻帶吸聲玻璃纖維板進(jìn)行吸聲處理，并與擴(kuò)散體聯(lián)合進(jìn)行聲場(chǎng)塑造。

2、低頻吸收（低頻聲陷）

（1）作用

低頻聲陷的作用是避免低頻駐波以及聲音干涉帶來的低頻頻響失真。所示，當(dāng)監(jiān)聽音箱發(fā)出的聲音撞擊墻面后，經(jīng)反射的聲波與監(jiān)聽音箱繼續(xù)發(fā)出的聲波發(fā)生干涉作用。根據(jù)波長不同，聲壓或被加強(qiáng)或被抵消，且不同的位置具有不同的頻響。在一個(gè)未經(jīng)處理的房間內(nèi)，聲波相互反相發(fā)生干涉作用時(shí)，最多會(huì)產(chǎn)生25dB甚至更多的衰減。

很多人錯(cuò)誤地認(rèn)為，使用近場(chǎng)監(jiān)聽揚(yáng)聲器可以排除聲學(xué)缺陷。事實(shí)上，一樣會(huì)有駐波問題，只是在監(jiān)聽位置直達(dá)聲的能量較大而已。雖然當(dāng)人耳靠近揚(yáng)聲器時(shí)，高頻反射聲會(huì)由于掩蔽效應(yīng)逐漸減小，但是低頻干涉仍然存在。

另一個(gè)誤解是使用均衡器改變由于聲波相位抵消所引起的頻響變化。聲波干涉與房間結(jié)構(gòu)有關(guān)，是客觀存在的，除非改變聲波傳遞方向，否則使用均衡無法改變由于聲波干涉引起的頻響畸變。并且不同的位置獲得的頻響曲線完全不同，所以不可能依靠均衡器來補(bǔ)償聲學(xué)缺陷。

雖然使用耳機(jī)可以避免房間帶來的聲學(xué)問題，但是耳機(jī)監(jiān)聽的聲音只有直達(dá)聲，使得我們很難去控制某些音軌的音量。當(dāng)我們使用耳機(jī)時(shí)，主奏樂器或者主唱在很小音量下甚至可以聽的非常清晰，所以，我們最后的混音，主唱的電平會(huì)略低于應(yīng)有的電平值。同樣，對(duì)于混響以及延時(shí)也缺乏準(zhǔn)確的判斷。

沒有經(jīng)過聲陷處理的房間，某些頻率的衰減時(shí)間達(dá)到300ms之多，這會(huì)給其他低頻音調(diào)產(chǎn)生很大的影響，破壞清晰度，甚至使聲音不和Xie。

一般來說，一個(gè)房間需要盡可能多的聲陷。雖然他可能會(huì)把房間變的很“死”，但是房間內(nèi)決不能有太多混雜的低頻。聲陷可被安裝在房間角落、墻面、地板以及天花板，處理面積越大，低頻效果越理想。

（3）常用的低頻聲陷

a.赫爾姆霍茲共鳴器

赫爾姆霍茲共鳴器，也是一種低頻聲陷，不同于玻璃棉構(gòu)成的聲陷，其可以吸收更低的低頻成分。其擁有可調(diào)節(jié)的空腔結(jié)構(gòu)，對(duì)某一頻段的吸收非常有效。吸收頻率范圍與品質(zhì)因數(shù)Q有關(guān)，赫爾姆霍茲共鳴器的空腔結(jié)構(gòu)吸收帶寬公式為：f2-f1=fr/Q ,fr為共鳴頻率也就是最大吸收頻率。通過添加玻璃棉或者增加幾個(gè)不同大小的開口，可以使吸收頻段變寬。赫爾姆霍茲共鳴器的種類有很多，通常的設(shè)計(jì)是使用一個(gè)大盒子，內(nèi)部填充玻璃棉，前端覆蓋一連串間距不同尺寸不同的薄木板。這種設(shè)計(jì)稱為狹板共鳴器。雖然赫爾姆霍茲共鳴器可以有效吸收某一頻段，但是它的可吸收范圍有限，并且使用多個(gè)共鳴器拓寬其頻率吸收范圍會(huì)對(duì)聲場(chǎng)的活躍產(chǎn)生影響，所以使用起來必須非常小心。愛威家庭影院網(wǎng)tdntmepa.cn

b.面板聲陷

面板聲陷是一種窄帶聲陷，其可吸收帶寬為大約一個(gè)倍頻程，它可以使用一連串一平米左右的面板聲陷去覆蓋整個(gè)低頻，而不必使用非常厚重的材料去增加吸音范圍。由于低頻成分有將近4個(gè)八度，所以可以通過不同厚度的面板聲陷的組合來吸收不同頻率的低頻，并且由于高頻成分可以被其面板反射，所以安裝多個(gè)面板聲陷亦不會(huì)使得聲能被全部吸收造成聲場(chǎng)過于沉寂。前面板也可以是其他形狀或者組合，若安置在后墻上可以達(dá)到一定的擴(kuò)散作用。

c.聲學(xué)懸掛體吸聲結(jié)構(gòu)

由于低頻輻射范圍廣、能量強(qiáng)，所以當(dāng)?shù)皖l聲波進(jìn)入懸掛體系統(tǒng)時(shí)，各懸掛體受其影響一同擺動(dòng)（肉眼觀察不到），從而將其動(dòng)能轉(zhuǎn)換為自身動(dòng)能及熱能。又因?yàn)楦鲬覓祗w的角度有所不同，所以聲波的傳遞方向也隨之改變，這樣，就相當(dāng)于一個(gè)聲音的迷宮。聲波在其中不斷地碰撞、被吸收，直至消除幾乎全部能量。

聲學(xué)設(shè)計(jì)要達(dá)到以下4個(gè)目的：

1、防止駐波與聲波干涉，保證頻響的平直。
2、減少小房間的低頻諧振，使聲場(chǎng)分布均勻。
3、減少大房間的低頻混響時(shí)間，獲得較好的混響時(shí)間頻率特性。
4、利用吸收或擴(kuò)散，防止回聲，改善立體聲定位能力。
5、隔聲需要滿足錄音控制室的要求。

需要考慮的重要因素

1、早期反射

初始延時(shí)間隙是指直達(dá)聲與首次室內(nèi)反射即頭次早期反射的時(shí)間差，如圖所示。在主觀聽感上，初始延時(shí)間隙會(huì)帶來房間特性的感知。例如，當(dāng)我們處在一個(gè)封閉黑暗的房間內(nèi)，通過拍掌，我們便可得知房間的大概尺寸。這正是由于聽覺系統(tǒng)感知到初始延時(shí)間隙而傳達(dá)給大腦一個(gè)房間的信息。當(dāng)初始延時(shí)間隙大于20ms時(shí)，房間會(huì)有產(chǎn)生空曠感，而聲音傳播20ms大約等于7m。大中型控制室的側(cè)墻早期反射點(diǎn)距聽音點(diǎn)至少為3-4米，所以一定要對(duì)側(cè)墻進(jìn)行吸音或擴(kuò)散處理。

早期反射對(duì)聽音質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用，豐富的早期反射可以帶來相對(duì)活躍的聲場(chǎng)，而且適當(dāng)?shù)脑缙诜瓷鋵?duì)提高聲音的清晰度有一定作用。50ms內(nèi)到達(dá)聽音點(diǎn)的早期反射聲會(huì)提升聲音的清晰度，但是由于控制室不能過多的加入自身房間特性，所以早期反射應(yīng)盡量控制其能量。選用擴(kuò)散體是一個(gè)很好的方法，這樣可以均勻擴(kuò)散早期反射，使得聲場(chǎng)提升清晰度并具有一定空間感。高頻反射同時(shí)有助于提升響度，而低頻反射會(huì)使聲音渾濁，所以擴(kuò)散體應(yīng)只擴(kuò)散高頻成分（中心頻率大約在1kHz），對(duì)低頻反射應(yīng)盡量吸收。

不過早期反射也會(huì)帶來梳狀濾波等聲音干涉問題，影響聲場(chǎng)定位及聽音點(diǎn)頻響。很多人對(duì)于早期反射聲是很抵觸的，認(rèn)為反射聲對(duì)直達(dá)聲有嚴(yán)重的干擾，會(huì)影響前方聲像定位，然后便很教條地將所有的反射點(diǎn)全部使用吸音材料覆蓋，更有甚者將整個(gè)房間充滿吸音材料！這樣只會(huì)更多的衰減聲能，致使我們?cè)诨煲魰r(shí)不斷地提升響度并提升混響。

我們?cè)诳刂剖依镞M(jìn)行縮混以及母帶處理，需要一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的空間環(huán)境，各頻段混響時(shí)間以及房間的頻率響應(yīng)盡可能保持平直。同時(shí)，我們也要確保各反射聲不會(huì)互相干涉形成梳狀濾波或影響頻率響應(yīng)。

2、房間的尺寸與形狀

房間結(jié)構(gòu)給聽音帶來的影響有：

1、平行墻面產(chǎn)生的駐波引起共振問題
2、非對(duì)稱結(jié)構(gòu)對(duì)定位的影響

（1）駐波與共振

駐波是由兩列相反方向、同頻率的聲波相互疊加而成。當(dāng)平行墻面間距為半波長的整數(shù)倍，即產(chǎn)生軸向駐波。同時(shí)，還有斜向以及切向駐波。當(dāng)駐波持續(xù)存在時(shí)，會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。

其中c為聲速，lx、ly、lz為房間長、寬、高，n為0、1、2、3、4……。

當(dāng)幾種共振方式的共振頻率相同時(shí)，會(huì)出現(xiàn)共振頻率簡(jiǎn)并現(xiàn)象。出現(xiàn)簡(jiǎn)并的共振頻率上，那些與共振頻率相同的聲音被大大增強(qiáng)，這會(huì)造成頻率嚴(yán)重畸變。在低頻范圍內(nèi)，這種現(xiàn)象尤其嚴(yán)重。

（2）對(duì)稱結(jié)構(gòu)

由于產(chǎn)生立體聲定位的原因在于兩揚(yáng)聲器所發(fā)出的聲音的音量以及時(shí)間不同，所以，為了保證原始信號(hào)的定位準(zhǔn)確，雙耳接受到的房間信息要保持一定的平衡度。也就是說，當(dāng)揚(yáng)聲器播放一個(gè)單音測(cè)試信號(hào)時(shí)，雙耳應(yīng)接受到幾乎相同的反射聲信號(hào)。若房間為長方形，則音箱應(yīng)對(duì)稱地設(shè)置在較短邊長的前端，使得監(jiān)聽位置遠(yuǎn)離后墻，這樣便可以避免處在后墻附近聲音干涉最為復(fù)雜的區(qū)域。下圖是一組對(duì)比圖，左圖為正確的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，右圖為不理想的布局結(jié)構(gòu)。對(duì)右圖來說，左音箱的中高頻成分可以直接反射至聽音點(diǎn)，而右側(cè)音箱一部分聲音通過左墻反射，一部分通過后墻反射，從而導(dǎo)致聽音點(diǎn)兩側(cè)的反射聲不同，造成聲像定位的偏移。

4、測(cè)量驗(yàn)收

標(biāo)準(zhǔn)如下：
（1）隔聲量：55dB以上
（2）各頻率混響時(shí)間：平均混響時(shí)間T=x s（x根據(jù)客戶需求決定）
（3）聽音區(qū)頻率響應(yīng)：不均勻度控制在10dB內(nèi)