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家庭影院裝修聲學處理之“吸聲”怎么做

發布時間:2019-10-17 16:55 來源:Gerry Lemay HAA 閱讀:

家庭影院從入門到精通

  記得在很多年前,只有最具冒險精神的發燒友才會認真對待他們的視聽室。得到更好聲音的承諾讓很多人前往建材店,購買一些Owens Corning 703玻璃纖維板,然后改裝成自用的吸聲板(很多人今天還這樣做)。當然,那時候也有些人會使用雞蛋的紙箱和地毯。當時,增加聲學處理最普遍的建議叫做LEDE系統。LEDE是“live-end dead-end”的首字母縮寫,意思是讓你房間的前面變得安靜,后面具有反射性。如果沒有更好的選擇,這不是一個壞主意。LEDE系統基本的聲學處理原則是讓房間前面變得安靜,后面具有反射性。

  Mirror Points鏡像點

  后來,人們發現了聲音反射吸收的“鏡像點”的好處。這是一個更復雜的概念,因為它需要使用一面鏡子,并有一名助手(或愿意的配偶)在旁協助。助手沿著側墻移動鏡子,直到你能看到每個音箱。每個鏡像點都是放置吸聲板的目標。大多數時候,效果是可以聽得見的,聲音的聚焦和細節都有了明顯的改善。下圖顯示了聲音傳播時的鏡像(反射)點,就像臺球從墻上反彈到你的耳朵。這些叫做鏡面反射。在聽得見的情況下,所有的鏡像點甚至只是側墻鏡像點的吸聲并不是完全有益的,還會引起其它問題。

  聲音傳播時的鏡像(反射)點,就像臺球從墻上反彈到你的耳朵

  今天,我們知道簡單地吸收所有的反射聲并不是最好的選擇。一些反射聲應該要被吸收處理,而另一些則不應該被處理,因為能增強包圍感和空間感。我喜歡稱它為反射聲管理。我會試著用我們的博客來分享每一種處理措施功能的相關信息,以及它們在你房間里的最佳用途。

  聲學處理的種類

  各種各樣的發燒友論壇都充滿著大量使用不同設計的聲學處理策略。如果結果不能讓人滿意,可能很多人會覺得困惑,而且花費高昂。雖然最基本的處理策略通常能帶來好處,但了解一些科學知識也是好事。首先讓我們看看聲學處理的不同類型。

  吸聲:吸收沖擊面板的聲音。這會減少或消除反射聲的能量。

  擴散:擴散板分散聲音。雖然它們通常不是為了減少聲音中的能量而設計的,但它們通過將一個反射聲拆分成許多不同方向的反射聲,有效地減少了反射聲中的能量。

  反射:是的,反射式房間設計的一個重要元素。許多反射聲是有益的,應該被保留。

  低音陷阱:這一類型包含從非常厚的吸聲面板到薄板共振吸聲體的所有東西。共同之處在于它們能最有效地吸收低頻。

  混合處理:這些類型結合了上述類型的功能。當某些頻率應該被吸收而另一些應該被反射或散射時,它們非常有用。

  最常見的聲學處理是吸聲。其中最常用到的材料是玻璃纖維,當然還有聲學泡沫、礦物纖維、聚酯、棉花等。這類材料的面板被稱為動能纖維吸聲體。它們通過減慢振動空氣分子的速度來減少聲音能量。空氣分子必須與面板中的纖維發生碰撞,從而將其動能轉化為碰撞產生的熱量。這些面板在吸收聲音能量的同時,溫度會升高(非常輕微)。

  在早期,大多數人使用1英寸(25毫米)的厚面板。它既便宜又數量眾多。但很快有人指出,使用2英寸 (50mm)的面板能產生更好的效果,接著是使用3英寸(75mm),甚至更厚。這背后的科學是基于對吸聲系數(AC)的理解。它是材料吸收的能量和發射到表面的能量之間的比值。因此,系數為1意味著所有撞擊在面板表面的聲音都被吸收了。1英寸的面板在吸收高頻方面做得很好,但對較低頻率的聲音影響甚微。因為當頻率越低時,吸聲系數會越低。這些1英寸的面板吸收了高頻的聲音,但實際上沒有處理較低頻率的聲音。這意味著一個放置在鏡像點上的1英寸面板只完成了一半的工作(技術上來說還不到一半)。右顯示了Owens Corning 703纖維板各種厚度的比較。請注意,在1000Hz以下的重要頻率范圍內,1英寸面板的吸聲系數遠遠低于所需的吸聲系數1。

  各種厚度的Owens Corning 703纖維板吸聲系數比較

  有趣的是,根據圖表顯示,較厚的面板吸收了超過100%的聲音。這是因為吸聲系數的計算只考慮了面板前表面的測量,面板的側面沒有考慮在內,但它們確實吸收了聲音。另外需要指出的是,吸聲系數測量也包括面板吸收的隨機入射聲量。這對于計算音樂廳或教堂需要多少個面板是很有用的,但關于面板如何處理來自特定方向聲音的信息就少得多了。

  吸收第一次側面的反射聲可以通過增加相直達聲的總量,來提高聚焦感

  Floyd Toole博士在他的書《聲音重播|揚聲器和房間》 (第21.3.2章)中討論了典型的纖維玻璃面板的聲學影響。他提供了信息來支持他的理論,即一個好音箱的第一次側面反射不一定要被吸收;這是我們將要討論的話題。數據表明,盡管這些典型的吸聲體有著明顯一致的吸聲系數,它們也不能均勻地吸收所有頻率。他也指出,對于音箱到聆聽者的鏡面第一次反射,典型纖維面板的吸聲取決于聲波進入面板的角度。一些值得注意的結論如下:

  吸聲系數的圖表是有不足的,因為它們是基于隨機入射聲的測量,而不包括鏡面反射的部分。當入射聲是某一個角度而不是隨機角度時,它們對不同頻率有不同的缺乏具體的數字來顯示反射對頻率響應的真實影響。因為反射聲對測量的聆聽位置頻率響應有明顯的影響,所以了解這一點很重要。最后,吸聲系數的測量不包括高于20kHz的頻率,它們因為鏡面反射而表現出更低的吸聲系數。

  至少3英寸(75mm)或更厚的面板需要吸收轉換頻率以上的頻率。轉換頻率是鏡面反射主導我們設計和校準策略的點,在典型的小房間中,通常指300-500Hz之間的頻率。

  聲學材料表面的纖維布對低頻幾乎沒有影響,但會因為聲反射的原因減少聲學材料對高頻的吸收。這就指出了應用在音箱表面的纖維布被設計成透聲(至少它試著做具有聲音穿透的能力)的價值之一。它也指出Guilford of Maine FR701纖維布普遍受歡迎的程度,盡管在更高頻率下仍能反射,但它提供了一種更“具聲音穿透性”的材質。

  那么,DIY愛好者要做什么呢?把4英寸(100毫米)的面板粘在墻上?不使用面板?每個人都知道用面板的聲音更好,對吧?

  使用厚的吸聲體可以減少頻響的失真,但對側墻反射聲的重點保留,可改善聲場的寬度,前后場間的聲音轉向及空間感

  吸收第一次側面的反射聲確實可以通過增加相對于反射或間接聲的直達聲的總量,來提高聚焦感(立體聲像)和細節。如果你偏愛使用厚的吸聲體來減少頻響的失真,那么需要注意對第一次反射聲的吸收也會明顯減少聲場寬度和空間感。如果你更喜歡更寬的三維聲場,不要吸收第一次側面反射聲。Floyd Toole博士主張這些反射不一定要被吸收的緣由如下。一個好的音箱(有著出色的離軸響應)所帶來的反射聲可增強包圍感和空間感。因為反射聲的頻率響應失真更小(由于沒有吸聲板),所以聆聽位置的頻率響應將更像音箱設計時的頻率響應。

  如果你是一個近場的聆聽者(坐在非常靠近音箱的位置)。面板的影響更小,因為你正在聽的主要音源是音箱的直達聲,它最小化了聆聽位置聲音的反射影響。這種方案在老派的兩聲道發燒友中并不少見。

  過分吸收反射聲會減少甜區三角形的寬度

  如果你有一個影院,而且座位不止一個(特別是如果你有多于一排的座位)。只選擇一個好位置(近場聆聽的甜區)是不實際的。你需要在房間靠后的位置擁有多個座椅位置,來提供一個讓所有人滿意的體驗。反射聲開始扮演更重要的角色。在HAA網站中可以看到我關于甜區三角形的文章。過分吸收反射聲也會減少甜區三角形的寬度。在一個環繞聲系統的案例中,過分吸聲會導致音箱不能產生一個有凝聚力的聲場。

  不幸的是,你看到吸聲板的使用并不是一成不變的。正確的使用取決于你的音箱,你的聆聽習慣,當然還有你的房間。

  過分吸收反射聲會減少甜區三角形的寬度

  混響聲會對直達聲產生影響

  在這種討論中出現的一個話題是房間的RT60。一個特定頻率的混響時間被定義為聲音衰減60dB所需的時間,通常縮寫為RT60。因為混響時間與房間內的混響聲壓成正比。RT60的意義在于,我們基本上會用它來比較混響聲和直達聲的聲壓。早期(包括現在)直接測量混響聲聲壓是不切實際的。

  所以,隨著時間的推移,我們收集了一系列RT的實驗值,這些值代表了不同大小空間和不同用途所需的RT60。較大的視聽空間有較長的RT60,學校教室、禮堂的目標值往往較低。在HAA的調校中,我們主要使用RT測量來判斷是否過度處理了房間。而一個特別小的房間可能只做了一小部分吸聲處理就會變成過度處理。真相是對于大部分房間來說,計算RT60并不是一個有用的工具。我們只是使用RT測量作為警告信號,來決定是否不在墻上安裝吸聲板(或在完成安裝后移除一些)。這么做的原因有很多:

  相對面板,大部分高端影院與多媒體室采用掩蓋板來實現更加精準的多反射處理

  大房間聲學計算的基本依據是“自由聲場”模型。這是吸聲系數的隨機入射聲測量在商業聲學處理中如此有用的原因。大空間內的混響聲場基本上是均勻、隨機分散的。但大多數

  家庭影院絕不是一個自由的空間(沒有雙關的意思)。在小房間里,早期的反射聲音要大得多,因為它們傳到我們耳朵里的距離很短。聲場不是均勻的,增強了我們對鏡面反射的興趣,而不是像在音樂廳或禮堂那樣計算所有反射的綜合

  效應。得到精確的RT60的基本要求是一個均勻的混響聲場。這就是為什么在HAA中,我們使用RT(混響時間)這個術語來讓所有人明白,其實我們知道RT60不是一個真正的RT60,盡管我們使用了相同的程序來測量它。

  我們的房間很小。各種各樣的組織都給出了小房間的推薦混響時間,介于200ms到500ms(500ms=�0�5s)之間。大部分住宅的房間都適應這個標準。除非房間特別大,或者家中缺少常見的典型吸收元素(家具、窗簾、地毯、麋鹿頭等),否則不需要減少混響時間。

  對稱的擺位會加強

  SBIR 在相同頻率的強度

  大房間的聲學工作人員在項目設計階段使用RT60作為計算工具。使用的公式像Sabines、Fitroy’s、Eyring等等。它們可以精確計算要達到目標值RT60,需要對多大的表面區域進行處理。但這些公式會隨著房間變小而失去作用,它們在小房間中不是有用的工具。在HAA HT3課堂上,我們展示了在不同的地方放置聲學材料對RT的影響比改變房間的面板數量更大。使用公式來計算你需要多少面板通常會過度處理一個房間,它也不會告訴你把面板放在哪里。

  房間的前半部分側面使用“分散”擺放的吸音材料保留供反射聲發揮的空間

  所以在一個小房間中,吸收性的聲學處理價值是有限的……但當我們使用它了,確實聲音聽起來更好!實際情況是,在高性能的安裝中,對小房間的聲學處理是必要的,但它不依賴于吸收全部或大部分反射聲。它取決于理解聲場的復雜結構和每個反射點的性質。我們使用吸聲(以及其他聲學處理類型)來創造一個無縫和寬敞的聲場,同時保持高質量的聚焦(成像)和細節。你可以在HAA網站閱讀我關于聚焦和包圍感的文章。其它因素包括使用合適的吸聲體來控制低頻效應,像SBIR(音箱邊界干擾效應)、補償不好的揚聲器偏離軸響應、使用分散式的吸聲模式來創造聲場、增加聲場的擴散以及其它因素。

  也許文章指出的最實在的事情是用吸聲處理反射依賴于反射本身,比如它的來源和位置。我們需要一個基于參考客戶個人喜好的鏡面反射策略。放在正確位置的面板是好的,在不正確位置是不好的。總而言之,用吸聲過度處理一間房間是明確的禁忌。

  作者Gerry Lemay HAA家庭聲學聯盟創始人與主席

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