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HIFI听音室建筑声学特性与装修设计——一起小龙

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HIFI听音室建筑声学特性与装修设计
   音响器材重播声音的好坏,与聆听环境的建筑声学特性有着非常密切的关系,要使音响系统发挥最高性能,必须对听音房间作一定的声学处理。
  对于听音房间的建筑声学特性,有4个方面需予考虑,①混响时间,②混响衰减的扩散特性,③房间的频率特性,④环境噪声声级。
  听音房间的建筑声学特性各不相同,不同物体对声音的反射和吸收也各不相同,所以为改善听音环境而进行声学处理,改善声学缺陷的工作就显得十分复杂。只要可能,最好避免房间任何两面的尺寸相等,或一面恰好是另一面的两倍,也就是正方形或长宽比是两倍的房间,因为这种比例的房间会产生驻波、低频声共振,造成声染色。
  房间内从墙壁、天花板、地板、家具和人身反复反射所形成的声音持续存在、逐渐衰减的现象,称为混响(rever beration,也称交混回响)。它和回声(echo)不同,回声不是一种平滑的衰减而是声音的突然返回。对于室内声学的最重要指标,首先是混响时间,它是声能衰减下跌到原有强度的百万分之一(60dB)所需的时间,对于一个已确定的房间,混响时间主要取决于吸声处理。对于Hi-Fi听音房间的混响时间,可取0.4~0.5秒。混响时间适度可使乐音丰满,语音饱满,混响时间较长声音较活泼丰润,但太长时声音容易含混不清,语音清晰度下降,乐音缺乏力度和节奏感,混响时间太短则声音较干硬,缺少生气,没有混响的声音(如室外)常有呆板感。
  房间的扩散特性好,则声音的衰减平滑,室内各处声音感觉均匀。任何凸面都有扩散声波的能力,包括斜面、曲面以及凸弧面,当需要扩散声波频率受制凸面大小时,可采用扩散板进行处理。
  当由于某种原因造成声音中的某一频率得到过份加强或减弱时,就将破坏房间内声音的均匀性,这种现象我们称之为声染色(sound coloration)。例如,驻波能改变声音原有的特性,在某些频段出现峰值,改善的方法是室内物品摆放避免对称。
  大空间的听音室不仅对低频延伸有帮助,还可使声音感觉更轻松,更具活生感。我国一般用作听音房间的居室面积约为14m2,高2.8m左右,容积约为 40m3。在这种房间里,只要声学处理得当,应该是能有较好听音效果的。由于100Hz以下声音的波长大于3.4m,与房间的尺寸处在同一数量级,所以在其空间只能产生几个共振频率,低频声波的相互干扰较少,听起来显得自然圆润。但中、高频声音的波长远小于空间尺寸,将在室内产生大量驻波,在驻波的相互干涉下,房间在100~500Hz的声学特性一般都较差,而这个频段的声频能量又很高,所以要予重视,作出适当处理。
  房间里在相对的墙壁之间,由于声音的多重反射而产生驻波(standing waves),当驻波发生时能产生共振,其频率取决于墙壁间的距离,可见房间实际上就是个谐振器。房间里产生驻波造成声染色最多的地方,是音箱后墙的两边墙角,它会反射不干净的低音,这种效应称为房间隆隆声(room booming)。这种低频驻波是常见的声学缺陷,造成低音清晰度下降,需要小心处理。控制驻波反射的一个好办法是利用装满书籍的书架,书籍的不规则外形和不太强的吸声作用,能使声波发生散射,从而减轻声音反射的影响。大理石和花岗岩地坪和落地玻璃是现代家居装修的首选,但却是音响效果的大敌。常会引致声音的模糊嘈吵,改善的方法是在音箱前方放置适当大小的地毯和在玻璃前加上厚窗帘。
  环境噪声级是指室内没有声源时的噪声声压级,如环境噪声过高,可采取隔声、隔振等方法,或在室内铺设一定吸声材料。对于目前的居室的隔声量通常是不够的,而整个房间中以实心墙的隔声最好,门、窗的隔声最薄弱,所以决定房间隔声质量的重要因素是门和窗。
  居室中的客厅用作听音室并非理想,因为一般客厅是开放式的空间,走道更造成空间的不对称,加上落地窗造成低频损失,延伸的空间使声音反射不好控制,造成声像偏移。只要没有太多的家具摆设,卧室作听音室是更好的选择,因为密闭的空间容易掌握声音反射问题。
  [二]音响发烧友装修四要素
  有人买得进口音响设备,耗资虽巨,但听起来效果却不佳,与之"土炮"族发烧友搞的廉价设备相比还相去甚远。后经几位深谙此道的"权威"人士前去试听会诊,才知道是家中的听音环境太差所致。改善听音环境,便成了提高音响放音质量的重要手段之一。
  1.选定最佳房间及最佳位置家庭影院及欣赏音乐用的房间其最佳形状为矩形,以房间面积尽量大些最为理想,但因有的居室条件有限,可能会出现多种不尽人意的房间形状和面积,这时仍应注意在室内将主音箱左右两侧尽可能对称摆放。正方形的房间不理想,也可采取将主音箱以墙角为中心对称摆放的方法。音响设备与视听位置应在房间较长的两端,两只主音箱之间的距离应不小于2米并与视听位置成等腰三角形或等边三角形,主音箱正面应稍向内侧转呈八字形,外侧及后背距墙最好各留0.3米以上的空间。其高度一般以高音喇叭稍高于人坐姿时双耳的高度为宜。
  2.要合理的选用吸音材料能在居室装修时就考虑选用一些具有一定吸音功能的材料是最好的,如无纺布墙纸、带有浮雕花纹的墙纸等。但也要注意吸音材料切忌铺贴过多,否则会使声音发干发涩,缺少圆润、悦耳的空间感,同样会失去音乐的魅力。如居室条件有限,不可能独辟一间做家庭影院或听音室,那么在客厅内放置音响兼做家庭影院或听音环境为上选,如果将书房或卧室作为家庭影院或听音环境,其效果便可能受到较大影响。如一侧是水泥墙,而另一侧是大型柜类家具,则需在水泥墙一侧悬挂一两幅具有吸音性的布质装饰画或挂毯等做些声学上的补偿处理,使主音箱的两侧的声学性能尽可能接近对称。若图简单省事,利用落地窗帘、地毯也可收到一定的吸音效果。这样做后可有效地减少部分反射声,提高声音的清晰度,从而改善听音效果。
  3.要紧固门窗,隔音防振发烧友大都有这样的体会,即在欣赏音乐时若声音开大,室内的某一部位如门窗或其它小物件会随着音乐的某段频率一起嗡嗡作响。这种谐振现象要想有效地避免,应注意室内天花吊顶不可做成腔体式,家具也以少为佳,且应避免放置敞口的柜类家具,因其实际上也是腔体;音响环境中也不宜摆放轻巧的壳体工艺饰品。门窗的玻璃(包括家具上的门玻璃),一定要安装牢固,并注意缝隙处的衬垫。若听音环境临街或近闹市,嘈杂声过大,还应采取隔音措施,方法为除密封门窗缝隙外,最好能将门窗玻璃改为双层以使隔音性能大大提高。为使振动减为最低程度,不妨采用"I"字形或"Z"形音箱架将音箱架起,无条件者也可把音箱放在低柜上,但低柜最好沉稳结实,里面需放满物品。
  4.要使用电源专线家中的电度表要换为5安培以上的。音响用电、厨房用电、照明用电、空调用电等也都要各自设立专线,以互不影响。如条件有限,至少应单独为音响设备安设一条专线,并最好与其它家电避开同时使用,否则吸尘器、电吹风、微波炉、计算机、空调等电器均会产生电杂波,造成噪声影响视听效果。
  [三] 听音房间的声学处理
   用于欣赏重放音乐的房间,它的听音环境在很大程度上决定了重放声的音质,设备最好,环境不良,也难有好的效果,但这一点常被忽略。房间的声学特性,在很大程度上与室内装潢及房间布置有关。理想的听音房间的形状尺寸,应按黄金分割比例,三个尺寸(长、宽、高)不成整数倍的关系,以使房间内的驻波影响降低,提高听感。其次要隔声,使房间内外不致干扰,并使声音扩散,还要有适当的吸声,以免声波往复反射激发出某些固有频率(简正频率)的声音干扰,造成声染色。但在现实生活中,用作听音房间的声学特性一般都不理想,所以若对声音的质量要求很高时,除信号源、器材外,还要对房间采取一些声学处理。
   房间里声源发出的声音通过六个途径传到聆听者的耳朵,①音箱发出的直达声(direct sound),②地板的反射声,③天花板的反射声,④音箱后墙的反射声,⑤两侧墙的反射声,⑥聆听者背后墙壁的反射声。只要改变声波的任一反射条件,就会使声音发生变化。对于反射声的强度必须适当。
   我国一般房间的墙面都是相互平行的刚性墙,高度都在3m以下,对16m2左右的房间而言,在低频段容易产生共振,使某频率声音得到异常加强,造成低音轰鸣声,严重影响重放声的质量,这种声染色是家庭听音室最常见的问题。这种房间共振还会使某些频率(主要是低频)的声音在空间分布上很不均匀。产生声染色可能性最大的频率为100~175Hz,以及250Hz附近。
   对房间的声学处理,重点在侧墙和天花板。原则上室内声波的处理扩散应多于吸收,目的是使共振强度降低,要防止过度使用吸音材料,以免房间的混响时间太短 (< 0.3秒)而使声音干涩不圆润。对音箱后面的墙壁,最好不要有大片吸声物质,通常不需作处理,砖墙或水泥墙面会使声音饱满,充满活力。
   侧墙可均匀适当地设置一些吸声和扩散物,如厚重的羊毛毯就是极好的全频吸声物体,薄的地毯及壁毯只对中、高频有吸收作用。木制无门书柜则是一种很好的声音扩散物,用来调整低频有很好效果。此外,桌、椅、床垫、沙发等家具都能对声音的传播起调整作用,都可用作声学处理。最理想的声学处理是在侧墙上贴以适当的扩散板,但费用昂贵,又影响美观,一般家庭很难接受。凸圆弧是很好的声音扩散兼有吸声的装置,可以适当利用。在作吸声处理时,墙壁的下半部比上半部更重要,可使用穿孔板及薄板等共振吸声结构处理。
   薄的地毯、挂帘、壁毯等主要对中、高频有吸收作用,对低频的吸声作用很小,太多使用会导致房间里的中、高频声音的混响时间偏短,使得声音缺乏色彩,不够明亮。木质墙裙等木板,可有效吸收低频,但在安装时要与墙壁间留有适当空隙,必要时在其间还要放置吸声材料。但切记不能把大量的夹板钉在墙上,也不要大量在房间里敷贴吸声毯和帷帘。否则,由于高频被大量吸收,会造成声音死板发干,细节减少,以及音量的减小。
[四] 音箱的系统的摆放室内声学环境的影响
  一、室内声学环境的影响
  室内声学环境对多声道音箱所营造的室内声场有一定影响,不同的房音会有不一样的空间声学特性.多声道音响系统是利用多个音箱来表现声象定位、营造环绕声效果,这本来就不是一件容易的事,如果没有理想的室内声学环境来配合,那么综合的音响效果就不会好.根据音响心理学的理论,在室内迟后直达声小于1ms 的早期反射声,对直达声有显著的干扰,会使声音变得比较混浊,从而影响声象定位.介于1~30ms之间的早期反射声对直达声的干扰会少些,它与直达声结合在一起,有助于增强响度,但可能会改变直达声的音色.至于30ms以后的反射声,人耳通常认为它是混响声了.鉴于上述原因,我们一定要做好视听用室内的吸声、扩散、隔声等声学处理,否则,过多的混响会降低声音的清晰度与连贯性,影响重放音响效果。
  为了营造影剧院宏大的立体声场, 视听用的房间不宜太小,条件允许的话应加装吸音材料。
  二、音箱的摆放
  在有良好的室内声学环境的前提下,声象定位越准确,音色越逼真自然,则越能表现出栩栩如生的声象合一的临场感效果。首先看看影剧院中音箱的摆放情况。下图是具有环绕声的实际影剧院的各声道音箱布局。
  左、右声道前方音箱相互分开的距离几乎与电影银幕一样宽,前方扬声器一般都排放在电影银幕后面,它们能过银幕止的细小空隙将声音传给观众。因此这只音箱可放置在银幕一半高度的地方。
  超低音音箱不一定放在前方音箱群呈对称的地方;
  标准的影剧院有很多只环绕音箱,这些音箱和前方音箱一起,真正地"环绕"观众摆放。
  参考了上述音箱摆放实例后,我们再回过头看看音箱应如何摆放才能获最佳的声效。在这里,我们要注意一个问题,就是我们碰到的室内播放空间可能比真正影剧院要小得多。下面,我们先讨论三只前方(左、中、右)音箱的摆放方法,然后是环绕声音箱,最后研究超低音音箱的摆放。
  1.中置声道音箱的摆放
  前方中置音箱一般都放在尽量靠近图像屏幕中心的位置.中置声道音箱对电影对白的音质影响最大,为了保证对白准确地定位在屏幕中央且声音清晰,应该使用专门为中置声道设计的单独音箱,而不要用普通的书架音箱或电视机内部的扬声器来代替。
  中央声道音箱大都采用水平横卧式箱体,其最佳摆放位置是电视机顶部(如果采用前方投影显示屏幕,则放在屏幕后面),即应尽量靠近屏幕.如果由于房间空间的限制,可采用更为经济的摆放方案,即不设中置音箱.但这时AV功放的工作模式应置于"幻象"中置声道模式,使中置声道的信息从左、右音箱中均衡放出, 其声象正好在屏幕正中央,这对小型听音室来说是适用的.当然,最好还是单设中置音箱.
  2.左、右声道主音箱的摆放
  这两只音箱的摆放与中置声道音箱的位置有一定关系。为了保证声象左、右移动的平稳性,它们应分别摆放在中置声道音箱的两侧,并且这三只音箱应与屏幕前最佳听音者的位置保持相等的距离。一般来说,中置音箱的摆位应该比左、右两只音箱退后一段距离,直到两者声场能完全结合在一起,共同营造出真正统一的声象定位。后退的距离与空间大小、聆听位置和所用音箱有关,可通过试验来确定。此外,左、右声道音箱的垂直高度以它的中/高音扬声器的轴线不高于或低于中置音箱0.3m为宜(最好是稍低一些),否则左、中、右三只音箱的高度相差过大,前方声象在横向移位时就会给以声象跳跃的感觉。通常,落地式音箱能满足上述要求。若采用书架式音箱作左、右音箱,则应把它们固定在音箱支架上,使它高度符合上述要求
  左、右声道音箱离开屏幕的距离与屏幕的大小有关。如果在小房间使用大、中型屏幕的彩电,则左、右声道音箱可紧靠在屏幕两侧。如果屏幕较小,则可使它们距屏幕稍远一点以获得较宽阔的立体声场。但也不要距屏幕过远,以免因声象位置脱离画面过远而给人以虚假的感觉。从这一点上说存在着"先天"的不足-环境太小。综上所述,左、中、右三个声道的音箱的声音指向性重于扩散性,亦即这三个声道的辐射角度范围应以朝向最佳聆听位置为主。如此可减少来自地板,墙壁和屋顶的反射声的影响,适当保证声象定位的清晰度。
  3.环绕声道音箱的摆放
  环绕音箱是用来营造环境气氛的,在整个音箱系统也占据很重要的地位.
  A.环绕音箱的种类
  目前,环绕音箱有两种类型,一种是普通的单极型小音箱,它们通常被放在音箱架上或高挂于墙上.另一种类型的环绕音箱则是THX推荐的偶极型音箱,每只音箱内均有两只背靠背安装的扬声器,它们均接成反相方式.这样组成的音箱只对前后方发出高频声音而发不出低频的声音(即使给它输入低频信号也因抵消掉而发不出低音来).为什么会这样呢?下面我们就来看偶极型音箱的工作过程,音箱内背靠背放置了两个扬声器,给这两只扬声器馈入相位相反的信号,设某瞬间A扬声器输入正极性信号,其纸盒向前运动,压缩前方空气(密度增大)与此同时,B扬声器输入负极性信号,其低盒向后运动,使其前方空气稀疏(密度减少)这样两扬声器前方声波方向就相反,如果两只扬声器馈入的是全频带信号,则低频由于其波长较长故绕射作用强,这样A扬声器发出的低频声会绕射到B扬声器处而被削弱 (抵消);而中高频信号由于其波长较短故绕射能力差在扬声器两侧的中高频声音也就小,因而扬声器前方的抵消效应不明显,故使两只扬声器只对前后方发出中高频声音而发不出低频声音了.采用偶极型音箱的目的是为了避免出现过于显著的方向性.
  对于音响界来说,偶极型音箱是一种很奇特的类型,这种音箱还需经过一定的发展才能成熟定型.这种音箱不全频段的,因为100MHz以下的频率已被削去了.之所以使用这样音箱,是因为它只同时向前和向后发声而绝不向聆听者所处的侧面发声,并且使声音到达聆听者前先充满听音室,这样就可以营造一个适合人听觉习惯的环绕声扬.
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