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听音室——最高级的音响器材——浅谈听音室的设计制作与音响器材的搭配(中)

作者:李鹏展 日期:2016-05-27 02:15:51  评论:0

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与深圳大剧院音乐厅一样,在星海音乐厅内所有的墙面其中包括地板等,全部都是使用纯原木结构的材料装饰起来的;再就是,在星海音乐厅内根本就找不到一对“平行的墙面”。纵观厅内横七竖八但却是很有规律的不平行结构设计,假如你是“站在一个比较高的平台上”去俯瞰这座音乐厅的室内结构时,就会发现其实它的结构设计很像是一个凸凹不平的“扩散板”。

文/摄影 李鹏展


阴为吸收

很多发烧友对于投资设计制作一个声学条件良好的听音室的可行性与必要性,都存在着不同程度的麻木性或无知性。至于对在听音室的设计处理上要采用“吸音”这一种声学处理方法,更是心存疑虑;还有一些发烧友甚至是到了“心胆俱裂”的避讳程度。

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(2004年2月20日广州星海音乐厅外景)

为什么一些发烧友会对“吸音”这么一种本来是在声学处理上经常要使用的方法会存有如此畏惧的心理呢?我想,这主要还是因为他们不清楚和不了解“吸音”在听音室中所起的具体作用的结果。

室内声学理论的一些基本常识告诉我们:在家用听音室这样的小房间中(主要是相对于音乐厅而言),受驻波影响最大的主要是集中在80~300Hz的这一中低频段内。这是因为中低频段的共振峰数量要比300Hz以上中高频段的共振峰数量要少得多;而且由于相邻共振频率的间隔也比较大,又容易产生较宽、较深的波谷。也就是说,在300Hz以上的中高频段,其共振频率会趋于更加得密集,这样它们的平均响应将会更趋于一致,对于声音的音染程度则相对要小得多。这是普通家用小房间的一个共振特点。基于此,对于家用听音室这样的小房间,就应该力主加强和加大对于300Hz以下中低频驻波的吸收处理,这样才能达到或接近与300Hz以上中高频段基本相一致的平均响应。

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(2004年2月20日广州星海音乐厅室内)

明白了对于80~300Hz的中低频段一定要进行强吸收以外,对于300Hz以上的中高频段那又该进行怎样的设计和处理呢?

我们知道:在没有任何吸声体的矩形封闭房间中的任意一对平行墙面之间,都将会产生驻波。也就是说,驻波的产生需要具备两个必备的条件:一是没有吸声体的“平面光墙”;二是“平行墙面”之间。由此我们还可以看得出,这些驻波的产生应该是全频段的。

基于此,除了对于300Hz以下的中低频段一定要进行强吸收外——这是由于普通家用小房间(中低频共振峰数量较少且间隔较宽)的先天性驻波因素所决定的;那么,对于300Hz以上的中高频段也应该进行一定程度的吸收与扩散处理——这是由于普通民用房间(平面光墙与平行墙面)的结构所引起的驻波因素所决定的。也就是说,要想消除或降低驻波产生的基础,听音室内要尽量减少或改变没有吸声体的“平面光墙”的存在——所以,必须要把平面光墙设计处理成有一定吸音物质的墙面;同时,听音室内最好不要有任何“平行墙面”的存在——也就说,最好要把平行的墙面设计处理成凸凹不平的表面。实际上,这种设计处理方法我们在很多电影院内的墙面上都能看得到;不过,现在已经有了比“凸凹不平”墙面更好的、更为有效的设计处理方法——二次余数扩散板。基于此,要想设计制作一个规范标准、没有驻波影响的听音室,理论上讲,对于20~20000Hz全频段都应该进行一定程度的吸收与扩散处理,只是针对的频率段不同,使用吸收与扩散的比例与强度有所差异和不同而已。

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由此我们可以斩钉截铁地说:对于听音室来说,“吸音”与“扩散”的设计和处理肯定是要被同时并列的放在第一位的;甚至可以说,有无“吸音”与“扩散”的设计和处理,已成为“听音室”的一个标志性建筑了。因为这是用来消除或降低室内驻波产生和影响的最有效方法。否则,即使房间设计装修得再富丽堂皇,但它却没有进行必要的“吸音”与“扩散”处理的话,那它也就不配标榜或叫做所谓的“听音室”了。

回到现实当中去,很多发烧友在看到满是光滑墙面的“听音室”时,会觉得这是很正常、很“标准”的“听音室”房间设计模式。然而,一旦看到房间内有“吸音”物质的使用时,马上就会质疑:这样的处理合适吗?声音会不会发干呢?音乐听起来会不会没有韵味啊?某一个频段会不会被吸收过量而出现发虚的声音现象呢?等等。

在这种情况下,给他们的解释工作显然是无效和徒劳的!先让他们坐下来认真仔细的听过之后再发表意见似乎也已是不太可能的!因为此时此刻即使让他们坐下来听听音响音乐,他们也只能会是戴着“有色眼睛”在哪里横挑鼻子竖挑眼的。这又是为什么呢?主要原因还是现在的发烧友队伍,甚至是我们的这个音响行业,在对于听音环境的设计与处理问题上,都普遍缺乏一种正确和深刻的理论认识与实战经验。就目前而言,最缺乏的乃是声学理论方面的基本常识。试想:没有基本的声学理论常识来做依托,那也就无所适从的去谈论与交流听音室的设计制作与鉴赏评判的具体工作啦!


阳为扩散

今年三月的中下旬,我去广州星海音乐厅欣赏了一场由世界著名小提琴演奏家克莱默担纲指挥与小提琴独奏的高水平音乐会。在倾心观看和聆听克莱默精湛高超演绎水平的同时,说句心里话,我的另一半心思却是在那里观查和思考乐队与音乐厅之间诸多的声学关系与音响效果,以及音乐厅与听音室之间的诸多联系与区别等问题。

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与深圳大剧院音乐厅一样,在星海音乐厅内所有的墙面其中包括地板等,全部都是使用纯原木结构的材料装饰起来的;再就是,在星海音乐厅内根本就找不到一对“平行的墙面”。纵观厅内横七竖八但却是很有规律的不平行结构设计,假如你是“站在一个比较高的平台上”去俯瞰这座音乐厅的室内结构时,就会发现其实它的结构设计很像是一个凸凹不平的“扩散板”。

为什么音乐厅要采用类似于“扩散板”这种结构形式的设计呢?主要的目的和作用有三个:一是消除或降低音乐厅内驻波的产生和影响;二是由于音乐厅内不需要借助电声设备来扩声,所以,它需要把乐器的声能全部而且均匀的“扩散”到音乐厅内的所有位置,并力求使音乐厅内所有位置的声音密度尽可能地趋于一致。三是用“扩散”的处理方法基本上是不会消耗对于音乐厅来说相当宝贵的“乐器声能”的。

不过同时我们也应该看到,星海音乐厅内围绕着舞台,其中包括整个舞台的后面都全部设计安装了观众座椅。这样的设计处理方法更多的还是基于从声学方面的因素去考虑的。

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我们知道,音乐厅的混响时间通常都是在1~2秒之间(明显得要大于家用听音室通常的0.5秒左右的混响时间),为了有效的利用乐器的声能并全部均匀的扩散到音乐厅内的每一个位置,所以,音乐厅内的设计处理主要是以“扩散”为主。然而,只要是在一个封闭的房间中,就必然会存在着混响时间;再加上音乐厅内是以观众为主体的娱乐场所,所以,无数个黑呀呀观众的加入必然会对混响时间产生很大的影响和作用。那么这些“观众”又是属于一个什么性质的物体呢?

这里有一组数据可作为参考:一是“人坐在木板椅上”的吸声系数为:125Hz/0.57;250Hz/0.61;500Hz/0.75;1000Hz/0.86;2000Hz/0.91;4000Hz/0.86。二是“板状共振吸声材料” 的吸声音系数(用三夹板,距墙100mm,龙骨架间距500mm×450mm)则为:125Hz/0.59;250Hz/0.38;500Hz/0.18;1000Hz/0.05;2000Hz/0.04;4000Hz/0.08。三是“1/2面积折叠棉挂窗帘” 的吸声系数为:125Hz/0.07;250Hz/0.37;500Hz/0.49;1000Hz/0.81;2000Hz/0.65;4000Hz/0.54。

通过三组比较常见吸声材料数据的比较发现,“人坐在木板椅上”的吸声系数是最大的,而且它还有一个特点,即在整个频率范围内的吸声系数都比较高,同时也是比较“均匀”的。而“板状共振吸声材料”在125Hz处的吸声系数为0.59,即对中低频段有着较强的吸收能力;但在1000Hz与4000Hz处的吸声系数为0.05与0.08,也即对中、高频段的吸收能力已是非常的弱小。不过,“1/2面积折叠棉挂窗帘”与“板状共振吸声材料” 的吸声系数则正好相反,在125Hz处的吸声系数则为0.07,但在1000Hz与4000Hz处的吸声系数为0.81与0.54,也即,“1/2面积折叠棉挂窗帘”对中低频段基本上已没有什么吸收效果了,但对于中、高频段则是有着较强的吸收能力。

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(2004年2月20日世界著名小提琴演奏家克莱默在广州星海音乐厅指挥兼演奏)

由此我们不难发现,由于观众在全频段内所具有的较大而且是较均衡的“吸音”特点,所以,观众在音乐厅内所伴演的另一个非常重要的角色就是起到调整改变室内混响时间的作用,以及对室内全频段的驻波进行一定的吸收作用。

前面已说过,听音室内驻波的产生需要具备两个必备的条件:一是没有吸声体的“平面光墙”;二是“平行墙面”之间。基于此,无论是“吸音”还是“扩散”的设计处理方法,其目的都是为了要消除或降低驻波产生的“瘟床”。所以说,音乐厅内类似于“扩散板”式结构设计所具有的“扩散”作用,以及那无数个黑呀呀的观众所具有的“吸音”作用,两者的存在与融合,为消除或降低音乐厅内驻波的产生和影响,起到了更好的作用。

有一些发烧友可能会问这样的一个问题:对于300Hz以上的中高频驻波通常都可以采用吸音与扩散的两种方法去处理,那为什么对于300Hz以下的中低频驻波却很少使用扩散的处理方法呢?

理论上讲,无论是对于300Hz以下的中低频驻波还是300Hz以上的中高频驻波,都可以采用吸音与扩散这两种方法去处理。但在实际的操作当中就会发现,无论是从使用的便利程度,还是从使用的具体效果来看,对于300Hz以下的中低频驻波采用“吸音”的方法明显要比使用“扩散”的方法要好。这是因为要达到扩散某个频率的声波,其扩散体(如圆弧体、三角形等)各个方向的尺寸都要求具有相当于该扩散频率的波长那么大。比如:要扩散100Hz频率的驻波,扩散体的表面尺寸应为:(声波)344米/秒÷(频率)100Hz = 3.44米。对于面积本来就不大的家用听音室来说,这样的扩散体最多也只能是在长边墙上安装使用1~2个左右,很显然,由于安装使用的扩散体数量太少,所以,它就基本上起不到扩散中低频驻波的作用了;再加上这么巨大的扩散体安装在房间中,对日常的生活起居也很不方便。所以,对于300Hz以下的中低频驻波,家用听音室也就很少设计使用扩散体这一方法就是这个道理。


阴阳平衡

通过上面的分析和介绍,我们应该明白了,设计制作听音室时需要对 “吸音”与“扩散” 同步进行时才会比较合理和有效。那么,在实际的运用当中怎样来具体使用和把握“吸音”与“扩散”的比例尺度呢?

“吸音”的设计制作方法主要有:一是悬挂含棉量比较高的落地窗帘,并采用二分之一面积折叠的方式。根据室内驻波的情况,窗帘安装时与墙面的距离可在80~300毫米之间选择和调整。

使用窗帘作为吸音物质的作用有三个:一是窗帘对于300Hz以上中高频段的吸声系数比较大;二是增大窗帘的厚度与折叠的面积以后,可以使吸声系数大大增加;三是随着增大窗帘与墙面之间的距离后,悬挂的窗帘不但对于300Hz以上的中高频段具有吸收作用,同时对于300Hz以下的中低频段也具有很强的吸收作用。

另外,我个人则更倾向于考虑使用矿物棉或玻璃棉做吸音物质。因为矿物棉或玻璃棉对高、中、低频率的吸声系数都比较高,而且也要更为均匀一些,尤其是对于300Hz以下中低频段的吸音效果要更好。

针对300Hz以下的中低频段驻波还可以采用板共振吸声结构。板共振结构的吸声原理是:当声波入射到薄板上面而使之振动时,薄板的机械振动使板材内部产生热运动,从而使声能通过机械能转化成热能而被消耗掉。实际使用和制作当中,像类似于书柜、低组合柜、唱片柜、真皮沙发、窗户、房门等等,都是类似于“板共振吸声结构”的物质,都能对300Hz以下的中低频驻波起到一定的吸收作用。

在安装使用方面,首先务必要在两侧墙第一次反射音处,也即在音箱与沙发之间的两侧墙面要进行强吸音。除此之外,视具体情况还可以在音箱的后墙或沙发的后墙等挂上落地窗帘;或在房间的四个角落安装使用一些吸音物质等。

以我的经验,在吸音物质的设计使用上,一定要保证有足够的使用面积。这样对于消除或降低各种反射声对于直达声的干扰以及驻波的产生和影响都是极为有利的,从而使得音场定位更加精准,也能使我们更多的听到音响器材本身的声音原貌。

至于扩散,我想除了地板和用做吸音位置的地方以外,余下的其它墙面都要尽可能的安装使用上二次余数扩散板,尤其是在天花板上更要安装使用二次余数扩散板,困为它的扩散效果最好。我的使用经验是:安装使用的面积越大、越多,改善的效果就会越好、越明显。因为在光滑且平行的墙面上安装使用二次余数扩散板后,使得驻波赖以产生的基础给消除了;同时,还能使300Hz以上的中高频段在整个听音室中的能量分配会更加的均衡和均匀。

说到这里,一些发烧友可能还会存有疑惑:我在自己的听音室中也安装使用了一些所谓的“吸音”与“扩散板”之类的东西,但总觉得改善的效果还是不太明显呀?

其主要原因还是因为用于“吸音”与“扩散”的使用面积远远不够所致。我在很多的地方和场合经常可以看到一些发烧友,在两侧墙第一次反射音处或在两个音箱的后墙角落里放上那么几块扩散板;或在音箱后墙或沙发后墙挂上一小块壁毯、地毯之类的吸音物质等等。做这样星星点水式的处理工作,不能说没有作用,但就是改善的效果十分有限。这从另外一个方面也反映出了一些发烧友还是存有一种投机侥幸的心理。他们认为随便搞上几块东西,摆一摆、弄一弄就能解决问题了。其实不然!我们应该十分的清楚和明白:汹涌澎湃的大江大河,是由无数个涓涓细水的小河汇流而成的道理。要想有大的效果,必须有多的投入。

经过设计处理后的听音室能给我们带来什么好处呢?首先是对于各种音响器材误判“怨假错”案的机会得以大大的减少了。是好的音响器材,在这样的听音室里会变得更加优秀;而对于那些表现平平的音响器材,也很容易找到它们所存在的问题是在哪里。

其次会发现很多原来觉得表现很一般的CD唱片,现在好像一下子变得非常有震撼力与感染力了;而且,现在好像很容易就能听得出不同CD唱片演录水平的差异了。

来我家里听音室听过“夜莺”音箱的四位发烧友,后来他们也都陆陆续续的购买使用了“夜莺”音箱;今天,这四位发烧友经常欣赏和试音用的CD唱片,与我所使用的也都大致相同。

所以说,一个没有驻波影响、音城平衡、音色优美、传真度高的听音室不但可以成就优秀的音响器材;还可以成就优秀的CD唱片;并为我们的工作和生活带来无穷的乐趣……


    文/摄影/李鹏展

    2004-05-18

    注:此文章已在成都《视听技术》杂志2004年第六期上发表


    标签:听音室 音响器材 设计 广州星海音乐厅 室内声学理论 吸收 扩散 驻波 深圳大剧院 小提琴演奏家克莱默

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