听音室不全攻略 [复制链接]

贴几张别人的听音室作参考

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家庭听音室声学设计（二）

家庭听音室虽小，但“五脏俱全”，设计内容涉及到方方面面。本系列从实际出发，主要说明听音室的吸声和扩散处理，以简单实用，方便业余使用为主要目标。
   如果有条件拥有一间房间专供听音使用时，你会如何处理呢？首先想到的便是考虑按听音室的声学要求打造一番，而最方便的莫过于从音响媒体查找相关设计方案和资料。然而不能不说，当你看过之后，可能仍会举棋不定。这是因为，这些听音室的打造方案往往过于繁琐，更是免不了“大兴土木”地装饰一番。这样做花费不小，更主要的是，这此方案的设计目标难以捉摸，效果不易预料和掌握。万一不佳，“木已成舟”，回旋的余地很小。即使想返工改造，原设计本身就很模糊，问题究竟出在哪里，对于不谙此道的发烧友来说，似乎也是个“说不清，理还乱”的问题。本系列的目的是希望从根本上帮助读者走出这种困境，把听音室的业余设计建筑在可靠的理论基础之上，从而也可为不用仪器的业余调试提供了较为明确方向。
   本篇着重说明，以控制房间混响器为主要目标的简易听音室的吸声计算和处理，力求以最低的成本和最简单的方式来达到预定的设计目标，希望能够满足绝大多数发烧友和音乐爱好者进行一般意义上的HI-FI聆听的需要。

牵一发而动全身

   混响时间的概念已有一百多年历史。经典的混响时间（T60）定义是，声源停止发声后，室内声压级衰减60dB所需的时间。根据这一定义可以从理论上导出混响时间的数字定义：
T60=0.16V/A（秒）
式中，V为房间容积（m3）A为室内总吸声量（m2）。控制室内混响时间提供了依据，即对于给定大小的房间，只要控制室内总吸量，就能自由地控制混响时间。这个重要公式也称为“赛宾公式”，它最初是由赛宾通过实验建立起来的。
   通过对厅堂音质及其混响时间的大量调查和分析，声学家提出了“最佳混响时间”的概念。它告诉我们，要获得良好的音质，房间的混响时间不应过长，但也不是越短越好，而是要适当，这个适当的混响时间范围称为“最佳混响时间”。
   最佳混响时间是声学史上第一个反映房间音质的客观参数。我们平时常说“混响能美化音质”，就是“混响适当”而带来的效果。事实上，房间混响是否适当，不仅仅关系到声音是否动听悦耳，而且还直接关系到声音是否真实、自然的程度。许多主观听音评价，如丰满、温暖、清晰、空间感等都与混响是否适当密切相关。因而混响的重要性可以“一言而蔽之”；“牵一发而动全身”。
   只要房间的混响时间得到适当的控制，同时又不存在其它明显的声学缺陷如颤动回声等，那么这个听音室就基本上成功上——这就是下面要介绍的简易听音室声学处理的指导思想。尽管它还不可能与当前声学家用最新设计理论设计的听音室相提并论，但它们最基本的设计思想则是一致的，而就其方法之简单，成本之低而言，无疑十分诱人。如果再结合后文所述的一些新的概念作些改进，也许对大多数发烧友来说，可以别无他求了。

混响何谓适当

   要把混响控制到适当程度，首先要知道适当的混响时间是多少，它又受什么因素的影响。对此，许多声学家为我们提供了推荐值。图1就是“最佳混响时间”与房间容积/音乐/语言之间的一种关系曲线。实际上，这组曲线并不是“绝对”准确的，应该理解为是与房间容积和声音类别相关的“最佳混响时间”的大致数值，相对于各种实际情况，可能有±10-20%的变动范围。尽管如此，它还是为我们提供了两条重要信息。一是使我们对“最佳混响时间”有了一个基本的数量概念。二是提供了“最佳混响时间”的一些影响因素及其变化趋势。为了进一步理解混响对声音的影响，下面作一些简单的说明。

图一......

首先，如果房间较大，“最佳混响时间”也应相应长一些。这是因为房间空间增大，需要较大的响度才能使声音听起来更满意些。而增加混响时间能起到提高响度的作用。音乐厅的混响时间（1.5秒左右）比听音室大得多，就是这个道理。
   其次，适合语言的“最佳混响时间”总是比音乐所需的混响时间短一些，这又是什么原因呢？原来这两类声音都可看作一连串音节或音符组合而成的。每出现一个音，都对应一用房间混响时间度量的声衰变过程，如图2所示。如果房间混响时间过长，前一个音尚未充分衰减，后一个音就已经到来，二者之间重叠部分（阴影部分）就会过多，两个音就不易听清禁止，声音显得模糊不清而混浊。及之，如果房间混响时间过短，两个音之间重叠很小甚至相互分开，此时每个音听起来还算清楚，但往往不够响亮和丰满，这是因为直达声得不到混响声的有力支持，就清晰度而言，此时也未必能达到最好的程度。显然，只有当混响时间比较适当时，才可能听到既丰满响亮又清晰的声音。由于人们对语言声的满意程度主要取决于听清听懂内容的程度，因而混响时间短一些比较有利。相比之下，人们对音乐往往并不要求听清每个音符，倒是常常希望相互之间有些“掩盖”，避免听到乐器的某些缺陷或不足，这样声音反而更为丰满动听，因此混响时间通常总比语言的长一些为好。
   实际上，各种不同语言的音节结构差别可能不算太大，也许还能找到一个比较准确的“最佳混响时间”并为大家共同接受。音乐的情况则大不相同，不同时期、不同风格、不同乐器演奏的音乐，信号结构往往有很大差别，因此不同音乐各有其自身的特点，“最佳混响时间”也会有较明显的不同或微妙的差别。再加上听音的目的（欣赏音乐还是作音质评价）有所不同以及个人的听音偏爱不同，所以很难提得出一个“准确”的最佳混响时间，可以适合在一切情况下都能达到“最佳”的效果。我们只能根据图1再结合实际情况和要求，因地制宜地来选取“最佳混响时间”。
   最后要说明的是，作为容积不大的家庭听音室，大多以欣赏音乐为主要使用目的，在设计听音室时，“最佳混响时间”初始值应该适当取得大一些，至少不应小于0.5秒。如果需要，在此基础上循序渐进地降低混响时间，通过试听就比较容易找到符合实际情况的“最佳混响时间”了。

图二.........

混响均匀性要求

   以上所谈的“最佳混响时间”都是中频500Hz时的值。目前室内声学中所涉及的频率范围大多限于125Hz-400Hz。因此混响时间的控制还包含控制“最佳混响时间”的频率响应问题。关于混响时间的频率响应，在前文中曾提到过，一般希望从低频到高频大致平直均匀，如图3a。

不过平直的高频响应对某些乐器的声音是好的，对另一些泛音丰富的乐器则可能会感到过于刺耳。综合起来看，高频允许适当降低一些比较适当。至于低频响可以适当提升一些，有利于改善小房间低频重放效果，因些图3b的混响频率特性也是不错的。不过，当小房间中低频驻波比较严重时，加强对低频的吸音，使低频混响时间从中频开始平滑地缓慢下降的特性（图3c），也是常用的混响频率特性，尤其是小房间使用大音箱的情况下更合适些。
   更避免的是图3d那样起伏较大的混响特性。与峰值对应的频率f1的混响时间长，与谷值对应的频率f2的混响时间短，f1就会对f2的信号产生“掩蔽”效应（图4），尤其当f2的信号幅度较小时，将几乎完全被f1所“淹没”（阴影部分），从而失去了很多本来可以听到的微妙的乐音，这对Hi-Fi重放自然是很不利的。当室内驻波引起的共振得不到很好的抑止时，低频段常会出现上述情况，从而使声音产生失真或染色。因而在设计听音室时，特别要注意防止低频共振频率出现“简并”并加强对其的吸音处理。
   总之，对于图3a-3c的混响特性不能一概地说哪种好哪种不好，因为这与房间驻波和音乐类型有关。不过大致来说，相对于中频而言，高频混响时间希望控制在0—负10%的范围内，大概是普遍能够接受的。

图三.........

处理方案

   初步选定了“最佳混响时间”及其频率响应要求后，接下来要对房间的吸声处理作出大致的安排。为此，看一看某些标准试听室的声学处理情况将大有裨益。
   国际著名的学术机构——美国声频工程协会（AES）在1996年提出了一个扬声器主观评价标准方件（AES20-1996），这个标准也吸收了国际知名组织ITU和EBU相应标准中的意见，因而具有很高的权威性。
   该标准对听间彀提出了一些基本要求。它推荐的房间容积为50m3—120m3，但最小面积为20m2，可采用长方体房间，天花板最低高度允许为2.1m。中频混响时间要法语为0.45秒±0.15秒。在上述容积范围内，房间较小者，混响时间可略短些，反之则可略长些。低频混响时间允许长一些，高频允许时间短一些，但未作具体规定。房间里允许摆放些家具，但不应太多，也就是类似于家庭居室那样。
   图5是该标准试听室的基本平面布置图。图中也给也了音箱摆位和聆听区范围，可供读者参考。在声学处理方面，要求地面铺上75%的地毯，天花板不作声学处理。也就是说，天花板在声学上是反射性的。在音箱后面墙角沿两边要作适当吸声处理。在音箱正面所面对的聆听区后方的墙上要求采取防反射干扰措施。至于采用何种方法（吸声还是扩散）未作规定。我们注意到，在ITU早期的听音室标准中，要求后墙也是反射性的，而把吸声处理全部集中于房间前面部分。我们推测，后墙处理后，效果可能更好些，尤其作为音质评价使用时。上述把吸声材料集中在房间中几处吸声的方式叫做“集中吸声型”处理方式。
我们将要介绍的简易听音室，仍采用前文中的房间为例进行说明。它的尺寸为5mX3mX2.6m，容积为39m3，内部总表面积为71.6m2。显然比AES推荐值小了些，但对于许多发烧友来说，已经不算小了。在某些听音室标准中，房间的最小容积为40m3，所以说这个房间大小还算可以的。
    这个简易听音室的吸声处理参照AES标准的方式，它的平面布置如图6。为求简单，音箱后采用帷幕进行吸声，音箱对面的后墙也用惟幕作吸声处理。地成铺占地面积为66%的地毯。由于帷幕和地毯均对中高频有很大的吸声能力。为了取得比较均匀的混响时间，初步决定选用两只墙角吸声器来加强对低频的吸声处理。墙角吸声器可放置在后墙墙角处。如有不便，也可放在音箱后墙角处。除以上吸声处理外，其余墙面暂不拟作什么装饰，均为普通最常见的抹灰墙面，这样既简单，也避免一些装饰件的吸声量难以估计而加大计算误差。下一步要通过计算来确定帷幕的大致用量。

图四,图五....

图六..........

室内常见材料吸声系数

   正规的听音室设计，必须进行混响时间和吸声设计计算，这是听音室施工的基本依据。发烧友在打造自己的听音室时，同样应该进行这项计算，那怕是粗略地估算一下也是非常值得的。如前所述，混响时间是房间音质的基础，我们必须对它有一个数量概念，因为吸声材料用量由此而定。

图七.....

要进行混响和吸声计算，必须知道室内界面材料的吸声系数。为此，我们把室内常见材料的吸声系数列在表1中（右），并作些说明。
    表中第1类材料，它们的表面一般都很细致坚硬光滑，声波不易穿透进去而很容易被反射，所以它们的吸声系数都很小，一般不直接用作听声材料。
    第2类材料本身与第一类材料完全类似，但当它们被制作成门、窗和搁栅地板后，吸声机理有所改变，变成板振动吸声结构，主要是对低频的吸声系数增大。不过，表中这几种结构主要不是用作低频吸声结构而设计的，所以它们的低频吸声系数还是比较低。
    第3类材料是由多孔性棉毛织物所构成的，地毯和挂帘（即帷幕）是其代表品种，也是历史上最早使用的吸声材料。这类材料的特性是中高频吸声系数较高，而低频吸声系数很低，因此一般作为中高频吸声材料使用。由于地毯和挂帘本来就是家庭中很好的较装饰，过去曾有一个时期广泛使用作为家用吸声材料，但由于它主要只对中高频吸声，常常导致声音发混，清晰度不佳等弊端。也许正由于这个原因，再加上现在可用作吸声的材料和结构颇多，（甚至可以自制），使用又十分方便的家用吸声材料，特别是它在一定范围内具有有可调吸声系数的特点，更是适合业余使用的吸声材料。图7是表中面密度为0.5kg/m2的棉布帷幕在不同折叠面积时的吸声特性。折叠面积（%）是指挂帘折叠悬挂时其展开部分的面积与其全部摊开悬挂时的面积之比。由图可见，折叠悬挂时的吸声系数大为提高，主要是折叠后等于增了挂帘本身的厚度，因而吸声系数就会增大。另外，当折叠（%）增加到一定程度后，吸声系数会出现明显的峰形特性。这是因为折叠（%）大时，挂帘后的空气层厚度也增大，形成类似于共振吸声结构的吸声特性。表中的丝绒帷幕也有类似的特点。只要我们充分了解挂帘的上述特性，再与低频吸声材料合理搭配使用，完全能够在全频段取得所希望的吸声特性。
    第4类材料也是多孔性材料，但把它堆积成体积特别大的吸声体使用。这种结构放在墙角使用时，低频的吸声能力比高频大。在我们这里把它与地毯和挂帘结合起来使用，可望获得比较均匀的吸声特性。当然，也可以适当控制墙角吸声器的数量来达到图3a-3c那样的混响特性。墙角吸声器一般只能自制。比如，可以购买适当大小超细玻璃棉块，一块一块叠起来，再装入纸箱或木箱中。当然其中有一面要开口，以便声波进入吸声材料。超细玻璃棉的容量大致是15—25kg/m3，容量大吸声量也大一些。
    第5类给出一些坐椅和人的吸声量，仅供了解其数量级而已。家庭听音室中人数一般很少，所以它们对总吸声量的影响不大，或者可以忽略。但值得指出的是，如果有大型沙发则是一个例外。由于没有沙发的吸声量资料可供查找，因此如何估计便是一个问题。如果需要可作为如下估算。量出沙发暴露在外的所有表面积，如果沙发不是紧贴地面摆放，则其底部面积也应计入。然后根据面料乘上丝绒或棉布帷幕直挂时的吸声系数作为它的吸声量。由此可以看出，大型沙发的吸音量可达2—3（m2），在小房间中对总吸声量还是有一定影响的。
   不要小看表1的数据。尽管在今后实际使用的吸声材料的吸声系数不可能完全与表中数值一样，但用表中数值计算的结果，足以满足实际应用的精度要求。

图八.........

图九........