用简单有效的方法布置聆听空间--音响空间二十要上篇(2)


第三要:低频峰值要了解

一般音响迷习惯於将耳中所听到突起有压力的声音称为『驻波』,尤其是中低频以下的峰值频率。事实上我们耳中听到的突起过强峰值声音是由三样东西所混合的,这三样东西严重扭曲了聆听空间的音响效果。哪三种东西?一种是真正的驻波(Standing Wave)。一种是声波之间相互的干扰而产生增强或抵销的结果,由於某些频率声音强,某些频率声音弱,有如梳子的疏密相间,因此这种空间中的声波干扰也称为Comb Filtering梳形滤波现象。最後一种则是空间本身因为长宽高所引起的自然共振,称为空间模式(Room Mode),或许我们可以称为空间共振模式会比较容易明白。

以上三种影响声音的要素肉眼看不到,但是耳朵可以听到。如果您持续播放一个固定频率或粉红色噪音,然後在房间中游走,就会发现在不同的地方会听到强弱不同的音量,那就是不均匀的波峰波谷。而理论上无论您在那个地方,音量应该都相同,由此可知这三种东西破坏了声音的『忠实』再生。

驻波的严格定义

到底什么是严格定义的驻波呢?驻波的形成有二个条件,第一是要有二个平行的墙面,第二是要有行进方向相反的声波。当二个(或更多)频率相同、行进方向相反的声波在一个声波传递媒介中相遇时,就会因为相互的干扰调变而产生另外一个新的声波,这个新的声波中会有几个『不会移动位置』的节点(Node)产生。除了节点之外,新的声波还会产生另外一些在最大值与最小值之间摆荡的波峰波谷(位置也是不会移动的),称为反节点(Anti-Node),这节点与反节点就构成了驻波的波形。您也可以想像,二个人手执綳子一端,以相同的速度同时抖动绳子(频率相同,行进方向相反),如果抖动的能量能够完整传递到另一端,您就可以用肉眼看到『驻波』了。或者,您可以在浴缸中放满水,丢一块肥皂入水,观察水波从中央向四方扩散,再从浴缸边缘反弹回来之後二个方向相反的水波混合情形,此时也可以看到驻波。

非平行墙面可破解驻波

要强调的是,正常的声波是会移动位置的,而驻波是不会移动位置的。此外,驻波不仅存在於低频,也存在於中频与高频,只不过大家注意的是低频驻波而已。驻波对聆听音乐有什么坏处呢?会让声波扩散不均匀,导致声音染上个性色彩。既然驻波会对声音的真实与中性产生负面影响,我们要怎么将危害降低呢?请记住,驻波的产生是『在二平行墙面中、行进方向相反』的二个或多个相同频率相遇,如果我们打破平行墙面,不要让行进方向相反的相同频率相遇,不就可以消除驻波吗?理论上如此,但实际做起来会遇上一些问题。

空间中的六面墙是相互平行的,而声波的特性是『入射角等於反射角』,只要墙面平行,就会产生『行进方向相反』的声波相遇。为此,我们可以利用摆放许多家具来破坏相同频率的声波产生『行进方向相反』的模式:我们也可以利用斜面、圆弧或二次余数扩散器来改变声波行进的方向,避免产生『行进方向相反』的声波。或者,当您在盖房子的时候,就将屋顶盖成尖的或斜的,墙面也盖成非平行,但是这样会让身处室内的人觉得不自在。

扩散与反射不同

依照我的经验,将声波扩散是最有效的处理驻波方法。请注意,所谓『扩散』并非只是利用斜面、弧面或角锥状将让声波反射的方向改道而已,斜面或角锥只能改变声波做单一角度的方向改变。弧形可让声波改变较多的行进角度,但它所扩散的频率决定於弧面的大小,还是有所不足。而扩散却能够让『一个频段』的声波做『多角度』的行进方向改变,它的效果比斜面、弧面与角锥奸很多,这也是二次余数扩散器受欢迎的原因。

当声波被扩散後,我们可以在室内得到均匀的声波能量,随便坐在那里聆听音乐,都不会有因为驻波而产生的不均匀声波压力。看到此处,我们知道驻波利用破坏平行的墙面就可以解决,梳形滤波现象的声波的千扰呢?用扩散还是最好的方式,只要声波扩散均匀,因为『不均匀』而产生的声音的『瘤、节』当然就会变得平坦些。至於空间的自然共振Room Mode要怎么消除?请继续读下去。

第四要:空间比例该注意

许多人谈到空间比例,马上联想到『黄金比例Golden Ratio』,其实『黄金比例』是源自希腊的名词(Phi),广泛代表数学,几何,建筑等的一个完美分割比例,以无理数1.618033989.示之。现在则延伸到任何『完美i的比例都被称为『黄金比例』。

聆听空间的长宽高最佳比例是什么呢?其实,聆听空间的长宽高最佳比例不是单一的,而是多种选择的,唯一要注意的是长宽高的尺寸不能互为『整倍数』(2,3、4、5、6、7、8、…都是整倍数)。为何不能有整倍数出现呢?这要从乐器的发声谈起。

空间都会有自然共振

我们都知道,弦乐器的音高(Pitch)决定於那条弦的长度,弦的长度越长,音高越低;弦的长度越短,音高越高。同样的,管乐器的音高也决定於气柱的长短,气柱越长,音高越低:气柱越短,音高越低。弦或气柱的长短决定音高,这也就是所谓的基音。而在基音之上还会产生2,3、4,5、6、…倍以上的自然共振,那就是泛音。在乐器中,基音决定音高,而泛音的结构决定乐器的音色。例如同样是4-40Hz的中央A音,钢琴与长笛的声音听起来不同,那就是因为泛音结构不同所致。

从这样的事实中,我们可以了解频率(音高)跟波长是有关系的,波长越长,音高越低(也就是频率越低):波长越短,音高越高。而且,在自然界中,任何发声体不会只发出基音,它一定伴随著丰富的泛音(其实就是共振)。将以上这些事实移植到聆听空间中,我们可以将聆听空间视为乐器,只要有一定的长度(墙面距离),就一定会产生一个基音(频率),而这个频率还会伴随许多的共振频率(泛音),这就是空间的自然共振现象。

不能有整倍数出现

例如,二侧墙如果距离是5公尺,我们可将这个尺寸视为波长,那么它所能产生的频率是约68Hz(音速340公尺÷5公尺=68Hz)o如果将5公尺视为半波的长度,那么它的全波长是10公尺,10公尺波长的频率是多少?是34Hz,一般而言我们将二墙面之间的距离视为半波长。前面说过,无论是乐器或空间,都会产生共振,而空间的共振就是从基音往上2、3、4、5、6、…倍数产生的,因此我们可以得到34Hz、68Hz、102Hz、136Hz,170Hz…的共振频谱。左右二侧墙如此,天花板与地板之间也会如此,喇叭後墙与座位後墙之间也会如此,此外还有对角线也如此,这些就是空间的自然共振,也就是音响迷俗称的驻波(空间共振与驻波的定义不同,但在实际听感上却是相混的)。

回到刚才的问题:为什么空间的长宽高不能有整倍数出现呢?现在您应该已经了解,因为当长宽高尺寸相互出现整倍数时,就等於是让长、宽、高发出更多相同的共振频率,而相同的共振频率会因为相互重叠而增强声音的能量。这样一来,整个频率响应曲线就被严重扭曲了。频率响应曲线严重扭曲代表什么意义?代表原来录音的面貌被严重扭曲。所以,聆听空间的长宽高最好不要互为整数倍数。

最佳长宽高比例有几组

不是整数倍数的长宽高比例有非常多组组合,如果您透过网路上很容易找到的公式带入计算,就会发现一组长宽高数字可能会得到七,八种以上非整倍数的比例可供选择。不过,这么多组的答案并非每组都是频率响应表现最佳者,因此我们还是可以从中挑选比较适合者。

既然聆听空间的长宽高最佳比例不是唯一,我们该如何来寻找适合自己的比例?以下有几个简单原则:第一、要适合空间坪数大小。第二、不需要刻意改变现有空间尺寸,除非新建或改建。第三、长宽高尺寸指的是『净空』。一般我们会以天花板高度为1,宽度与长度的数字在後,例如l:1.14:1.39、1:1.14:1.9、l:1.28:1.54、或l:1.6:2.33等都可以。再次强调,最佳长宽高比例的数字不是唯一的,而是多组的,您可以依照自己空间的尺寸做调配。

避开低频峰值是上策

空间自然共振频率能够消除吗?只要有长宽高,就会产生自然共振,理论上,您可以装置专门用来吸收低频能量的『低音陷阱』Bass Trap类结构,适当让共振能量降低。但是这样的装置一来不一定够精确吸收您想要的频率,再者会占去不少空间,还有耗费金钱。因此,无论是驻波或空间共振,或声波相互千扰产生的梳形滤波现象所产生的凸起声波能量,我们最好不要去硬碰硬想要『消灭』它,比较『经济』的办法就是『避开』它。到底要如何避开它呢?这就是『喇叭摆位-与选定聆听位置的目的。当然,适当的做低频吸收处理与避开它双管齐下是最好的处理方式。有关低音陷阱的处理方式将在文後会提及。


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