相对于大房间声学的成熟,小房间声学设计在国内外的研究相对较少。近来,由于影院、卡拉OK等进入普通家庭,因此对于小房间的声学研究也开始重视起来。我们这里所说的小房间,纯粹是从物理几何的角度来划分。事实上,再小的房间也有声学意义上的小房间和大房间之分,无非要根据房间容积来确定分界频率。在这频率以下称为声学小房间,以上则为声学大房间。
现在很多影音类公司在给客户做家庭影院或卡拉OK房间设计的时候,要么根本不考虑房间声学,要么依然延续声学大房间的设计理念,计算一个最佳混响时间即可。行业里经常流行一句话:高手玩房间,低手玩器材。很多发烧友花了无数金钱来购置器材,动辄上百万,即便通过无数摆位和调试,但收获甚微,殊不知很多时候,房间声学没做好才是真正的罪魁祸首。这里,我来谈谈对小房间声学设计的一些浅见,纯粹是抛砖引玉,在目前还没有权威标准的时候,共同交流经验,把所购买的器材通过听音环境的改善,发挥1+1>2的作用。
小房间声学设计总体思路:
1、计算房间的轴向简正频率,确定是否存在简并现象(驻波),是否有声染色的情况;
2、根据房间的功能(影院或卡拉OK或Hi-Fi听音室)及容积,设定合适的混响时间作为目标值;
3、明确音箱摆位,根据混响目标值,确定早期发射声位置来做相应的吸音和扩散处理。
测算小房间简正频率,消除声染色现象,根据公式:
计算出临界频率Fc,低于这个频率以下是简正模式区(国外常称为驻波),而起主导作用的轴向简正频率,当2个或3个(长、宽、高共形成3个对面)轴向模式频率相等发生重叠时,就会让振动大大增强,谐振峰尖锐且持续时间长,这样就出现了房间的简并现象。通常的表现情况是:房间有低频嗡嗡声,人声对话刺耳生硬,声音时断时续等等。
1、如何避免?
非常简单,就是在设计阶段先明确长宽高的比例,这是目前最有效的办法,可以选用RoomSizer这类声学软件来寻找最佳的房间比例,也可以通过二分之一波长的整数倍(通常计算到4次)来测算长、宽、高各个对面的简正频率(F=C/2d),由低到高排列,每个相邻频率之间的百分比小于5%即可。不断调整长宽高尺寸,根据目标值来获得最佳的房间比例。当然,也可以采用国内外组织机构的推荐值,例如国际电工委员会、欧洲广播联盟、DOBLY实验室、我国广电部、黄金分割比例等。以下几个比例是我们经常用到的:
2、基本的原则:
长、宽、高的比例不能成整数比!国内也有很多人通过参考“布尔特围线”来做设计的,但这些比例是否适合,最好的检验方法还是之前提到的二分之一波长的计算来实际验证。
而对于已经确定了长宽高尺寸的房间,要改善低频驻波就变得相对困难。很多错误的做法例如墙体表面做得凹凸不平,或者房间各个面做成非对称,或者做一些小尺寸的扩散处理,这些都不能对低频驻波有任何改善,甚至会适得其反。正确的方法是先测得发生声染色的频率,然后通过低频吸音措施(例如亥姆霍茨吸声器)进行处理。我们常采用低频陷阱的方式,例如美国Auralex的角低频来衰减低频驻波。
3、根据功能来确定合适的混响时间
事实上,谈到混响时间,这是声学大房间的概念。也就是在Fc到4Fc之间的区域,通常每个频率的混响时间也不同,我们一般会参考500-1000Hz的混响时间。声学小房间不存在混响声场,RT60也变得没有意义!
但是,对于物理意义上的小房间,扩散区的混响时间对声音还是有非常明显的作用的。根据不同的容积、不同功能的房间,混响时间也都不同。以下表格是常见的混响时间参照表。
例如,一个标准的30平方米房间,容积大概在85立方米左右,影院的混响时间通常在0.3秒左右,如果是Hi-Fi房间,那么设定目标值在0.45秒左右。
而对于小型卡拉OK房间,目前依然存在很多争论,有人认为这不是自然声源发声的场合,优化混响时间的设计理念不适合,但也有很多人认为混响时间很重要,室内音质的好坏和这个参数有密切的关系。而大量的事实证明,只要在合适的混响时间内,通常认为是0.5-1秒之间,音质相对而言影响不大。
目前比较流行的“微影K”模式,小型房间中影吧与卡拉OK共存,单纯从商业角度考虑,很少会采用2套不同的音响系统。而在家庭中,为达到更高要求的体验,我们非常建议用专门的影院系统(THX认证是一种选择)和K歌系统,相互独立来完成不同的功能。而对于房间声学的处理,依然以85立方米的房间举例,混响时间应该介于两者之间,以0.4-0.5秒为宜。对于卡拉OK来讲,“降低混响”也是一种设计理念,强吸声有利于保证声像及清晰度。有些人担心强吸声之后会啸叫或唱得很吃力,完全不同担心,目前的技术手段完全可以处理。以前,很多商业KTV房间采用全部软包处理的方式就是“降低混响”的一种方式。
4、音箱摆位及早期反射声的吸音、扩散处理
对于影院来讲,THX对音箱的摆位有着明确的标准,这里不再赘述。但是,对于一次反射声位置的处理,依然还是需要重视。
后方环绕可以通过反射声形成一个包围感,因此在环绕以及后方(人耳上方位置)应以三维扩散为主。而对于前方声道的主音箱,两侧墙和顶部墙的一次反射声位置,究竟用吸音还是扩散处理,目前还没有一个定论。我们通常根据房间的容积以及音箱的效率来决定。而正面墙壁(透声幕后面),通常会贴满波峰棉,在提高中置语言对白的前提下,又能扩展整个前方声场的深度。