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2011-07-23 04:20:04 人氣(865) | 回應(0) | 推薦(0) | 收藏(0) 上一篇 | 下一篇

室內空間與聲音的互動

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室內空間與聲音的互動

室內空間與聲音的互動   陳榮貴

Q: 大多數音樂愛好者對聽音樂的環境都有很多的問題, 同樣的音響搭配為什麼搬回家聽起來就不一樣 ?

 

A: 音響搭配一樣, 聽音樂的環境不一樣就是問題所在室內建築物的形狀, 空間配置, 裝潢, 室外的環境影響都不一樣, 即使聲音來源相同, 加上不同的室外環境噪音, 室內反射音的差異, 當然搬回家聽起來就不一樣.

 

Q: 有什麼方法可以消除環境噪音?

 

A.   一般人對於環境噪音,有幾點錯誤的認知,第一個錯誤認知是:

以為擾人的環境噪音可以被附加的地毯、窗簾及吸音磚減低, 其實這些材料只有一點效果, 甚至「没」有效果, 它們無法阻止聲音的能量進出聆聽室, 因為它們都太輕、太多孔, 傳統的吸音裝置,例如吸音磚,地毯,窗簾, 碳纖羊毛及玻璃纖維等都是滲透式吸音, 其厚度只有1~4英吋甚至更小, 對高頻的吸收比較有效率, 因為高頻率的聲音, 其波長較短(從幾英吋到只有幾分之英吋(1英吋=2.54cm), 這些波長短的聲音, 在反射時很容易陷入多孔物質的小空間內, 摩擦力將聲音能量轉換為熱, 因此聲波能量被吸收, 低頻率的聲音, 波長較長(最大可達15公尺), 不會陷入這小空間, 因此不會被它們吸音. 這些材料的功能, 主要是改變聆聽室內建築聲學環境的個性, 減低高頻率反射的結果, 會使房間變得沈悶, 無回音, 這些材料是無法阻止低頻率聲音的穿透力(如交通噪音, 機械聲, 冷氣), 低頻率卻是噪音的重要組成份子, 因此這些材料並不是降低環境噪音, 控制環境噪音的解決辦法.

另一個錯誤認知是:

誤信我們耳朵的聽覺, 覺得房間內很安靜, 就認定環境噪音很小, 是不對的. 因為人耳有一種很厲害的習性:(排斥)拒絕背景噪音, 這種心理現象和聽力系統的結合, 是為了保護我們不會被來自各方的聲音影響, 導致聽覺過載, 我們可能不會注意每天都在身邊發生的聲音, 如交通噪音, 風聲或連續的機械聲, 不幸的, 聽音樂時就會干擾的很嚴重.

 

其實,消滅室外環境噪音是隔音工程, 目的是: 不讓房間外的聲音侵入到房間內, 這和不讓房間內的聲音傳到房間外類似, 但也不一樣, 都要敲敲打打, 改變原來的面目, 會花不少錢, 效果也只能靠自己的耳朵去評斷. 所幸, 也有不必改變原始裝潢, 不必全數敲敲打打, 也可以改善聆聽環境的套裝商品, 或零件, 甚至, 可以DIY, 可以隨意改變放置的位置, 以求得最佳效果的吸音板, 擴散板, 隔音毯/墊等聲音處理的商品當然在室內使用都得符合防火法規.

其實想要控制或預測聲音重播的結果, 必須瞭解聲音, 知道聲音來源及反射音的關係, 還要有殘響, 殘響時間, 回音, 駐波, 音色渲染, 擴散, 直接及殘響音場的觀念, 才可以繼續深入探討.

 

Q:殘響是什麼 Reverberation

 

A: 殘響的定義是, 當音源停止發聲後, 在屋內仍有逐漸變小的聲音, 它們會影響室內的聲音重播, 我們先比較在衣櫥及浴室唱歌的差別, 衣櫥裏, 所有的衣褲可以幫助吸收我們的人聲, 殘響只有一點點, 感覺上我們的聲音很弱或很乾, 在浴室裏, 殘響卻很多, 浴室裡的磁磚與衛浴設備將人聲反射回來, 這些殘響加強了我們的人聲, 使得聽起來很強, 很現場, 很有活力.

在聆聽室裡, 我們希望能夠控制殘響的數量, 並能為各種音樂纇型做調整, 增加聆聽的樂趣. 殘響太多, 將使得音場定位不清, 細節清晰度不夠; 殘響太少, 將使得音樂太乾或毫無生氣

 

Q: 殘響是如何形成的?

 

A: 當聲波離開音源, 它們向著三度空間傳送出去, 某些聲波直接傳至聆聽者, 我們稱之為直接波, 其他的聲波(大部份的比例)會彈射到牆壁, 地板,天花板及房間的裝潢, 然後反射回室內, 這些反射波通常又再會彈射到其他表面, 並一直重覆進行, 聲波會因為傳送的過程而損失能量, 彈射至某些表面也會損失能量, 重覆的反射動作將使它們的音量愈來愈弱, 一直到聽不到為止.

這些反射音是以一種連續不斷的形式傳到聆聽者, 它們又很密集, 使得人耳無法分辨出各別的聲波, 反而人耳的感覺是一個逐漸衰弱的房間聲音, 有時候音源停止發聲後, 殘響還會有數十毫秒鐘之久的衰減時間, 才真的聽不到, 將聲音衰弱至其原始強度的百萬分之一(60dB)所需要的時間, 就叫做殘響時間.

殘響時間受到兩個主要因素的影響

(1)   房間的容積

(2)   房間的吸音能力

大房間內, 聲波要旅行長一點的距離才能到達反射表面, 再反射回來, 因此殘響時間長, 大型天主教堂的殘響時間甚至可達6~7, 小起居室的殘響時間可能只有半秒鐘而已.

如果房間內的表面吸音力很強(有壁毯,窗簾,沙發套等傢俱), 反射回房間的聲波能量會很小, 因此吸音力強的房間, 其殘響時間就很短.

 

Q: 回音是什麼

 

A: 回音是反射聲波延遲到達而產生的連續聲音, 回音與反射波的定義, 我們認為延遲35毫秒以上才反射回來的聲音, 叫回音, 35毫秒提前到達的聲音和原始音無法區分, 聽起來像是原始聲波的加強.

既然直接音和反射聲波到達的時間,和最近的反射表面距離有關, 大房間(大於85立方公尺)的回音就比小房間的回音多, 小房間具有硬質互相平行的表面, 會產生反射時間短而連續的回音流, 稱為Flutter Echoes顫動回音.

聆聽室的回音可以完全的破壞聲音重播結果, 它們特別對打擊樂器破壞最大,  打擊樂器回音的能量很大, 衰減時間又快, 使得回音很容易和原始音分辨出來, 因此回音會對鋼琴、低音貝士及打擊節奏樂器產生干擾.

聆聽室最容易造成回音的因素,就是聆聽室內有透明玻璃門窗, 光禿禿的牆壁, 地板,天花板等堅硬的反射表面, 這樣, 一連串的Flutter Echo顫動回音會在聆聽室各個表面之間發生, 有時候只有一個反射音,就會由玻璃反射回聆聽區域, 打擾了原音重現, 這種迴音,稱為Slap back Echoes回音, 這兩種回音都要消滅.

 

Q: 吸音是什麼

 

A: 聲波打到一個表面,會產生三種現象

1.    一部份聲音的能量,經由障礙物傳送出去

2.    一部份聲音的能量,被反射回房間

3.    一部份聲音的能量,被吸收

所謂聲音被吸收的意思就是聲音的能量被轉換成另一種型式, 一般來說, 是被轉換成熱, 因為聲波的能量很小(每平方公分只有一億分之一瓦), 被轉換的熱, 很難被偵測出來, 然而這種能量轉換現象確實發生, 而且也符合物理定律.

聲音能量被物體吸收的比率, 稱為吸音系數或吸音性, 某件物體對某一頻率可吸音83%, 我們稱其對該頻率的吸音係數為0.83.

物體的吸音係數依很多外部因素影響, 例如聲波的頻率, 聲波的反射角度(聲波垂直碰撞物質表面時吸音率最大), 以及吸音物質安裝的方法.

   例如: 美國AURALEX StudioFoam Metro系列2”厚吸音綿的吸音係數為0.70, 4” 厚的吸音係數為1.10, 為什麼會大於1.0? (完全吸音不是1?) 因為吸音系數是以正面計算, 然而吸音綿的四個邊框也有吸音作用所致.

 

Q: 駐波是如何形成的?

 

A: 駐波的形成有幾種方式, 最簡單的方式, 是一個低頻率聲波, 在房間內平行的兩面牆之間產生共鳴, 利用建設性交替干涉的方法(每一次反射會加到前一次反射上)使得該頻率的震幅加大, 這種型式的駐波叫做主軸模式, 並會發生在波長為兩倍反射面距離的頻率, 因此房間內最低頻率的駐波, 其波長等於該房子最大尺寸的兩倍. 主軸駐波可以在長方形房間(, , )的每一個尺寸發生

以上駐波的作用, 將會使房間在這些特定的頻率上變大聲或加強, 使得房間的聲音整體特性, 變得極端不平衡或被渲染.

其他型式著名的駐波尚有正切式駐波Tangential及斜角式駐波Obligue等模式, 數以百計, 都有複雜的數學計算程式, 幸運的是, 當房間有了人, 器材, 裝潢, 聲音處理的材料之後, 這些其他型式的駐波, 都因為被它們擋住而消失了! 因此它們對於聲音的影響不大, 也不必仔細研究.

大部分沒有適當處理的房間都存在嚴重的駐波, 影響它們的聲音品質, 渲染的聲音造成的主要問題:

1.    自然的樂器錄音改變了.

2.    駐波頻率(或低頻,一般來說)的殘響時間會被誇張,造成聲音重播的干擾

3.    頻率響應的平衡已被改變, 使得不能分辨出CD/DVD音響訊號的平衡和房間產生的平衡, 那個是真的?(低音是確實錄的很多, 還是因為房間的駐波造成如此的?)這種情形將會使得等化器過度的補償, 或過度的衰減, 使得各頻率音量及等化失調, 破壞了原始錄音/混音製作的成果.

低頻率聲波的減輕, 可以使用低音陷阱BassTraps, 低頻率聲波放肆的地方,無非是牆角, 兩個或三個面互呈90度的地方, 低音陷阱的造型, 也特別考慮到安裝的方便.

 

Q: 共鳴是什麼 Resonance

 

A: 所有物質不管尺寸大小,都有一個自然或共的頻率,產生共頻率的部份因素取決於它們的質量及硬度,水晶玻璃如果呈現在自己的自然頻率中時,會產生哼聲,最後會粉碎,通常一個物質,如果被一個與其自然頻率相同的聲音迫近時,會自己震動,這種現象叫做交感式共。交感式共可以是一個很具影響力的建築聲學現象。

 

Q: 什麼是音色渲染 Coloration

 

A: 有時候, 因為房間本身的大小及造型, 房間對某些頻率的殘響表現特別突出, 都是因為當音樂進行時, 某些頻率會特別加強及緩慢消失, 這種效果叫做音色渲染, 它將造成自然聲音的變異.

音色渲染是因為駐波或房子共鳴所造成的, 這些聲波的原始震動, 因為自己的反射行為, 不斷地被加強, 房子都會有很多駐波及音色渲染的可能, 聽音樂的環境,這些一定要消滅掉。

   減少駐波或房子共鳴, 就要裝吸音設備, 來減少殘響的量, 來改變平行的反射面, 來改變殘響反射的路徑.

 

Q: 什麼是擴散Diffusion

 

A: 擴散可以使得房間的聲音都呈現一致, 如果房間內每一點的聲音強度都幾乎一樣, 我們認為該音場是有好的擴散.

在室外的聲音,是不可能有好的擴散效果,音場強度永遠都是最靠近喇叭的最強, 離喇叭愈遠的最弱, 在室內, 是有可能把音場集合成上千個反射音,使得聲音(能量)在房間內的各處保持相對一致.

 

Q: 什麼是直接及殘響音場 The direct and reverberant fields

 

A: 因為擴散現象, 大部分室內音場可以分成兩個區域, 直接音場及殘響音場, 直接音場是音源的立即表現, 音場的變化源自音源的改變, 直接音場具有比較不穩定及不可預測的自然本性, 殘響音場距離音源較遠, 係由很多反射音組成, 其特性為均勻分布及擴散良好, 直接音場與殘響音場交界之處,正是直接音能量等於殘響能量之處, 此處距離音源的距離,稱為臨界距離.


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