小空間聲學設計與認證標準探索
2013-09-23 • 來源:影音中國 編者:影音中國 熱度:聲染色:
普通小空間內的空間尺寸較小,與低頻部分波長相近或者與低頻部分波長呈簡單的倍數關系的房間容易產生共振現象。
圖7中的實線為入射波,虛線為反射波,二者相向傳播。在t=0時,反射的聲波與入射聲波壓力相抵消,也就是聲壓的瞬時消失,用水平粗線表示;t=T/4時,入射聲波與反射聲波的疊加達到最大,同樣用粗實線表示;在t=T/2時,同t=0時刻;t=3T/4時,同t=T/4時刻。共振使某些頻率的聲音在空間分布上很不均勻,即某些固定位置被加強,某些固定位置被減弱。
在一個矩形房間中,計算房間共振頻率(包括軸向、切向和斜向)的通用公式為:
例如,計算一個尺寸為7m×7m×7m的矩形房間的軸向共振頻率時,均為24Hz,這時,就會出現共振頻率重疊現象,或稱共振頻率的簡并。在出現簡并的共振頻率上,那些與共振頻率相當的聲音將被大大加強,這會造成頻率的畸變,使人們感到聲音失真,產生聲染色。
為了克服這種現象,就要選擇合適的房間尺寸、比例和形狀,并進行室內表面處理。圖8為認證工作中,房間比例的推薦值。
注:黑粗線上為最佳比例,陰影區域內均為合理范圍。
聲聚焦
像光一樣,當比聲波波長大得多的凹弧面反射聲音時,聲能集中于某一點或某一區域致使聲音過響,而其他區域則聲音過低。
處理方法:應避免凹的表面形狀。如果美學上需要凹型的反射面,最好先做吸聲或擴散材料(按照需要)之后再在這些材料上做凹形表面的透聲面層。或者改變凹曲面造型,并做好吸聲、擴散處理。
3.2精準的音色還原
音色是反映復合聲聽感的一種特性,它主要是由復合聲中各種頻率成分及其強度而決定的,即通常所說的頻譜。
精準的音色還原是指聽者接收到的聲音的音色與聲源發出聲音的音色具有一致性(僅是響度的不同);例如,圖10中的圖(a)為某一聲源由100、200、400Hz三個頻率構成,圖(b)各頻率之間強度的差值大小是不變的,僅有響度的不同,音色的還原是精準的,圖(c)為聲源受房間聲反射形成了疊加諧頻的影響,產生了原來沒有的頻率300Hz,且原有頻率間的強度差值發生了改變,從人耳的主觀感受上,就是音色發生了改變。
從主觀聽音角度來講,對節目源的原始聲音和影院內聽到的回放聲音進行比對視聽時,音色應是一致的。雖然響度不同會造成一定聽感上的差別,但可改變放大器音量進行調整。理論上講,若響度相同,則兩者聽感上的音色就完全一樣了。
房間中不同頻率的混響時間會對音色的還原產生影響,理想的音色還原應是房間各個頻率上的混響感是相同的。因此精準的音色還原要求房間混響時間頻率特性曲線盡可能保證平直,具體取值可參考“3.4混響時間頻率特性”。因此,在聲學材料布置時,應注意高、中、低頻吸聲材料用量的控制。
例如,節目源為小提琴和大提琴的合奏,小提琴以高頻為主,大提琴以中頻為主,那么房間為小提琴提供的混響感與為大提琴提供的混響感應是一致的,不應改變其頻率特性,以免使得小提琴或大提琴的聲音聽起來“變了味”;聲音的頻率特性,形成了人對音色的主觀感受,就像人對光譜顏色的主觀感受一樣,當光譜發生變化,則“綠色”將不再是原先的“綠色”。
3.3均衡的音色
人在房間內聽到的聲音是經過房間各個界面多次反射和散射后的疊加,由于聲音是一種波,疊加改變波動的振幅和相位。
例如,在完全沒有任何界面反射的消聲室中,距離聲源不同位置聽音時,雖然聽到聲音的頻率分量(振幅和相位)不同,但聲音中這些分量的比例關系是與聲源一致的,完全地保持了原有音色的均衡性,即所說的原汁原味的音色。
圖11均衡的音色——振幅
圖11中,曲線(1)為聲源直達聲頻譜,曲線(2)雖然響度與(1)不同,但各頻率的變化程度是一致的,為均衡的音色;曲線(3)在各頻率上的響度與聲源相比變化程度是不同的,為不均衡的音色。影響振幅是否均衡的因素主要取決于房間的頻響曲線是否平直,越平直的頻響曲線,越能使音色被均衡地還原。在聲學設計時,應注重室內聲場的擴散處理。
聲音經過房間界面作用后,聲音的相位與聲源相比會發生變化,造成相位失真。具體見圖12。
例如,聽音室內揚聲器背面的墻面(一般安裝有屏幕)聲學處理問題。有人主觀地認為,為了增加近次聲反射,這一墻面應布置成為強反射性。這種認為在小房間中是不正確的。因為這一反射面離揚聲器很近,其反射聲強度與音箱輻射聲強度相當,但是相位卻不可能是一致,這就造成輻射聲與反射聲疊加后產生強烈的干涉作用,造成聲音失真。正確的做法是,或者揚聲器在墻面內臥裝(使揚聲器的聲輻射表面與墻表面相同),以保證輻射聲與反射聲具有相同的相位,或者揚聲器背面的墻面做強吸聲處理,消除反射聲的影響。
圖13中,左右兩只音箱發出的聲波到達人耳的相位是不同的,容易造成相位失真,音色不均衡。在建筑聲學設計時,應注意音箱及聽音位的布置。
3.4清晰的語言對白
清晰的語言對白是指語言可懂度高,每個音不拖泥帶水。
小型影院體積較小,室內聲能密度較大,而影片中70%以上為對白,因此清晰的語言對白是決定影院設計成功與否的重要指標。
人類的語言由元音和輔音構成。輔音(如b、p、m、f、d、t等)由瞬時語言生成,持續時間短暫,高頻成分多,聲能低,在高噪聲環境下或房間聲場設計不理想的情況下非常容易被干擾,使聽音困難,因此,輔音聽音清晰是房間有清晰的語言對白的前提。
保持清晰的語言對白的關鍵是混響時間不能過長(尤其是低頻混響聲對輔音的掩蔽性大),并保證低的背景噪聲。
3.5明晰的音樂演奏
明晰的音樂演奏是指音樂透明度好,能準確表達出音樂的層次感,音調高低明顯,不渾濁。高音諧音豐富,清澈纖細而不刺耳;中音明亮突出,豐滿充實而不生硬;低音厚實。
小型影院音樂明晰度的控制主要是要注意在高頻混響聲與中頻相比,既不能過多,也不能過少。高頻混響聲多,可能會形成一種金屬脆聲,聽音有一種不清澈的眩暈感;更多的情況是,高頻混響聲太少,這是由于影院中采用的很多流行材料(如纖維類、泡沫類等多孔吸聲材料)對中高頻吸聲較多,加之空氣吸聲主要在高頻范圍,造成高頻混響時間很短。高頻混響短會造成高頻聲被中低頻聲音掩蔽,形成一種如同聽覺遮蓋的感受(例如小提琴、鋼琴等高頻分量較多的聲音好像被其他聲音擋住了,穿透不出來)。歡迎光臨小強家庭影院導購網
3.6 準確的聲像定位
準確的聲像定位是指多軌錄音的節目源,在回放聆聽時,能夠良好地重現節目源中的聲源方位。
由于聲源發出的聲波到達雙耳有一定的時間差、強度差和相位差,人們就可以據此來判斷聲源的方向和遠近,進行聲像定位。這種由雙耳聽聞而獲得的聲像定位能力,在頻率高于1400Hz時,主要取決于到達雙耳聲音的強度差;低于1400Hz時,則主要取決于聲音到達的時間差。房間中聲音的反射會影響雙耳聽聞的強度差和相位差。例如,來自兩側的聲能與來自頭頂聲音的比例關系會影響到聲音的定位感,設想一間頂棚完全反射而兩側墻卻完全吸聲的房間,人們會過多地感到來自頭頂的反射聲,干擾了人們左右聲音定位的能力。
3.7真實的空間環繞感
真實的空間環繞感是指場所印象逼真,空間感好,可準確還原電影導演所想表達的聲場空間大小,清晰確定聲場特征,使人有被環繞聲場包圍的強烈感受。
在影片或音樂的制作過程中,制作人頭腦中常有對其作品所表達或演奏的房間的親切度的考慮。親切度是指聽眾在尺寸較小的房間內聽音的感覺,也即對廳堂大小的聽覺印象。
環繞感則指聽眾被聲音包圍的感覺,主要取決于反射聲時間和空間的序列分布。如果這種混響聲能從四面八方到達聽眾,則聽眾感到仿佛被聲音所包圍而沉浸于音波之中。環繞感還與房間的聲擴散能有關。
3.8 觀影區有生動的臨場感
回放的聲音使人有“身臨其境”的感覺。在測試時播放一段具有良好的身臨其境的聲音片段,回放的聲場不應破壞原有的身臨其境感,應是聲音與視覺的完美結合。
該指標是對小型影院設計的總體把握,包括聲源的輪廓感、立體感以及聲源在橫向的拓寬感和縱向的延伸感,是需要聲源錄制、音響設備及其擺位、建聲設計聯合控制才能達到的聽音效果。
3.9 裝修異味或刺激性
無裝修異味或刺激性;觸摸材料對皮膚沒有傷害。
3.10 通風及溫控
有無通風換氣及室內溫控系統,以滿足室內基礎的環境需求。
3.11 裝飾效果
1. 裝飾結構規格和比例合理,裝飾布局及大小符合裝飾審美標準。
2. 材料、質感及色彩雅致,在符合原則前提下,滿足使用者對色彩的偏愛,符合使用者的心理要求。能正確地運用和處理色彩的統一和變化規律,符合色彩心理學,室內裝飾色彩基調應滿足影院的視聽需求,不應影響觀影的效果。
3. 空間布局合理,符合人在空間的活動規律,空間布局人性化,以人為本,沙發、暖衛、通風、電氣設計合理。
4. 做工精致細微,無瑕疵,隱蔽工程施工符合規范,施工尺寸符合設計要求。
3.12 舒適度
溫度適宜,相對溫度舒適;室內應根據使用人數設計適宜的新風交換量,使人無呼吸憋悶感;室內照明光線滿足人的視覺舒適度。
編者按:以上主要從各項指標的聲學原理及主觀感受來闡述,并提出了相應的建筑聲學設計指導意見。為小型影院設計施工中提供可量化的指標、方法和檢測手段,讓使用者得到最佳的觀影、音樂欣賞以及娛樂體驗。
對于此文的發表,我們希望為影音行業人士提供更多的對于小型影院聲學設計的技術交流,共同探索與提高。因此,我們也十分歡迎大家能就此文提出寶貴建議,共同探討,以提高國內家庭影院定制安裝的設計水平,增強行業人員的技術水準。