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發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:26 am**

【陳博士講座】

空間大作戰【三】

文：陳湘允

註：本專欄已取得作者本人及新音響雜授權連載
連載網址如下：
http://www.ks-hifi.com
http://www.ks-hifi.com/dr.chen/dr-chen.htm

通常聲學工程師和錄音師，都會很努力的讓音響效果接近現場原音。在聆聽高素質錄音的過程中，感覺上和現場聲音之間的關係應該是很接近的，可是聲音的種種變化，在到達我們的耳朵時，現場感的錄音效果已經降低了。一個空間內，許多實際的因素造成了要製造一個令人滿意的音質是很困難的，在傳統的立體音響系統上，只有在器材和音箱對著軸線上的聽眾才能聽到立體全面的效果，而且效果會因為距離而降低。

正常的立體錄音技術是經過重復的檢測而得到改進的。為了要製造一個最好的原音效果，因此除了要有完善的錄音器材和音響設備外，還必須做好音響空間的處理和音質的控制。對於一個錄音的結果來說，傳真度是不可能會有百分百和現場一樣的感覺，因此我們只能利用有限的音響器材和聆聽空間，儘量做到最接近原音的程度。

小的音響空間經常很容易引起擴展衰退後的音波，使再重現或反彈的音波和直立波混合，會發生音波重疊和不規律的頻率反應。在一個不完美的視聽空間，會造成不必要的音響染色效果，並且不利於聲音的素質。低頻出現的問題是因為有關低形態的密度混合。圖1是音箱頻率反應的測試和分析曲線圖，在沒有經過空間吸音處理的環境中會產生混亂的頻率曲線幅度，出現了不正常的駐波和頻率抵消。另一個頻率反應是經過空間吸音處理的環境，而產生了相當穩定頻率的曲線幅度，使聲音的辨別力更加清晰，音場音樂的穩定度也非常高。

(圖一)

(圖二)

圖2是音箱頻率反應中的測試和分析在空間的脈衝圖(Impulse)，一個曲線圖的不穩定波動幅度產生太多的峰值。可以分析出音壓在距離上產生音壓上的緩慢和聲音在距離上產生模糊和染色的效果。其中另一個曲線圖是比較穩定的，幅度的距離也比較小，在聽感上也感覺舒適，音場也會比較寬和深。很多聲學設計師為了要解決音響空間形式的問題(請參考圖3)，而選擇適當體積的空間比例和使用低音吸音材料。在上幾期中，我們討論過一些聲學方程式；在一個不完美的音響空間的聲音表現，是決定於各種器材素質的複雜的互相配合作用：如音箱的擺放位置；聽眾的聽覺能力和聆聽位置；室內邊界的表面和結構材料對音質的影響等。我們也知道音響空間體積和音響空間形式的選擇來減少聲音染色不正常的效果，並且建議了空間最佳比例和設計的一套方法，以避免音波嚴重重疊或抵消(請參考圖4)。也盡可能達到在利用電腦幫助分析，使空間的互相共鳴頻率達到平衡，減少駐波與共鳴，選擇最佳空間形式的比例。

發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:29 am**

(圖三)圖3是空間形式的比例分析圖，在圖中可以看出形式(MODES)與頻率共鳴的關係，空間越大，共鳴越小。

(圖四)圖4是利用電腦的分析空間形式比例圖。在圖中的空間比例是LOUDEN (1：1.4：1.9) 206立方米的模式，等於看出理想的空間比例和最差空間比例在音壓上的共鳴和抵消頻率的比較曲線圖。

(圖五)

在頻率分配形式上，空間形式的音壓(Mode Pressure)和音箱的音波混合與聽眾之間的結合都是很重要的。音箱的擺位會增加或降低空間共鳴。同樣的，聽眾在不同的聆聽位置，會聽到不同的低頻反應(請參考圖5)。圖5是音波在距離上產生音壓範圍的變化，這音壓變化是顯示了第一次的3個軸周圍的模式，說明聲壓是如何沿著室內的面積而分段分配產生距離差的。當我們在一個室內聽音樂時，音樂會被室內形式反應所產生變化而修改，使音響效果失真，音箱或聽眾的位置和室內的結合的關係，也是非常重要的影響。在以下文中，我提出一種基本和簡單的方程式，可以算出基本認識平面面積的室內和空間的低頻的共鳴。

發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:31 am**

(圖六)

(圖七)

(圖八)

在圖6中我們以黃金比例來計算：1.236 : 2.00 : 3.236 化為 1 : 1.618 : 2.618
空間面積的高=2.8M，長=7.33M，寬=4.53M。

那基本計算方程式為:
f = C * (modes) / 2 * size
C = 343.3m/s

Mode = 1, 2, 3, 4, ........
Size = 長度或高度或寬度

在這基本平面面積計算後，我們同時也可以計算RT60和空間的基本參數，如以下：
反響時間RT60的計算為T60=(0.161*V)/SA
空間容量為92.97立方米
空間容量的估計吸音百分比A=15%
平面面積S=132.83
總吸音面積值為SA=19.92
反響時間RT60=0.75
估計反響時間比為T60=500ms
頻帶共鳴點為BW=4.4Hz
三階段上升時間比為160ms
有效範圍頻率為FS=139Hz
雙極向的反響距離為RD=1.33m
圖6，圖7，圖8可供讀者作為參考.

發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:33 am**

發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:36 am**

什麼是擴散

擴散處理是將聲波反射出來的能量，擴延的散佈或分散反射能量的一個作用，而使音波不會直接的反射或凝結(駐波)在一起。舉個例子，用一個霧砂或不規則表面蓋子，蓋住熒光燈來作為擴散功能，這個蓋子使燈光分散而變得不那麼刺眼了。
在音頻中的擴散板是許多綜合結構或高低不平滑的表面而形成的，使反射音波中止，而在不平滑的表面擴散反射成半球狀的分散。例如：當音波反射在平滑表面的混凝土牆，會產生很明顯的回音，然而一面磚牆，當有聲音從它的不規則表面反射出去時，會將反射的聲音擴散，而產生不明顯的回音。這是由於那由磚和灰漿交疊形成的牆的緣故，或者更明白一點的說，是由於在這兩種材料之間所產生的繞射現象(請參考圖11)。

(圖九)圖9是當直射波到邊界線(牆)的角度反射。

(圖十)圖10是當直射波到邊界線時遇到凹凸不規則的表面時，而使音波產生分散反射。

(圖十一)圖11是當直射波遇到不規則高低?生在高邊處的分散反射，而在低邊處產生的繞射現象。

中至高頻的音波在"擴散的範圍"可以用擴散板來擴散。比較普遍的擴散，是呈重疊式不規則形狀的方法，並且被放置在牆上或天花板上。這些音波會被分散到四個不同的方向。一些其他的擴散板看來像一個平的音板，但其實是一個反射和吸音的陳列，以數學的幾何形式編排，可以將音波分散到很多不同的方向 (請參考圖10，圖11)。

聲音的擴散和時間差(m /s)的反射都是需要考慮的因素，因為它可以減少音波凝結在一起的反射問題。要將密封空間的聲音範圍擴大，擴散是一個極好的選擇或輔助，因為它不會消除太多的聲音能量，也就是說它除了有效的減少反射的情況的同時，也擴展音波活躍的波動，因而使音響空間保留了現場的感覺。

為什麼需要低音引導

低音引導是用來為音響空間作低頻調整的材料。基於不同面積的空間，密封空間都擁有一些抵抗或幹擾頻率。當一間房間充滿了聲音的能量，在室內各種不同的位置有一些頻率會被建立起來，有一些則會被抵消掉。低音引導是一個低頻的吸音板，用來減低在室內的直立音波的影響。由於低頻能量通常是聚集在角落的，因此低音引導板的設計就剛好可以安裝在低頻共鳴的最強的範圍，而且可以利用方向性使低頻有引導性的引入另一個空間，這個低音引導可預防一些低頻互相幹擾並將它隔離開來(請參考圖12)。

(圖十二)圖12是直射波遇到高邊處時的分散反射，而低邊處的入射音波被方向性繞射引導到另一個空間。

發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:38 am**

如何消除直立音波

任何一個密封空間最常遇到的問題是有關直立音波造成的問題，每一個頻率都有其本身的波長，較高的頻率只擁有幾十釐米的波長，較低的頻率則擁有好幾米的波長。在簡單的條件下，直立音波會很容易繁殖，當一個音波長和室內邊界反射出來的音波長恰恰相等時，直立音波會加強到一定的頻率和抵消其他的頻率。一個分析的示波器圖會顯示直立音波是一個尖形的小丘或幹擾頻率反應的曲向。無論音波往任何不同方向移動的反射，我們都可以利用儀器看出和分析。
正確安裝上吸音板和吸音擴散板的好處是可以消除直立音波和將直立音波降到很低的頻率。同時可以製造出平滑的頻率反應和圓滑紮實的低頻(請參考圖13，圖14 )。

(圖十三)圖13是當直射波遇到平面的吸音板而使高中低頻反射，表面高中頻和跟隨入射波的低頻的反射而使反射範圍會轉換減少音波幅度的能量(Pressure Energy)。

(圖十四)圖14是當直射波遇到不規則表面時高中頻的分散反射，低頻音波入射時而反射轉換?減少音波幅度的能量(Pressure Energy)。

發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:40 am**

減少回音

回音是形容當中至高頻發射時，一個尖銳且瞬間的訊號從堅硬的平面反射出來而造成的長而持久的反射訊息。在一個活躍的室內環境以雙手拍掌可以很容易的鑒別出正面的回音。如果你在室內的一個地方到另一個地方做以上的動作時，各頻率和持久性的效果會各不相同，這是根據聽?的位置到反射表面面積的結果。正面回音的問題會造成高頻訊息變得模糊混亂，由於其反射的延遲，正面回音使一個活躍室內的聲音到達聽?時會比其他真實的聲音音壓水平高。對於聽?來說，高音壓水平會變得刺耳和隆腫。吸音板可以降低這些回音的問題，對於聽?來說其好處是，減低聲音的生硬度，加強音樂的音質和增加清晰度。

減少靠近的反射

當聽眾位置靠近邊界線反射時，這些反射會造成原本的聲音和反射的聲音產生模糊，音像定位和其他位置環境的幹擾。應該利用吸音板將聽眾從這些反射中隔離開來，並且把它們完全的吸收，和作高低頻的調整，這樣就可以使音響環境有更好的音像定位和消除音場的急躁感。

(圖十五)圖15是直射波遇到不規則或重?高低時的脈衝(Impulse)和反射時間差的比較圖。

(圖十六)圖16是當直射波在牆(Wall)的平面角度反射時，?生音壓幅度能量的比較圖。圖中顯示反射幅度是85dB左右。

(圖十七)圖17是直射波在吸音板上角度的反射產生幅度能量比較圖，圖中顯示反射音壓幅度降低到70dB左右。

(圖十八)圖18是當直射波在到達吸音擴散板時?生音壓幅度能量的比較圖，圖中顯示反射音壓幅度降低，也使角度反射範圍也比較寬了。

發表於 : **週四 1月 01, 2004 5:48 am**

活躍和不活躍的控制

錄音室和音響控制室或家庭空間比較，會有不同的音響用途和目的，因此造成在聲學參數的控制上會有一點不同。通常錄音師是要聽到監聽音箱發出的直接音，是沒有被感化或聲音染色的聆聽空間環境。

為了避免散亂的音波反射，通常在擺放監聽音箱的後牆會做一些吸音材料的處理。例如吸音棉或吸音板都可以使空間產生不活躍邊界。監聽音箱的對面牆(聆聽位置的後牆)可以讓它"活躍"些，要有這樣的效果，可以使用聲音擴散板來處理，它可以將留在空間內的直立音波被分解開來，因而製造了一個從監聽音箱發出的直接音波和聽眾後牆發出的反射音波之間的時間差，往往聲學工程師設計的聽眾後牆的功能是使反射音波擴散之後而達到互相抵消頻率和時間差的控制。在這個聲效處理技術上可以瞭解到活躍和不活躍的空間處理概念。這樣的專業監聽環境的標準設計也已經有很長久的時間了（請參考圖19）。

以上所說的設計會製造一個很乾淨直接的聆聽和錄音環境，會有較好的音效和清晰的聲音，有助於立體音像和平滑的頻率反應。

(圖十九)圖19是活躍和不活躍室內空間音響俯視圖

(圖二十)圖20是室內音響側面圖

(圖二十一)圖21是室內音響正面圖

圖19，圖20和圖21是作了活躍和不活躍音響空間處理的概念圖，這個控制室在聽眾位置的周圍作了無反射地帶的處理。這樣的音響空間的特性要求是：

(1) 在聆聽位置的後方區擁有高度擴散性的處理，是為了創造周圍有一個活躍的音響環境，而沒有引起正面音波直射和後方的反射所造成的困擾。
(2) 在音箱的後方區是必須相對的使低頻擁有不活躍的共鳴。
(3) 織布結構反射吸音板的通道是引導直射波進入吸音穴區內。
(4) 擁有反射吸音板的處理，提供一個更加活躍的音響空間和不會讓反射音波回到音箱而造成互相的幹擾。
(5) 在圖21，音響空間中懸掛了反射吸音擴散板，其作用是?了使聆聽位置更加活躍，使音場更加有現場感，而直射和反射音波有導向性的，而不會造成音波困擾和混亂。在某個範圍，讓音箱的頻率在空間中表現的更靈活。

下期我們會談到如何在不規則空間室內來分析，而音波在擴展時的變化。

本文摘自新音響雜誌 2004年一月號

NEW AUDIOPHILE

總編輯：賴英智

發表於 : **週四 1月 01, 2004 6:20 am**

發表於 : **週五 1月 02, 2004 6:28 pm**

這些文章讓我受益不淺

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【陳博士講座】空間大作戰【三】轉摘自新音響雜誌

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