如何改善视听室的声学条件?

一个完整的家庭影院是由视听器材和视听室组成的，房间的音频响应特性与器材的频响指标同等重要。美国Audio杂志上曾经说过，组建一套高品质的家庭影院绝不是把诸如经DOLBY、THX注册的视听器材买来连上即可获得的。在介绍THX家庭影院时，它经常利用大量篇幅描述在营建家庭影院时该如何改造房间三维尺寸和处理视听室的墙壁、地板、天花板、门窗等以及如何正确放置音箱、屏幕等，而视听器材的清单、指标等只是廖廖几笔带过。实际上，许多朋友也是花了大量的人力、物力、财力在视听器材的频响、失真度等指标上下功夫，却忽略了房间的三维尺寸、内部装修形式及材料、家居摆设等对听音效果产生的很大影响，令花费巨资营建的家庭影院效果不如人意。Hi-Fi发烧友通常讲的高手玩房间，低手玩器材说的就是这个道理。? 作为视听室，必须要有一个良好的声学特性，如混响时间、谐振模态、声染状态、声场均匀度等。这些指标与房间的三维尺寸和墙壁、地板、天花板等界面的材料质地以及音箱的摆位都是紧密相关的。? 一、视听室的声学要求? 这也可称为硬件要求。一个房间有长、宽、高3个尺寸，在每个方向都有一个最低谐振频率。房间内实际的最低谐振频率是由房间的长度决定的，其波长等于房间长度的两倍。如一间长为6m的房间，当声速为344m/s时(室温20℃)，房间内最低谐振频率约为29Hz，这也是能在该房间内产生有效声响的最低频率。即便音响器材能发出低于最低谐振频率的声音，但由于在房间内不能形成半个波长，不满足共振的条件，因此不能产生谐振，也没有足够有效的声压，所以也得不到最佳效果。? 房间的三维尺寸决定有3个基本的固有谐振频率和与3个基本固有谐振频率成整数倍频率的谐波存在，这些声波在房间内传播时互相干涉，产生繁杂的组合谐振频率。从声学上讲，房间可视为一个共鸣器，当声源频率与由房间三维尺寸决定的固有谐振频率(简正频率)一致时将会形成驻波，产生共振，这就是声共振现象。视听室内的声场均匀度、声染色和频率不规则性都与声共振有关。这种共振将给原始信号加上房间声共振的色彩，造成声染。一般表现为在中低频某段或某几段频率响度过度加强，嗡嗡作响，造成该频段信号重放响度失衡，严重时将大大影响听音效果。至于高频段的谐振分布则较均匀，声染较小，不足以影响整体听音效果，因此重点应考虑中低频段谐振的影响。? 为了避免或减弱这种有害的声染色，使共振频率均匀分布，避免出现突出的孤立的某段或某几段频率谐振模态，一种方法是合理改变房间的三维尺寸。可以考虑通过适当的内部装修、制作隔断墙以及吊顶甚至拆除某部分非承重墙等方法来改变三维尺寸(这种合理改造也要同时考虑建筑物的结构安全因素，如打算拆除某段墙体，最好征求一下建筑专业人士的意见)。简单地讲，这跟设计音箱时选择内部三维尺寸的原则是一致的，即长、宽、高不能成整数倍或太接近。具体的声场谐振模态、计算公式及有关数据不再一一列举，必要时请参阅有关声学书籍。在此提供一个由国际电工委员会(IEC)参照欧洲的家庭听音室提出的IEC29-B家庭听音室标准供参考，如表1及图1所示。? 另外一种方法则较勉强，即可以在保持房间原有三维尺寸不变的情况下合理地布置，使用适当的吸声材料，以增加墙面、地板等的界面阻尼，使突出的某频段共振的强度降低，将共振波峰拉平、拉宽，从而降低有害共振对整体音效的影响。但此方法效力有限，只适用于有害共振强度不大的情况。因为如要为降低较强的有害共振而一味加强吸声材料的话，同时也会使混响时间大大缩短，同样会令听感恶化，使重放音效变得死气沉沉，缺乏色彩和生气。? 二、视听室的混响时间? 这是视听室的另一个重要参数。混响是由房间内的声音多重反射特性产生的，它使室内的声压在声源停止发声后仍继续维持一段时间。混响时间是指声源停止发声起室内声压衰减60dB所需的时间，即降低至原有声压稳定值的百万分之一的时间。视听室的混响时间如果过长，声源前面发出的声音还未消失后面的声音就出现，容易使低音轰鸣，造成语言对白等集中在中高频段信号的清晰度下降，甚至方位感消失(因为声象定位是靠左右主音箱的中高频直达声获得的，而反射产生的过于滞后的混响声则来自多个方位，直接干扰直达声，影响声象的正确定位)。如果混响时间过短，则会使声音变得瘦弱、干涩、呆板，缺乏色彩和生气。只有混响时间适中，整体音效才会显得丰满、生动、富于感染力和表现力。? 最佳混响时间严格说来并非是一个定值，即使是具体到某个听音室也是如此。它是根据个人的主观体验和经验得出的，而且欣赏不同的节目类型所要求的混响时间也不同。如欣赏影视节目时混响时间要求稍短些，音响效果会比较生动，人物对白清晰，声象定位也好。而欣赏纯音乐节目则需要稍长一些的混响时间，这样听起来才能感到较舒服，其中古典音乐节目要求的混响时间要比流行音乐稍长些。这是因为不同类型的节目其后期混音制作各方面的要求各有差异，在重放时也需要相应适中的混响时间才能使音效最大程度地得到高保真还原。? 作为家庭视听室，一般采取折衷的办法来处理混响时间，然后通过拉开或收拢挂在墙壁上的活动幕布或挂毯作部分调整。大量的实验和资料表明，通常家庭视听室的混响时间一般取在0.4~0.6s左右(500Hz处)较为适宜。混响时间的计算通常使用如下公式:t=0.16V/α，其中t是混响时间，单位为秒;V是视听室内容积，单位为立方米;α是室内总吸声系数。表2是常用吸声材料的吸声系数。? 例如一个视听室长6.2m，宽4.4m，高2.8m。天花板及地面均为平整的抹灰面，地面中间铺有一块4m×3m的化纤地毯，两侧墙上各挂一幅6m×3m的丝绒幕布(离墙1cm)，在屏幕对面墙上贴有4.4m×2.8m的化纤地毯。试估算一下该试听室的混响时间(500Hz处)。从表2查知，裸露的墙面、地面的吸声系数α1为0.02，帷幕离墙1cm悬挂时α2为0.44，地毯的吸声系数α3为0.28，总的吸声系数为:? α总=1×4.4×2.8×α1+(2×6.2×4.4-4×3)×α1+2×6.2×2.8×α2+4×3 ×α3+4.4×2.8×α3=23.184 视听室的净容积为:V=6.2×4.4×2.8=76.384m3则 混响时间为:t=0.16V/α总=0.16×76.384/23.184=0.53s? 可以讲，这个视听室的混响时间比较合适，如再考虑观众及家具等的吸声因素则混响时间还会略短一些。? 三、音箱的摆位? 当您花费了不少心思及不少钱把视听室按上面提到的几点要求装修到位之后，如果音箱的摆位不合适，那么结果只有4个字:前功尽弃。组建视听室的目的之一就是为了更好地欣赏真实的音效，这和Hi-Fi欣赏有着许多相同之处。关于音箱的摆位在此只略提一些比较原则性的注意事项。? 首先要求视听室左右两侧的空间声学特性应尽可能对称(并不一定是视觉上的对称)，即左右两侧空间的声反射量或吸收量要尽量相等。两个主音箱之间的距离通常要求在2.5m以上或左右主音箱与视听者之间的夹角至少大于30°(纯音乐欣赏的最佳角度为60°，而家庭影院因为要考虑声象的协调，一般要求在45°左右)，才能获得较好的立体感声场，但距离或角度也不能过大，否则可能会使图象与声象定位不一致。如屏幕左部或右部的声象定位远在屏幕之外，超出了近似合理的范围，会造成听觉效果与视觉的不协调。? 视听室的声学特性在一定程度上与音箱在室内的位置有着直接的关系。主音箱在房间中的位置主要根据试听感受来决定。将主音箱放在墙角、离开墙一段距离或远离侧墙等多个位置试听，选择一个能得到较均匀的声场共振的位置放置主音箱。另外，再适当地将主音箱后仰几个角度以及将主音箱垫高一些试听一下，看效果是否会更好一些(有时这种改变会很明显，可能会得到相当好的效果)。? 针对环绕声音箱指向性要求较低的特点，其具体摆放位置也不很严格，一般放在视听者后方左右两侧，但不能过分靠近视听者，扬声器高度应适当高于人耳。两个环绕音箱之间的间距一般要稍小于主音箱的间距。当环绕声音箱摆放到位后，一般还需要对AV功放环绕延时进行调节，使前后音箱的音效浑然一体、完美融合，获得满意的整体效果。? 中置音箱的摆位相对固定一些，应与屏幕中心在同一垂直线上，最好使主音箱、中置音箱的高音扬声器及视听者的耳朵保持在同一水平高度。如果条件不满足，中置高音与主音箱高音扬声器的高低差距最好不超过30cm。如果相差过大，主音箱和中置音箱的声象高度将会明显不一致，造成屏幕上运动物体的声象变得杂乱，很不自然，视听效果大打折扣。另外值得注意的是，选择中置音箱时其中、高音扬声器应尽量使用与主音箱相同的单元。这样才能使中置音箱与主音箱在频响曲线、指向性、相位上得到较好的匹配，这也符合Dolby AC-3及THX的基本技术要求。? 超低音音箱俗称低音炮，由于它负责重放的频率一般集中在120~150Hz以下，所以它在视听室的摆放位置选择就要格外注意，一定要在室内多个位置摆放进行试听，选择一个能最大程度降低室内声染和失真的适当位置来放置它。一般地讲，低音炮不宜放在墙角、紧贴墙边或视听室中心，因为这些位置都容易引起较强的共振。? 实际上，本文指出的以上几个方面是比较大众化的原则。而各人有各人的欣赏口味，各家有各家实际的家具、房间结构布局情况，甚至不同结构的音箱也有不同的放置要求，所以说家庭影院的组建、布置实在是一件因人而异、因地制宜的事情。