在了解如何控制室內反射聲的方法之前,我們首先要明確處理的對象。并不是所有頻率的“反射聲”都需要進行控制和處理。聲學概念,即聲音的頻率(sound frequency)。人耳能夠感知到的聲音頻率范圍為20Hz—20kHz,我們通常又可將這個聲音的頻率范圍分為低頻、中頻和高頻三個頻段。從物理學上來看,低頻的波長相較于中、高頻的波長要長得多。20kHz的超低頻波長可達約17m。
那么,對于中小型的室內“聽音室”而言,一個低頻的聲波還未完成一個周期的振動就會被障礙物所阻礙,在進行反射前低頻的聲波就已經受到了干擾。這種情況下,聲音會發生“衍射”(diffraction),也就是通常所說的“繞射”,即低頻聲會繞過障礙物傳播而不遵循傳統幾何聲學的反射原理。所以,低頻需要更特殊的室內聲學處理。因此,我們所分析的室內反射聲的處理主要針對聲音的中、高頻。聲音的中頻若要細分,還可以分為中低頻、中頻和中高頻。中低頻是一種氣勢感受,所對應的樂器主要是鼓,如低音鼓、定音鼓等。
此外,鋼琴和低音提琴的部分音域也能較好地呈現聲音的中低頻;中頻的聲音音質較渾厚,樂器則多對應于豎琴、中提琴、各種調性的長號等;中高頻是人耳能感受細節最多的一個頻段,聲音音質較嘹亮,對應樂器有小號、小提琴、爵士號等。此外,人類語言的齒音,氣流音大部分也在中高頻。高頻的聲音音質較清晰,多表現為樂器出現的雜音,如弦樂樂器從一根弦到另一根的轉換雜音,以及打擊樂樂器等。一些打擊樂樂器的金屬感就是超高頻音質的體現。
可見,了解聲音中、高頻的不同特點和需求,在控制和處理室內反射聲時才能有依可循。通過對于中、高頻聲音音質的主觀感受,更有助于室內聲場的整體打造。如果要從聲波的特性、作用和人的主觀感受上來分析,20Hz和20kHz并不是明確的分界線。如超低頻(低于20Hz)就已經只是人體生理感知的頻率了,“神舟七號”宇宙飛船上天的時候會令人有惡心、想嘔吐的感覺,這就是超低頻在8Hz左右時對身體所造成的影響;又比如“聽音室”里的照明燈具,如日光燈管的鎮流器在工作時產生的超高頻(20MHz以上)噪聲有時候能被耳朵感知,也會讓人產生不舒服的感覺。長時間、純粹的超低頻或超高頻的確會使人感到不適。但假使它們與聲音的低、中、高頻同時存在的話,又能夠起到使聲音音質更真實、豐滿的作用。
舉例來說,我們在音樂廳里欣賞鋼琴獨奏時,鋼琴高音區部分所呈現的透亮、空靈感總能帶給我們愉悅的感受,這就是鋼琴的一些超高頻泛音在空氣中進行補充的關系;又或者,在家庭影院欣賞戰爭類題材的電影時,作戰時的激烈場面時常會讓我們坐著的沙發也一起振動,這種振動感就是聲音的超低頻所造成的。伴隨著超低頻的振動,我們往往會被電影場面所震撼且更容易理解影片的內涵。
可見,聲音的超低頻和超高頻使我們欣賞的音樂或電影增色不少。然而,我們在此討論的聲音頻率范圍是基于一般情況下“人耳”能夠分辨的范圍和其相應的感受,這也是我們在打造室內“聽音室”聲學環境最有效、最重要的聲音頻率范圍。
在明確了室內反射聲的處理對象是聲音的中、高頻之后,讓我們回到反射聲問題的控制和處理的對策上來。假設我們現在面對著一間頂墻、側墻和地板完全沒有經過處理的空房間,我們怎樣來控制反射聲和混響呢?解決問題的方法主要有兩種。它們對于解決特定的反射問題都很有效,且對于相同面積的室內空間而言,它們所得到的結果也是一致的。這兩種方法就是“吸聲”和“擴散”。
讓我們先來看看處理室內反射聲方法之一的“吸聲”。對于小型室內空間,如錄音棚、“聽音室”的控制室等而言,“吸聲”處理似乎已經成為控制聲音中、高頻的第一次反射聲、顫動回聲、混響等現象最重要的方法,對于室內反射聲能否被有效控制極其重要的第一次反射聲的處理。在用“吸聲”處理第一次反射聲時,我們會在主要的反射點使用“軟質材料”來減少或吸收聲波的能量,就能明顯地感覺到經第一次反射后的聲音比直達聲輕了許多。
從物理學上來理解的話,實際上就是聲波在經過了軟質吸聲材料的反射后,部分的聲能轉化成了熱能。因此,第一次反射聲經過了部分吸聲處理后,不僅在聽感上改善了許多,不會有模糊感,同時影響了接下去的前幾次能夠被人耳所感知的反射聲,即早期反射聲(Early Reflections)。不過,從另一方面來看,由于“吸聲”處理吸收了第一次反射聲的部分聲能,所以,會使室內聲學環境的聲音音質略微偏“干”。
那么,如果要打造一個聲場較活躍的室內空間的話,有沒有別的方法來控制第一次反射聲呢?大家不必擔心,也有解決方法。有時候,我們在一些主要的反射點適當地使用一些表面有傾斜角度的“擴散”材料來與吸聲的“軟質材料”相配合。目的是通過表面有傾斜角度的擴散體來改變第一次反射聲的反射路徑,將第一次反射聲反射到室內空間的后墻部分,而不直接作用于人耳所在的聽音區域。這樣處理的話,既不會損失過多的反射聲聲能,又不會直接影響到聽感,因此,能夠達到活躍室內聲場的效果。大多數的立體聲“聽音室”會采用這樣的第一次反射聲處理方法。
此外,顫動回聲和混響的控制也主要采用“吸聲”方法。要避免室內空間里出現“顫動回聲”現象,最簡單的方法就是在靠近音箱位置的側墻使用一些吸聲材料來吸收一部分的聲能,以控制聲波在平行的墻體之間發生來回振動的可能性。混響聲,即后期反射聲(Later Reflections)的處理方法并沒有一個統一的標準,而是要依據早期反射聲處理完之后的室內聲學環境以及室內空間的用途等不同要求來進行相應的設計和打造。
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