私人家庭視聽空間的聲學(xué)設(shè)計(jì)方案

私人家庭視聽空間的聲學(xué)設(shè)計(jì)過去，受到經(jīng)濟(jì)情況的束縛，很少有朋友可以獨(dú)自騰出一個(gè)空間來享受影音�，F(xiàn)在隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和相關(guān)聲學(xué)施工公司的推進(jìn)要擁有一間屬于自己的私人家庭視聽空間已經(jīng)不是奢望。不過，房間的聲學(xué)條件如何，對放音質(zhì)量有著十分明顯的影響。不管怎么說，一間房間的投資是一大把錢，裝修的費(fèi)用也不算小，如果最終的音質(zhì)達(dá)不到要求，甚至不滿意（投資太大，期望值也高），豈止糟踢了房間？由此怎樣設(shè)計(jì)，如何處理和控制聽音房間的聲學(xué)條件，就被提到發(fā)燒議事日程上來了。 
  視聽室類別
  作為 視聽使用的房間，用途不盡相同。不同行業(yè)叫法也不同。有的叫聽音室、試音室審聽室，有的叫做調(diào)音室、演播室、控制室、監(jiān)控室等，名目繁多，不一而足。在本文中，按其主要使用目的，把它們歸納成三類：
1、 家庭聽音室，主要供一般家庭欣賞音樂使用。
2、 試聽室，主要供音響產(chǎn)品的試制、選購等作主觀音質(zhì)評價(jià)使用。目前在這塊我們把視頻引入進(jìn)來，可以說是視聽室。
3、 監(jiān)控室，主要供錄播和加工節(jié)目時(shí)進(jìn)行監(jiān)控和控制使用（不加區(qū)別時(shí)，本文把它們統(tǒng)稱為聽音室）。
  從使用目的和聲學(xué)條件方面看，試聽室和監(jiān)控室比較相近，著重于要求房間不應(yīng)對聽音產(chǎn)生干擾以免影響評判結(jié)果。家庭聽音室則著重于要求有更好的“現(xiàn)場”氣氛，最好猶如在音樂廳聆聽那樣。實(shí)際上，許多發(fā)燒友也常常利用家庭聽音室對音響產(chǎn)品進(jìn)行主觀音質(zhì)評價(jià)，因而往往與試聽室也有共同之處。另外，從今后對監(jiān)控室和試聽室的設(shè)計(jì)研究動(dòng)向看，也要求它們能夠更好地再現(xiàn)錄制現(xiàn)場氣氛。故欣賞與音質(zhì)評價(jià)之間并沒有根本矛盾，能夠兼而有之并沒有什么不好。因此上述三類聽音室的基本要求是一致的，設(shè)計(jì)的理論和方法也是相同的。鑒于對聽音室的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)主要是針對試聽室和監(jiān)控室而提出的，而專家們在提出這些標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，也要求它們接近一般水平的家庭起居室。因而對家庭聽音室的要求和設(shè)計(jì)，完全可以參照這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在這個(gè)大前提下，對某些具體的參數(shù)略作變通，以更好地適應(yīng)各自的特殊需求即可。
  這里要指出，人們總希望一個(gè)聽音室十全十美，能夠滿足聆聽一切曲目的需要。但是，被公認(rèn)為世界是最好的屈指可數(shù)的音樂廳，也不能使一切類型的曲目都獲得同樣完美的演奏。因此我們對聽音室不能苛求，只能折衷。

基本要求

  上個(gè)世紀(jì)60年代，聽音室的重要性已經(jīng)引起人們注意。從70年代起，聲學(xué)家們對此進(jìn)行了廣泛研究，并取得不少成果。在此基礎(chǔ)上，有關(guān)國際組織和各主要國家都形成了自己的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)文件，用來交流和指導(dǎo)試聽室和監(jiān)控室的聲學(xué)設(shè)計(jì)，并取得了良好效果。
  盡管作為欣賞音樂用的家庭聽音室，與作為音質(zhì)評價(jià)用的試聽室和監(jiān)聽室不完全相同，但它們都“在房間中聽音”這一點(diǎn)相同的。既然房間對音質(zhì)的影響有利有弊，那么，無論哪一類聽音室，在“揚(yáng)長避短”這一點(diǎn)上就必然存在著共同點(diǎn)。這一共性形成了對聽音室的一些基本要求。滿足這些要求的具體方法前文大多談過，這里僅作歸納：

1、 嗓聲要小，隔聲要好
  為了避免對最小信號電平的掩蔽，室內(nèi)各種設(shè)備和設(shè)施本身的嗓聲要小，室中的墻門窗隔聲性能要好。一般，室內(nèi)的總嗓聲電平至少要低于最小聽音電平10dB以上。具體低到什么程度，取決于節(jié)目源的最低電平和重放的最高電平。有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)推薦低于NC-25曲線或35dBA�，F(xiàn)在出現(xiàn)了信嗓比更高的SACD和DVD-Audio，對聽音室本底噪聲的要求只能是越來越高了。當(dāng)然，作為一般的家庭聽音室，未必一定要那么嚴(yán)格。

2、 要控制駐波
  作為專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的試聽室的監(jiān)控室，最大容量推薦值一般都在150立方米以下（約50平方米上下）。家庭聽音室往往更小些，一般在20平方米上下。但從聲學(xué)上說，都屬于“小房間”之列。“小房間”最大問題之一，便是300-500Hz以下存在著由駐波引起的房間共振。如果不加以適當(dāng)控制，就會(huì)產(chǎn)生明顯的音染。這是目前家庭聽音室音質(zhì)不佳的主要原因。
為了減小駐波音染，如果可能，房間體積應(yīng)選得大一些。同時(shí)，房間的尺寸比例要適當(dāng)。另外，還要注意加強(qiáng)對這些頻率的吸聲或擴(kuò)散處理。這樣就有利于減小駐波引起的音染。

3、 混響要適當(dāng)
  房間的混響，對音質(zhì)有利也有弊，因此混響要適當(dāng)。對音樂廳這樣的“大房間”是這樣，對家庭聽音室這樣的“小房間”同樣如此。所謂“適當(dāng)”，就是混響“過長”不好，“過短”也不好，這是用聽感很容易分辯的。于是必然存在著一個(gè)“長”與“短”之間的折衷值，這就是所謂“最佳混響時(shí)間”。

4、 抑止有害回聲
  從物理學(xué)的概念看，所有室內(nèi)反射聲都可以叫回聲。有的回聲與直達(dá)聲相融合，不分彼此。有的回聲則與直達(dá)聲不相融合而可被單獨(dú)聽到。后者一般都是有害的回聲，因?yàn)樗鼈冇绊懥耸覂?nèi)聲音的清晰度，還容易分散聽者注意力，或容易產(chǎn)生聽覺疲勞。
  家庭聽音室的體積小，不太容易產(chǎn)生回聲，而室內(nèi)通常要布置吸聲材料或作擴(kuò)散處理，這些情況都有利于抑止有害回聲的產(chǎn)生。一般，只要在室內(nèi)拍一下手，很容易聽出是否存在回聲。如果出現(xiàn)回聲，通�？偸怯纱蟮钠叫星夜饣�的墻面引起的�？梢杂煤裰氐拇昂熢谝幻鎵ι弦苿�(dòng)，來找出回聲究竟出自墻上哪一部分。然后在該部鋪貼適當(dāng)大小的吸聲材料即可


以上四點(diǎn)是對聽音室的共同的基本要求。過去和目前的許多家庭聽音室也是按上述原則進(jìn)行處理的。應(yīng)該說，這樣處理后的聽音室在與未作處理前相比時(shí)，音質(zhì)是好多了。但也要看到，即使?jié)M足了上述要求的聽音室，它們在音質(zhì)上還是有差異的。而且，這種差異在家庭聽音室中往往表現(xiàn)得更常見，更明顯。這是大家所不希望看到的，因?yàn)檫@不便于大家交流聽音經(jīng)驗(yàn)，也不便于對音響產(chǎn)品作出可靠的音質(zhì)評價(jià)。當(dāng)然，欣賞音樂的實(shí)際效果也不一樣，有的較好，有的較差，大多數(shù)則一般。
  造成上述現(xiàn)象的原因并不難想到，就是家庭聽音室的大小形狀不同，吸聲擴(kuò)散處理不同。也就是說，如果房間的大小形狀和吸聲擴(kuò)散處理完全相同，那么兩個(gè)房間的音質(zhì)就會(huì)相同。但是更具現(xiàn)實(shí)意義的問題是，如何使大小形狀不同的房間具有相似（相近或基本一致）的聲音。更進(jìn)一步的問題是，如何使一個(gè)房間具有最佳（綜合而言）的聲音。為此，我們需要對房間的聲音及其對聽覺的影響作更為細(xì)微的觀察和研究，用來指導(dǎo)自己的實(shí)踐活動(dòng)，只有這樣才能提高目前業(yè)余聽音室的設(shè)計(jì)水平。

回聲圖

  我們已經(jīng)知道，聆聽者在室內(nèi)聽到的聲音，除直達(dá)聲外，就是直達(dá)聲的反射聲。就僅僅這兩種聲音，對我們聽覺的影響常常令人迷惑不解。為了解開這個(gè)迷，也令聲學(xué)家們忙得不亦樂乎。
  在說明混響時(shí)間的概念時(shí)，我們利用一個(gè)穩(wěn)態(tài)聲源先在室內(nèi)建立起一個(gè)穩(wěn)定的聲場，然后撤走聲源觀察室內(nèi)某點(diǎn)聲能的衰減情況�，F(xiàn)在改為向室內(nèi)發(fā)送一個(gè)短促的脈沖聲，然后觀察室內(nèi)某點(diǎn)聲能的衰減情況。
  圖1是實(shí)驗(yàn)布置圖。當(dāng)向一只音箱輸入一個(gè)短促的信號后，聆聽者最先聽到的是離音箱最近的直達(dá)聲。然后聽到的是按反射路徑長短次序來的一次、二次、三次……乃至多次反射聲。為簡明起見，圖中僅畫出6個(gè)一次反射聲。如果室內(nèi)墻面反射很強(qiáng)，那么，隨著時(shí)間推移，反射聲的密度越來越密，強(qiáng)度逐淅減弱，最終消失。
  圖1房音的大小為4.9mX7.1mX3m。根據(jù)我們以前介紹過的方法，可以大致算出它的第一個(gè)一次反射聲（1）的強(qiáng)度約比直達(dá)聲低1dB，時(shí)間滯后約1ms。第5個(gè)一次反射聲（5）的強(qiáng)度約比直達(dá)聲低9dB，時(shí)間滯后約12ms。
  把這些反射聲，包括圖1中尚未反映出來的各次反射聲均按時(shí)間先后排列起來，則得圖2所示的回聲圖（示意圖）。它反映了各種不同強(qiáng)度反射聲到達(dá)聆聽點(diǎn)的時(shí)間序列。為了了解后文的需要，對一些重要名稱作些說明。
1、所有反射聲，按某一時(shí)間劃分成早期反射聲和后期反射聲。早期反射聲與直達(dá)聲是融合在一起的，人耳分辯不出其先后，它有加強(qiáng)直達(dá)聲響度和提高直達(dá)聲清晰度的作用。劃分的時(shí)間，對音樂來說約80ms，對語言則為50ms左右小強(qiáng)家庭影院導(dǎo)購網(wǎng)m.vxru.cn

2、后期反射聲是經(jīng)墻面多次反射的反射聲構(gòu)成的，實(shí)際上就是充分?jǐn)U散的混響聲。各相鄰后期反射聲之間延時(shí)很小。后期聲的強(qiáng)度雖然略有漲落，但總的趨勢逐漸衰減的。不過，如果室內(nèi)存在著聲學(xué)缺陷，后期反射聲中可能出現(xiàn)特別強(qiáng)的反射聲（如圖2中高出陰影區(qū)的垂直線），聽起來就是跟在直達(dá)聲之后的第二個(gè)聲音，即產(chǎn)生回聲。這些強(qiáng)的后期反射聲如果以一連串相同或相近的周期連續(xù)出現(xiàn)，則稱為顫動(dòng)回聲。如前所述，無論是個(gè)別強(qiáng)的回聲還顫動(dòng)回聲，都應(yīng)加以抑止。
3、初始時(shí)間延時(shí)（ITD）。這是指直達(dá)聲與第一個(gè)反射聲之間的時(shí)間間隙。這是一個(gè)對空間感有影響重要參數(shù)。請注意，圖1那樣的小房間的ITD，僅為1ms左右。音樂廳中的ITD往往達(dá)20ms左右。
  另外，對于吸聲較強(qiáng)的小房間，圖2中的后期反射聲即混響聲場往往建立不起來，這是家庭聽音室與音樂廳的又一個(gè)不同之處。這里先把這些最基本的概念提一下，以后將要用到這個(gè)概念。

“刺猬圖”

  回聲圖是反射聲的時(shí)間序列，不同時(shí)間到達(dá)聽者的反射聲對主觀聽感有不同的影響。另外，反射聲具有方向特性，來自不同方向的反射聲對主觀聽感也有很大的影響。室內(nèi)甚至接收的反射聲強(qiáng)度及其方向，可以用“刺猬圖”加以形象地表示圖3就是圖1和圖2中直達(dá)聲及反射聲的“刺猬圖”。為便于一般讀者理解，把分解為垂直和水平兩個(gè)部分，每一部分中，把直達(dá)聲和早期反射聲及后期反射聲分開來表示。到達(dá)室內(nèi)某點(diǎn)聲音的方向用箭頭表示，其強(qiáng)度大小用箭柄長度表示。圖中垂直平面上直達(dá)聲用虛線表示，這是因?yàn)樗�是水平面上直達(dá)聲在垂直面上投影的緣故。早期反射聲只畫出1-6個(gè)一次反射聲。后期反射聲是充分?jǐn)U散的，某點(diǎn)的后期反射聲來自各個(gè)方向且強(qiáng)度相同。如果把圖3與圖1對照起來看，是不難理解的。其實(shí)，圖3各圖中的聲線是集中在一個(gè)點(diǎn)上的，這個(gè)點(diǎn)上有著許許多多方向不同，長短不一的“刺”，活象一只“刺猬”故得名。顯然，室內(nèi)不同點(diǎn)處的回聲圖是不同的，“刺猬圖”也是不同的。二者聯(lián)合起來，充分地表示了室內(nèi)某點(diǎn)所接收到的各種聲音的強(qiáng)度，方向以及時(shí)序。只是尚不能反映反射聲的頻譜結(jié)構(gòu)相同，因此要在大小形狀不同的房間里聽到完全相同的聲音幾乎是不可能的。嚴(yán)格地說，在同一房間的不同地點(diǎn)，聲音也不可能相同。這種情況下免令人十分沮喪。不過，好在人耳的聽覺分辯力是有一定限度的。聲學(xué)家們由此看到了希望和前景。只要對室內(nèi)的反射聲作出適當(dāng)?shù)目刂�，在不同的房間中聽到相近或相似的聲音并非完全不可能，而且在小房間中聽到類似于大房間的某些聲音效果也并非完全不可能。大家想必記得，日本雅馬哈公司在介紹他們的數(shù)碼家庭影院時(shí)說過，他們實(shí)地勘測了世界上著名音樂廳和其它演出現(xiàn)場的聲場特性，然后通過DSP（數(shù)碼聲場處理）技術(shù)在普通的聽音室中重現(xiàn)出原來的現(xiàn)場效果。他們所實(shí)測的現(xiàn)場聲場特性中，最主要的就是回聲圖。所不同的是，雅馬哈采用多聲道電聲技術(shù)來模仿現(xiàn)場效果，而聲學(xué)家則采用純聲學(xué)的手段來實(shí)施，難度便可想可知。

空間感

  家庭中用雙聲道立體聲設(shè)備欣賞大型交響樂時(shí)，在兩只音箱之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)“聲舞臺”它通常出現(xiàn)在兩只音箱之間的連線上，它有一定的寬度，有時(shí)還會(huì)感覺到有少許深度（圖4）。一般來說，人們能夠比較正確地分辯出“聲舞臺”上各聲部的左右位置，有時(shí)還能感覺到樂器有前后之別。這個(gè)“聲舞臺”令人印象深刻，這正是雙聲道優(yōu)于單聲道的魅力所在。
  在音樂廳中欣賞大型交響樂時(shí)，一般是只有靠前中間部分座位上的聽眾才能相當(dāng)清楚地聽出樂器在舞臺上的左右以及前后位置。樂隊(duì)交響演奏時(shí)，各聲部此起彼伏，交相輝映，令人獲得很大的藝術(shù)享受。
  不過，坐在較遠(yuǎn)或偏離中間區(qū)域的聽眾，通常中能感到舞臺上樂隊(duì)有一定寬度，并不能對樂器位置作出明確的分辯。但是他們都能感到音樂廳中的聲音有“空間感”——聽者被聲音包圍的感覺。近年來，空間感已成為音樂廳的重要音質(zhì)特征，越來越受到聲學(xué)家、建筑師和聽眾的重視。但空間感正是目前家庭聽音室中普通缺少的一種主觀感覺。不能說家庭聽音室中一點(diǎn)沒有空間感，兩只音箱之間的“聲舞臺”也可以說是一種空間感（確實(shí)是空間感的一個(gè)組成部分），然后與音樂廳中的空間感相比，似乎還是有天壤之別，當(dāng)談及此事，再資深的發(fā)燒友也不免“英雄氣短”，總認(rèn)為自己的“蝸居‘難望音樂廳之項(xiàng)背，自嘆弗如。其實(shí)，’大有大的難處，小有小的好處”，無論從音質(zhì)還是方便性看，一定可以找出音樂廳也有許多不及家庭聽音室的地方。應(yīng)該說，設(shè)計(jì)良好的聽音室的音質(zhì)是相當(dāng)好的，對此應(yīng)該有這樣的一個(gè)基本估計(jì)。目前的主要問題是，大多數(shù)家庭聽音室限于條件都沒有經(jīng)過很好的聲學(xué)設(shè)計(jì)和處理。更不用說如何應(yīng)用新的概念和新理論來改善家庭聽音室的音質(zhì)了。至于改善空間感，那更是不著邊際的話題了。
  因此回過頭來再談音樂廳的空間感。談到音樂廳，總使人馬上聯(lián)想到它得天獨(dú)厚碩大無比的聲學(xué)空間，以及由此而帶來的令家庭聽音室望塵莫及的空間感。但是人們發(fā)現(xiàn)，音樂廳的空間感并非唯一地決定空間大小。同樣大小的音樂廳，空間感并非總是一樣好，也乏較小的音樂廳空間感好于較大音樂廳的例子（音質(zhì)方面也有類似的情況）。因此改善家庭聽音室的空間感不是完全不存在可能性。某些實(shí)踐表明，小房間中完全有可有獲得一定的空間感。當(dāng)然，目前小房間的空間感還無法與音樂廳相提并論，但是隨著對空間感理論研究的深入，精心設(shè)計(jì)的家庭聽音室完全有可能獲得越來越好的空間感。小強(qiáng)家庭影院導(dǎo)購網(wǎng)m.vxru.cn
  在音樂廳音質(zhì)的研究中，聲學(xué)家把空間感分成兩部分。一是視在聲源寬度ASW，二是聽者環(huán)繞感LEV，如圖4示意。不難理解，它們相當(dāng)于發(fā)燒友常說的“寬度感”和“包圍感”（本文用這兩種俗稱來表示ASW和LEV）。由于寬度感和包圍感表示音樂廳中能夠感知聲象所占空間范圍，故合起來稱為空間感。同時(shí)又因它們分別是相對獨(dú)立的兩種主觀感覺，形成這兩種感覺的聲學(xué)條件也有所不同，寬度感主要與早期反射聲有關(guān)，包圍感則與后期反射聲（混響聲）有關(guān)，所以把空間感分解成兩個(gè)名稱表示，更便于分別描述和加以處理。
  在雙聲道立體聲家庭放音系統(tǒng)中，寬度感是肯定存在的，而且也是比較明顯的。至于包圍感也應(yīng)該是可能存在的，因?yàn)閴γ娴姆瓷渎暰桶鼑�著聽音者，可是為什么家庭聽音室的空間感沒有音樂廳那樣明顯呢？
  為此，我們再來看看圖4。它雖然只是空間感概念的示意圖，但它似乎給我們這樣的暗示，即包圍感對主觀聽感（空間感）的影響比寬度感的作用更大些。因?yàn)闊o論是音樂廳還是家庭聽音室，寬度感所占空間相對總是比包圍感所占空間小。如果這種猜測沒能大的偏頗，那么由于包圍感與室內(nèi)后期反射聲（混響聲）充分與否有關(guān)。前面還特意提到過，吸聲較大的小房間內(nèi)往往建立不了充分?jǐn)U散的混響聲場，因而家庭聽音室的包圍感遠(yuǎn)不及音樂廳也就不足為奇了。
  如果上述解釋成立，那么家庭聽音室空間感不佳的主要原因在于包圍感。只要我們能夠改善家庭聽音室的包圍感，同時(shí)設(shè)法改進(jìn)寬度感，二者同時(shí)并進(jìn)，就能使小房間的空間感有較為明顯的改善。當(dāng)然，這需要大家不斷實(shí)踐和探索，但只有在已有的聲學(xué)理論指導(dǎo)下去實(shí)踐，才能取得預(yù)想的效果，而且事半功倍。

小結(jié)

  以上化了不少篇幅說了音樂廳中的有關(guān)情況，目的是想告訴發(fā)燒友，對于家庭聽音室，完全可以運(yùn)用已經(jīng)建立起來的聲學(xué)理論來進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理。問題首先不是在于沒有理論，而是在于我們沒有掌握得太少，沒有及時(shí)吸收新概念新理論，以致長久地停留在傳統(tǒng)的混響吸聲理論上（這當(dāng)然也是重要的）徘徊不前。
  我們應(yīng)該清楚地認(rèn)識到，聲學(xué)家們正在努力探索的音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)與家庭聽音室音質(zhì)設(shè)計(jì)要求并沒有什么本質(zhì)上的不同。音樂廳音質(zhì)的研究成果與家庭聽音室人僅不是沒有什么關(guān)系，而實(shí)在太密切、太重要了�？梢赃@么說，只有音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)獲得圓滿解決，家庭聽音室的聲學(xué)設(shè)計(jì)才有可能獲得最終解決。因此，在這個(gè)時(shí)日到來之前，我們應(yīng)該在努力掌握現(xiàn)有聲學(xué)理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，更多地關(guān)注音樂廳音質(zhì)設(shè)計(jì)理論的進(jìn)展，并且勇于實(shí)踐和創(chuàng)新，只有這樣，才能提高業(yè)余設(shè)計(jì)水平，使私人家庭視聽室的音質(zhì)有所突破。