6.1 吸音和迴響
對於大多數讀者來說,能夠改變喇叭輸出「擴散」(distribution)的機會實在非常有限。但是我們仍然必要了解影響聲音擴散的因素。起居室內,聲波歷經不了多少航程就碰到物體。有些聲音被反射,有些聲音被吸收而消散,聲波的能量迭次減弱。使聲能變為原值一百萬分之一所花的時間叫作「迴響時間」(reverberation time),視房間的尺寸而定。聆聽音樂只要半秒鐘就能令人滿意,不過這是專指中頻而言。
不僅地板、牆壁、天花板的各類物質會吸收能量,就是房間的普通陳設和聆聽者本身都會吸收聲音。現代陳設傾向利用不會吸音的物質,尤其是玻璃,這是聲響效果最差的玩意兒;但大型窗子卻很理想。
起居室聲響只能有限度的改進;厚地氈墊以泡沫橡膠可能是最好的地板陳設,硬地板比木板地效果要好。若高頻和中頻需要大幅吸音,可在天花板和牆壁上的「戰略」位置上舖以音響板。當然這要和專家討論過再著手。在聽音室不論進行任何實驗,都應該把器材的音質控制鈕歸零(即「平坦」),等到房間音質已不能再改善了,我們才嘗試以音質控制鈕來左右效果。
6.2 房間共振
房間只要有一邊的尺寸是聲音波長的一半,空氣就會激起共振。40赫時,聲音的波長是8.5公尺,若是房間長度剛好是它的一半4.25公尺(14尺),再生該頻率時會引起共振。除外還有該音的諧波音;二次諧波是80赫,三次諧波是120赫。不僅房間的長度會如此,高度和寬度也一樣會共振。即使對角線也不例外。假如有一邊是另一邊的倍數,一邊的基本共振頻率會調變出另一邊共振頻率的諧波,整幅景象變得非常複雜。駐波於是乎產生,房間某些地區的聲壓增強。
顯然我們無能為力,除非要求建築工人改變房間的形狀以緩和共振,不過不館房間的比例如何,任何凹凸不平的表面或突出物都有所助益。儘量利用「房間分割物」(room-divider)和獨立自撐的書架。
為了避免共振,有時將聆聽位置移開最大聲壓區,來克制「隆隆聲」(boominess)有些人會把這種現象錯怪在喇叭身上。同理,移動喇叭會改變房間的共振,移動後可能比原來的位置好。
為了確知揚聲器在時用上的反應,我們使用許多高級設備在起居室裡進行測量。其中最重要的一項結論是:各起居室的聲響屬性超過600赫都非常相似。低於這個頻率,房間的尺寸和陳設才具關鍵性。
喇叭箱放在房間內音響系統的一般位置,如圖6.1。使用一部麥克風擴大機,一具實值時間分析儀(real-time analyser)配合示波器和X-Y記錄器,每隔三分之一音程都在不同地點(但都在聽音區內)測量其聲壓水平。回響時間也加以測定。測試的結果請參看圖6.2和圖6.3。為了比較起見,在其他六個房間所測出的聲壓水平和回響時間可在圖6.4看出來。
6.3 起居室的聲壓水平
假如要再生音響聽起來自然,必定要適度調整擴大機的增益控制。有些人背離這項準則太離譜,胎們大都把增益控制調得太高,由於低音過度加強,音色極其不自然;清晰度惡化,高音為低音所掩蓋。有時還導致對揚聲器不合理的抱怨,事實上揚聲系統本身並沒有錯,祇是被濫用而已。
離開實驗室,習慣上都通過「加重」(weighted,補償之意)器材來衡量聲壓水平。這是將衡測器材所接受的音過濾並且模擬出入人耳的自然特色,有各種的「加重」尺度,最常用的是A尺度。大不分聲壓都以dBA為測定單位,聲音水平表直接以dBA讀出,其0dB相當於2×10¯5N/㎡初端的水平。
一般描述聲音的習慣是這樣的:以剛好能聽到的聲音為(0dBA),半夜沉靜的臥室(35dBA),繁忙的商店(60dBA),喧囂的工地或工廠(85或90dBA),地下火車進站(95dBA),高度200尺的噴射機(120dBA)。更切題的說法正如下述:
──電視接收機或收音機以普通聲量約介於50到60dBA之間。假如大聲收聽約70dBA,貝多芬第九號交響曲現場演奏坐在前排偶爾可感受105dBA的聲壓。
──一般放映電影的聲壓大約70幾dBA。
──流行演奏團的正規聲壓是110dBA,尖峰音高達120及130dBA也很平常,在流行音樂錄音室監聽可有120dBA,也曾經有128dBA的事例。流行演奏團某些再生號角能吹出140dBA的聲壓,誰靠近它誰就有危險。
有些國家限制迪斯可音樂的聲壓使年輕人的聽覺免於永久受損。不管通過什麼立法,也不論結果如何,假如使用耳機,即使廉價音響也很容易就可以在人耳造成100dBA的聲壓。熱門音樂迷在房間內還沒干擾任何人就能輕易讓自己喪失聽覺。
6.4 揚聲器安放的位置
揚聲器的響應曲線,尤其是在無回響室裡測得的曲線,很難描述出真正在起居室的表現。
房間內音箱的擺設位置影響低頻甚鉅。正如前面所述,高於600赫的頻率,一般起居室的聲響效果非常相似,聽者有許多安裝音箱的實用可能性,我們在此會敘述其中一些概況,我們使用粉紅色雜音(pink noise),實質時間分析儀加以測定比較。
測試使用的房間如圖6.5。首先將要測試的喇叭放在無回響室測出響應曲線以備參考。情形如圖6.6所示。然後再將揚聲器放進起居室,離地板60公分,離背面牆80公分,離邊牆2公尺,重覆測試其響應曲線,起居室的影響如圖6.7。
在將揚聲器放在地板上,和比鄰兩牆的距離逐次改變並進行一連串的測試,結果(實曲線)和獨立自撐的響應相比較(點線),(請參閱圖6.8)。最後將揚聲器離地板60公分安裝,並進行一系列測試,結果如圖6.9所示。
和獨立自撐的位置相較,其響應之差異請參閱圖6.10。一系列測試後結論大致是這樣的:揚聲器放在地板上,介於150赫和400赫隻間的頻率聲壓增強3至9dB,500赫和1000赫之間的頻率則加強2dB。揚聲器若靠牆,40赫至100赫的頻率則增強4至5dB,而120赫至300赫的聲壓反而降低1dB。揚聲器立於角落,30至100赫的聲壓增加約5至9dB,120赫和400赫之間的頻率則減弱2dB。
假如讀者和在無回響室測得的相比較,他就會發現無回響室所測出的響應曲線記不能預示最終的效果如何,又不能顯示出揚聲器擺放在起居室會發出怎麼樣的聲響。
安放揚聲器有一道金科玉律,那就是:不要遮蔽了障板。構築出高品質的音箱,放在地板上後,前面卻放了一支椅子加以遮擋,原有的高品質不僅難以發揮而且表現甚難差強人意。
6.5 多聲道系統
聽者和兩支揚聲器的距離相等,揚聲器彼此間雖分開,但由於同時以相同的強度發聲,我們感受的是一個聲源而不是兩個。顯現音源的「實際音像」(virtual sound image)介於兩支揚聲器之間,但假使有一支喇叭響應較快或聲音較大,音像就離他比較接近。只要時間差異3毫秒或聲壓強度差距15dB,響應快的或聲音大的就左右了整體的音像。個別或累積所造成的時間和強度上的略微差異也會引起音像的位移。然而,由於時間延遲所造成的音像轉移可藉著強度的加強加以補償。
我們的音響設備將兩個聲音溶成單一的音像。決定於聲音的強度和抵達人耳的時間差異,如此再現了立體音響的基礎。
假如聽者離一支喇叭較近距另一支喇叭較遠,距離的不同更促成時間抵達的不同,立體音像也因此更靠近接近人耳的喇叭。在起居室內適當的安放喇叭可在合理的範圍內控制音像的轉移。
兩支揚聲器的聲音抵達人耳的時間若相差超過3毫秒,所有的音源都好像從先發聲的喇叭傳過來,這時即使加強另一支喇叭的聲音強度也沒法移動音像,再生的立體效果喪失殆盡。若有一支喇叭聲音落後20毫秒,聲音需要加強至10dB,聽者才知道「它在發聲」,這樣做,不僅使聲音變大聲而且音調顯得鬆垮,嚴重影響了音質。若是聲音的時差超過50毫秒,除非落後喇叭的聲音強度要比另一支喇叭至少微弱10dB,否則拖延的尾音聽起來像是惱人的回聲,這種現象只有在極惡劣的廳房裡才會出現。
要在家裡捕捉音樂廳的聲響,首先要了解音樂廳裡聲音的活動情形。大部分的聽眾事實上聽到的,大都是反射音而非來自舞台的直接音。由於間接音具擴散性,在整個會場內保持強度之均衡;而直接音卻和音源距離的平方成反比。這些聲音的相對強度提示了聽者在音樂廳的位置。人聲需要由間接音提供額外的響度,假如它能在直接音的50毫秒內傳至人耳可以增加聲音的清澈度。
在此我們總結一下廳堂的一些音響特性,這些是房間聲響和聲音擺設的基準。
──直接音和間接音基本差別。直接音提供舞台上所能呈示的立體感,增添音樂間的差異。間接音的音色,擴散和回響促成廳堂的背景印象,賦予聲音寬廣的音質,豐富了音樂具有的音色。
──間接音的延遲作用烘托出音樂廳的空間感。
──直接音和間接音的相對強度左右了距離感。
由以上的現象看來,如果在起居室聆聽區後邊重現「間接音」可以使讀者獲益良多,只要增添一支喇叭就能大幅改進傳真度,可按照圖2.14(b)的辦法引接。根據聽者所期望的效果及所處的聽音環境適度調出後聲道的聲音水平。
四聲道系統就是考慮到了聲音延遲的各種狀況,它加強了起居室重播音的傳真度,產生了極具卓越的效果。
轉載音響技術第32期AUG. 1978 揚聲系統之設計與製作 6 聽音室聲響/音技資料室
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