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Hi Fi 基础谈 三十一:Acoustics(1)驻波

作者:雷明先生/阅读:652/2019-8-28
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摘 要: Acoustics 是一门 PhD 级学问,绝非 Hi Fi 写稿佬可以在基础谈用三几千字讲完的题目。



Acoustics 是一门 PhD 级学问,绝非 Hi Fi 写稿佬可以在基础谈用三几千字讲完的题目。最可悲的,是发烧友十居其九不理 acoustics 理论,以为 Hi Fi 可以用其他八宝搭够,由不好声变成好声才是高手。私以为,音响学是必须正视的东西,胡乱摸象鼻象尾巴,于事无补,甚至弄巧反拙。


玩 Hi Fi 需注意的基本音响学理论,不是神话,是科学家们在过去几世纪以来积累的经验及数据,加上近年甚嚣尘上的“听觉心理学"(Psycho-acoustics),问题变得更有趣。


音响主要是由空气震荡而产生。没有空气,震荡也可以在液体或固体中进行。可是,没有震荡,却没有音响。


音波的形态,和将一粒小石投在水面所产生可见的波纹一样。但最要紧记的,是音波以震荡点为核心产生 360 度扩散的立体波辐,而肉眼所见的水波却是平面的。


音波与电波、光波震荡特性完全相同,在碰到阻碍时会有影子、折射、反射,透射或吸收的应变。因此,在房间里,扬声器放射出的声波就形成了错纵复杂,极不规则的图形。


「Hi Fi 基础谈」在《Hi Fi 音响》创刊号中第一节就企图向读者解释音响的物理特性。今天不打算从头再开始讲过了,姑且假定读者们已升了级,有了基本常识吧。

Hi Fi 之道,是要耳朵从器材上听到现场声响之原本。


现场声响之处理,可能是即场转播,或实况录音,或录音里经过预调而臻达录音师所需的录音。不论声响的来源,总之耳朵听到的 Hi Fi,与原音不能有加多或减少。现场所发生的全部声响,包括了咪高峯所拾得的直接音及间接音(即反射音),后者包括第一次、第二次或更多次的反射音,视乎声音衰减率之强度。声音在空间进行的衰减度,是以 Log 为单位,它在空中走得愈远,便需要愈大的能量将音波填满立体空间。空间愈广阔,衰减也愈迅速。


房间音响特性


声波的密度,可以用人工控制,自古以来,人类已懂得把双手套在咀巴前面形成一个号角形,将叫声的集射力增强,令它以直线向前方传得更远。声波愈高,波长愈短的音响,也更具向直线推进而不作立体扩散的特性。年轻人用舌头顶住齿颊间鼓气,可发出音调极高集射性极强的声音,由地下打上十几楼,叫上面的兄弟落街玩。这种极高频不像在楼下大声嗌那样骚扰邻居,由于集射力强,隔离单位已可能听不到这讯号。


北欧维京人有件长逾 7 呎的传统号角,能发出密度最高的中频,立体扩散,在峯顶吹奏,方圆数里范围内听得清清楚楚,这是充份运用音波扩散及回音反射效果的中古 acoustics 科艺。


上述实例,说明了人类怎样利用音响特性在不同环境达到不同效果。这是 acoustics 的物理本能,换了不同环境,它也产生不同反应。在瑞士一间夜总会里吹奏维京长号,音响画面跟在阿尔卑斯峯顶吹奏绝对是两回事。在家中听芝加哥交响乐团在芝加哥 Orchestra Hall 的录音,跟在现场听真实演奏又怎会是一回事哉。


理由太简单了,是因为家中听 Hi Fi 时耳朵听到音乐厅 acoustics 加上听音室 acoustics,其他扩音失真不存在的话。


因此,听音室 acoustics 是影响 Hi Fi 质素最重要的物理反射;绝不能用甚么了哥八宝可以消灭之。


因此,聪明的发烧友(例如 50 年代初的我)也一定联想到,无残响室(anechoic chamber)才是听到 100% 现场音响画面的 Hi Fi 房。


可惜,这附会是错误的开始。


建造一间无残响室,费用当然高。但半无残响室却相对地容易造,价钱也平宜得多。一般录音室的音响控制方式,也就属于半无残响室。我们后生时听单声道 Hi Fi,全室满铺所谓“隔声板",地台满铺地毡,也算是半无残响室。这些听音室,多数只消除了 100Hz 以上的反射波,人走进去,但觉耳膜有少少痛,连呼吸起来也有真空感。建造这类听音室的人,起初总认为只有“无特性"、即“无残响"的聆听环境,方克提供原汁原味绝无半点渲染的真切音响重播。


消灭驻波方法


现实里,一对音箱在无残响室里播出的音响画面,是两点式二声道,左+右的物理作用,可提供非常清晰的左至右定位,但由于缺乏反射波,3D 音响台建不起来,左至右音场阔度很难阔得过音箱的距离,乐器定位都是一粒粒,分不出乐器件头的大与细。


这已是控制得好的例子了,在更差的场合里,房间满铺吸音物的吸音曲线与周率成正比,令房间变成了有强烈驻波,低音混浊,中音干硬,高音刺耳的垃圾房。


因为,我们日常所应用的吸音板,或吸音发泡胶,其吸音曲线均与周率成正比。而且,所能处理的频率均在 100Hz 以上。一般 8 至 9 呎楼面的 box 式屋宇,驻波周率是 40 至 60Hz,任何吸音板或发泡胶面对如此低的周率,都是束手无策的,这包括别超代理的凹凸板 RPG 在内。唯一目前在巿上买得到,能有效地吸收 100Hz 以下的现成东西,是 Tube Trap。Tube Trap 的结构,是让无孔不入的低周从 Tube 的顶端钻进去捕杀之,它的圆柱表面,却对中、高周有反射特性。


RPG 及其他材料,经处理后也可产生吸低音功能。基本原则是反射高中音而让低频钻入吸音物的内部不再出来。一般播音室的墙壁,有 10 吋厚,内藏吸音棉,低音能穿过表层的有孔板,便被吸收。


一间 8 至 9 呎楼面的 Hi Fi 房,如想没有(或很少)驻波,最佳方法是对症下药,用仪器测知驻波周率,用适合的 Tube Trap 在墙角捕杀之。其次是将部份墙壁加厚至 10 吋,照播音室规格造吸低音板。


有一个旁门左道的消灭驻波方式,笔者认为绝对要不得,但好多发烧友都用。办法简单「有效」,只须在有驻波的墙角搁一块薄夹板。据说,薄夹板有吸低音功能。事实上,薄夹板产生本身的谐震周率比驻波高,相对地在整个低频(例如 40 ~ 120Hz)范围音量增大,听起来好像驻波被吸收了(或能量被换移了)。结果呢,是墙角多了块发音膜发出线性谐震,破坏了音箱的定位感分析力。何况,40 至 120Hz 谐震令你听不到真正 20 至 40Hz 低音。


吸音板或发泡胶在控制调节音响效果方面的应用要极谨慎,一不小心就弄巧反拙。因此,没有文化的发烧友才批评用 Sonex 的人没有文化。事实上,愈有文化之发烧友在 Sonex 的应用方面愈成功,但首先要弄清楚问题在哪里。


吸音/反射匹配要适当


好声的听音室,一定要具有适当的残响。美国专家们提供过的 Live end dead end,笔者实实在在试过了,结论是“活"好过“死"。太活的听音室可以逐少加以控制,太死的一开始就无药可救。只有适当的吸音/反射匹配,才克臻至音响画面的连贯性及流畅性。


所谓黄金比例,若应用在 8 至 9 呎楼面的屋宇里,绝对不能解决 40 至 60Hz 驻波问题。笔者的经验,在 Tube Trap 未发明之前,消灭驻波的最佳妥协办法是用测量仪找到它的基周,然后用 1/3 Oct. EQ把 波峯尽量割去。驻波的基周一被控制后,它的谐波峯也显著改善。1/3 Oct. EQ 只适用于 100Hz 以下,因为 EQ 有明显相位失真。换言之,削驻波的 EQ,只宜用于 bi-amp 的低频扩音部份。


我听音室的驻波基周是 45Hz,+15dB。经悉心裁剪后,低周 20Hz 至 100Hz 的 80dB 响度重播曲线是 ±3dB。因此我认为我的组合有能力重播线性颇佳(而相位失真略高于一般超特级超低音)的 20Hz。当听到别处的 40Hz 驻波或“不要低音、没有驻波"的两个极端时,就比较敏感。


 “不要低音、没有驻波"派系,与“宁要驻波、也要低音"是格格不入的。但归根到柢,这两派也很难听到真正低至 20Hz 的低周。前者不用说,根本要将组合在 60Hz 以 6dB/Oct. 开始滚降,故绝无低周。后者却有机会听到基周比率极强近纯 sine wave 的低频,例如管风管和 Synthesizer 的 16Hz 及 32Hz 两个 C 音。(C3=32.7Hz,C4=16.4Hz)


用 Tube Trap 试图降低驻波量,也得花点“尝试及错误"时间。但要记住,Tube Trap 也影响中高音的。


只有特别度身定造的无平行面听音室才能杜绝驻波。

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