如何解決空間聲學(xué)問(wèn)題的音頻技術(shù)

EQ 真的能解決空間聲學(xué)問(wèn)題嗎？

首先，我們先來(lái)思考一下：我們面臨的聲學(xué)問(wèn)題是受限于揚(yáng)聲器系統(tǒng)的性能，還是室內(nèi)建筑聲學(xué)缺陷，亦或者兩者兼而有之？

讓我們先來(lái)看看典型的大型音樂(lè)表演空間的聲場(chǎng)，以及它如何影響大型室內(nèi)空間的調(diào)音。對(duì)于沒(méi)有接受過(guò)建筑聲學(xué)培訓(xùn)，高階的P.A.系統(tǒng)設(shè)計(jì)或沒(méi)有物理學(xué)基礎(chǔ)的讀者，我們會(huì)嘗試用淺顯的語(yǔ)言在闡明聲場(chǎng)定義的同時(shí)，講解如何通過(guò)為音響系統(tǒng)設(shè)置正確均衡來(lái)優(yōu)化演出空間的聲場(chǎng)。

聲學(xué)/聲場(chǎng)定義

毋庸置疑，揚(yáng)聲器設(shè)置均衡是有益的；我們稍后會(huì)討論這個(gè)問(wèn)題。但首先，我們需要從一個(gè)概念開(kāi)始，即在一個(gè)大的表演空間內(nèi)有不同的聲學(xué)區(qū)域（或可稱(chēng)之為場(chǎng)，并且有一些場(chǎng)是重疊的）。幾十年來(lái)，我們中的許多人對(duì)幾種聲場(chǎng)定義感到有些困惑，其實(shí)某種程度上它們有一部分是同義詞；此外，一些雜志文章和網(wǎng)站混淆或省略了一些不同的聲場(chǎng)。所以，讓我們先確定這些定義。

近場(chǎng)

離聲源最近的聲場(chǎng)/區(qū)域被稱(chēng)為近場(chǎng)，它是一個(gè)聲壓和聲學(xué)粒子速度不成正比的空間——它比遠(yuǎn)場(chǎng)具有更高的直達(dá)聲級(jí)。音響系統(tǒng)均衡主要是在這個(gè)直達(dá)聲區(qū)域中非常有效。雖然 EQ 在混響時(shí)間非常短的小空間（例如控制室和家庭影院）中很有效，但揚(yáng)聲器 EQ 在具有顯著混響時(shí)間的大型表演場(chǎng)所中的作用就不一定了。

正如聲學(xué)顧問(wèn) Neil Thompson Shade 解釋的那樣，“空間中的聲源將有一個(gè)靠近聲源的近場(chǎng)，然后過(guò)渡到遠(yuǎn)場(chǎng)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，從近場(chǎng)到遠(yuǎn)場(chǎng)的過(guò)渡距離是最大聲源尺寸的三到五倍。近場(chǎng)非常不穩(wěn)定，聲壓級(jí)隨相對(duì)聲源的位置和角度發(fā)生明顯變化。任何試圖平衡近場(chǎng)的嘗試都是徒勞的，因?yàn)檫@個(gè)聲場(chǎng)不是均勻的，也不能代表觀眾的體驗(yàn)。如果為兩分頻揚(yáng)聲器加上均衡呢？在近場(chǎng)中，響應(yīng)是由高音號(hào)角還是低音號(hào)角主導(dǎo)，具體取決于麥克風(fēng)的接近程度。”

自由場(chǎng)

自由場(chǎng)的官方定義是“聲音不受任何形式的障礙物影響傳播的區(qū)域”。我們經(jīng)常接觸到的說(shuō)法自由場(chǎng)指的是室外，直接場(chǎng)指的是室內(nèi)（例如消音室）。

但其實(shí)術(shù)語(yǔ)“自由場(chǎng)”和“直接場(chǎng)”在某種程度上是同義詞。另一個(gè)類(lèi)似的術(shù)語(yǔ)是“開(kāi)放場(chǎng)”，使用頻率較低，但與其他兩個(gè)是同義的。

臨界距離（Critical Distance）

臨界距離是距聲源（揚(yáng)聲器）的徑向距離，其中直接場(chǎng)和混響場(chǎng)處于同等水平。

圖 1 以圖形方式顯示了直接場(chǎng)的聲壓級(jí)如何從直接場(chǎng)傳播到混響場(chǎng)而下降。

圖 2：平方反比定律展示了聲壓與聲源的距離的平方成反比，距聲源的距離每增加一倍，聲壓級(jí)就會(huì)降低 -6 dB。

平方反比定律告訴我們，如果沒(méi)有回聲或混響，距聲源的距離每增加一倍，聲壓就會(huì)出現(xiàn) 6 dB 的下降。如圖 2 所示，假設(shè)我們?cè)谀硞€(gè)參考距離“d”處測(cè)量連續(xù)音頻源的聲壓級(jí)并檢測(cè) SPL 值 p1?，F(xiàn)在，如果我們移動(dòng)到兩倍“d”的距離，我們將檢測(cè)到一個(gè)新的壓力值 p2，它將是 p1 的二分之一。這個(gè)過(guò)程可以無(wú)限期地進(jìn)行，距離每增加一倍，聲壓就會(huì)減半。

在聲學(xué)上降低混響將使臨界距離距聲源更遠(yuǎn)。當(dāng)然，大型線(xiàn)陣列揚(yáng)聲器的目標(biāo)是將臨界距離延伸到更遠(yuǎn)的混響空間——這樣在直接場(chǎng)中就能容納更多的人。

遠(yuǎn)場(chǎng)

遠(yuǎn)場(chǎng)是存在于近場(chǎng)之外一定距離處的聲區(qū)。它包含自由場(chǎng)和混響場(chǎng)，它們被臨界距離分開(kāi)。在混響場(chǎng)中，盡管存在自由場(chǎng)，但混響主導(dǎo)著觀眾聽(tīng)到的聲音，自由場(chǎng)的聲壓繼續(xù)降低?；祉憟?chǎng)中的系統(tǒng)均衡對(duì)聽(tīng)者感知的影響較小（與自由場(chǎng)相比），這里，隨著與聲源的距離增加，混響聲壓比直達(dá)聲壓更高。

直接/混響比

請(qǐng)注意，雖然在整個(gè)混響場(chǎng)中混響聲壓級(jí)的變化小于 3 dB，但由于平方反比定律，直達(dá)聲繼續(xù)下降。對(duì)于語(yǔ)音和快節(jié)奏的音樂(lè)，較高的直接/混響比是首選——如在典型的自由場(chǎng)中那樣 （而較低的直接/混響比，其中混響聲比直達(dá)聲更大）。

揚(yáng)聲器均衡

雖然為揚(yáng)聲器添加均衡可獲得更線(xiàn)性/平坦的頻率響應(yīng)，這對(duì)大型音樂(lè)空間（或會(huì)議廳）中的每個(gè)人都有好處，但如果試圖降低混響場(chǎng)中的室內(nèi)不好的聲音，則會(huì)對(duì)自由場(chǎng)環(huán)境中的人們產(chǎn)生不利影響。因?yàn)檫@些自由場(chǎng)聽(tīng)眾幾乎聽(tīng)不到場(chǎng)地后方的聲學(xué)異常和混響。因此，嘗試使用系統(tǒng)均衡器來(lái)抵消室內(nèi)聲學(xué)的混響聲音會(huì)惡化自由場(chǎng)中的音質(zhì)。當(dāng)然，可以通過(guò)使用參數(shù)/陷波均衡器/濾波器來(lái)改善反饋前增益。

均衡/優(yōu)化大空間聲場(chǎng)

許多教堂、會(huì)議室和音樂(lè)廳的管理人員長(zhǎng)期以來(lái)一直在他們的空間中添加吸音板，以減少過(guò)多的回聲和混響。但是，當(dāng)使用過(guò)多的吸聲材料時(shí)——例如能夠有效吸收高頻聲音的產(chǎn)品（例如泡沫和玻璃纖維，如圖 3 中的黑色虛線(xiàn)所示），它可能會(huì)導(dǎo)致聲學(xué)上的“死亡”空間，沒(méi)有氛圍感。實(shí)際上，可以使用調(diào)諧吸收設(shè)備來(lái)調(diào)整大空間的聲學(xué)效果。

雖然有一些高 Q（窄帶）吸收器可用（可以像參數(shù)/陷波均衡器/濾波器一樣），但事實(shí)上，自 1990 年代以來(lái)，當(dāng) RPG 的 BAD（二進(jìn)制幅度擴(kuò)散器）面板等產(chǎn)品出現(xiàn)時(shí)，這種低 Q 聲學(xué)面板（有時(shí)也包含一些擴(kuò)散特性）對(duì)于“輕量級(jí)”房間非常有效 —— 意思是用框架構(gòu)件和石膏板建造的房間墻壁（與混凝土或石頭建造的大型大廳相比）。

圖 3：與 1 英寸玻璃纖維（虛線(xiàn)）相比，RPG 的 BAD（二進(jìn)制幅度擴(kuò)散器）面板在不同頻率下的吸收效率

這種輕質(zhì)房間（帶有石膏板和框架結(jié)構(gòu)）會(huì)容納大量低頻，并且通常具有明顯的高頻吸收，從而在中低音區(qū)域留下較長(zhǎng)的混響時(shí)間。這種加強(qiáng)的混響導(dǎo)致混響場(chǎng)中聽(tīng)到的聲音——超出了自由場(chǎng)（或直達(dá)聲）——這對(duì)搖滾音樂(lè)和演講十分不利。此時(shí)我們可以看到，圖3 中的 2 英寸 BAD A-mount 吸音板主要在中低音區(qū)域 （300-600 Hz） 提供最高吸聲，這正是輕量級(jí)房間進(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化所需的！