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12月 17, 2020

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挑選音響必定要了解:何謂好聲音

 小空間聆聽 多低頻雜音

 

要理解好的聲音是怎麼來的,要先提一下聲音的物理。聲音的本質就是波。波的行為,在物理上來區分,其實根本上就是「吸收」與「反射」。 

軟材質與硬材質

要理解好的聲音是怎麼來的,要先提一下聲音的物理。聲音的本質就是波。波的行為,在物理上來區分,其實根本上就是「吸收」與「反射」。軟的材質,舉凡布類、絲絨、海綿,這些都是容易吸收聲音的材質;硬的材質,例如玻璃、金屬、木頭,這些都是容易反射聲音的材質。所以如果一個房間裡滿滿的都是沙發、床、抱枕、皮件這類軟物,甚至還有地毯的話,這個空間就是吸音較多的空間。如果擺放的是書架、電視、櫃子等硬物,那這就是反射較多的空間。吸音較多的空間,在我們的聽覺上會呈現比較清晰乾淨,所謂「乾」的聲響;反射較多的空間,會有比較多的「殘響」,一般會形容這樣的聲響比較「濕」。 

一個聽覺上平衡的音響空間,通常是乾濕適中的,空間裡有些地方反射,也會有些地方吸音。 

擴散可能有些稍微接觸過音響空間的朋友,都會聽過「擴散」這回事。到底擴散是什麼呢?其實擴散的本質就是反射,但是把反射這件事情做得更好,甚至追求反射的最佳化。有一種聲學裝置叫做「擴散板」,它通常由許多塊不同深淺、凹凸起伏的木頭製成,其中每一根木頭的高度,都是經由聲學物理計算得來的。在錄音室裡經常可以看到它。一般光滑平板的牆面造成的反射音,也就是迴音,會與喇叭發出的原音之間互相交疊干擾,影響音像的定位清晰度;光滑平板的牆面換成擴散板的凹凸面之後就不一樣了,聲波在碰到這些不同深淺的木塊反射之後,相位會錯開來,產生波程差,變成不會與原音之間互相交疊干擾的殘響。用吸音的方式來處理迴音,常常造成房間內太乾,而且有高頻不足的問題,擴散板可以反射中高頻,補足空間內中高頻的量。也讓整個音場聽起來比較濕,加深音場的深度。 

在展演空間、音樂餐廳裡經常可以看到凹凸起伏的牆面,那可不是裝置藝術唷!那其實就是為了擴散而設的,除了看起來好看,也是讓聲音聽起來好聽的秘密。下次看到擴散板的時候,試著找一道平板的牆面,對著牆面喊叫,聽聽看來自牆面的反射音;再對著擴散板喊叫,感受一下來自擴散板的反射音,就可以體驗兩者在聽覺上的差異了。 

低頻的方向性

以一般大眾會接觸到的聲學知識來說,應該有不少人都聽過「低頻沒有方向性」這個說法。這件事是怎麼來的呢?其實跟「繞射」這個物理現象有關。當水波經過一道「寬門」的時候,它會直直地往前行進;但是當它經過的是一道「窄門」時,宅門會變成一個新的「源頭」,讓整個水波呈圓 形往四面八方擴散開來。

這種波動經過狹縫而擴散開來的物理現象,稱為「繞射」。當狹縫窄到會讓波動繞射的時候,原本直線前進的波就 不會再是直線前進了,它會往四面八方散開。 這個「寬」跟「窄」的差別,大致上以水波的「波長」為基準。如果門窄到跟水波的波長差不多,那這道門就可以說它是窄的,在物理上稱為「狹縫」。 

如果門很寬,遠遠比水波的波長還要寬,那這道門就是寬的,就不是物理上所謂的「狹縫」。 瞭解了這個概念,我們就把剛剛的水波換成聲波吧!來換算一下低頻的波長,會發現頻率 100Hz 的聲波,波長算出來竟然是 3.4 公尺!(註一)是 的,3.4 公尺,比大多數人家裡的一層樓還要高,這麼長的長度,聲音才來回振動了一次。如果是 50 Hz 的聲波,波長就是剛剛的兩倍,長達的聲波,波長就是剛剛的兩倍,長達 6.8 公尺了。 到這裡,你是不是已經發現了什麼呢? 水波通過「寬門」時會直行。水波通過「窄門」時會產生「繞射」現象。 ─ 註一:根據國中學過的物理公式,聲速 = 頻率 x 波長,聲音在空氣中的速度是 340 公尺 / 秒,頻率是 100Hz,可以得出波長 = 3.4 公尺。 

是的,對於一般的建築,大多數居家室內空間的牆面之間,對於 100Hz 以 下的低頻來說,都是狹縫!居家空間裡的任兩道牆,對於低頻聲波來說,都是相當窄的窄門,就算是很大的客廳,天花板和地板之間,對低頻來說依然都是狹縫。因此當喇叭發出低頻的時候,在室內空間幾乎都會往 四面八方散開。即使在室外的大型演唱會,喇叭距離地面也很難高達數十公 尺,因此低頻永遠都會有繞射的現象。 直角與平行面的低頻困擾 低頻就是這麼沒有方向性的四處亂竄,根本上無可避免。 

特別在兩面牆或三面牆之間的直角處,是最容易形成低頻淤積的地方。而兩面互相平行的牆 面、或是天花板和地板之間,我們永遠都可以找到某個低頻的頻率,正好會 形成駐波。(註二) 而大多數的建築空間內,都有許多的直角與平行面。這也是為什麼大多數 未經聲學處理的空間,在聽音樂的時候,都會有某個低頻,特別的惱人,這個低頻會干擾音樂裡面低音樂器的表現,例如大鼓、貝斯的形狀跟線條會都失準,變得跟混音師當初在製作這張專輯時,想要呈現的低音的樣子,長得完全不一樣。  

因此方正的房間本身,對於聆聽音樂來說是不好的。 萬一房間的長、寬、高之間還恰巧呈現「簡單整數比」,那就更糟糕了! 例如房間寬剛好等於樓高的狹長房間(長:寬:高 = 2:1:1),或是長寬 剛好是樓高兩倍的方型大客廳(2:2:1),都很難讓這個空間有好的聲音表 現。其中最慘的,應該是是完全正方形(1:1:1)的小房間。 低頻陷阱 為了解決低頻淤積跟駐波問題,於是有了低頻陷阱這個東西。 低頻陷阱到底是什麼呢?它其實就是一塊又大又厚重的吸音板,為了讓吸音的範圍必須要能達到低頻,因此尺寸必須要夠大夠厚,才能真的吸到夠低頻段的聲音。專業的低頻陷阱,對於內部棉類材料的選擇以及大小尺寸,安裝位置的設計,都有許多講究。 喇叭背後的牆面,是低頻陷阱安裝第一關鍵的地方。大致上的觀念很簡單,因為喇叭會將聲音往前打,但低頻因為沒有方向性,所以越低的頻率在喇叭的背後會越累積越多,如果喇叭背後剛好是呈直角的牆角的話,狀況則會更嚴重,也因此喇叭的後牆是需要將低頻做吸音的,不吸音會讓整個音場顯得太轟而失去清晰度。在後牆和左右側牆之間的兩處直角,擺上大型的低頻陷阱,這兩個巨大的吸音裝置可以解決掉這間房間裡最多惱人的低頻。也可以將低頻陷阱擺在後牆兩個直角處的人耳高度附近,但上面碰到天花板的兩個「三面直角」處,另外吊掛較小的低頻陷阱。這兩個最基本的角處理完以後,如果想要更好,就依樣畫葫蘆,再處理房間後方的另外兩個角吧! 

註二:空間的大小本身,其實跟低頻會不會發生駐波、在哪個頻率發生駐波有相當大的關係。在 大多數唱片的混音中,低於 100Hz 的頻率,都被認知為屬於低頻的範圍。例如大鼓,最主要的頻 率在 60Hz 附近,貝斯最主要的頻率在 80Hz 附近。我們以 100Hz 來計算,套用最基本的物理公 式:聲速 = 頻率 x 波長,可以算出 100Hz 的聲波,波長為 3.4 公尺。也就是說,在半波長 1.7 公 尺的整數倍,例如 1.7、3.4、5.1、6.8、8.5 公尺⋯⋯這些都是會讓 100Hz 的聲波發生駐波的尺 寸。這也就是說,兩面平行牆面之間,只要距離是 1.7、3.4、5.1、6.8 公尺,這些寬度就會造成 100Hz 的駐波。兩面牆間不同的距離,會造成不同頻率的低頻駐波。只要有平行面,一定會有某個特別麻煩的低頻駐波存在。 

 

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音響入門誌 Soundbody
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作者

德川音箱為減少消費者盲目摸索的過程,提供音響入門者的科普知識與音響設備資訊整合,所規畫的一系列音響入門雜誌。每期都結合了專業嚴謹的音響科學小知識與富含童趣感的音響玩具。一套共三集,分別是揚聲器、藍牙擴大機、DAC耳機擴大機,內容循序漸進,淺顯易讀,幫助您更輕鬆地進入音響世界。


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