家庭聽(tīng)音室的房間響應(yīng)橫向比較及改善建議

古林強(qiáng)，謝 璇

（1.廣州大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院，廣東 廣州 510006；2.廣州美術(shù)學(xué)院 建筑藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣東 廣州 510006）

1 引言

房間響應(yīng)是反映聽(tīng)音者偏好度的重要指標(biāo)，是指經(jīng)過(guò)房間內(nèi)主要聽(tīng)音位置的空間平均后得到的頻率響應(yīng)。不平坦和平坦的頻率范圍小的聽(tīng)音環(huán)境與聽(tīng)音者的主觀偏好度呈明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，尤其是低頻響應(yīng)不足時(shí)，可以明確感知聲音被染色。此外，研究指出，絕對(duì)平坦的房間響應(yīng)不是終極追求目標(biāo)，因?yàn)閺穆?tīng)音偏好度的調(diào)查看，絕對(duì)平坦的房間并不能帶來(lái)最佳的評(píng)價(jià)［1］。目前，有關(guān)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)如國(guó)際音頻工程協(xié)會(huì)AES［2］、國(guó)際電工委員會(huì)IEC［3］、歐洲廣播聯(lián)盟EBU 的技術(shù)文檔［4］以及國(guó)際電信聯(lián)盟ITU 的推薦文件［5］等，都對(duì)聽(tīng)音室的房間響應(yīng)規(guī)定了明確的定量范圍或容差范圍。只要房間響應(yīng)沒(méi)有超過(guò)規(guī)定的容差范圍，即認(rèn)為這些響應(yīng)是符合要求的。本次研究隨機(jī)調(diào)查了7 個(gè)形態(tài)各異且經(jīng)過(guò)音響愛(ài)好者刻意處理的家庭聽(tīng)音室。與一般的起居室或客廳不同，就使用目的而言它們是高度確定的，用作家庭增強(qiáng)聲音體驗(yàn)的空間?；诩彝ヂ?tīng)音室的定位，如果沒(méi)有專門的校準(zhǔn)儀器幫助，將很難在房間響應(yīng)上滿足上述標(biāo)準(zhǔn)文件所要求的容差范圍。因此，找到普遍存在的房間響應(yīng)問(wèn)題并提供解決辦法，對(duì)改善大多數(shù)家庭聽(tīng)音室的音質(zhì)條件十分必要。

2 測(cè)試家庭聽(tīng)音室的概況

測(cè)試前，通過(guò)參與興趣群的討論和媒體宣講，本項(xiàng)目組共收到來(lái)自24 個(gè)家庭聽(tīng)音室的測(cè)量請(qǐng)求?？紤]到時(shí)間關(guān)系，隨機(jī)選取了其中的7 個(gè)。所選取家庭聽(tīng)音室的房型如圖1 所示，AES 標(biāo)準(zhǔn)聽(tīng)音間房間的各項(xiàng)參數(shù)如表1 所示。這里的有效面積和有效體積主要指當(dāng)待測(cè)空間與室內(nèi)其他空間存在難以清晰分割的小通道時(shí)，對(duì)該通道采用近似估計(jì)的辦法并入這些空間的總面積和總體積，因此這里的有效面積（UA）和有效體積（UV）不是一個(gè)非常精確的定義，取整數(shù)近似。

表1 AES 標(biāo)準(zhǔn)聽(tīng)音間房間的各項(xiàng)參數(shù)

7 個(gè)家庭聽(tīng)音室中，5 個(gè)面積范圍為28～32 m2，2 個(gè)面積范圍為42～46 m2。從形狀和體積看，有6 個(gè)聽(tīng)音室的基本形式為長(zhǎng)方體，體積范圍為73～159 m3，有1 個(gè)聽(tīng)音室為流行的Loft 空間，即有兩層空間，廳的第二層鏤空，高度較高，體積最大，為182 m3。AES 標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)文件對(duì)聽(tīng)音間的房間尺寸建議如表1 所示?？梢钥吹?，對(duì)于隨機(jī)抽取的7 個(gè)家庭聽(tīng)音室，除了3個(gè)房間的地面面積略小于參考值、1 個(gè)房間的比例不滿足要求以及1 個(gè)房間的揚(yáng)聲器相對(duì)寬度和聽(tīng)音距離不滿足要求，其他有關(guān)尺寸的參考值均達(dá)到了相關(guān)要求。因此，可以判斷這些音響愛(ài)好者除了受制于房間面積之外，了解房間尺寸的相關(guān)建議，說(shuō)明流行音響媒體會(huì)強(qiáng)調(diào)這方面的信息，因此普通音響愛(ài)好者是基本遵守規(guī)定的。

3 聲學(xué)測(cè)量與結(jié)果分析

3.1 聲源與測(cè)點(diǎn)布置

家庭聽(tīng)音室的聲學(xué)測(cè)量分兩種情況。一種是利用業(yè)主的音響設(shè)備播放測(cè)試信號(hào)，在離音箱主軸1 m 處分別測(cè)量左右音箱主軸在近場(chǎng)處的頻率響應(yīng)；另一種是在主要聽(tīng)音位置處測(cè)量頻率響應(yīng)和反射聲序列。每個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)量3 次，盡量減少因測(cè)量位置和測(cè)量時(shí)間帶來(lái)的不一致。

3.2 測(cè)量結(jié)果匯總及分析

將主聽(tīng)音位置測(cè)到的房間響應(yīng)與揚(yáng)聲器近場(chǎng)的響應(yīng)結(jié)合在一起進(jìn)行比較可以看到，在房間本身的聲學(xué)處理與揚(yáng)聲器質(zhì)量的雙重影響下，反射聲序列的測(cè)量位置在主聽(tīng)音位。與該位置的房間響應(yīng)相結(jié)合，可以看到15 ms 內(nèi)到達(dá)的強(qiáng)反射對(duì)房間響應(yīng)的影響。左右聲道在近場(chǎng)與聽(tīng)音位置的頻率響應(yīng)和聽(tīng)音位置的反射聲序列（1 000 Hz）結(jié)果，如圖2～圖15 所示。

根據(jù)AES 技術(shù)文檔，測(cè)量每一個(gè)單獨(dú)的揚(yáng)聲器在參考聽(tīng)音位置的聲壓級(jí)的頻率響應(yīng)，對(duì)于聽(tīng)音環(huán)境至關(guān)重要。該文檔對(duì)房間頻率響應(yīng)的要求如圖16 所示。

本次測(cè)量只考慮左右主音箱在近場(chǎng)1 m 聲學(xué)中心和參考位置的頻率響應(yīng)，用于研究房間聲學(xué)環(huán)境給聽(tīng)音質(zhì)量帶來(lái)的影響。圖2～圖15 的頻率響應(yīng)中，黑色線是近場(chǎng)1 m 處測(cè)到的頻率響應(yīng)曲線，可以代表?yè)P(yáng)聲器自身的影響；藍(lán)色線是參考位置的頻率響應(yīng)曲線，代表?yè)P(yáng)聲器和房間的綜合影響。從1、4、5、6 號(hào)聽(tīng)音間左右揚(yáng)聲器的近場(chǎng)頻率響應(yīng)曲線可以看到明顯、單獨(dú)的起伏，起伏變化范圍可達(dá)±6 dB，且起伏位置不同。明顯、離散程度很高的鋸齒形說(shuō)明這些聽(tīng)音間的揚(yáng)聲器頻率特性一致性和頻率響應(yīng)一般，不能稱為優(yōu)秀的雙通道立體聲系統(tǒng)。相比之下，2、3、7 號(hào)聽(tīng)音間的揚(yáng)聲器性能相對(duì)優(yōu)秀。觀察所有聽(tīng)音間參考聽(tīng)音位置的頻率響應(yīng)，發(fā)現(xiàn)它們均不能落在圖16 相對(duì)聲壓級(jí)容許的范圍內(nèi)。尤其對(duì)2、3、7 號(hào)房間而言，雖然揚(yáng)聲器本身性能優(yōu)秀，但是房間頻率響應(yīng)帶來(lái)了很大畸變，使得兩者疊加后的性能變得不理想。房間的頻率響應(yīng)受體型、各種反射面、吸聲面以及擴(kuò)散面的綜合影響。從圖2～圖15 的藍(lán)色線可看到，1、2、3、5、6 號(hào)聽(tīng)音間的曲線存在明顯的離散鋸齒狀，相對(duì)聲壓級(jí)相差可達(dá)15～20 dB。這種現(xiàn)象主要是受房間簡(jiǎn)正模式的影響，如果激發(fā)頻率與這些簡(jiǎn)正模式的頻率一致，在頻率響應(yīng)上形成明顯的波峰和波谷。經(jīng)訪談獲知，所有聽(tīng)音間的音響系統(tǒng)和聲學(xué)裝修是愛(ài)好者根據(jù)自己的喜好親自動(dòng)手制作、改良和調(diào)試的，所以即使音響愛(ài)好者對(duì)音質(zhì)有很高的追求，在沒(méi)有專業(yè)儀器設(shè)備輔助校準(zhǔn)的情況下是不能滿足圖16 的容許范圍的，而且有50%的概率會(huì)使原來(lái)的音箱性能變得更差。

3.3 反射聲序列

AES 技術(shù)文檔對(duì)反射聲序列的要求是15 ms內(nèi)（1～8 kHz）的反射聲要比直達(dá)聲低10 dB 以上?？紤]到聽(tīng)音間的各表面離參考聽(tīng)音位置較近，波前擴(kuò)張帶來(lái)的聲強(qiáng)減少并不明顯，也就是說(shuō)某些表面的高頻吸聲系數(shù)要達(dá)到0.8 以上。表1 顯示了1 kHz 時(shí)各個(gè)房間的反射聲序列，其中1、4、5、6、7 號(hào)聽(tīng)音間的反射聲序列不滿足AES 技術(shù)文檔的要求。1 號(hào)聽(tīng)音間的側(cè)面布置了25 mm 的吸聲軟包，1 000 Hz 的吸聲系數(shù)可大于0.8，合理判斷強(qiáng)反射聲應(yīng)來(lái)自高頻沒(méi)有吸聲能力的天花板。2 號(hào)聽(tīng)音間的反射聲滿足要求，盡管側(cè)面和頂面的吸聲材料有限，但有限的吸聲材料布置的位置正確，且天花板很高，由波前擴(kuò)張帶來(lái)的聲強(qiáng)減少相對(duì)較強(qiáng)。3 號(hào)聽(tīng)音間由于各個(gè)表面都有吸聲能力較好的材料，因此反射聲序列滿足規(guī)范要求。4 號(hào)聽(tīng)音間的強(qiáng)反射聲強(qiáng)度大，持續(xù)時(shí)間短，估計(jì)來(lái)源于一個(gè)大的堅(jiān)硬表面，很有可能是沒(méi)有聲學(xué)處理的天花板。5 號(hào)和6 號(hào)聽(tīng)音間的強(qiáng)反射聲存在共性部分，強(qiáng)反射聲來(lái)得很早，估計(jì)是由于光滑瓷磚地面的反射。對(duì)于該不該去除來(lái)自地面的強(qiáng)反射聲，學(xué)術(shù)界并沒(méi)有統(tǒng)一的看法。有些文獻(xiàn)建議應(yīng)該去除［6］，從而減少因強(qiáng)反射聲帶來(lái)過(guò)早的梳狀濾波效應(yīng)；而有些文獻(xiàn)則認(rèn)為不必去除，認(rèn)為人的聽(tīng)音經(jīng)驗(yàn)可以通過(guò)某些心理機(jī)制自動(dòng)屏蔽來(lái)自地面的強(qiáng)反射聲，去除后反而帶來(lái)奇怪的感覺(jué)［7］。7 號(hào)聽(tīng)音間的強(qiáng)反射聲來(lái)自很多表面且連續(xù)到達(dá)，判斷是來(lái)自側(cè)面和頂面擴(kuò)散能力很弱的裝飾擴(kuò)散體。盡管各個(gè)聽(tīng)音間都有吸聲材料，大部分的吸聲材料吸聲能力尚可，但是由于有些聽(tīng)音間中吸聲材料布置位置不當(dāng)，造成了反射聲過(guò)強(qiáng)的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

將現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果與AES 技術(shù)文檔進(jìn)行對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，7 個(gè)音響愛(ài)好者自己設(shè)計(jì)裝修的家庭聽(tīng)音間盡管有刻意調(diào)整的努力，但所有的房間響應(yīng)均存在聲學(xué)缺陷，因此提出了以下指導(dǎo)建議。第一，增加250 Hz 以下低頻的吸聲量。就容積70～100 m3的聽(tīng)音間來(lái)說(shuō)，低頻段吸聲量的范圍應(yīng)該在20～30 m2。第二，盡量保證各個(gè)頻帶的吸聲量一致。第三，在沒(méi)有吸聲系數(shù)的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)的情況下，不應(yīng)只用單一類別的吸聲體或吸聲結(jié)構(gòu)。如果只是采用吸聲軟包，后面要留50～100 mm 的空腔。第四，利用鏡面反射原理，確定好“聲源—反射面—參考聽(tīng)位”關(guān)系中第一階反射聲的反射面位置，并在此位置放置不小于1 m2的全頻吸聲體。第五，應(yīng)該對(duì)天花板進(jìn)行吸聲處理，尤其是天花板中給聽(tīng)音位置帶來(lái)強(qiáng)反射聲的部位。