家庭影院室內(nèi)聲學處理基本上都無法避開的吸聲處理上。通常來說，我們在進行家庭影院聲學處理的時候，往往會選擇在房間的前半部分，或者更準確地說是在房間前半部分的第一反射點上進行吸聲處理，以提升前方聲場的聚焦與聲像信息的準確性，同時也可以在一定程度上控制房間的混響時間。不過，對于家庭影院這樣的小空間，究竟要在房間中進行多大規(guī)模的吸聲處理，又或者說選擇哪種類型以及哪種規(guī)格的吸聲材料都是要特別小心的。我們在這么多年來，看過不少國內(nèi)外的家庭影院設計方案，最常碰見的問題不是沒有吸聲處理，而是在房間中安裝了過多的吸聲板，而導致房間中的混響時間過低，聲音干癟，沒有活力，甚至還直接影響到房間的聲音品質(zhì)，使得房間中的聲音在某些頻段有明顯的缺陷。其實，對于房間聲學吸聲處理方面的討論，國內(nèi)外不少專家與學者都進行過深入的研究和分析，比如說我們所熟悉的擔任CEDIA大獎家庭影院類聲學設計部分資深評委、美國HAA(Home Acoustics Alliance)主席Gerry Lemay就曾經(jīng)深入淺出地分析過聲學吸聲處理的基本策略，并給眾多影音愛好者帶來了一些相當不錯的實際指導意見。本期，我們就結(jié)合Gerry Lemay的分析，與大家共同探討家庭影院室內(nèi)聲學吸聲處理的利與弊。
HAA創(chuàng)始人與主席Gerry Lemay.jpg美國HAA(Home Acoustics Alliance)主席Gerry Lemay，歷任CEDIA大獎家庭影院類聲學設計部分資深評委，主導設計過上千個家用與專業(yè)影院，錄音室以及各類聲學空間，遍布美國、英國、歐洲、印度、東南亞等國家與地區(qū)，為美國CEDIA定制安裝協(xié)會撰寫家庭影院音頻設計方面的規(guī)范標準
關于吸聲材料的類型簡單介紹
聲阻式吸聲體：這類吸聲材料也稱為多孔吸聲材料，結(jié)構(gòu)上具有大量內(nèi)外相連的微小空隙與孔洞。吸聲原理是當聲波入射到多孔材料上，聲波能順著微小空隙與孔洞進入材料的內(nèi)部，引起內(nèi)部這些微孔中的空氣產(chǎn)生振動。由于空氣的粘滯阻力、空氣與孔壁的摩擦和熱傳導作用等，使相當一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被損耗。常見的聲阻式吸聲體包括離心玻璃棉板、有機吸聲棉、玻纖吸聲板木絲吸聲板。這類吸聲材料主要針對的是中高頻方面的吸聲處理，同時需要注意的一點，越高密度的吸聲板在大角度聲音入射的情況下，對高頻容易產(chǎn)生一定程度的反射作用。
膜式(機械共振)吸聲體：這類聲學處理材料主要是針對250Hz或以下的低頻聲音而研發(fā)出來的。它通過一個表面對聲音響應運動來起作用。聲音能量被消耗在吸聲體的表面的來回運動中，從而起到吸聲的作用。共振吸聲材料的基本原理，是根據(jù)密閉空腔中的物體在聲波激發(fā)下會產(chǎn)生振動，而振動物體由于自身內(nèi)部摩擦與空氣摩擦，將一部分的振動能量轉(zhuǎn)變成為熱能而消耗。根據(jù)能量守恒定理，這些損耗的能量均是激發(fā)內(nèi)部內(nèi)部與物體振動的聲波能量。因此，在這種結(jié)構(gòu)下能夠消耗聲能，產(chǎn)生吸聲效果。物體有自身的固有共振頻率，當聲波頻率與結(jié)構(gòu)和物體的固有頻率相同時，就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此時物體的振動最為強烈，振幅與速度就會達到最大值，引起的能量損耗就越多，產(chǎn)生的吸聲效果就越明顯。需要特別注意的一點，普通地板和墻面都是有效的膜式吸聲體，應把相關的吸聲量計算在內(nèi)。
亥姆霍茲(聲學共振)吸聲體：亥姆霍茲共振器屬于典型的空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中間封閉有一定體積的空腔，并通過一定深度的小孔和聲場空間連通。在結(jié)構(gòu)上與玻璃瓶非常相似，內(nèi)部的大空腔與外部空間由狹窄的瓶頸相連。當腔內(nèi)的聲音共振頻率與入射聲波相同，相應頻率的入射聲波就會被吸收。亥姆霍茲共振器在共振頻率附近的吸聲系數(shù)較大，吸收頻帶窄而且共振頻率較低，屬于較為單一的低頻吸聲體，在建筑上很少會單獨使用。不過，目前已經(jīng)有商業(yè)化的混凝土整體化砌塊產(chǎn)品出現(xiàn)，而且由于表面多孔而粗糙，也適合用于高頻吸聲方面。常見的穿孔板共振吸聲材料就是亥姆霍茲共振器的并聯(lián)組合。
與美國HAA家庭聲學聯(lián)盟主席Gerry Lemay一同分析房間處理的吸聲策略利與弊
談多年前發(fā)燒友們吸聲策略
曾記得很多年前，只有最具冒險精神的發(fā)燒友才會認真對待他們的視聽室。得到更好聲音的承諾讓很多人前往建材店，購買一些Owens Corning 703玻璃纖維板，然后改裝成自用的吸聲板（很多人至今仍這樣做）。當然，那時候也有些人會使用裝雞蛋的紙箱和地毯來進行吸聲處理。當時，增加聲學處理最普遍的建議叫做LEDE系統(tǒng)。LEDE是“live-end dead-end””沉寂端-活躍端”的首字母縮寫，意思是讓你房間的前半部分變得安靜，讓房間后半部分具有反射性。或者說靠近揚聲器的房間前半部分采用較強的吸聲處理，后半部分采用反射或擴散處理。如果沒有更好的選擇，這并不是一個壞主意。
LEDE系統(tǒng)的基本構(gòu)造
Owens Corning 703玻璃纖維板
關于鏡像點，也就是第一反射點的處理
后來，人們發(fā)現(xiàn)了對墻面“鏡像點”也就是第一反射點進行吸聲處理的好處。這是一個更復雜的概念，因為它需要使用一面鏡子，并有一名助手(或愿意的配偶)在旁協(xié)助。助手沿著側(cè)墻移動鏡子，直到你能看到每個音箱。每個鏡像點都是放置吸聲板的目標點。大多數(shù)時候，效果是可以聽得見的，聲音的聚焦和細節(jié)都有了明顯的改善。上圖顯示了聲音傳播時的鏡像（反射）點，就像球從墻上反彈到你的耳朵。這種現(xiàn)象叫做鏡面反射。在能聽得見聲音鏡面反射的情況下，所有的鏡像點甚至只是對側(cè)墻鏡像點進行吸聲處理，并不是完全有益的，還會引起其它問題。如今，我們知道簡單地對全面吸收反射聲的做法并不是最好的選擇。一些反射聲應該要被吸收處理，而另一些則不應該被處理，因為能增強了包圍感和空間感。我喜歡稱它為反射聲管理。
鏡面反射或者說與墻面的第一次反射點
關于室內(nèi)聲學處理的幾種方式的差異性
眾多發(fā)燒友論壇充斥大量關于使用不同設計聲學處理策略的文章。不過，如果使用了這些聲學處理策略，但結(jié)果卻不能讓人滿意，就可能會讓很多人會感到困惑，而且還不免要花上一筆不菲的“學費”。其實最基本的聲學處理策略就已經(jīng)能起到不小的作用，同時學習一下相關知識也未嘗不是一件好事情。首先讓我們看看聲學處理的不同類型。
吸聲處理：吸收撞擊在面板上面的聲音。這會減少或消除反射聲的能量。
擴散處理：通過擴散板來打散聲音。雖然它們通常不是為了減少聲音中的能量而設計的，但它們通過將一個反射聲拆分成許多不同方向的反射聲，有效地減少了反射聲的能量。
反射處理：沒錯，反射處理是房間設計中一個重要元素。許多反射聲是有益的，應該被保留。
低頻陷阱：這一類型包含從非常厚的吸聲面板到共振類型的吸聲體的所有材料。共同之處在于它們都能有效地吸收低頻能量。
混合處理：這些類型結(jié)合了上述類型的功能。當我們只是要吸收某些頻率的聲音，而其他頻段需要反射或散射處理的時候，混合處理的聲學材料非常有用。
總的來說，最常見的聲學處理是吸聲。其中最常用到的材料是玻璃纖維板，當然還有聲學泡沫板、礦物纖維板、聚酯板等。這類材料的面板被稱為動能纖維吸聲體。它們通過減慢振動空氣分子的速度來減少聲音能量。空氣分子需要與面板中的纖維發(fā)生碰撞，從而將其動能轉(zhuǎn)化為碰撞產(chǎn)生的熱量。這些面板在吸收聲音能量的同時，溫度會有所升高(非常輕微)。
在深入討論吸聲材料之前，必須讀懂Absorption Coefficient 吸聲系數(shù)(AC)
早些年，大多數(shù)人都會使用1英寸(25毫米)厚度的吸聲板。它既便宜又容易買得到。但很快有人指出，使用2英寸 (50毫米)厚度的吸聲板能產(chǎn)生更好的效果，后續(xù)則是使用3英寸 (75毫米)，甚至更厚。其實，這背后的原理是基于對吸聲系數(shù)(AC)有了更深入的理解。具體來說吸聲系數(shù)是該材料吸收的聲音能量和投射在材料表面的聲音能量之間的比值。因此，系數(shù)為1意味著所有撞擊在面板表面的聲音都被吸收了。25毫米面板在吸收高頻方面做得很好，但對較低的頻率效果甚微。因為當頻率越低時，吸聲系數(shù)也會越低。這些25毫米面板吸收了相對活躍的高頻，但實際上沒有觸及到較低的頻率。這意味著一個放置在鏡像點，也就是第一反射點上的25毫米面板只完成了一半的工作(技術上來說還不到一半)。下圖顯示了Owens Corning 703纖維板不同厚度吸聲系數(shù)的比較。請注意，在1000Hz以下的重要頻率范圍內(nèi)，25毫米面板的吸聲系數(shù)遠遠低于所需的吸聲系數(shù)1。
Owens Corning 703纖維板不同厚度吸聲系數(shù)的比較
值得留意的一點，根據(jù)上面圖表顯示，較厚的面板吸收了超過100%的聲音。這是因為吸聲系數(shù)的計算只考慮了面板前表面的測量，面板的側(cè)面沒有考慮在內(nèi)，但它們確實吸收了聲音。另外需要指出的是，吸聲系數(shù)測量也包括面板吸收的隨機入射聲量。這對于計算音樂廳或教堂需要多少個面板是很有用的，但關于面板如何處理來自特定方向聲音的信息就少得多了。
來自Floyd Toole博士關于吸聲處理的新討論
Floyd Toole博士與他的經(jīng)典之作《聲音的重現(xiàn)》
Floyd Toole博士在他的書《聲音的重現(xiàn)》（第21.3.2章）中討論了典型的玻璃纖維吸聲板的聲學影響。他提供了具體的測量數(shù)據(jù)來支持他的理論，即一個好音箱的側(cè)面第一次反射聲不一定要被吸收。這正是我們將要討論的話題。相關數(shù)據(jù)表明，盡管這些典型的吸聲體有著明顯一致的吸聲系數(shù)，但它們也不能均勻地吸收所有頻率。Floyd Toole博士也指出，對于音箱到聆聽者的第一次反射聲，典型纖維面板的吸聲效果取決于聲波進入面板的角度。一些值得注意的結(jié)論如下：吸聲系數(shù)的圖表數(shù)據(jù)是有不足的，因為它們是基于隨機入射聲的測量，而不針對第一次反射聲。當入射聲是某一個角度而不是隨機角度時，它們對不同頻率有不同的吸收水平。這些圖表數(shù)據(jù)也缺乏具體的數(shù)字來顯示反射對頻率響應的真實影響。因為反射聲對測量的聆聽位置頻率響應有明顯的影響，所以了解這一點很重要。最后，吸聲系數(shù)的測量不包括更高頻率的聲音(最高達20kHz)，而這些數(shù)據(jù)正好體現(xiàn)出在更高頻率聲音受到反射影響而導致低吸收率的問題。
至少需要使用3英寸(75mm)或更厚的面板來吸收轉(zhuǎn)換頻率以上的頻率。轉(zhuǎn)換頻率是我們在聲學設計和校準策略對對第一次反射聲進行處理的關鍵點，在典型的小房間中，通常指300-500Hz之間的頻率。應用在音箱表面的纖維布被設計成透聲(至少它試著做具有聲音穿透的能力)的價值之一。它也指出Guilford of Maine FR701纖維布普遍受歡迎的原因，雖然在更高頻率下仍能反射，但它卻是一種更“具聲音穿透性”的材質(zhì)。
《聲音的重現(xiàn)》第21.3.2章關于不同厚度的低密度吸聲板的隨機入射吸聲系數(shù)。a表格是直接安裝在硬質(zhì)表面上，b表格是距離硬質(zhì)表面405mm的距離安裝。很明顯低頻吸聲性能隨材料厚度的增加而增加，而額外的空間則會提高超低頻率的吸聲性能
《聲音的重現(xiàn)》第21.3.2章關于常規(guī)入射角與45度入射角的反射聲衰減量的比較圖。可見入射角增大時，吸聲量增大
Guilford of Maine FR701纖維布
接下來，我們要怎么做？
那么，我們要怎么做呢？把4英寸(100毫米)的吸聲板粘在墻上？不使用吸聲板？每個人都知道用吸聲板的聲音更好，對吧？
對側(cè)面的第一次反射聲進行吸聲處理確實可以通過增加直達聲的總量，以提高聚焦感(立體聲像)和細節(jié)。如果你偏愛使用厚的吸聲板來減少頻響的失真，那么需要注意對第一次反射聲的吸收也會明顯減少聲場寬度和空間感。如果你更喜歡更寬的三維聲場，不要吸收側(cè)面的第一次反射聲。Floyd Toole博士主張這些反射不一定要被吸收的原因如下：一個好的音箱(有著出色的離軸響應)所產(chǎn)生的反射聲，可以增強包圍感和空間感。因為反射聲的頻率響應失真更小(由于沒有吸聲板)，所以聆聽位置的頻率響應將更像音箱設計時的原本頻率響應。
如果你是一個近場的聆聽者(坐在非常靠近音箱的位置)。吸聲板所起到的作用更小，因為你正在聽的主要音源是音箱的直達聲，它最小化了聆聽位置聲音的反射影響。這種方案在硬核兩聲道發(fā)燒友中并不少見。
如果你擁有一個家庭影院，而且座位不止一個(特別是如果你有多于一排的座位)。只選擇一個好位置(近場聆聽的甜區(qū))顯然是不實際的。你需要在房間靠后的位置設定多個座位，以提供一個讓所有人滿意的體驗。于是，反射聲開始扮演更重要的角色。過分吸收反射聲也會減少甜區(qū)三角形的寬度。在一個環(huán)繞聲系統(tǒng)的案例中，過分吸聲會導致音箱不能產(chǎn)生一個有足夠凝聚力的聲場。不過，你看到吸聲板的使用方式并不是一成不變的。正確的使用取決于你所聆聽的音箱、你的聆聽習慣，當然還有你的房間。
小房間中RT60參數(shù)的真正用途
當談論到吸聲處理經(jīng)常會出現(xiàn)的一個話題是房間的RT60。混響時間定義為在某個特定頻率的聲音衰減60dB所需的時間，通常縮寫為RT60。因為混響時間與房間內(nèi)的混響聲壓級成正比。RT60的意義在于，我們基本上會用它來比較混響聲和直達聲的聲壓級。早期(包括現(xiàn)在)直接測量混響聲聲壓級是不切實際的。因此，隨著時間的推移，我們收集了一系列RT的實驗數(shù)值，這些數(shù)值代表了不同大小空間和不同用途所需的RT60。較大的視聽空間有較長的RT60，學校教室、禮堂往往需要一個相對較低的目標值。在HAA的調(diào)校中，我們主要使用RT測量來判斷是否過度處理了房間，或者說吸聲處理是否過多。而一個特別小的房間可能只是做了一小部分吸聲處理就會很容易變成過度處理。因此，對于大部分房間來說，計算RT60準確的數(shù)值并不是一個有用的工具。我們只是使用RT測量作為警告信號，來決定是否不在墻上安裝吸聲板(或在完成安裝后移除一些)。這么做的原因有很多。
混響時間定義為在某個特定頻率的聲音衰減60dB所需的時間，通常縮寫為RT60
大房間聲學計算的基本依據(jù)是“自由聲場”模型。這是吸聲系數(shù)的隨機入射聲測量在商業(yè)聲學處理中如此重要的原因。大空間內(nèi)的混響聲場基本上是均勻、隨機分散的。但大多數(shù)家庭影院并不是一個自由的空間(沒有雙關的意思)。在小房間里，早期的反射聲要大得多，因為它們傳到我們耳朵里的距離很短。聲場不是均勻的，增強了我們對鏡面反射研究的興趣，而不是像在音樂廳或禮堂那樣計算所有反射的綜合效應。得到精確的RT60的基本要求是需要在一個均勻的混響聲場的基礎上。這就是為什么在HAA中，我們使用RT(混響時間)這個術語來讓所有人明白，其實我們知道RT60不是一個真正的RT60，盡管我們使用了相同的程序來測量它。
我們的房間都是小空間。各種各樣的組織都給出了小房間的推薦混響時間，介于200ms到500ms之間。大部分住宅的房間都適用于這個標準。除非房間特別大，或者家中缺少常見的聲音吸收相關的家居元素(家具、窗簾、地毯等)，否則不需要減少混響時間。
大房間的聲學工作人員在項目設計階段使用RT60作為計算工具。使用的公式像Sabines、Fitroy’s、Eyring等等。它們可以精確計算要達到目標值RT60，需要對多大的表面區(qū)域進行處理。但這些公式會隨著房間變小而失去作用，它們在小房間中不是有用的工具。
吸聲處理的作用還有很多，但必須要留意不能過度吸聲
因此，在一個小房間中，吸聲型的房間處理方式其實價值是有限的……但當我們使用它了，確實聲音聽起來更好！實際情況是，在一個高性能的系統(tǒng)安裝中，對小房間的聲學處理是必要的，但它不依賴于吸收全部或大部分反射聲。它取決于理解聲場的復雜結(jié)構(gòu)和每個反射點的性質(zhì)。我們使用吸聲板(以及其他聲學處理類型)來創(chuàng)造一個無縫和寬敞的聲場，同時保持高質(zhì)量的聚焦(成像)和細節(jié)。其它因素包括使用合適的吸聲板來控制低頻效應，像SBIR(音箱邊界干擾效應)、補償不好的揚聲器偏離軸響應、使用分散式的吸聲板安放策略來創(chuàng)造聲場、增加聲場的擴散以及其它因素。
最后
從Gerry Lemay上述對于家庭影院這類小房間的吸聲處理分析中，我們不難發(fā)現(xiàn)吸聲處理并不像我們想像中的簡單，最基本的前吸后擴的處理方式，在家庭影院房間聲學處理上是非常基礎的策略，而我們還可以根據(jù)實際情況做得更好。同時也了解到不同厚度吸聲板、不同入射角度吸聲板的吸聲性能都會不一樣，而對于RT60，其主要作用是用于衡量房間吸聲是否過度的影響，而并非追求某個準確的數(shù)值。最后，關鍵之處在于我們必須要注意不要過度吸聲，否則會對房間的聲音品質(zhì)造成極大的影響。
