多思考細觀察 音響擺位的重中之重

2020-11-27 萬維家電網

  杜比、THX都提供了標準的音箱擺位圖,可是實際是只是規定了音箱與聽音者之間的方位(角度),並沒有提供與牆壁、天花板、地板的位置關係。一些書籍和雜誌上有各種各樣的擺位原則,但都莫衷一詞,讓人無所適從。今天咱們就來細細研究一下,探個究竟,多問個為什麼。

  根據我的理解,音箱的擺位主要影響重放的低、中頻特性,使頻率響應曲線惡化,對音質影響很大。那麼,決定音箱擺位的因素究竟有哪些呢?一句話,音箱擺位取決於房間的駐波和牆面的反射特性。下面聽我細細道來。

  一、駐波的影響

  聲波在兩個平行的表面持續反射,當頻率和振幅均相同、振動方向一致、傳播方向相反的兩列波疊加後形成的波。波在介質中傳播時其波形不斷向前推進,故稱行波;上述兩

列波疊加後波形並不向前推進,故稱駐波的現象,稱為駐波。技術上來說這是由房間的模式即房間中空氣的震動模式所決定的,所以我們也稱之為房間模式。簡單地說,駐波就是房間共振。

  駐波容易出現在兩個反射面距離為該頻率波長一半的整數倍的空間內。對於一個給定的距離,將會有很多的頻率可能產生駐波。
設平行牆面距離L米,駐波頻率fs=n×(344/2L),n=1時稱為基波(一次諧波),n=2時稱為二次諧波,n=3時稱為三次諧波……

  聲音看不見,看一下弦絲上的駐波吧。從圖中可以看出:1、駐波中,振動的振幅在空間有一定的分布規律。2、不同的激勵源可激發不同頻率的駐波(n×fs)。

  類比弦絲上的駐波,房間平行牆面間聲音不斷反射,產生駐波,在某些區域聲壓(SPL)值較高,在另一些區域聲壓值(SPL)值較低。上述區域分別成為波腹和波節。在波節處就聽不到這一頻率的駐波聲音,而在波腹處聽到的聲音特別強。畫出房間長度方向駐波的聲壓分布如下圖,注意是聲壓分布圖而不是波形圖。

  複習一下中學物理,這是彈簧振子的受迫振動實驗裝置。彈簧振子有自己的共振頻率,但穩定狀態下是不振動的,當通過搖把給它一個驅動力,它就以自己的固有頻率開始振動,停止驅動,由於阻尼作用(能量有損耗),振幅慢慢減小,最後停止振動。同理,房間駐波頻率是一定的,但沒有激勵是不會起振的,研究發現,當音箱置於駐波節點位置,就不會激勵該頻率的駐波,這是一個很重要的結論,也是我們分析最佳擺位的依據。

  駐波是聽音室的大敵。就象清水中滴入了墨水,原本純淨的音樂聲音中被加入了附加的成分,產生了扭曲,有了聲染色。而且,駐波強度大,房間阻尼不良時衰減時間很長,使低頻混響時間過長,產生隆隆聲。

  消除平行牆面可消除駐波。駐波能通過低頻吸聲處理來降低,增大低頻阻尼,使它振不起來或很快衰減掉,低頻平直了,也乾脆利落了。我們今天要研究的是利用合理的擺位,把駐波的影響最小化。

  二、反射聲的影響

  音箱發出的聲音,有兩種途逕到達人耳,一種直線傳播到人耳,稱為直達聲,另一種經過牆壁、天花板、地板等剛性表面一次或多次反射到達人耳,稱為反射聲。由於反射聲經過的路徑長,會比直達聲晚到,於是產生了時間差(相位差),根據波的幹涉理論,會在人耳處產生幹涉作用,使頻率響應曲線產生梳狀效應。

  來自側面的反射聲幹涉通過調整與側牆的距離、通過吸聲或擴散解決。來自音箱背牆的反射聲也會與直達聲產生幹涉,使低頻產生增強或減弱的現象,稱之為低頻凹陷。它的影響遠遠超出你的想像,聽感上就是下潛不深。

  要消除低頻凹陷,應使音箱與背牆保持一段最小距離,計算公式如下:
  dmin =1.4 c / 4 f-3dB
  這裡:
  dmin 是音箱與背牆間的距離,c 是 20°C時空氣速度 = 344 m/s,f-3dB 是音箱的-3dB低頻截止頻率,這組數據也是決定擺位的依據之一。

  三、房間分析

  這裡就不用 CARA 軟體來進行仿真了,殺雞焉用牛刀!

  計算房間的駐波可以手工計算,也可以使用房間模式計算器,這裡就是一個 JBL 提供的計算器:

  一般認為模式計算器也就是計算計算頻率,實際還能反映駐波在某個方向上的聲壓分布。找到了規律才能尋找合適的擺位。輸入房間的長寬高,就能顯示三個維度上的駐波頻率和分布情況。洋人喜歡用英制單位,只能自己先進行單位轉換了。

  牆面處聲壓最強,意味著音箱或聽音位靠牆是最糟糕的情況。節點分布,一次在1/2長度處;二次在1/4、3/4處;三次在1/6、3/6、5/6;四次在1/8、3/8、5/8、7/8處。

  寬度方向同樣分析,規律相同但頻率不同。高度方向就不考慮了,就是找出了最佳高度也不能把人懸在空中。

  查找最佳擺位的過程,就是查找上圖中四條曲線的幅度都較小的位置,優化的過程就是妥協的過程。這個位置還與你的音箱低頻範圍有關。如重低音頻率在20-120Hz之間,在AV功放把分頻點降低到100Hz,就不用考慮綠色的線(115Hz)。

  四、確定主音箱擺位

  首先假定一個房間尺寸,選典型的高6米、寬4.5米、高2.8米。主音箱低頻截止頻率50Hz。當然實際操作時以自己的房間和音箱性能進行計算。

  上面的分析仍不夠清晰,下面用一種全新的更直觀的方法來進行分析。首先畫出房間的矩形圖,然後把長、寬方向模式圖分別貼到矩形的邊上,如下圖。呵,沒有做不到只有想不到啊,活學活用很重要啊。

  下面開始動工,找出駐波最輕的位置並用直線畫在圖上。由於主箱低頻截止頻率50HZ,長度方向上29Hz、寬度方向38Hz的黑線就不用考慮了,因為在頻帶之外,不會激勵出這麼低的駐波。150HZ以上的駐波,也可以不用考慮,因為它比較容易用吸聲的方法解決。同時,權衡各頻率時,頻率低的優先度高。

  因此,長度方向剩下紅藍綠三線,寬度方向僅剩下紅藍兩線。根據上面的原則,畫出幾條直線,距離前牆在1/6-1/4長度,即1-1.5米,寬度方向距側牆1/6-1/4寬度,即0.75-1.13米,即圖中劃出的幾個小方塊區域。根據互易定律,最佳吸音區,至少要離後牆1米。

  再根據低頻凹陷數據,得到最小離背牆距離2.41米,不可能達到,要麼入牆安裝,否則只能將就點了。

  確定大致的區域以後,根據實際聽音進行調整,得到最終的最佳位置。

  比較一下 Linkwitz 實驗室給出的擺位圖吧,注意要折算成比例來看,你會有啟發。

  五、確定低音炮擺位

  首先計算低頻凹陷頻率,假定炮的厚度0.5米,由於頻率抵消發生在1/4波長處,計算頻率為172Hz,已經在炮的工作頻率之外了,不予考慮。
怕麻煩,就不另畫圖了。先根據頻率範圍決定所需考慮的曲線。長度方向考慮黑紅藍線,寬度方向考慮黑紅線。根據前述的優先原則,重點是黑線。毫無疑問,最佳位置是在房間中心。當然這是不現實的,但擺放的位置要儘量靠近牆的中點,千萬不能放在牆角。

  THX 推薦的低音炮擺位就是牆的中點,如果是雙炮,優先考慮分別放在左右兩側牆的中點。


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