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怎樣通過擴聲系統優化場地的聲場

來源:艾維音響網        編輯:VI菲    2021-08-26 20:31:40     加入收藏

讓我們先來看看典型的大型音樂表演空間的聲場,以及它如何影響大型室內空間的調音。對于沒有接受過建筑聲學培訓,高階的P.A.系統設計或沒有物理學基礎的讀者,我們會嘗試用淺顯的語言在闡明聲場定義的同時,講解如何通過為音響系統設置正確均衡來優化演出空間的聲場。

  EQ 真的能解決空間聲學問題嗎?

  首先,我們先來思考一下:我們面臨的聲學問題是受限于揚聲器系統的性能,還是室內建筑聲學缺陷,亦或者兩者兼而有之?

  讓我們先來看看典型的大型音樂表演空間的聲場,以及它如何影響大型室內空間的調音。對于沒有接受過建筑聲學培訓,高階的P.A.系統設計或沒有物理學基礎的讀者,我們會嘗試用淺顯的語言在闡明聲場定義的同時,講解如何通過為音響系統設置正確均衡來優化演出空間的聲場。

  聲學/聲場定義

  毋庸置疑,揚聲器設置均衡是有益的;我們稍后會討論這個問題。但首先,我們需要從一個概念開始,即在一個大的表演空間內有不同的聲學區域(或可稱之為場,并且有一些場是重疊的)。幾十年來,我們中的許多人對幾種聲場定義感到有些困惑,其實某種程度上它們有一部分是同義詞;此外,一些雜志文章和網站混淆或省略了一些不同的聲場。所以,讓我們先確定這些定義。

  近場

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

  正如聲學顧問 Neil Thompson Shade 解釋的那樣,“空間中的聲源將有一個靠近聲源的近場,然后過渡到遠場。根據經驗,從近場到遠場的過渡距離是最大聲源尺寸的三到五倍。近場非常不穩定,聲壓級隨相對聲源的位置和角度發生明顯變化。任何試圖平衡近場的嘗試都是徒勞的,因為這個聲場不是均勻的,也不能代表觀眾的體驗。如果為兩分頻揚聲器加上均衡呢?在近場中,響應是由高音號角還是低音號角主導,具體取決于麥克風的接近程度。”

  自由場

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

  但其實術語“自由場”和“直接場”在某種程度上是同義詞。另一個類似的術語是“開放場”,使用頻率較低,但與其他兩個是同義的。

  臨界距離(Critical Distance)

  臨界距離是距聲源(揚聲器)的徑向距離,其中直接場和混響場處于同等水平。

  圖 1 以圖形方式顯示了直接場的聲壓級如何從直接場傳播到混響場而下降。

  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,聲壓級就會降低 -6 dB。

  平方反比定律告訴我們,如果沒有回聲或混響,距聲源的距離每增加一倍,聲壓就會出現 6 dB 的下降。如圖 2 所示,假設我們在某個參考距離“d”處測量連續音頻源的聲壓級并檢測 SPL 值 p1。現在,如果我們移動到兩倍“d”的距離,我們將檢測到一個新的壓力值 p2,它將是 p1 的二分之一。這個過程可以無限期地進行,距離每增加一倍,聲壓就會減半。

  在聲學上降低混響將使臨界距離距聲源更遠。當然,大型線陣列揚聲器的目標是將臨界距離延伸到更遠的混響空間——這樣在直接場中就能容納更多的人。

  遠場

  遠場是存在于近場之外一定距離處的聲區。它包含自由場和混響場,它們被臨界距離分開。在混響場中,盡管存在自由場,但混響主導著觀眾聽到的聲音,自由場的聲壓繼續降低。混響場中的系統均衡對聽者感知的影響較小(與自由場相比),這里,隨著與聲源的距離增加,混響聲壓比直達聲壓更高。

  直接/混響比

  請注意,雖然在整個混響場中混響聲壓級的變化小于 3 dB,但由于平方反比定律,直達聲繼續下降。對于語音和快節奏的音樂,較高的直接/混響比是首選——如在典型的自由場中那樣 (而較低的直接/混響比,其中混響聲比直達聲更大)。

  揚聲器均衡

  雖然為揚聲器添加均衡可獲得更線性/平坦的頻率響應,這對大型音樂空間(或會議廳)中的每個人都有好處,但如果試圖降低混響場中的室內不好的聲音,則會對自由場環境中的人們產生不利影響。因為這些自由場聽眾幾乎聽不到場地后方的聲學異常和混響。因此,嘗試使用系統均衡器來抵消室內聲學的混響聲音會惡化自由場中的音質。當然,可以通過使用參數/陷波均衡器/濾波器來改善反饋前增益。

  均衡/優化大空間聲場

  許多教堂、會議室和音樂廳的管理人員長期以來一直在他們的空間中添加吸音板,以減少過多的回聲和混響。但是,當使用過多的吸聲材料時——例如能夠有效吸收高頻聲音的產品(例如泡沫和玻璃纖維,如圖 3 中的黑色虛線所示),它可能會導致聲學上的“死亡”空間,沒有氛圍感。實際上,可以使用調諧吸收設備來調整大空間的聲學效果。

  雖然有一些高 Q(窄帶)吸收器可用(可以像參數/陷波均衡器/濾波器一樣),但事實上,自 1990 年代以來,當 RPG 的 BAD(二進制幅度擴散器)面板等產品出現時,這種低 Q 聲學面板(有時也包含一些擴散特性)對于“輕量級”房間非常有效 —— 意思是用框架構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)相比,RPG 的 BAD(二進制幅度擴散器)面板在不同頻率下的吸收效率

  這種輕質房間(帶有石膏板和框架結構)會容納大量低頻,并且通常具有明顯的高頻吸收,從而在中低音區域留下較長的混響時間。這種加強的混響導致混響場中聽到的聲音——超出了自由場(或直達聲)——這對搖滾音樂和演講十分不利。此時我們可以看到,圖3 中的 2 英寸 BAD A-mount 吸音板主要在中低音區域 (300-600 Hz) 提供最高吸聲,這正是輕量級房間進行聲學優化所需的!

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