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2023年是《家庭影院技术》创刊第25周年,从本期开始我们将会在每一期与大家一起共同探讨家庭影院设计或者全宅影音集成方案中的一个设计方面的关注点。第一期,我们将会把重点放在家庭影院室内声学处理基本上都无法避开的吸声处理上。通常来说,我们在进行家庭影院声学处理的时候,往往会选择在房间的前半部分,或者更准确地说是在房间前半部分的第一反射点上进行吸声处理,以提升前方声场的聚焦与声像信息的准确性,同时也可以在一定程度上控制房间的混响时间。不过,对于家庭影院这样的小空间,究竟要在房间中进行多大规模的吸声处理,又或者说选择哪种类型以及哪种规格的吸声材料都是要特别小心的。我们在这么多年来,看过不少国内外的家庭影院设计方案,最常碰见的问题不是没有吸声处理,而是在房间中安装了过多的吸声板,而导致房间中的混响时间过低,声音干瘪,没有活力,甚至还直接影响到房间的声音品质,使得房间中的声音在某些频段有明显的缺陷。其实,对于房间声学吸声处理方面的讨论,国内外不少专家与学者都进行过深入的研究和分析,比如说我们所熟悉的担任CEDIA大奖家庭影院类声学设计部分资深评委、美国HAA(Home Acoustics Alliance)主席Gerry Lemay就曾经深入浅出地分析过声学吸声处理的基本策略,并给众多影音爱好者带来了一些相当不错的实际指导意见。本期,我们就结合Gerry Lemay的分析,与大家共同探讨家庭影院室内声学吸声处理的利与弊。

02-HAA创始人与主席Gerry Lemay.jpg美国HAA(Home Acoustics Alliance)主席Gerry Lemay,历任CEDIA大奖家庭影院类声学设计部分资深评委,主导设计过上千个家用与专业影院,录音室以及各类声学空间,遍布美国、英国、欧洲、印度、东南亚等国家与地区,为美国CEDIA定制安装协会撰写家庭影院音频设计方面的规范标准

关于吸声材料的类型简单介绍

声阻式吸声体:这类吸声材料也称为多孔吸声材料,结构上具有大量内外相连的微小空隙与孔洞。吸声原理是当声波入射到多孔材料上,声波能顺着微小空隙与孔洞进入材料的内部,引起内部这些微孔中的空气产生振动。由于空气的粘滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等,使相当一部分声能转化为热能而被损耗。常见的声阻式吸声体包括离心玻璃棉板、有机吸声棉、玻纤吸声板木丝吸声板。这类吸声材料主要针对的是中高频方面的吸声处理,同时需要注意的一点,越高密度的吸声板在大角度声音入射的情况下,对高频容易产生一定程度的反射作用。

膜式(机械共振)吸声体:这类声学处理材料主要是针对250Hz或以下的低频声音而研发出来的。它通过一个表面对声音响应运动来起作用。声音能量被消耗在吸声体的表面的来回运动中,从而起到吸声的作用。共振吸声材料的基本原理,是根据密闭空腔中的物体在声波激发下会产生振动,而振动物体由于自身内部摩擦与空气摩擦,将一部分的振动能量转变成为热能而消耗。根据能量守恒定理,这些损耗的能量均是激发内部内部与物体振动的声波能量。因此,在这种结构下能够消耗声能,产生吸声效果。物体有自身的固有共振频率,当声波频率与结构和物体的固有频率相同时,就会产生共振现象。此时物体的振动最为强烈,振幅与速度就会达到最大值,引起的能量损耗就越多,产生的吸声效果就越明显。需要特别注意的一点,普通地板和墙面都是有效的膜式吸声体,应把相关的吸声量计算在内。

亥姆霍兹(声学共振)吸声体:亥姆霍兹共振器属于典型的空腔共振吸声结构,在结构中间封闭有一定体积的空腔,并通过一定深度的小孔和声场空间连通。在结构上与玻璃瓶非常相似,内部的大空腔与外部空间由狭窄的瓶颈相连。当腔内的声音共振频率与入射声波相同,相应频率的入射声波就会被吸收。亥姆霍兹共振器在共振频率附近的吸声系数较大,吸收频带窄而且共振频率较低,属于较为单一的低频吸声体,在建筑上很少会单独使用。不过,目前已经有商业化的混凝土整体化砌块产品出现,而且由于表面多孔而粗糙,也适合用于高频吸声方面。常见的穿孔板共振吸声材料就是亥姆霍兹共振器的并联组合。

与美国HAA家庭声学联盟主席Gerry Lemay

一同分析房间处理的吸声策略利与弊

谈多年前发烧友们吸声策略

曾记得很多年前,只有最具冒险精神的发烧友才会认真对待他们的视听室。得到更好声音的承诺让很多人前往建材店,购买一些Owens Corning 703玻璃纤维板,然后改装成自用的吸声板(很多人至今仍这样做)。当然,那时候也有些人会使用装鸡蛋的纸箱和地毯来进行吸声处理。当时,增加声学处理最普遍的建议叫做LEDE系统。LEDE是“live-end dead-end””沉寂端-活跃端”的首字母缩写,意思是让你房间的前半部分变得安静,让房间后半部分具有反射性。或者说靠近扬声器的房间前半部分采用较强的吸声处理,后半部分采用反射或扩散处理。如果没有更好的选择,这并不是一个坏主意。

06.jpgLEDE系统的基本构造

07.jpg Owens Corning 703玻璃纤维板

关于镜像点,也就是第一反射点的处理

后来,人们发现了对墙面“镜像点”也就是第一反射点进行吸声处理的好处。这是一个更复杂的概念,因为它需要使用一面镜子,并有一名助手(或愿意的配偶)在旁协助。助手沿着侧墙移动镜子,直到你能看到每个音箱。每个镜像点都是放置吸声板的目标点。大多数时候,效果是可以听得见的,声音的聚焦和细节都有了明显的改善。上图显示了声音传播时的镜像(反射)点,就像球从墙上反弹到你的耳朵。这种现象叫做镜面反射。在能听得见声音镜面反射的情况下,所有的镜像点甚至只是对侧墙镜像点进行吸声处理,并不是完全有益的,还会引起其它问题。如今,我们知道简单地对全面吸收反射声的做法并不是最好的选择。一些反射声应该要被吸收处理,而另一些则不应该被处理,因为能增强了包围感和空间感。我喜欢称它为反射声管理。

08.jpg镜面反射或者说与墙面的第一次反射点

未完待续

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