音響綿羊講堂29, 聆聽空間處理10大簡要原則

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音響迷將音響器材買回家之後，首先要面對的就是空間問題，到底聆聽空間要怎麼處理，音響聽起來才會好聽？想要適當處理聆聽空間就會牽涉到建築聲學的理論、公式，還有聲波轉換為其他型態能量的種種複雜問題。在此，你不必管那麼多，也不必了解那麼透徹，只要記住以下幾個大原則就可以了。



第一、        吸收(Absorption)、擴散(Diffusion)、擴散/吸收混合(Diffusion/Hybrid)是處理聆聽空間三大基本原則。



第二、        吸收通常用來對付高頻段，擴散通常用來處理中頻段。至於低頻段，由於波長很長，雖然也可以用吸收、擴散來處理，但會非常困難。通常會以Helmholtz Resonance的原理，製造一個低頻共振器來消除低頻峰值，但那要請專業人士來做。或是以Diaphragmatic Absorption(隔膜吸音器)來吸低頻，簡單說就是一個密閉的箱體，箱體前板會因為某低頻而引起共振，藉此將聲能轉換為機械能，但這也需要專業。所以，要處理低頻很困難，經常會白費力氣。



第三、        想要讓聲波改變行進方向，不管是在天花板或牆面施作三角造型、圓弧造型、圓形、鋸齒、斜面等，其表面的長度一定要大過該想處理頻率的波長才會有強效。例如，你請裝潢師傅做了很多10公分的小斜面想要擴散聲波，那只會對3,440Hz(音速344公尺÷10公分)｢以上」的頻域有強效，3,440Hz｢以下」的頻域效果很小。再舉一個比較極端的例子，你想讓100Hz的低頻能夠擴散，不要累積產生低頻峰值，那麼就要請裝潢師傅做一個至少3.4公尺(344公尺÷100Hz)的大斜面或大弧面才會有強效。你的房間會有多大？能容納一個3.4公尺的大斜面造型？

第四、        想知道聆聽空間可能會有什麼低頻峰值？要先計算長、寬、高尺寸所引起的空間自然共振，也就是Room Mode(二平行牆面所引起的駐波)。計算方法為音速344公尺除以長或寬或高，得到的頻率再除以2，那就是最低的第一個共振頻率。例如高度3公尺，344公尺÷3公尺=114Hz，114Hz÷2=57Hz(約)。房間高度3公尺的第一個共振頻率是57H，第二個共振頻率是倍頻57Hzx2 =114Hz。第三個共振頻率是3倍頻57Hzx3=171Hz。計算到這裡就可以，再高的頻率已經脫離低頻峰值的範圍，沒有太大影響。

假設房間寬度是6公尺，那麼寬度所引起的第一個共振頻率是28.6Hz，將它當成28.5Hz好了，第二個共振頻率是57Hz，第三個共振頻率是85.5Hz，第四個共振頻率是114Hz，第五個共振頻率是142.5Hz。再算長度引起的共振頻率，假設長度是9公尺，第一個共振頻率是19Hz，第二個共振頻率是38Hz，第三個共振頻率是57Hz，第四個共振頻率是76Hz，第五個共振頻率是95Hz，第六個共振頻率是114Hz，第七個共振頻率是133Hz，第八個共振頻率是152Hz。

接下來我們檢視長、寬、高三組共振頻率有哪些重疊處？57Hz與114Hz，其他133Hz、142Hz與152Hz雖然沒有重疊，但很相近。所以，這個房間的自然共振Room Mode是57Hz與114Hz，這二處一定會有低頻大峰值。低頻大峰值的壞處是什麼？會掩蓋過許多音樂細節，而且會讓音場中原本在後面的低頻樂器往前衝。

第五、        聆聽空間中不僅只有Room Mode會造成低頻峰值，梳形濾波效應(聲波相互抵消與增強產生波峰波谷，排列起來有如梳子疏密狀)也會。喇叭擺放的位置造成的低頻相位相反也會。

第六、        想要吸收高頻很簡單，只要多孔物質、軟質材料都可以，最常用的就是吸音棉。吸音棉的厚度不能亂用，要依照四分之一波長的吸音理論來做。聲波的最強處是在該波的四分之一波長處，所以要四分之一波長來計算吸音棉厚度。例如，假設1吋(2.54公分)是某頻率的四分之一波長，那麼10公分就是該頻率的波長，344公尺÷10公分=3,440Hz。所以，1吋厚吸音棉只能對3,440Hz以上的頻域有強烈吸收作用，3,440Hz以下的頻域吸收能力很差。至於能吸多少？那要看這塊1吋厚的吸音棉密度、重量，此處就不談。

前面不是說過，低頻也可以用吸收來處理嗎？我們按照上述的方法來計算。344公尺÷100Hz=3.44公尺(波長)。3.44公尺÷4=86公分。換句話說，想要吸收100Hz低頻，至少要用86公分厚度的吸音棉才會有效，而這86公分厚的吸音棉不是僅會吸收100Hz，而且會以不同的吸音係數吸收100Hz以上的頻域。你的房間能施作86公分厚的吸音棉嗎？你能控制100Hz以上的吸音係數嗎？所以說，用這樣的方式來吸收低頻峰值是不實際的作法。

第七、        想要擴散中頻段，經過數學計算的造型都可以擴散聲波，最常見的就是二次餘數處理器，將聲波均勻擴散。為何中頻段不吸收呢？中頻段是大部分人聲、樂器所發出的頻域，如果吸收，很容易讓聲音聽起來變瘦，不夠豐滿，所以都以擴散來處理。為何說二次餘數這類擴散器最有效呢？因為這類擴散器可以處理300Hz-4000Hz之間頻域的擴散，這段頻域如果能夠擴散均勻，將有助於降低梳形濾波效應所產生的負面影響。有關聲波擴散器，美國RPG公司在業界非常有名，他們設計出各種不同造型的聲波擴散器，適應各種不同需求。

第八、        想要處理低頻峰值很困難，如前所述，不是需要專業來製造共振腔室，就是要用很大的面積、體積來處理，這都不是一般聆聽空間所能承受的。所以，最好的方式是以不會產生低頻重疊的比例來蓋聆聽空間，也就是所謂的｢黃金比例」，利用黃金比例來｢防患未然」。黃金比例的尺寸有多種，上網查就知道。不過，即使以黃金比例來打造聆聽空間，還是避免不了低頻峰值，只是惡劣的情況降低了。另一種方法是選取喇叭擺位與聆聽位置，來避開低頻峰值，這是有效的做法，但喇叭移動的幅度要大，三、五公分的移動對低頻峰值無效，幾十公分以上的移動才能對低頻峰值有效。

第九、        以上所述處理，最後的呈現就是聆聽空間與喇叭所形成的頻率響應曲線。頻率響應曲線是好聲要素之一，另外一個要素就是殘響時間的結構。殘響時間太長，音樂聽起來像在空蕩蕩的房間中唱歌，回音太強，聲音混濁不夠清晰；殘響時間太短，音樂聽起來會乾會澀，缺乏光澤與甜味，不夠豐滿。殘響時間大大影響聲音好不好聽，這個題目我們以後再談。好聲要素還有沒有其他？當然有！

第十、        所以，請不要在聆聽空間中隨便吊掛毯子、棉被、蛋盒，圓筒衛生紙；或東一塊西一塊吸音棉亂貼；也不要施做一些無用的造型。那些處理乍聽好像有點效果，事實上無助於大局，只是白花錢，把聆聽空間弄得像是乞丐窩一般。想要處理聆聽空間，請先熟記這十項原則，再上網去查看美國RPG聲學公司的官網https://www.rpgacoustic.com/，他家的聲學處理器都有測試數據，買他們的產品來施作絕對比你隨便想像還有效。