HiFi基礎談 二:聽音室.駐波
今日的Hi-End組合,頻率響應動轍向低拓展至 1Hz 的直流數值(直流電,DC 是 0Hz)。不過,一般來說,擴音體系能夠播出 20Hz 以下無失真音波者,總是吃力不討好的事。首先,我們應考慮到聽音室要有幾大的體稹才有足夠空間去形成一個似模似樣,不受環境影響,沒有畸變的 20Hz 波形。
重播 20Hz 的條件
聲波是空氣振盪形成,聲波在空氣中運行的速度,約為每秒 1,120 呎,溫度上升則速度加快,但計算音波長度是以 1,120 呎為標準(或 344m/S)。用頻率數值除以聲波速度,即獲得 圖1 聲波的長度。
可知,一個 20Hz 聲波全長有 56呎4 吋。大部份發燒友都不知道低音的重播需要有足夠空間去讓它形成,有部份專家更認為地方愈大,Hi-Fi 重播之“勁"度便有所損失;這是非常反理論的主張。事實上,地方愈大,擴音功率愈要以級值增大(級值是 1,10,100,1K)。地方淺窄聽 Hi Fi 所得之“勁",是“撞聲"。另一部份專家,則認為一個 20Hz 聲波需要有56呎長的房間去重播。
以上兩說,都是真正曾出現在香港 Hi-Fi 專家的文章上。喜歡撞聲撞得應夾勁的專家,根本不知聲波長度的計算。說要 56 呎長度去重播 20Hz 的專家,根本不知聲波物理。
聲波的擴散,不是平面的,而是立體的。聲波以發聲體為核心,向空間的四面八方以 360 度全球形擴散。聲波特性與光波一樣,也受障礙物的干擾產生反射和折射。因此,聲波頻率愈高,它向前方推進的“集射"現象便愈強。因為,發聲體本身的面積,已足夠把高頻聲波向後推進的物理現象完全阻隔了。
為甚麼把聲音稱為聲波?是因為它的推出形態像波浪有起伏,起的部份是正波,伏的部份便是負波。
圖2 顯示一個單聲波(即純正弦波 Pure Sine Wave)在頻率產生器的螢幕上呈現的狀態。辣鷄友看慣了這些“蛇仔",都是平面圖形,久而久之,都忘記了音響學是立體的物理學。
聲波在空間只要有足夠地方讓它形成半個波形(正波或負波),聽覺便能分辨得出它的音高(Pitch)。換言之,你的聽音室只要有一個 56 呎除 2,即 28 呎空間,你就可以聽到真正的 20Hz。
其實,28 呎的空間,也不需要28呎長或闊的房間,只要由一邊地角至斜對角天花頂有 28 呎便行(這是一間房間距離最遠的對角綫)。以香港一般高級住宅的11呎樓面計算,一間15X20呎的大廳也沒有28呎的對角綫。20X25 呎就足夠有餘(至於聽音室長、闊、高的比例,暫時不談)。
香港有幾多發燒友擁有 20×25 或 15×30 呎的聽音室?好少,但 28 呎空間仍有其他折衷辦法去求取的。最簡單是把窗門打開,但就分分鐘準備同隔離「開片」!
退而求其次吧,15X20 或 12X15 呎的房間怎樣?前者有足夠條件讓你聽到良好的 40Hz 低頻了。憑良心說,一套功能重播優質 40Hz 低音的體系都求諸不易啦。
Absolute Sound 的專家,據說以 Infinity IRS 為參考喇叭,又說錄音上含有 6Hz 的低頻可以“感覺"得到等。Hi-Fi News 的 Ken Kessler卻報導那擺IRS的聽音室只宜聽SL 6書架式揚聲器,真的一塌糊塗。
讓我們先以40Hz為全世界大部份Hi-End體系的“最適宜"重播頻率下限吧,這已是不錯的妥協。因為,由20Hz至40Hz之間這20個週波,若要重播得準確,今日以每個週波1,000港元的代價也不易為之。5,000元就夠!
駐波的真正定義
講是這樣講,任何發燒友卻絕不肯接受自己的器材不宜重播20至40Hz聲波這個殘酷現實。
何不先粗略了解一下聽音室與聲波之間的關係,然後逐步探討揚聲器重播20至40Hz的功能。
上文說,聲波只要有讓它形成半個波的空間,就具有可聞的條件。IQ人便會問:「其他的半個波又走到那裏去了?」
這一問,問出了聆聽環境所遭遇的一半音響學難題。
假定,聽音室的天花是9呎;那是一般香港樓宇的平均高度。
9呎是64Hz半波的長度。由揚聲器播出來的64Hz,在抵達天花時即被反射到地板上。注意,反射波是直射波的倒影。如果射上去是正波,反射下來的就是負波。而在時間上,這反射回來的負波卻剛好與揚聲器(說時遲,那時快)播完正波之後,接着的負波重叠,音壓也增加了一倍。想想看,這64Hz的反射及重叠,在聽音室裏會持續幾多回?而現實裏,音樂的重播又絕非純音波那末簡單。於是,牆壁與牆壁之間,天花與地板之間就出現某些週率(例如上述之64Hz垂直重叠,或15呎闊房間的水平重叠週率是38Hz等)。
這些因聽音室的平行反射面而形成的重叠週率,從物理學上看,是停留不動的週率,因此就被叫做駐波(Standing wave)。
其實,天下間那有停留不動的聲波。駐波的命名人有份幽默感,Hi-Fi專家(土產)們卻真的以為那是像部頻率分析器般把聲波“蛇仔"打在螢光幕上靜止不動叫“駐動"。駐波的駐,是常駐候教的駐。小姐晚晚返工叫常駐候教,但若靜止不動,呆若木鷄,又怎能有聲有色?你要喇!
各位可按自己聽音室的長、闊、高度粗略計算出有那幾個明顯駐波週率。房間大不一定無駐波,駐波若低至25Hz的聽音室跟駐波高至160Hz的同樣麻煩。
甚麼是dB ?
駐波的干擾,等閒可以將該部份週率之響度增加10dB。實際測試,19dB的增幅亦非罕見。
到這裏、或有人問dB是甚麼了,dB是凡玩Hi-Fi之人都掛在口頭上的東西,但,太多人對它的真正定義一知半解。dB的全文是Decibel,中譯分貝。
dB是音量單位。它與電平及功率沒有直接關係,因當有人提及電平衰減2dB,或功率增加3dB時,所牽涉的音響 / 電子 / 數據問題,實在麻煩,玩Hi-Fi的可以少理。不過,dB的常識不可無,否則好容易鬧笑話。
音響學上,dB的用途主要顯示音量的響度,或用作互相比較的單位。響度是絕對(Absolute)的。以0dB為最低單位,人耳所能抵受的最強響度,在1m距離之內,約為130dB,超過了這響度的聲壓(SPL, Sound Pressure Level),就會對耳朶帶來永久性的損害。但,這數據在70年代之後有向上推高的趨勢。證明了人耳在二次大戰之後日漸習慣了響度更勁的聲音。
下期內容將集中討論dB常識。
(原文刊於1986年5月號《Hi Fi Review》)