Hi Fi 基礎談 三十二:Acoustics(2)殘響
(相片來源:Wikimedia Commons)
早年 JVC 有部計算機,你把房間的長闊高資料輸入,它馬上就在計算機紙捲上打出房間的駐波週率及其他諧震特性。這部最簡單的電腦,所列出的數字祇具參考價值,與實際臨場用 Pink Noise 測出的頻應曲線往往有很大的差異或完全不同。因此引起發燒友對整個測試程序的懷疑。有人認為 Pink Noise 失準,另一派則認為 JVC 的電腦不可靠。事實上,兩者都能反映出房間的駐波、諧震特性。電腦按所提供資料去推算,卻不把房間的陳設家具特性一併算入。這樣就沒法貼切甚至接近地表現出真實的環境反射。而 Pink Noise 曲線相當於一只耳朵在一個聆聽點上所聽到一個響度的 20 至 2 萬 Hz 曲線。兩者都具參考價值,我當然選擇 Pink Noise,它包含了前級 AUX 輸入至後級輸出加揚聲器加 Acoustics 的總反應。雖然把咪高峰移動少少都可能有差異極大的讀數,不同的喇叭又有完全不同的讀數,但 Pink Noise 頻應曲線起碼告訴你一些實實在在的資料。如果它測出 40Hz 有個 +15dB 峰值,那就絕對是房間有個 40Hz 的強勁駐波。
1KHz 以上的反射波峰,波谷(不是從揚聲器直射出來的諧波失真線性失真),較容易用物理方式補救,例如加反射或加吸音。而 100Hz 以下的峰谷就較難醫,甚至無藥醫。
凸起的波峰,除了來自駐波之外,還有家具的諧震,接線 / 揚聲器/擴音器的介面效應,凹入的波谷,會是音波在某區引起漩渦形成的反相抵消作用。
房間的響應曲線是在每一點上測量都不同,有些場合,揚聲器靠闊場放置惹起很駭人的諧震。同一組合,揚聲器靠窄場放卻低頻盡失。
這些都是有理論可稽的,全在書本裡的 Acoustics 問題反射,奈何發燒友不肯接受事實,卻自創旁門左道怪招,企圖以撞棍式方法產生奇蹟。
固然,撞棍是攪 Acoustics 的竅門之一。但在撞棍前若明白多少音響基礎,起碼知道一些禁忌,不那麼容易鑄成不可收拾之大錯。
吸音料宜逐少加
凡吸音材料,若由專家機構研製出來者,一定有它本身之吸音特性可稽。例如著名的 Sonex、Tube trap,有不同型號,不同的吸音曲線。普通吸音板、吸音牆紙之類,一般特性是有個高週滾降週率。比如說某吸音牆紙的滾降週率是 3KHz 的話,6KHz 以上的音波碰到它就休想有反射。3KHz 是滾降點有啥稀奇,人體皮膚便是一種完全吸收 6KHz 以下的天然濾波器。所以,音樂廳在滿座時高頻反射波比空座時少了很多噸。錄音師在某些現場錄音時要在空座位上加放一堆「假人」,以便控制一下多餘的高頻反射。閣下一個人在家聽 Hi Fi 調到天上有地下無的畫面,第二晚請成班百彈友來欣賞,也肯定不會好聲,又是人體皮膚衣著吸音的影響。
由此類推,閣下的音響室若四面牆壁一面天花都滿舖 Sonex 或吸音牆紙,和地台滿舖地毯的話,又怎會有高音?此外,經上述處理的房間,又怎會沒有駐波?
每一類吸音材料都具有它的應用範圍及禁忌,用得適當就是有文化。
處理反射波的物料,若要它吸收低週率的系數高於高週率的話,物料的結構就必定稍為特別。例如 Tube trap,上期已有講及,又例如 Nelson Pass 創製的「黑洞」。物料的本身,一定要具有反射較高頻、吸收較低頻的特性。
理由簡單不過,那是有關音波長度的數學物理。週率愈高,波長愈短,音波鑽過厚度大於其波長的乳膠或牆紙裡之後,能量損耗極大,反射量極少。週率低,波距長的音波,在碰到這些低密度吸音物時,物理上音波當它是幾乎透明的。吸音材料的密度,影響它吸收中、低音的系數。例如天花的英泥批盪,若有半吋厚的話,它吸收 125Hz 能量的系數可以大過 500Hz 的 3 倍。當然,吸音量與面積成正比。
以下是從 Wood’s Physics of Music 一書中摘錄的一些常見家居物料的吸音系數:
上面的系數比較表,只具參考價值,因為測量系數時完全不把物料的諧震特性考慮在內。好多人以為批盪木板或甚至夾板具有吸收中低頻的功能,就在聽音室大量使用。他們沒有顧及一塊面積夠大的夾板本身是件巨型振膜,夾板受聲後產生不受控制的分裂震盪(break up vibration),會在某部份聲頻形成蹦跳效果(bouncing)。批盪板要牢固地支撐起來,才達到吸中低頻作用。
家具裝飾最忌諧震;中央冷氣喉假天花都會產生嚴重諧震;殘響時間決定音色
所有表面柔軟的物料,都沒有反射中高音作用,一套三座位沙發是最強力的吸音物,它的效能是全音域的。但沙發面前的一張雲石矮几,卻是反射性強的東西。不過,厚玻璃和厚雲石都有頗大的中低週吸音系數,並非全屬反射性。
我們認為靚聲的 Hi Fi 聽音室,先決條件是沒有明顯的駐波,次要是不要太多蹦跳和反射波,最後是家具裝飾不要諧震。
以前,駐波是最難搞。但最新科技已證明駐波可以被捕殺。效果不俗,但必需對症下藥。
蹦跳波和反射波的控制最講經驗和學問,按章工作撞板機會極大。聽音室的吸音物以逐少增加直至滿意為上策。一開始就建成滿鋪式,後果可能噬臍莫及。承裝 Hi Fi 房工程的音響設計員,當然希望戶主用盡他所提供的八寶,做好之後不靚聲又賴戶主的 Hi Fi 不夠班,簡直當人是昨天才出世的。
家具裝飾最忌諧震,中央空調的氣喉和假天花的夾板,都是產生嚴重諧震的東西,這些也是做好就難拆的東西。
聽音室如何才算好聲?首決條件是提供左右對稱的良好頻應曲線。除駐波峰外,聽音室的頻應曲線若能達到左右相差 3dB 以下,線性在 ±4dB 之間就十分難得。上述規範,比較任何 Hi Fi 器材都差。以前說 Hi Fi 最弱一環是喇叭,現在始知 Hi Fi 最弱的一環是房間 Acoustics。
聽音室的 Acoustics,是令聽者甚至未開聲之前就直覺舒服或不舒服的。主要關鍵,在乎房間的殘響時間。
據專家說,一般體積的聽音室,若提供下列殘響時間,聽眾踏入門口的第一感受便已覺得舒服。
駐波週率有數得計
駐波週率的計算方程式原本十分簡單,那週率的波長正好是房間任何平行面的一半。例如一間 20 x 12 x 8(呎長闊高)的房間,它所產生的駐波羣如下:
專家教你佈置房間
這些駐波的音壓,比平常電平提升 10 至 20dB,實在不足為奇。但擒賊先擒王,我們若先在駐波的基週 28、47 和 70Hz 上,下功夫捕殺它們,其他倍頻的波峯也相應降低。
以下是英國音響專家 James Moir 在立體聲初期為發燒友寫下的聽音室處理忠告,至今仍然有大用:
「避免滿舖地毯,最佳方式是局部舖上厚地毯而露出部份地板。選擇一套厚而巨型的沙發,最好不貼牆擺。房間宜隨意分佈一些大咕順之類的吸音物。窗簾可揀厚而多摺的,任何一幅牆都不宜滿掛窗簾。掛牆的吸音物體應該小心分配,吸音的裝飾物可以從天花吊下來。最失敗的設計,是滿舖地毯加滿舖吸音板的天花。事實上,大部份家居環境基本上用不着天花吸音板。」
朋友,你又怎樣以專家身份為下一位發燒友的聽音室裝修度橋?
(原文刊於 1988 年 12 月號《Hi Fi Review》,作者 雷明 先生)