改善錄音控制室聲場的原理和方法

李啟光

佛山人民廣播電臺，廣東佛山 528315

在設計錄音控制室時，首先要確定控制室的體積和形狀。為改善房間在低頻段的聲學特性，應選擇體積較大的控制室。因為體積太小的房間，單位頻帶中的簡正模式的個數較少，會使傳輸頻響等聲源特性有較大波動，造成聲染色。但體積太大會造成造價高等浪費，因此IEC、EBU等組織推薦一般為60m3～150m3左右。

在形狀方面，一般為矩形或多邊形。如設計成矩形，房間長寬高的比例不能是整數比，以免簡正頻率的簡并， CCIR給出的最佳比是1.9：1.4：1可供參考；如設計成多邊形，應沿著立體聲揚聲器擺放的主軸采用幾何對稱形式。另外為避免聲聚焦，切忌表面設計成凹面。

我們知道，混響是房間的各表面如墻壁、地板、天花等對聲音的多次反射引起的，而聲音在硬的平行墻面之間反彈會造成顫動回聲、駐波和抵消等現象。

1 確定合適的混響時間

混響時間就是聲源停止發聲后衰減60dB所需的時間，錄音師在控制室監聽重放的聲音包含有控制室的混響加重放聲的雙重混響。混響過短則聽感干澀、不自然；相反，過長則會影響語言清晰度、聲像定位模糊。適當的混響聽感上覺得自然、豐滿。混響時間根據賽賓公式計算得到：

式中，T60：室內的混響時間，以秒（s）為單位；V：容積，以立方米（m3）為單位；S：總表面面積，以平方米（m2）為單位；α：平均吸聲系數；m：空氣中聲波的衰減系數（與空氣濕度有關，不同頻率也不一樣。以1000Hz～8000Hz為例：當濕度為50%時，m值為0.004～0.077）。

混響時間的頻率特性：高頻段由于容易受空氣吸收的緣故，允許高頻的混響時間比中頻的稍短，而低頻段由于吸聲較難，故允許低頻的混響時間比中頻的稍長。國際標準的推薦值：IEC268-13 規定 125Hz～ 4000Hz,平均值 0.3s～0.6s之間 ，小于 125Hz,大于4000Hz的頻率允許偏差25%，但不能大于0.8s,中頻混響時間為0.4s。

知道了想要獲得的混響時間、房間的體積、總表面面積，根據賽賓公式，求得α（平均吸聲系數），進而根據此數值和壁面情況來選擇吸聲材料。

2 吸聲材料的鋪設

理想的控制室聲學環境要求音箱發出的直達聲直接到達錄音師的位置，不會因反射導致聲染色或立體聲聲像模糊。通過以下方法可以改善房間的聲學特性：

1）在音箱附近的墻上釘住或粘貼吸聲材料，減少直達聲和早期反射聲疊加所產生的梳狀濾波效應，如此可改善重放的聲音，聲像定位和縱深感會得到改善，聲音更清晰，頻響更平直，瞬態響應更好；

2）在側墻安裝吸聲材料；

3）在錄音師位置上方的天花板上安裝吸聲材料及擴散體；

4）在房間后部安裝多層吸聲材料（厚度要達到40cm～50cm）以及擴散體，以消除顫動回聲；

5）如果室內低頻過多，需要做低頻聲陷來吸收，在墻角處各放置一個管狀低音聲陷，可減少駐波。一種簡易的制作方法：取一只35加侖～55加侖橡膠桶，用玻璃纖維填滿，開口用細薄棉布覆蓋。這種管狀低音聲陷吸收的頻率接近1130/2H，H為桶高，單位為英尺（1英尺=0.3048米），如3英尺高的橡膠桶的吸收頻率為188Hz。

3 用擴散體來改善控制室聲場以及聽感

聲場擴散的理論來源于德國物理學家、聲學專家Schroeder 于1975年發表的二次余數擴散理論。擴散是聲場環境重要的組成部分，一個聲場擴散不充分的環境，很可能影響到聲學計算公式的準確性。為此，我們在塑造聲場環境時，把使得聲場擴散均勻作為一個重要的建聲項目，有利于音質的純凈與提高。

1）擴散體的作用。與光滑反射面相比，擴散體可以有效的避免聲聚焦。當聲波經過光滑墻面反射后，所有的聲能都將沿同一方向反射，其反射方向固定，取決于聲源的位置。而當聲波經過貼于側墻和后墻的擴散體表面反射后，聲能將被分散反射向不同的方向，且具有不同的相位差。 這些形成的均勻能量的不規則的反射聲會使人耳主觀產生一種空間感，同時運用在中高頻擴散時會提高聲音的“明亮”度。其反射方向大致為一個半圓，聲能平均擴散。如下圖示：

圖1 左光滑墻面，右擴散體表面對聲音的反射對比

擴散體還有另一個作用，當聲源發聲，聲波經過后墻反射，若反射面為光滑墻面，則某一頻段只有固定的反射路徑指向錄音師的位置。而當反射面為擴散體時，由于聲波以半圓方向擴散，則有無數條不同頻段的反射路徑匯聚在錄音師的位置，以此類推，有無數相同性質的匯聚點，這樣便無形中擴大了最佳聽音區。

2）二次余數擴散體的參數計算。在眾多的擴散體中，Schroeder擴散體由于擴散效果好、易于安裝而被廣泛應用。下面談談其中的QRD（Quadratic Residue Diffuser）二次余數擴散體的計算公式：

其中，Sn為以n平方除以N的余數，λ0為擴散中心頻率的波長，N為擴散體格子數（必須為質數），h為格子的深度，n=0，1，2，3，4，5，6……。舉例:設一個周期內的擴散體格子數N為7，n方除以N得余數為0，1，4，2，2，4，1。然后根據格子深度hn= (λ0/2N)*Sn 來得到一個擴散體的初始模型。

4 結論

在節目前期錄音和后期制作中，控制室的重要性不言而喻。良好的聲學設計可避免出現聲聚焦、回聲、聲染色、顫動回聲、駐波等問題，幫助錄音師正確判斷聲音的質量。我們可通過一系列的聲學處理，來控制混響時間、使聲場均勻擴散，改善監聽音箱的聲音，為制作好節目提供優良的建聲條件。

[1]Bruce Bart1ett.朱慰中，譯.實用錄音技術.5版.

[2]Trevor J Cox and Peter D’Antonio.Acoustic Absorbers and Diffusers Theorydesign and app1ication.2版.