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音響室進階班:乾濕適中完美放送—《音響入門誌》

文/阿賣|本名張涵盈。身份多重,大致上來說是個創作歌手、音樂製作人與業餘的室內設計師。

場地提供/In Our Time、ST Music

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在閱讀過許多音響空間的文章,跟許多高手討教以後,你終於下定決心要為自己打造一間完美的音響室了,從這一刻起,你進入另一個世界,有更多探索不完的新知。

明明已經對於吸音板、擴散板、低頻陷阱這些名詞不再陌生,但真要動手去搬動擺設、請師傅來施工,手上的設計圖畫了又畫,從第一版改到不知道第幾版了,卻總會有一些東西不知道該擺哪裡才好?哪一面牆上好像缺一塊什麼?就好像靈魂不知道哪裡缺了一塊一樣。

徹底了解聲音 先從物理說起

一切還是要從聲音的物理說起。

聲音在空氣中傳遞,碰到物體後,會發生的行為可以粗略分成吸收和反射。也可以說,不論擺放任何物體在空間裡,從家具到處理聲音的裝置,都是在利用這兩個機制善加組合運用,達到最好的音場效果。

當聲波碰到軟物質時,不會反射回來,能量會消失在軟物質裡面,這樣的現象叫做吸收。例如有大面窗簾、厚地毯,又擺放了很大的布沙發的客廳,聲音就會被大量吸收,這時候整個客廳的音場就會比較「乾」。乾的音場會很清晰,但是比較缺乏力道、聽覺上不夠飽滿。

反之,如果空間裡都是硬的物質,例如水泥或磁磚的牆面、玻璃窗、木製桌椅、光滑的瓷磚地板,這樣的空間就不容易吸收聲音,聲波碰到牆或是地板的時候很容易被反射,這樣的空間就會比較「濕」,有大量的回聲和殘響。

最理想的音響空間,必須是清晰的乾,但同時又有適量的殘響濕,簡單的說就是軟硬適中,不能完全吸收、也不能完全反射。

為要調整出最恰當的吸音比例,除了室內家具之外,購買專業吸音板擺在正確的位置,確有其必要性。

擴散是啥玩意 好聲自有大道理

知道了吸收跟反射的概念,接下來要介紹「擴散」了,這是一個奇妙的聲學名詞,在音響玩家中,只要提到「擴散」兩個字,就幾乎代表著「好聲」,它到底是怎麼一回事呢?

簡單來說,「擴散」就是反射的一種,但它對於聆聽音響來說,是更優秀的反射方式。當聲音碰到一面硬牆,它會被均勻地反射回來,但若這一面牆是凹凸不平的,那聲音在牆的各處被反射回來的快慢就會有所不同,這樣會對原本的聲波有「打散」的效果,回音就不會顯得平板,而且避免駐波和共振的發生。這件事就稱為「擴散」,在音響室或錄音室常常會看到凹凸不平的塊狀牆面,就是這個道理。

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如果沒有預算在家裡打造這樣具有擴散效果的牆面,也可以買現成的「擴散板」,它就是一塊表面深淺凹凸不平的結構,擺設在音響室裡需要擴散的地方,就會讓聲音獲得擴散的效果。

對於喜歡自己動手 DIY 的玩家、或是木工的愛好者,擴散板更是一個浪漫的玩意兒,因為它是可以自己 DIY 完成的,表面高低不同的每一根木柱,都是經過設計的,且很多款經典擴散板的設計圖,在網路上都很容易找到。找一些好木料,找一個晴朗的星期天下午,自己動手製作一塊美麗的擴散板,是人生一大樂事啊。

吸音裝置名目多 相通卻又不相同

吸音棉吸音板低頻陷阱,這三樣東西根本上都是屬於「吸音」的裝置,他們雖然是三個不同的名詞,但實際上是沒有明確界限的,這三樣東西之間有模糊不清的曖昧地帶,有時候甚至可以同時兼具其中兩種或三種身份。

例如,把具有吸收低頻能力的吸音板放在低頻聚集過多的地方,讓它發揮吸收低頻的效果,就可以把這塊吸音板稱為「低頻陷阱」。這就像是沙發拿來躺著睡,就可以說沙發是床一樣的道理。同樣的東西在不同的用途下,可以在概念上是不同的事物。

為什麼要先解釋這個呢?因為每次跟人談及吸音棉、吸音板與低頻陷阱的時候,大多數朋友最後都聽得一頭霧水,最後總是很疑惑地問我:「所以,這三樣東西到底要怎麼區分?」事實上就是不能區分的,當想把這三樣東西就外觀上、或就材料結構上來分類的時候,就已經走錯路了。這三樣東西,比較像是用「功能性」來分類的,他們可能都是很類似的材料,但是因為擺放的位置不同,密度、厚度和長寬高的不同,就可以被稱為不同的名詞。

吸音棉、吸音板和低頻陷阱,它們可能都是海綿,或者外面包布的玻璃纖維棉或岩棉(註一)。通常整體的材料和尺寸越厚重,吸收的頻率就能達到越低,吸收頻率能到越低的,就越能稱為「低頻陷阱」。

甚至被稱為「低頻陷阱」的市售產品,也常常有吸收中高頻的效果,擺在低頻不多的位置上,它就只是一塊吸音板而已。說來說去,就物理上來說,這三樣東西做的事情都是一樣的,就是吸音。

吸音專業不專業 想法最有大差別

口語上常說的「吸音棉」,一般指的是樂團的練團室裡貼滿牆壁的那種黑色吸音海綿,它的功能比較像是利用吸音的方式,來減低樂團練習的音量,重點是不要吵到人,免得遭來鄰居抗議。這種吸音棉通常很便宜,跟音響玩家在音響專門店購買的吸音板,有很大的價格差異。

看到這裡,讀者可能會問:「如果我去音響店裡買吸音板,擺在樂團的練團室,它是否有減低音量避免吵到鄰居的效果呢?」答案是有的,但這樣做成本太高了,昂貴的吸音板要貼滿整間房間,是一件非常奢侈的事情。簡單的說,吸音板通常指的是「專業的聲學裝置」,為了調整空間的音場,而必須「有技巧的」去擺在正確位置的高級玩意兒。而吸音棉呢,通常指的是「廉價的降噪海綿」。

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更深入來說,它們可能都同樣是海綿所製成,但它們價格的差異在於,吸音板的尺寸和厚度、海綿的密度,是經過聲學專家設計過的,專門針對大部份室內音響空間和頻率的先天不良,來作改善的用途,它通常會告訴消費者它能吸收的頻率範圍,低頻到多低,高頻到多高,專業的吸音板,通常會附上這個產品對於不同頻率的吸收能力的圖表資料。而且同一家公司,可能會出產多款不同尺寸、不同厚度與密度、甚至不同造型的吸音板,針對各種不同的空間聲學問題對症下藥。

而吸音棉呢?是沒得選的,市售的吸音棉大多是差不多的東西,只要有吸音的效果不要吵到鄰居就可以了,不需要太講究的。事實上,如果你的練團室的牆壁不是實心的磚牆,那即使把吸音棉貼滿整間房間,練團還是很容易吵到鄰居的。別忘了上一期有提過,吸音棉不是隔音棉,它沒有隔音效果,世界上沒有隔音棉這種東西。

此外,在這裡也要提醒讀者,如果希望打造一間真正好聲的音響室,千萬不要把吸音棉貼滿整間房間,這種完全不經思考的處理方式是不可能有什麼好音場的。

但若是哪天碰到一個專家,跟你說房間裡的哪個角落需要放置「吸音棉」,請不要跟他辯駁,說在這本雜誌上看到筆者說吸音棉是不專業的東西。他都已經告訴你在哪個角落要怎麼處理了,這是行家的想法,他口中講的吸音棉,其實就是指專業的吸音板,當然不是樂團練團室的那種黑色吸音棉囉。

同樣一塊海綿或玻璃纖維棉,它來到這世界上,可能因為命運的不同,而有不同的歸屬,最後到底成為了吸音棉、吸音板還是低頻陷阱,端看使用者怎麼用及會不會用了。

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狹縫中思考 低頻最難明瞭

不管是音響玩家或是製作音樂的錄音師、混音師,都不會小看低頻這回事,低頻的頻率分佈和量感,始終是一個複雜且極難對付的課題。一個音響空間裡低頻的處理,往往是能不能獲得好音場的決定性關鍵。

相信很多讀者都或多或少聽過這個說法:「中高頻有方向性,低頻沒有方向性。」其實這一切都跟「繞射」這個物理現象有關。

當水波經過一道「寬門」的時候,它會直直地往前行進;但是當它經過的是一道「窄門」的時候,宅門會變成一個新的「源頭」,讓整個水波呈圓形往四面八方擴散開來(如下圖)。這種波動經過狹縫而擴散開來的物理現象,稱為「繞射」。當狹縫窄到會讓波動繞射的時候,原本直線前進的波就不會再是直線前進了,它會往四面八方散開。

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這個「寬」跟「窄」的差別,大致上以水波的「波長」為基準。如果門窄到跟水波的波長差不多,那這道門就可以說它是窄的,在物理上稱為「狹縫」。如果門很寬,遠遠比水波的波長還要寬,那這道門就是寬的,就不是物理上所謂的「狹縫」。

瞭解了這個概念,試著來換算一下低頻的波長,會發現頻率 100Hz 的聲波,波長算出來竟然是 3.4 公尺!(註二)是的,3.4 公尺,比大多數人家裡的一層樓還要高,這麼長的長度,聲音才來回振動了一次。如果是 50 Hz 的聲波,波長就是剛剛的兩倍,長達 6.8 公尺了。

到這裡,您是不是已經發現了什麼呢?

是的,對於一般的建築,任何人家裡的空間格局,或任何居家室內空間,對於 100Hz 以下的低頻來說,都是狹縫!居家空間裡的任兩道牆,對於低頻聲波來說,都是相當窄的窄門,就算是很大的客廳,天花板和地板之間,對低頻來說依然都是狹縫。因此當喇叭發出低頻的時候,在室內空間幾乎都會往四面八方散開。即使在室外的大型演唱會,喇叭距離地面也很難高達數十公尺,因此低頻永遠都會有繞射的現象。

這種沒有方向性四處亂竄的低頻,根本上無可避免,會造成聆聽時音場的混亂,讓整個聽覺上變得「轟」。特別是在兩面牆之間的直角處,很容易形成低頻堆積。而兩面平行的牆面、或是天花板和地板,都正好會成為低頻的共振腔,讓某個頻率一直在中間嗡嗡作響。(註三)

到底吸音板、擴散板和低頻陷阱這些裝置該如何擺設,才能解決惱人的低頻問題以及平行牆面造成的駐波呢?抓準六大觀念,你也可以在家輕鬆擺設出定位清晰、乾濕適中的好音場,讓我們從喇叭開始說起吧。

喇叭聆聽貴賓席 擺位自有大道理

一般還不懂音響空間的人,大多數會將喇叭靠牆放,這不是一個好的方式。喇叭的背面應該和牆面保持一段距離,通常在 1 到 2 公尺之間,視不同的喇叭設計而有不同的擺放距離。以一般大小的房間來說,喇叭和後牆的距離,聆聽位置和喇叭之間,各為房間長度的 1/3,是一般認為最理想的比例。

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通常會讓喇叭發出的聲音水平地打向聆聽者的耳朵,因此喇叭的高度和聆聽者的耳朵大約在相同高度,以此類推,不管是吸音板或是擴散板,也應該以坐著聆聽時的人耳高度為最主要區域,如上圖。

但實際的情況並不這麼單純,視不同的器材、不同的需求和室內空間的分配,還是會有很多不同的擺設方式。

喇叭後牆是重點 低頻陷阱不能缺

喇叭背後的牆面,是一個關鍵的地方。

大致上的觀念是這樣的,因為喇叭會將聲音往前打,但低頻因為沒有方向性,所以越低的頻率在喇叭的背後會越累積越多,如果喇叭背後剛好是呈直角的牆角的話,狀況則會更嚴重,也因此喇叭的後牆是需要將低頻做吸音的,不吸音會讓整個音場顯得太轟而失去清晰度。

然而,我們也很需要讓喇叭後牆具有反射能力,將聲音往前反彈到聆聽者的耳朵,這樣喇叭聽起來才會結實有力,不至於軟趴趴。又要吸音、又要反射,這樣的要求,就讓喇叭後牆的處理陷入兩難的局面了。一般的做法是:將吸收低頻的裝置擺設在「關鍵位置」上,其它的地方留著做反射用途。最常見的就是在後牆和左右側牆的兩處直角,擺上大型的低頻陷阱,這兩個巨大的吸音裝置可以解決掉這間音響室裡最多惱人的低頻。

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也可以將低頻陷阱擺在後牆兩個直角處的人耳高度附近,但上面碰到天花板的兩個「三面直角」處,另外吊掛較小的低頻陷阱。而兩個喇叭中間的那一塊牆面,可以擺上一面擴散板來反射聲音,讓喇叭聽起來更結實有力。

找到第一反射點 關鍵時刻不妥協

室內音響空間的擺放,一般都建議第一反射點一定要做吸音。

第一反射點是什麼呢?第一反射點就是喇叭到牆面、牆面到聆聽者的耳朵之間,畫出聲音的反射路徑後, 聲波在牆上反射的那附近區域(如下圖)。在左右側牆面的第一反射點裝置吸音板,讓喇叭發出來的聲音不受到來自兩側牆的反射音干擾,音像定位就會清晰。

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同樣的道理,喇叭發出的聲音也會打到天花板,再從天花板反射回到我們的耳朵裡,這個天花板上的第一反射點,也是必須要吊掛吸音板的區域。

左右牆面要對稱 定位清晰最透徹

一對喇叭的擺放位置,最好距離房間的左右側牆是一樣的距離,而且兩邊的牆面最好是盡量對稱的形狀和接近的材質,如果左右牆面不對稱,來自兩側牆的反射音,很容易造成聆聽音樂的干擾,會讓聽到的聲音變得跟原本唱片裡要傳達的不一樣,最明顯的就是樂器的擺位很容易歪掉,原本應該在中間的樂器變得偏左或偏右。

如果因為房間的格局,喇叭的左右側真的有無法對稱的情況,例如有一邊就剛好是一道門,那音像定位就很容易混淆不清,這時候在兩側相同距離的第一反射點,擺上一模一樣的吸音板做吸音,會比較改善。

沙發後牆不放過 聽感加深好開闊

一般來說,讓喇叭打向聆聽位置,這位置通常都是沙發區,建議沙發不要完全靠著後面的牆放置,中間要留 1 到 2 公尺的空間出來,在聆聽位置(沙發)後面的牆上人耳高度附近,可以裝置擴散板,讓喇叭過來的聲音被後牆反射時,是經過擴散以後的聲音,這個做法可以加深音場的深度,讓整個聽感上產生房間變大的錯覺。

天地之間別忘記 平衡聽感有道理

天花板和地板,如果不處理,房間的六個面,就會有兩面是硬的材質,這樣會讓整個空間內反射的比例佔得太高。而且別忘了,天花板與地板之間是巨大的平行面,會造成某個低頻的駐波,沒有處理好就很容易有一處低頻過多,室內會變得很轟。

因此必須在天地之間擺上一些吸音或擴散裝置,一般來說最簡單的想法是鋪地毯,至少在地面會有吸音的效果。但要注意的是,地毯的吸音頻率通常都在中高頻,無法延伸到低頻,這樣依然不能解決平行面之間的駐波造成低頻過多的問題(註三)。最好的解決方式,還是要將大型的低頻陷阱吊掛在天花板上,一方面破壞原本平板的形狀,一方面吸收低頻,吊掛的位置要視室內的音場分佈而定,原則上以低頻聚集最多的地方為主。

另外,也有在天花板吊掛擴散板的做法,但要注意的是擴散板一般是木頭製成,重量都很重,吊掛在天花板如果不夠牢固,是相當危險的,有人會因此使用保麗龍製的擴散板代替,但保麗龍製品不管是外觀或聲音上,都不如木製擴散板,因此也有人設計出重量較輕的木製擴散板,通常是格子狀的,但依然有一定的重量,在施工時一定要請專業的工程人員,才能確保安全性。5-10

了解聲音的物理之後,一路解析實際的音響空間調整,你決定好要動手進行住宅大改造了嗎?

  • 註一:如果吸音板的材料是玻璃纖維棉或岩棉,通常外頭都會包布,免得細小的纖維溢出,這些長纖維吸入肺裡會造成呼吸道的傷害,鑽進皮膚裡會造成紅腫發癢。所以在音響室看到包布的吸音板,千萬要小心不要刺破了。
  • 註二:物理公式「聲速 = 頻率 x 波長」,空氣中的聲速 340m/s,頻率為 100Hz,代入可得波長為 340/100 = 3.4 公尺。
  • 註三:樓高造成的駐波屬於低頻。以一般樓高兩米半來說,在天花板和地板為半波長(天地視為兩個節點),波長就是 5 公尺了,代入物理公式「聲速 = 頻率 x 波長」,兩米半樓高的共振頻率為 340/5 = 68 赫茲,68、136、272……等等兩倍頻、四倍頻以上都會有共振而過多的現象。

作者簡介

阿賣,本名張涵盈。身份多重,大致上來說是個創作歌手、音樂製作人與業餘的室內設計師。

1981 年生於台灣屏東,25 歲那年因為對社會與教育體制的荒謬感到失望,從台大物理研究所休學,潛心投入音樂創作。從吉他手跨到編曲人、製作人,累積了大量的錄音室工作經驗,後來靠著物理直覺和實作的毅力,自學摸索室內設計與建築聲學,在台北市廈門街建造了自己的錄音室。

作者信箱:mybeat70i@gmail.com 有疑問的讀者可來信討論

雙人團體「小城星電台」的吉他手與詞曲創作人,發行過兩張 EP 與一張專輯,從墾丁到馬來西亞都曾演出。

2015 年底已發行第一張個人創作專輯 「小城星電台—阿賣」。


Vol4

本文摘自《音響入門誌》vol. 4:無線傳輸篇

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關於作者

活躍星系核

活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。