【特稿】打造一间视听室的实战过程

写在前面


这是一篇有史以来写得最艰辛的文章,数次坐在键盘前都不知如何下手,,因为在这间视听室在历时100多天的建造过程中所经历的事情太多了,流水帐式的都记叙下来恐怕没多少人有耐心得看下去,太多理论性的东西担心初阶朋友看不明白,而过于平铺直叙又惟恐引起资深人士的质疑,诚惶诚恐之间苦思良久也找不到切入点,但之前答应过网友要写一写声学处理方面的过程,丑媳妇终要见家翁的,再难写也要尝试一下,因此内容上尽量多添加插图来表达自己的意思,目的就是希望能做到深入浅出,吸引更多的朋友来关心、参与这方面的探讨,谢谢!


一个很偶然的机会,认识了一位从事IT行业工作的H先生,闲谈中得知他也是影院爱好者,话题自然就多了起来,近期他也想在家里上一套家庭影院,聊了一通器材搭配、装修风格等问题之后,得知他最困惑的并不是预算方面,而是居室的隔音问题,据他说平时晚上在家里用等离子收看电视节目时,即使是开到中等的音量,有时也会引起楼上楼下邻居的投诉,问我有什么方法能改善?声学处理工程不到现场考察而随便给出的意见是缺乏专业精神的,所以在一个风和日丽的下午,我们来到了H先生的住所——海滨城。
这是一所格调不俗的高尚住宅区,环境幽静、视野开阔,在阳台凭栏远望,美丽的深圳湾尽收眼底.

 

H先生已经将两间小房打通来准备做一间视听室,合起来约十七、八平方的样子,要知道在深圳高层海景住宅的售价非常不便宜,所以即使有这么大的独立空间已经是十分了不起的事情。

 

 

第一次给出的参考方案还是按常规套路,隔音措施无非是安装中空隔音玻璃、密封门、加地毯挂毯等,这是当时做出来的效果图,由于本人不会使用3DS MAX等软件,只能用CAM+Windows画笔混合起来做,既辛苦又费时。

 


 

为了验证隔音效果,H先生特意来了趟惠州,带他参观了某音视频录制间和我那间比较简陋的视听室后,H先生对带专业风格的装修格局分外感兴趣,特别是我那间视听室播放90dB以上音量、而楼上楼下均不受影响时,他立即决定放弃常规风格装修方案,重新设计视听室,一切以高品质视听效果为先决考虑条件,预算上没太多限制,具体方案由我们全权自由发挥。

 

 

以为限制宽松的工作最好做,恰恰相反,越是没要求越是等于高要求,记得几年前某欧洲客户委托我设计制造一款自动晾衣盒,研发成本和研发周期都没有限制,结果这款产品足足花费了11个月的时间、前后共试验修改了60多次才达到收货标准。当客户给出宽松条件时,实际上是要求你把潜力和技术水平发挥到最高!所以对这间视听室的规划真不敢掉以轻心了。

重新来到了现场,仔细测量了各项物理数据,并在电脑上建立了3D实体模型。

 

 

 

一间理想视听室的标准有以下5点要求:
1 足够的响度(声压级)。在没有噪声干扰情况下,观众听到的重放声应既不感到费力,又不感到震耳。通常要求有85dB的平均声压级,考虑到音乐高潮的不失真重放,可再留有10dB余量,数字环绕声系统更应有20-30dB动态余量。
2 均匀的声场分布。声场分布均匀,可保证整个厅堂内各点声能分布均匀,各区域内观众听到的响度基本一致。通常,均匀的声场分布应保证整个厅堂内最大声压级和最小压级之间不超过6dB,最大/最小声压级与平均声压级之间最好不超过3dB。
3 合适的混响时间。混响时间是影响影院音质的一个重要参数,混响时间控制合适就能提高语言清晰度和音色丰满度,有助声像定位,同时增加响度和声扩散。对于视听室所要求的最佳混响时间,可按其实际容积用公式T=KV/{S[-2.3lg(1-a)]+4MV}求得。
4. 频率响应和有效频率范围。频率响应是指在馈给扬声器电压(一般为1/10额定噪声功率电压)不变情况下,扬声器在参考轴上距参考点为一定距离时输出声压随频率变化特性,它反映了扬声器对不同频率声波的幅射能力。频率响应通常用扬声器输出声压级随频率变化曲线表示,称为频率响应曲线。
5. 信噪比应满足要求。室内环境噪声对正常听觉会产生干扰和掩蔽作用,影院内噪声应低于42dB。

有了指导方针,我们就可以找出现场的声学缺陷,再针对性地采取措施加以克服

 

第一点.足够的响度。
我们可以在选择器材时加以考虑,这是后话,暂时按下不表。


第二点.控制声场的均匀分布,消除低频驻波

用电脑3D实体模型进行建声分析时,我们发现各个频段内的声级很不均匀,特别是125Hz以下的低频,在墙角的声聚焦比较严重,这就是人们所常说的驻波了。


 

驻波产生的原因是声音在两面墙(主轴)或者四面(切线)及六面(橢球)墙之间来回反射,自己和自己的反射波碰在一起,而产生增强或减弱的效果,最后的波动变成在原地振动、不会移动的波,所以叫做驻波。

 

一个密闭空间有三组相对的墙面,所以会有三组不同的驻波产生。即使一对无响室中频率响应量起来±0dB的超级喇叭,放到普通空间里面,频谱分析仪看起来低频段仍然是高高低低,主要原因也就在这里。驻波的害处很多朋友都知道,这里就不再重复,消除中低频驻波的办法不外乎有两种:扩散和吸收。
大型演奏厅多采用弧面扩散的方法,但在空间比较小的家庭视听室就不太可能了,特别是对付波长较长的低频驻波,这么大的弧面是容不下的。

 

吸音尖劈的效果很好,但体积庞大,造价昂贵,多用于大型录音室和科研部门的无响室,但对付63Hz以下频率的吸音尖劈长度竟达到1米以上,在家居环境里,这个庞然大物显然是不能用的。

 

在专业录音室、小型演奏厅里,他们对付驻波另有一套方法,也就是量身建造的低频空箱(Bass Trap,俗称低频陷阱)。这种空箱的制造有一套公式可以计算,材料以MDF板为主,里面再塞进玻璃纤维棉。它的主要作用是吸收某一特定范围频率,当声波进入空箱后会因能量转换作用被衰减、吸收。需要计算的理由则是每个空间的条件都不同,需要衰减的频率与能量多寡也不一样,所以低频陷阱无法大量生产。录音室的控制间里顶多不过20平方大小,却能完整而平直的听到20Hz极低频,主要秘诀就在这里。

 

因此,我决定在这间视听室的四个墙角按电脑分析的结果安装上4个针对不同频率、不同吸收量的低频陷阱。

 

第三点.混响时间的控制
混响时间就是我们俗称的残响,通常定义反射时间为声音减少到60dB所需要的时间(Reverberation Time),缩写为RT60。以下就是纽约大学(New York University)网站一个页面里计算RT60的系统:http://www.midifan.com/image/tech/plugin/rt60.htm

混响时间太长就会产生像山洞里说话的回声,使音质模糊不清晰,混响时间太短则声音枯燥发干;、听感上不舒适;200立方米以下的家庭影院,0.3秒(300ms)左右的混响时间是比较理想的。
现在这个未经处理的视听室里,无论用RT60公式模拟还是用分析仪器实测,混响时间都大于1秒,这是不符合使用标准的 .

 

究其原因,这个房间6个面都是由混凝土、砖墙、大块的玻璃等反射系数强烈的材质构成,要改善就得大量敷设吸声和扩散材料,几经周折,后来幸得军内某科研生产部门在技术上的大力支持,他们提供了国内领先水平的声学建材以及大量的技术参数,几经分析和测试之后,最后决定用这种穿孔率为12%的13/3M型吸声板来敷设4墙。

这种吸音板是引进德国技术、基体材质采用进口超高密度板制成的,价格与过内其他同类产品相比,售价较为昂贵,但在质量第一的前提下就毫不犹豫地采用它了。


装修师傅们正在安装吸声材料和敷设13/3M型吸音板,用他们的话来形容:一边安装一边发现自己的说话声音在变化,变得越来越清晰、越来越不费劲了

 

第四点.频率响应和有效频率范围的处理对策。
由于扬声器采用的是JBL S2500、4410A等优质产品,所以电声器件的频率响应还是是比较平直的,影响频率平直响应的主要因素来自室内声学环境,现场实时频率分析也显示出频率响应特性峰谷比较严重。

 

图中31Hz、63Hz、250Hz几个峰通过几个特制的低频陷阱可以吸收抑制,但谷底部分特别是从6。3KHz就开始滑落的高频就需要通过反射体来增强了,反射体利用特殊的几何型状,将直线传播的声音改变路径,从而均匀地扩散到整个空间里,只要留心观察,音乐厅、高级电影院都能发现它们的存在。

 

经过计算和用电脑模拟效果之后,决定天花板采用藻井式格栅加金字塔式扩散块。

 

其中金字塔式扩散块也是给出数据后委托军内某科研生产部门设计制造,对特定频段吸收,其他频段连续扩散,为带通式设计。

 

至于两侧墙的第一反射点就采用QRD扩散板,由于右方第一反射点恰好是窗口位置,为了兼顾采光,所以就将右方QRD扩散板设计成为活动式,平时打开增加自然照明,使用时关上,也避免了窗口大块玻璃的强烈反射。

 

QRD扩散板的作用


如果一个人在具有平坦侧墙的矩型大厅中听音乐,他听到的声音将是脆的,硬的或刺耳的,这种现象称为频率染色效应。QRD的反射体是一种不规则平面设计,目的是在反射中产生扩散,它产生的早期声音非常丰富而圆润,混响声似乎是从许多方向-从侧向,从头顶以及前方到达听众的,可显著地改善厅堂的音质条件。QRD扩散板是由一系列裂变深度的平行“藻井”组成,当声波135度入射到水平放置的扩散板时,它就能在30度 ~150度之间以相等的强度将声音反射出去。

 

两侧墙的第一反射点采用QRD扩散板加上天花板的金字塔式扩散块之后,主观听感变得丰润自然,堂音细节也很丰富,就好像房间增加了高度与纵深,对乐器结像的重现大有帮助。
某些乐队在演奏现场也安装了QRD扩散板和低频陷阱来改善声音品质。

 

这个门口上方的中央空调风机盒原是由薄夹板做的,大声压时会引起共振杂音,将它拆掉,用厚夹板加13/3M型吸音板做了一个坚实的近弧型多面反射体,既消除了共振杂音,又希望它能散射改变56Hz的空间分布路径,纠正频响偏差。

 

在风口里安装了光触媒杀菌灯管,保证了密闭的视听室里的空气质量。

 

5. 改善室内的信噪比
室内环境噪声对正常听觉会产生干扰和掩蔽作用,所谓的动态范围,不单纯指高声压能达到多少分贝级,室内环境的安静性提高后,能让音频系统重播出更细微的弱音部分,动态范围也就扩展了。要达到安静的室内环境就必须采取有效的隔音措施,除双层天花、4墙敷设13/3M型吸声板外,地表上安装由葡萄牙 AMORIM国际集团所生产的软木地板也起到了很大的隔音作用,软木是华栎木的保护层,即树皮,在100多年前,欧洲的一些发达国家就已经开始制造和使用软木装饰材料了。

 

由于软木其独特的蜂窝状木质结构,内存大量的空气,具有极好的弹性和耐磨性,其耐磨性是硬木地板的200倍。显微镜下,软木地板表面是由无数个被切开的木栓细胞形成的小吸盘,减小了脚步与地板的相对移动,增大了摩擦系数,减少了摩擦,达到了防滑的目的,即使地板上有水或油,也不致于使人滑倒。摩擦系数为0.4,达到6级的优秀标准(最高为7级)。1932年,仅有1厘米厚的简易的软木地板被用在北京首都图书馆,使用了70多年仅磨损掉0.5mm!由于软木良好的声阻尼特性,使软木地板成为优异的减音、降噪铺地材料,特别适宜于铺装在录音棚,会议室,图书馆、阅览室、老年人居所、电教室和高层建筑中。蜂窝状的细胞结构成就了软木地板“天然吸音器”这个美名。

 

作为唯一的声音泄露口----门的处理上也颇费了一番工夫,由于市面上所售的成品套门不合乎使用要求,只能用原实木在现场制作,门背加封上吸声板后,总重量竟接近200KG!所以门铰、门锁都要采用坚固可靠的进口产品。

 

完工之后,即使是车水马龙的中午时分,只要关上视听室的门,便感到有如置身于山村深夜般的寂静,连自己轻轻的呼吸声都清晰可闻,声压计实测的背景噪声数据分别是31.9dB(A计权) 、41.1dB(C计权),完全符合关于”SR型立体声影院内噪声应低于38dB(A计权),数字立体声影院内噪声低于35dB(A计权)”的标准要求.

 

隔音的功能是双向作用的,在视听室内播放100 dB以上的连续性粉红噪声,仅一门之隔,声压就下降到80 dB左右,拉开2米的距离后就下降得更多了.

 

音箱、低音炮的花岗岩垫板底部再加上这种橡胶阻尼垫, 减震垫下面还有软木地板,有效地避免了发声元器件与建筑结构的刚性耦合,H先生从今以后就可以在深夜肆无忌惮地开着12吋大炮来看大片了.

 

建造过程甘苦谈
虽然以前也参加过不少专业声学场所的建造,但那时是以大锅饭形式来做事的,一个萝卜一个坑,设计、规划、出图、采购、施工、安装调试都有专人负责,只要把指派的工作完成就可以吹着口哨下班了.但是这项工程一切还得靠自己.
每天清晨乘坐大巴到罗湖,继续乘地铁到终点站, 再搭转的士到工地,一来一回每天的交通费用都要百多元以上,加上同伴的开支就更多了.

 

晚上九点左右回到家后还得绘图、计算,还得安排明天的工作进度,由于QRD扩散板、低频陷阱等构件是特别订做的,厂家生产时还要长途跋涉到现场监工,即使是这样还是有百密一疏的时候,例如第一次订做的QRD扩散板将藻井方向做错了,而厂家又坚持不肯退货时,只得忍痛牺牲千多元的订金另找其他厂家重做.又例如打算安装在墙角的低频陷阱, 厂家竟可以将图纸上的扇型截面理解成相反的截面,哭笑不得之余还得推倒重来.

 

做惯常规家装工程的装修师傅也不太理解视听室工程的特殊要求,为什么喇叭线要分方向走? 为什么要用这么粗的电源线? 为什么电源插座要环状布线? 为什么电源插座要规定左零右火? 为什么……这一切还得耐心解释,言传身教.磕磕碰碰中, 工程还算进行得比较顺利,当安装好这4个低频陷阱后, 视听室的雏形就渐渐显露出来了.

 

后期的细致工作就不能依赖装修师傅了,利用水平尺,可以将环绕箱安装得很端正.

 

空调盖是薄板构件, 大声压时可能会发生共振而引起杂音,灌上玻璃胶,再粘上橡胶阻尼垫,确保万无一失.

 

这个空调出风口装修师傅给装反了,以后主人家拆卸清洗滤网时会很麻烦,虽然这不属于自己的责任范围内,但与人方便,自己方便,花点时间将它们重新排列好也费不了很多工夫,总之把自己所能考虑到的细节都尽量做到最好吧.

 

再一次检查电源插座的相位.

 

视听室后部的照明灯具均采用合金压铸工程灯,一是坚固厚实的合金外壳不会因共振而引起杂音,二是单方向照明可避免光线直射到屏幕上影响画面效果,将来在看电影时边找碟和边看包装上的剧情介绍也很方便.

 

这是管线和灯具的电气布置示意图.

 

器材一件件买回来了,摆放好之后倒也像是那么一回事.

 

菊池100吋16:9高清浅灰EF硬幕的黑位细节表现出色.

 

4个环绕均是JBL S36II, 投影机订了奥图码H79,但调试时先用H77来代替.

 

碟机是PIONEER DV-S 969,影院放大器是SONY-DA9000ES.

 

用i.LINK接驳, DA9000ES很快就锁定了信号,并在屏幕上显示出信号源的型号来.

 

开声前再进行一次频率分析, 室内频率曲线比装修前平直了许多.

 

通过加减低频陷阱的吸收量、调整喇叭的摆位等手段, 最后利用DA9000ES的参量EQ进行微调,.频率曲线就更加理想了, 我们可以看到, 630Hz以上的频率非常平缓的向下滑落,这是一种久听不倦的室内频响特性.


这张曲线图更加直观地印证了我们的工作成效.

 

室内混响时间也比较接近理想值.

 

距离设定、各声道电平设定等过程相信大家也很熟悉,这里就不再介绍了.能进行环绕喇叭位置的高低设定是SONY  ES系列影院放大器的特色.

 

播了两张SACD,这套系统所表现出来的声音品质是自然、清晰,强烈的空间感给人的印象非常深刻.
用《角斗士》和《U571》来爆机,巨大的声压之下整个声场仍保持不变形,同时各发声点在空中运动的轨迹也颇具说服力,值得一提的是售价不算昂贵的Velodyne CHT-12R低音炮在这个17平方的小空间内居然能发出结实纯洁的清脆低频,深水炸弹最猛烈爆炸时,声压计所录得的最高声压是120 dB,而这套系统仍然未产生出任何可闻性的失真.
主人家拍着胸口连呼过瘾之极,而我们却竖起双耳担心着楼上楼下芳邻的深夜突然拜访,过了良久仍没有任何事情发生,终于可以长长的吁出了一口浊气.

 


新的一天又到了,灿烂的朝霞总会给人带来无限的希望.

 

END

 

2005年作品