家庭影院中低頻駐波的危害與消除

越來越多人嚮往構建專屬自己的私人家庭影院系統,這當中吸引人的當然是家庭影院獨有的魅力。如接近專業級別的影院音效,如不受時間限制,也不受商業影片的排片檔期影響,當然也有「社恐」一族最鍾愛的一點,免卻和陌生人分享的擁擠,專屬自己或親友的私密空間。一個出色的家庭影院,不僅僅在於軟硬裝上給人愉悅,更需要內能氛圍滿滿,外能舒適不被打擾。當我們開始接觸家庭影院後,也慢慢了解到更多聲學處理的技巧,同時也開始體會到駐波干擾的煩惱。不管房間大小格局如何,只要是封閉的空間,都會形成各種各樣呈分佈狀的駐波。規則的長方體房間,比較容易預測分析,可以大致計算出各個頻率駐波的分佈狀態;而不規則的房間,切了角的房間,不平行牆面的房間,其駐波的分佈則會比較散亂。

什麼是低頻駐波

低頻管理不當就會極容易出現駐波,這種現象通常在我們組建家庭影院時,當加入低音炮後,房間的聲音就變得奇怪。

相比傳統的商業影院,家庭影院空間相對較小,因為空間越小低頻越散不去,極大的低頻能量就有機可乘,在空間的每個角落駐足不散,形成駐波,低頻轟鳴不斷;加上牆面來回反射,形成顫動回聲等聲音缺陷,造成聲音混亂、模糊不清。一般來說,駐波是因為聲波在密閉的室內的對立面間反射(對立面指相對立的兩堵牆,包括左右、前後以及天花板與地板)多次反射後出現的一種既無法消散又無法停止震動的駐留聲波,當駐波所造成的能量增益過強時,不僅會讓人不舒服,同時還會蓋掉其它聲音細節。

總結而言,在相對密閉的空間內聆聽低頻,就會有駐波的問題。駐波的形成與音箱本身的設計和空間特性都有關係,尤其會隨着空間型態的不同而有不同效應,但其物理特性仍有一定規則。原則上越靠近牆壁越容易形成駐波峰值,雖然駐波不易消除,但是可以處理,我們可以盡量減少駐波的產生,或盡量避免讓自己在聆聽座位上受到駐波影響。

解決低頻駐波的幾個方法

每一個房間都有對應的長、寬、高尺寸的駐波,這個是無法避免的事實。如果不幸長、寬、高尺寸的駐波都恰好疊在一起時,駐波的音量強度便大為增加。目前,我們常見的家庭影院房間,小則約十平米,大則數十上百平米。房間內的低頻很容易因為駐波而存在各種各樣的問題,比如低頻轟隆隆消散慢,比如曲線峰谷交錯,造成某個頻段有缺失,某個頻段又過量。另外房間內的各個位置由於駐波的存在,低頻的曲線相差巨大,導致低頻的體驗差別也非常大。要解決這些低頻駐波問題,通常可以採用以下幾種方法:

1、房間尺寸和形狀的布局

房間的尺寸和形狀對低頻駐波問題有顯着影響。據研究,通過調整房間尺寸和形狀,可以改善低頻駐波現象。例如,過小或過長的房間會增加低頻駐波的頻率和強度。研究表明,調整房間尺寸的寬高比在1.2至1.5之間,可以減少低頻駐波現象。此外,通過增加房間內的隔板或使用傾斜的牆壁、斜屋頂等不規則結構,也能打破駐波形成的條件,減少低頻駐波的影響。

2、適當使用吸音材料

放置適當的低音吸收材料是解決低頻駐波的有效方法之一。根據研究,合理布置低音吸音材料可以顯着減少低頻駐波現象。例如,在牆壁和天花板上添加吸音板或吸音泡棉可以達到低音吸收效果。根據吸音材料的吸聲係數,可以選擇合適的材料和布置方式。例如,具有0.8以上吸聲係數的低音吸音板可以有效吸收低頻能量,減少低音駐波。通常建議覆蓋房間面積的20-30%的表面使用低音吸音材料。

3、調整超低音位置及皇帝位

音箱和聽眾的位置對低頻駐波問題的解決也有影響。在小房間中,音箱和聽眾的位置應避免位於低頻駐波節點的位置。低頻駐波節點是聲音壓力極小的區域,聲音的能量相對較弱,聽眾在此處會感受到低音響應的減弱。通過合理調整音箱和聽眾的位置,使其避開低頻駐波節點,可以獲得更均衡和自然的低音效果。此外還要設置合理的皇帝位,避開駐波谷的位置,建議的位置為長度方向離後牆20%,32%,45%的位置。

想要聆聽到理想的音響效果,聆聽位置也是關鍵之一,因為當您決定座位的同時,也決定了座位、音箱與側牆的距離。要知道,只要是在有牆的空間聆聽就可能產生駐波,也就是低頻聲波會在空間中產生能量強與弱(音壓大與小)的不同區域而座位區域也會有駐波現象,所以您可以嘗試稍微讓座位作前後」位置的微調,如果原本聽起來能量不足、低頻虛弱就可以選擇能量較強的位置。反之,如果感覺能量偏高、低頻過肥就可以選擇能量較弱的位置來取得平衡。不過這樣的調整是有限度的,同時要謹慎,因為太大幅度的前後移動,勢必也會改變座位、左右聲道、環繞聲道和其它牆面之間的相對位置,那麼音質音色、音場寬度、舞台深度都會連動影響,所以包含Tonn角度、放大器參數等設定就必須重新調整。那麼初次使用時該怎麼決定聆聽位置呢?因為超低音不可能單獨使用,一定是配合多聲道劇院系統(少數是組成2.1聲道音響系統),為了整體聲音的正確與平衡,座位位置必須按照基礎多聲道或2聲道擺位法則。

另一方面,超低音的量感與「擺放位置和牆壁距離」有很大關係,只要低音炮緊鄰壁面,低頻的量感就會增加,而且1個壁面最多可以讓低頻下段增加6dB。如果是將超低音塞在牆角,那就有2個牆面加強低頻理論上最多可增強到12dB,更容易產生能量堆積的情形。所以當您在使用超低音時發現,府上空間容易出現能量過多的轟隆隆聽感,那就該避免把超低音塞在牆角或靠近牆邊。如果本來超低音就是遠離牆面,但是仍然有轟隆隆的問題呢?還有一種可能性,就物理現象來說:在一個對稱的空間裏面,長邊或寬邊的1/2位置上也容易產生某些頻段的能量增強,所以這些位置也應該避免。

4、設置低頻陷阱

低頻陷阱是一種專門設計用於消除低頻駐波的裝置,一些專業的影音室和錄音棚在做裝修聲學處理時一般都會用到。低頻陷阱通常都安放在房間角落,主要功能是用來吸收特定低頻駐波,相比吸音板而言是一款特殊的聲學處理裝置。低頻陷阱可以改善房間內低頻響應,延遲駐波,讓聲音更清晰,從而提高聲音系統品質。

低頻陷阱最低的吸收頻率主要由它的半徑決定的,合適的低頻陷阱可以吸收下限至40Hz甚至更低的頻率聲音,擴散400Hz以上頻率的聲音。常見的低頻陷阱一般有扇形和圓柱形兩種, 扇形可以固定在牆角角落,而圓柱形低頻陷阱可以隨意放置在靠牆角的地方。不需要進行固定。安裝簡便,隨時變換布置,可以直接放在牆角,亦可通過一些輔助的懸掛配件進行掛裝。

低音在房間的各個角落堆積的很嚴重,在三面角落(兩個牆壁與天花板之間,兩個牆壁與地板之間的交界)中的聚積最大。從技術上講,所有頻率在三面角落的聲壓變化最大。自然,三面角落是放置低音陷阱首先要考慮的地方。但是,在將泡棉或吸音材料塞入房間角落之前,還需要考慮與牆壁距離的問題。聲波接觸牆壁時,其壓力最大,但其速度為零。聲波在撞牆之前,有很高的速度(343m/秒)。當它撞擊牆壁時,速度瞬間變為零,但是壓力肯定很高。

有關低頻陷阱

接回前面說到的低頻陷阱話題,解決方法有了,但我們還是不清楚該如何設置。如果房間比例接近整數比(或者接近正方形),建議在每個牆角都放置一個低頻陷阱,如果比例合理,可以在後牆角落安放兩個。話說回來,目前常見的低頻陷阱都有哪些呢?

一是赫爾姆霍茲共鳴器,赫爾姆霍茨共鳴器是因這一領域的權威科學家Herman von Helmholtz(1821-1894)而得名。它的設計原理很簡單,一個大箱子有一個小開口就會對某一特定頻率產生共鳴。想一下當你沿着汽水瓶口或暖壺壺膽吹氣時,它發出怎樣的聲音,你就會受到啟發了。赫爾姆霍茨共鳴器可以設計為窄頻帶(只移除有問題的頻率),也可設計為寬頻帶,適用於一段頻域。但是,它要求箱體必須堅硬厚重,由於通常體積太大較難構造。

其二是共鳴式低頻陷阱,也被稱作嵌板式陷阱。它通常使用薄薄的夾板或類似的材料構成面板。嵌板式陷阱通常使用玻璃纖維來拓寬吸收範圍,設計良好的話它可以有效的覆蓋一個八度音階。雖然依舊不夠完美,但比起赫爾姆霍茨式陷阱來已經有更寬廣的吸收範圍。採用此種陷阱來處理房間時,通常另一種也會被採用,一種用於控制100Hz左右的頻率,另一種控制200Hz。在低頻80-300Hz的主要頻段中如此處理是可以接受的。此外還有玻璃纖維式低頻陷阱,它能被壓縮為原始體積的四分之一併塞進一到四英寸厚的嵌板中。一個塞入玻璃纖維的三英寸厚的嵌板的吸音性能相當於未經壓縮的一英尺厚的玻璃纖維。使用玻璃纖維的低頻陷阱的最大優勢在於由於它不是基於共鳴的原理,因此適用於更寬廣的一段頻率範圍。硬質玻璃纖維嵌板也被大量用於吸收中高頻。結合硬質玻璃纖維隔膜可以達到很高的性能。象這種混合式設計可以覆蓋很寬的一段頻率,低頻可以潛至80Hz甚至更低。採用玻璃纖維的陷阱對於80Hz以下的頻率很難產生充分有效的吸收。不過大多數的房間不需要吸收80Hz以下的頻率,因為一面石頭牆會穿透和吸收這些極低的頻率。