2021年4月16日 星期五 10:07

录音室声学(2):驻波

来源Ask.Audio
深入研讨 理论知识 录音室声学(2):驻波

在这个系列中,Joe Albano会阐释录音室声学背后的科学知识。在第二部分中,我们将研究低频驻波——它是我们获得平衡混音道路上的阻碍。

在这个系列的第一部分中,我概述了许多存在于房间中的声学问题,它们都是完成良好录音和混音道路上的阻碍。在这篇文章中,我会深入细节,从最常见的问题讲起。这个问题就是低频驻波。

相互作用

密闭空间中的声音会与房间的边界发生相互作用——它们会被墙面反射或吸收,甚至穿透墙面。驻波,也叫房间模式,是一种反射声波的作用。当中频和高频声波在房间里来回弹射时,会带来悦耳的氛围感——现场感——或造成不悦耳人造现象,就像颤动回声。当低频声波在墙面上反射时,它们的表现方式有些不同。

Fig_1
图1 典型的录音控制室布局

无须理解太多物理知识,所有的音频声波都有特定的频率——制造声音的物体产生的震动频率,由每秒的震动周期(即赫兹Hz)计量。声波的本质是一连串的气压变化(高于常规压力——压缩,低于常规压力——稀释),由声源发出,传播到房间中。当这些声波中的某一个遇到房间的表面(墙面、地面、屋顶)时,将被反射到房间中,从一个表面弹射到另一个表面。在中频和高频上,影响很轻微,但在低频上的表现就不大一样了,主要是因为它们的波长。

波长

每个声波都有波长——声波完成一个震动周期,传播的物理距离。因为低频声波的震动比中频或高频更慢,所以它们的波长更长。中频和高频的波长从几英寸到几英尺不等,但低频的波长通常会接近和超过房间的尺寸。当声波在房间里的两块平行表面上反射时,它会以增强和抵消的方式进行叠加,在与波长有关的特定频率上造成干扰。

当这些现象在中频和高频上发生时,抵消和增强会散布到整个房间里。然而,对于更长的低频声波,抵消和增强会定位在房间的特定区域里,导致房间的低频响应在某些频率上变得不平滑——在房间的某个位置,某个低频频率会增强,而另一些频率会减弱。

Fig_2
图2 在房间的不同位置,驻波会增强和抵消某些特定的频率及它们的泛音。

如果工程师/混音师或扬声器在某个位置上,那么在这个房间中听到的声音会反应出虚假的低频部分。这常常会导致我们对房间的低频问题,而不是对录音本身做一些EQ调整。当你在其他房间中去听这个混音时,因为那里没有完全一样的低频问题,所以声音听起来会很糟糕——总的来说,就是低频不平整,要么太薄,要么太厚。

定位问题

要解决这个问题,第一件必须做的事就是判断房间中哪些频率和哪些位置会被影响。幸运地是,对于特定的房间,发生驻波的特定频率和问题区域是可以通过房间大小计算出来的。我不打算讲解这里涉及的物理公式——这里没有具体的房间,你可以在很多录音室声学的图书中找到相关信息——但我会提到一两个可以去做的基本运算。

驻波发生在所有平行的房间中——墙面(长宽)和地面以及天花板。共有三种类型——轴线、切线和斜线模式。能够真正进行判别的是轴线模式,通常来讲,它们也是最突出的——问题最严重的——所以我只讲这一点。

当特定频率的波长与房间尺寸是倍数关系时,驻波就会发生在那个频率。此外,因为复杂的音乐声波会产生很多泛音——基础频率的倍数——泛音的波长也理应是房间尺寸的倍数,所以也会产生驻波。泛音驻波的增强和抵消会在房间的不同位置发生。

不要害怕公式

我们可以通过计算来定位——不需要测试仪器或特定的物理知识——只需要运用简单的公式1130÷2L(这里,2L=房间尺寸 x 2,1130是声音的速度)。这能算出房间中驻波产生的频率——驻波也会在这个频率的整数倍上形成(即泛音上)。

所有驻波的频率会在墙面上得到增强——这叫做腹点。主要的驻波也会产生抵消——叫做节点——墙面之间的中心位置。下一个泛音的驻波也会产生抵消——节点——在墙面之间四分之一位置,它们之间也会有腹点的存在。第三个泛音会有交替的节点和腹点,存在于墙面外六分之一的位置上。图3展示了前三个驻波对频率平衡的影响。在音频示例1中,你可以听到,从一面墙走到另一面墙时,产生的驻波现象。

Fig_3
图3 前三种(轴线)模式的节点和腹点分布。

音频示例1:驻波是如何影响声音的:你会听到反复的低频部分,在此期间,听者将从一面墙逐渐走到房间的中心,最后抵达对面的墙;因为节点和腹点,如图2和3所示,音色会发生变化。

在最低的频率上的前三个或四个轴线模式,通常是问题最严重的——超过300Hz后,因为节点和波点很接近,所以在较高的频率上,它们的响应变得相对平滑。记住,这些节点和波点会在三组平行墙面之间发生——长度(前后墙)、宽度(侧边墙)和高度(地面和天花板)。

如何处理

判断房间中哪个位置的响应最不平滑很容易,但要解决问题需要一些挑战。商业的解决方案涉及各种产品,如低频陷阱(可以靠墙放置,但更多情况是放在角落),用来打破驻波,让空间恢复更加平滑的响应。这些处理需要根据特定的房间进行“调试”,销售这些产品的公司通常会告诉消费者一种方式,录入他们的房间数据——通过这些数据,可以计算出解决特定位置问题的最佳产品尺寸。

如果你在构建录音/混音空间的初期就考虑了这个问题,那么可以在墙面上设计一些空洞来抵消驻波的效果。不过,这需要一点数学和物理知识,同样,在录音室声学的图书中有对这些方法的详细记录。最大的遗憾是,你需要牺牲一些建筑面积来进行有效的处理。

黄金分割

减少驻波不利影响的一种方式是,构建一些具有所谓“黄金分割”尺寸的房间。这种长宽高的特定组合,能保证没有任何驻波的叠加(至少没有轴线的),节点和腹点不会相互影响,能够达到平衡,在整个房间中获得可接受的平滑的低频响应。这意味着,墙面尺寸之间没有倍数关系——长24’ x 宽16’ x 高8’的房间是不理想的,因为24和16都是8的倍数,所以一组驻波的泛音会和另外驻波的泛音同时产生,这会让低频的不平整度加强两到三倍。立方体可能是最糟糕的形状!在图4中,列举了一些传统的黄金分割尺寸。

Fig_4
图4 一些已确认的房间“黄金分割”尺寸

避开驻波

即便你没有办法应用上述提到的处理,那么至少,你可以确保工程师/混音师的“黄金听觉点”——主要的监听位置——让扬声器的位置不在节点或腹点之上。这意味着,最好避免将扬声器面对墙面放置,除非这些扬声器为此做了专门的设计。虽然,在桌面或控制台上放置会让低频不够肥厚,但这时的低频会比较平顺,相对来说,这是比较重要的一点。如果你找到了最强驻波的位置,如图5,那么你可以定位出节点和腹点之间的黄金位置——虽然这不能解决问题,但它能为混音提供更为平滑的参考。

Fig_5
图5 上方)在这个录音室中,扬声器和工程师/混音师的“黄金位置”与驻波的节点和腹点一致(存在问题);下方)扬声器和“黄金位置”经过调整,回避了主要驻波的节点和腹点(效果好多了)。

最重要的是,你需要了解房间里的声音,不要做那些只在这个房间中有效的EQ处理,因为那样会让你的混音在其他地方听起来很糟糕(音频示例2)。

音频示例2:4小节乐段,重复4次:A)最初未经过EQ处理的混音,我们在没有驻波问题的房间中听到的效果:B)同样的混音,在因为驻波导致低频不平滑的房间中听到的效果;C)应用EQ补偿房间的不足;D)当你到不同的房间中,混音听起来的样子,这里没有完全一致的驻波不平衡问题。

你可以拿一些优秀的商业录音,利用它们来帮助你了解房间中的低频状况,了解什么样的低频平衡是合适的。然后,用它作为你的参考,在你的混音中达到同样的低频平衡(在你的房间中听到的)。有可能的话,在最终完成前,到其他系统,其他房间中检查混音。这样能够制作出更好,更平衡的混音,即使在因为驻波而不太完美的房间里。当你对房间有足够的了解后,驻波就不会成为你的阻碍了。

下一次,我会继续讲解这个系列,深入研究中频和高频的反射。

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Logic Loc
Logic Lochttp://www.logiclocmusic.com
乐极客创办人,独立音乐制作人,混音师。

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