2021年1月25日 星期一 01:38

录音室声学(3):相位干扰和梳状滤波

深入研讨 理论知识 录音室声学(3):相位干扰和梳状滤波
在录音室声学系列的第三部分中,Joe Albano将深入研究与中频和高频反射有关的问题。

在本系列的上一部分中,我讲解了房间中低频的问题:驻波或房间模式。从这一部分开始,我将开始讲解与中频和高频反射有关的问题。

跟低频一样,当中频和高频抵达房间边界时,它们要么穿透、要么吸收或者反射。我会在下一篇文章中讨论吸收和反射的平衡,其中会讲到氛围(房间音色);在本系列的最后一篇中,我会讲解穿透的问题,关注隔音的内容。这部分将从反射的物理原理,直射和反射声波在音乐空间中的相互作用讲起(到下一篇文章结束)。

波动力学——一点背景知识

当声音从房间边界(墙面、地板、天花板)或空间中的其他表明反射回来时,反射声波会与原始的直射声波——声源直接发出的声波(如控制室中的监听音箱)——发生相互作用。当直射和反射声波汇合时,会发生干涉,根据声波循环周期所处的位置产生不同的结果。为了便于理解,我们做一个简单地解释:声波包含正负位置交替循环的气压变化——压缩或稀释——随着声波传播的路径,在房间的不同位置发生(图1)。

图1 简单(正弦)声波的交替压缩或稀释:

每个周期的物理波长由声波的频率决定,以每秒的周期或赫兹计量。正如我们上一次了解的,低频(低于300Hz)拥有很长的波长,当反射制造出干涉效果时,会在房间中特定区域的受影响频率上产生电平的波动,导致房间的不同位置拥有不同的音色平衡。同样的事情也会发生在中频和高频上,但因为波长较短,所以效果会分布到整个房间中。不过,在空间中,仍然会有听得见的声音效果。

所有复杂的声波都由简单的正弦波组成——谐波和倍频峰会赋予每个声音独特的音色特征。正弦波周期的起止位置是由角度计量的——0°是周期起点,90°是正向最大点(最高气压变化——压缩),180°是整个周期的一半,270°是反向最大点(最低气压变化——稀释),360°是周期终点,也是下一个周期的起点(图2)。

Fig_2
图2 (正弦)波的周期是由相位度数计量的。

如果反射声波遇上直射声波,会发生什么情况?这需要根据每个声波在周期中的位置而定。如果直射和反射声波都处于周期的起点,那么结果就是加强——同样的声音,只是更响。但如果它们相遇时,一个处于周期起点,另一个,比如,正处于周期的一半(180°),虽然气压相同但相反的能量会抵消掉所有的声音,导致静音(图3,上方)。我在这里描述的是两个声波的相对相位。

Fig_3
图3 正弦波180°(上方)和90°(下方)不同相。

声波和它的反射如果同相(0°),那么结果是加强;如果是180°不同相,那么它们会相互抵消,产生静音。在其他的相位关系中,它们会有部分加强或部分抵消(图3,下方)。但到这里,我讲解的都是简单的正弦波——要理解真实房间中反射声波的效果,我们不得不将这些理论应用于复杂(音乐性)的声波。

梳妆滤波

真实的声音——乐音,人声等——是由很多单独的正弦波以及谐波和倍频峰组成的——它们特定的平衡会给每个声音带去特定的音色特征。虽然其中有一些数学关系,但谐波和倍频峰有着不同的频率,不同的波长,所以在复杂声波中,不同的谐波和倍频峰会在干涉时拥有不同的相位关系。结果是,一些谐波/倍频峰有可能加强,或部分加强,而另一些则会抵消,或部分抵消。这会改变那些谐波或倍频峰的平衡——因为这种平衡决定了声音的独特性,或音色,所以音色会在一定程度上发生变化。这种效果是自然的,不可避免的,也是封闭空间中会产生的声音——从技术上讲,叫做“梳状滤波”。

Fig_4
图4 梳状滤波会导致谐波/倍频峰的平衡改变。

音频演示1:梳状滤波会导致音色的变化(干声;然后加入梳状滤波,来自单个强反射):

对于声波本身,这没有好坏之分。因为中频和高频反射的波长很短,所以梳状滤波对音色的改变通常是较为轻微的,在整个房间里的分布也是较为平滑的(不像低频会聚集在某个特定的区域)。如果反射声音的量不会压制住直射声音,那么“氛围”的增加可以加强听音的体验,为乐音带来深度和饱满度。实际上,大多数乐器在户外听起来会很薄弱,因为缺少氛围——这就是我们不希望在完全死寂的空间中录音或混音的原因。但如果来自梳状滤波的音色改变太强,又会影响我们捕捉好声音和制作平衡混音的能力。

反射问题

通常,直射声波比反射声波要强——在从房间表面反弹时会损失一些能量,加之空间传播的距离更远。但有时候,当声波在附近的表面反射时,反射声波到达听者耳朵的路径会比较较短,这时,就有足够的能量制造梳妆滤波,导致音色产生重大或足以影响声音清晰度的改变。在控制间,我们需要听到来自录音室监听的清晰直射声音,这样才能清楚地了解录音中的内容。如果我们认为声音需要EQ,或人工混响和氛围,只有在我们充分信赖监听声音的时候,才能做出恰当的决定。但如果存在过强的短反射,那么音色的变化可能会误导我们听到的混音,导致做出糟糕的决定。比如,如果混音中有过多的反射,混音师可能不会加入足够的人工氛围,因为她认为混音已经够“湿”了——这会导致混音在其他回放环境中,听起来过干或过死。

另外一个例子是声像。声像(Panning)——即使它是一种听觉感受——是为繁杂混音增加清晰度的方式。将不同的元素定位在左右不同的位置,能够在不动用EQ和其他处理前,拓宽混音。但人耳并不仅凭左右电平的差异定位声音,它也会考虑是哪只耳朵先接收到声波的——这就是第一波阵面定律。如果定位了声像的乐器的声波先抵达左耳,反射在之后抵达右耳,听者仍然会下意识地定位乐器在左边,虽然它的音色会被反射中不可避免的梳状滤波改变。但如果反射太强,就会打破听者潜意识的定位,导致混音中的乐器含混不清,致使混音缺乏清晰度,让你很难对混音做出细节的调整。

压制反射

邻近声源的表面强反射是这类反射问题最为严重的发生区域。当它与直射声波在听者耳朵位置相遇时,因为拥有的能量足够强,所以会产生大量改变音色的梳状滤波,影响我们依赖的潜意识听觉机制,特别是在混音时。幸运地是,中频和高频反射的问题要比低频驻波好解决。因为波长短,所以它们可以被一些录音室常见的海绵材料吸收。两到三英寸的深度——虽然对低频控制无效——能够成功地吸收1 kHz以上的声波。这些材料相对来说都很便宜,可以用来控制声音的反射量——下一次我们会更详细地讲解。

但我们要应用多少的衰减,又应该放在哪里呢?我们需要在抑制反射问题(干扰我们获得好声音的)时,找到平衡,如果对房间做整体压制,会让房间死气沉沉(糟糕的录音混音环境)。控制台/桌面本身就是潜在的短反射问题源。这大多数环境中,这么大面积的反射表面,是不能完全抵消的(一些母带环境会完全摒弃它)。但你可以在监听音箱的朝向上下点功夫,让它高于控制台表面,朝向位于最佳监听位置的听者,尽可能减少控制台表面的反射。

Fig_5
图5 上)监听有较宽的垂直散布,导致了控制台(天花板)产生潜在的反射问题;下)监听的垂直散布较窄,来自控制台的反射问题减少了。

使用一对垂直散布角度较窄的录音室监听,调整它们的角度,让高音单元对准混音师的头,不要朝向控制台——较高频率的相位抵消是最严重的,我们的听觉系统会利用它来定位和产生下意识的感知。许多监听会在一个方向有很宽的散布,所以它们的水平或垂直定位会很不同。有一些扬声器允许你重新定位高音单元,优化水平或垂直放置时的传播范围。

靠近扬声器的反射墙(以及天花板)也可以成为这类强烈短反射的主要来源。它会减少清晰度——甚至一些较长的反射也会产生问题。有时候,平行墙面来回反射的声波,也会在受影响频率上产生鸣响——这叫做“颤动回声”,即便实际电平相对很低,也会分散人的注意力。

有很多房间处理方式能够抵消这些现象(如颤动回声),控制直射和反射声音(氛围)之间的平衡,在清晰度和现场感之间做出最好的妥协。控制室和录音间的解决方案可能会有点不同。我会在下一部分继续讲解这个主题,之后,我们会研究隔音的内容。下次见..

原文地址:Ask Audio

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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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