音响空间常识100问 之四
刘汉盛 刘汉盛音响论坛
61问：如果天花板依照九宫格划分，做到均匀的扩散与吸收，地上还需要把铺厚地毯铺满呢？
答：此时不需要把整面的地板铺满厚地毯，只要在喇叭与聆听位置之间的这块区域铺上一块厚地毯就可以了。请注意，此时厚地毯上最好不要放体积大的桌面，如此一来桌面又变成反射面了，放着小小的茶几倒是无妨。如果什么都不放，那就更好。
62问：天花板依照九宫格划分来做均匀的扩散、吸收分布，那么其他墙面的作法是否也可依照这样的原则来做？
答：如果能够这样做，当然是最理想的。我们在设计时，可以把左右侧墙当做一组、喇叭后墙与聆听位置后墙当做另外一组，这二二相对的墙面都可以依照九宫格划分的方式来做扩散与吸收，如此一来整个聆听空间的声波扩散会非常均匀，耳朵的压力降低、音质表现提升，也不会有过多噪耳的高频段。
63问：可是，如果整个空间都按照九宫格这样做，视觉效果看起来太科技了，没有居家生活的温暖舒适感觉，有没有方法可以美化呢？
答：有很多方法可以美化。最简单的方式就是把这些墙面上的二次余数扩散器与吸音棉「遮起来」。怎么遮？用类似喇叭面网那种纱布绷框遮起来，等于是用透声纱布再做一面墙，视觉所及是薄纱布装饰的墙面，所有的扩散与吸收装置都隐藏在薄纱布后面。薄纱布有各种颜色或花纹，可以赋予聆听空间多种视觉感受，就看设计者的巧思。
此外，在吸音、扩散的下方以镂空栅栏封起也是美化的方式。镂空栅栏可以让声波透过，直接被吸收或被扩散，而栅栏本身可以遮蔽视线，除非抬头仰望正上方，否则坐在位置上聆听音响时，肉眼只会看到一排排的栅栏，不会看到内部的吸音材料或扩散器。
假若不想用九宫格方式，也可以用波浪造型的板子安置在天花板上，内部再藏吸音棉，如此一来波浪造型的板子可以达到某种程度的声波扩散效果，但效果不会比二次余数扩散器好，只是视觉感受更居家了。
64问：为何一般吸音材料的吸音系数大多标示125Hz-4,000Hz的范围？
答：因为4,000Hz以上频域的波长很短，很容易在空气中或被家具自然吸收，不需要多做吸音处理。而125Hz以下的频域由于波长很长，一般没有进一步处理的吸音原材料（如吸音棉、窗帘、地毯）根本无法吸收这么长的波长，所以也没有标示的必要。
65问：前面说到，一般二次余数扩散器对于160Hz以下的驻波、峰值，除非体积做得很大。如果用上述九宫格方式来布置聆听空间，有没有比较实用的方式来解决160Hz以下的低频峰值、驻波？
答：市面上有一种吸收低频的产品名为「低频陷阱」（Bass Trap），就是设计来吸收160Hz（或200Hz）以下的频域。其实低频「陷阱」的说法并不正确，因为低频并非「陷」在里面出不来，而是透过「振动」与「吸收」，把声波的能量消弭于无形。振动要用板子，吸收要用吸音棉，此外再加上适当的空气层，这三者交互应用，就达到低频陷阱的功效。事实上除了板子、吸音棉之外，还有前述Helmholtz Resonator的共鸣腔方式可以消除「特定频率」（例如100Hz），它也可以用来做成低频陷阱。不过Helmholtz Resonator共鸣腔在一般聆听空间中实际施做有难度，所以音响迷的聆听空间很少使用。
利用板子振动来吸收某段频域，可以利用公式计算来做一个木造空腔，板子的重量决定了共振频率，空腔的空气容积与内置的吸音材料决定了吸收频域的量。虽然有公式可以计算，但问题是，当空腔开始吸收声波时，往往无法只针对单一特定频率来吸收，而是如一个山峰一般，最高峰处是某特定频率，其左右二边频域缓缓下降，一旦把最高处的特定频率吸收了，左右二边的频域也同样会被吸收，如此一来，原本凸起的峰值虽然解决了，但二边不是峰值的地方可能会变得不够，也就是产生频率响应的凹陷。所以，即使用板子或空腔共振的方式，也无法完美解决160Hz以下低频峰值的困扰。尤其50Hz以下频域波长那么长，想要吸收更是困难。
有一家名为Acoustic Fields的声学处理公司，宣称他们设计的DiaphragmaticAbsorption Technology 可以有效吸收50Hz以下频域。根据他们公布的实测数据，30Hz可以吸收15%，60Hz可以吸收65%，50Hz可以吸收100%。到底他们是怎么做的呢？其作法是先用七层夹板做一个二吋厚度板材的坚固空腔（大小尺寸不明），这个空腔保留一面开口，其余密封，让腔体不能有共振。空腔内有三层活性碳，这种活性碳每一公克的重量就等于2,000平方公尺的吸音表面积，而这三层活性碳的重量达到65磅。另外在开口处布置二层振动板材，这二层振动板材之间有空气层。当开口处的二层板材受到声波激发而产生振动时，是第一次的吸收。声波振动进入空腔时，开始被重达65磅的活性碳吸收，如此一来就达到50Hz以下频域吸收的目的。
66问：既然能够吸收50Hz以下频域，能不能也吸收160Hz以下频域？
答：上述Acoustic Fields的DiaphragmaticAbsorption Technology应该也能吸收160Hz以下的频域，只要调整空腔大小、还有开口二层板质量与尺寸，应该就能改变所要吸收的频域。只是如我所言，任何吸收低频的方法都无法如切豆腐般，把凸起的低频峰值一刀切平，而不影响左右二边高、低频域。换句话说，即使能够精确计算所要吸收的某特定频率，但所吸收的「量」很难精确控制，此外峰值左右二边高、低频域也很难不受波及。
67问：这么说来，160Hz以下的中低频、低频、极低频过多峰值根本就无法处理？
答：如果您可以接受「副作用」，也舍得花钱，当然可以考虑上述多种处理方式。如果您想要的是百分之百没有副作用的作法，大概很难。权衡得失，拿一些还可以忍受的副作用去换消除「大患」，还是值得的。事实上有一种简单的处理方式可以自己在家里DIY，那就是利用四分之一波长理论来计算吸音棉的厚度，利用这种方式把吸音棉放在聆听空间的墙角里，也可以获得相当好的吸收160Hz以下峰值效果。
68问：到底什么是四分之一波长吸音理论（Quarter WavelengthRule）呢？
答：其实这个理论不是什么新鲜事，也没有违反声学理论。理论上，如果要用吸音棉吸收100Hz，那就需要有超过100Hz波长厚度的吸音棉才能「完全吸收」。100Hz的波长是3.43公尺，这么厚的吸音棉摆在聆听空间根本不切实际，但我们可以利用声波的一个特性：在四分之一波长处，也就是声波相位90度处，空气粒子流动的速度Particle Velocity是零，而此时边界墙面的音压（Sound Pressure）最大。借着声波这种特性，当我们要吸收100Hz频率时，吸音棉只要有四分之一波长的厚度，就能对100Hz产生吸收作用。
实际操作也很简单，您要先用频谱分析仪来测试，了解自己聆听空间内的中低频、低频峰值在哪里？通常一个空间内会有一个最大的中低频、低频峰值，还会有一、二个较小的中低频、低频峰值，我们可以选最大的峰值来处理。假设聆听空间中最大的中低频峰值是100Hz，我们要先求得100Hz的波长是多少？把声波的速度除以频率，得到3.43公尺，这是100Hz的波长。接着把3.43公尺除以4（四分之一波长），得到约0.86公尺，也就是86公分。这86公分就是用来吸收100Hz的吸音棉厚度。
69问：吸音棉厚度是86公分，那么到底要用哪种吸音棉呢？要多重呢？体积要多大呢？
答：吸音棉吸收低频的量由吸音棉的密度与体积来决定，最有效的吸音棉其实就是无响室所用的黄色玻璃纤维棉，事实上无响室内的三角楔形吸音棉深度也是用四分之一波长吸音理论去决定的。够大的无响室由于可以发出20Hz的极低频，所以三角楔形玻璃纤维棉的深度也要很深。至于吸音棉的重量，一般大概可以选择每立方英尺6磅的重量。建材行有各种不同重量的玻璃纤维棉，只要选对，就会有比较精确的效果。至于吸音棉的体积要多大？由于每个聆听空间所要吸收的低频峰值量并不相同，所以必须多次尝试。我建议您可以先从2尺X4尺这样的尺寸开始尝试。如果不使用玻璃纤维棉，一般常见的泡棉（Foam）也可以，不过泡棉重量比较轻，体积可能需要更大。
70问：玻璃纤维棉外露在聆听空间，不仅不好看，玻璃纤维微粒也可能散发在空气中，对健康有害，是否应该在表面蒙上布？
答：是的，您可以挑选类似喇叭面网的薄纱布把玻璃纤维棉包覆起来，看起来会比较美观，而且不会影响吸收低频的效果。
71问：四分之一波长理论用来处理低频峰值，能否用来处理中频段、高频段的吸收？
答：可以，任何频段的吸收都可以用四分之一波长理论来计算，例如想吸收4,000Hz，先求得它的波长是8.5公分，再把8.5公分除以4，得到2.1公分，您只要用2.1公分厚度的吸音棉就可以吸收4,000Hz。通常市面上卖的厚度大概会是1英吋厚，也就是2.54公分。假若您想吸收500Hz过多的量，大约需要17公分（约7英吋）厚的吸音棉。依照简单的算数，您就可以知道自己聆听空间中到底要用哪些厚度的吸音棉。再度提醒您，吸音棉的厚度决定了能够吸收的频率，吸音棉的密度与体积大小决定了所能吸收该频率的量。到底要用哪种密度的吸音棉？要用多大的体积？那就要尝试了。不过这也不难，您可以一块一块加上去。
72问：即使可以运用四分之一波长理论来吸收低频峰值，但吸音棉未免也太巨大了，光是吸收100Hz就需要86公分厚的吸音棉，如果要吸收50Hz，那还得了？有没有更实用的方式来解决低频峰值的困扰呢？
答：这么多年来，我一直在推广喇叭摆位与挑选聆听位置的观念，这就是解决低频峰值最好的方法。假若您曾经以频谱测试仪器（现在只要有麦克风与计算机软件就可以做了）量测过聆听空间，就会发现当您改变喇叭摆放的位置、或改变聆听位置（也就是放麦克风的地方）时，所测得的频率响应曲线就会随之改变。这代表什么？代表聆听空间中存在着复杂的直接音与反射音的相互干扰，这些干扰包括声波相位完全相同而重迭增加音量者（也就是波峰），也有声波相位完全相反而抵销音量者（也就是波谷），还有重迭或抵销程度不大者。所以，当您把喇叭摆在不同的地方、麦克风摆在不同的地方时，所测得的频率响应曲线就会不同。喇叭摆位与挑选聆听位置就是要找出空间中频率响应曲线「相对平坦」之处，只要找到频率响应曲线相对平坦之处，就可以相当程度避开恼人的低频峰值。
73问：为何改变喇叭摆放位置与聆听位置，就能够找到频率响应曲线「相对平坦」之处呢？
答：前面已经说过，只要是矩形聆听空间，就一定会因为长宽高的尺寸而产生不同的共振频率，我们称为Room Mode。如果喇叭没发出声波，Room Mode当然不会被激发，Room Mode其实是喇叭发声所激发出来的。所以，如果我们改变喇叭的位置，就等于改变了发声体与聆听空间长宽高的相对位置，此时不同的喇叭摆位会激发出所有的Room Mode共振频率中的某几个比较强，某几个比较弱，而不是所有的共振频率都被激发出一样的强度。
而当我们改变聆听位置时，耳朵所听到的这些Room Mode共振频率也会有不同的强度。举例来说，假若我们把喇叭摆放在A位置时，60Hz的共振特别强、90Hz的共振特别弱；把喇叭换在B位置时，可能变成90Hz的共振特别强，120Hz的共振特别弱。当我们选择把喇叭放在B位置时，我们的听感就好像避开了120Hz的共振峰值。喇叭摆位如此，改变聆听位置也是如此。而当我们同时改变喇叭摆放的位置与聆听位置时，就可以找出听起来共振频率最少的点，这也是我们的耳朵觉得频率响应曲线「相对平坦」之处。
74问：这么说来，喇叭摆位与挑选聆听位置只不过是「避开」那些低频峰值，并不是把低频峰值「解决掉」？
答：没错！要解决那些低频峰值不是没有方法，而是付出的代价太高。录音室为了要获得最佳的鉴听效果，所以必须要求把空间内的频率响应曲线弄平直，也因此才有上述那些低频陷阱的解决方法。音响迷的聆听空间对频率响应曲线平直的要求没有必要那么高，何况也不是经常一堆人聚在一起听音乐，我们只要把「皇帝位」选在频率响应曲线相对平直的地方就可以了。
75问：天花板有什么吸音材料可以使用呢？
答：任何吸音材料都要先了解其所吸收的有效频域，还有吸音系数，这样才能针对想要吸收的频域做处理，绝对不能胡乱使用。市面上销售的吸音建材或专为音响空间使用的吸音材料非常多，只要上网稍微搜寻即可找到数据。本书也罗列许多，您可以参考使用。
76问：一个聆听空间完成之后，要用什么科学方法来量测验证结果呢？
答：聆听空间有三样表现是必须测试的，第一项是频率响应曲线（Frequency Response Curve），第二项是残响时间（RT60），第三项是脉冲响应（Impulse Response）。
量测方式很简单，拜计算机软件开发迅速之赐，现在只要花个一万多台币，买一套测试工具（包括一片各类测试讯号CD、一片软件、一支校正过的USB麦克风）。就可以做到很多的测试项目，包括前述三项。先把软件输入到计算机里，C把测试讯号CD放入CD唱盘，把USB麦克风以脚架架起，放在聆听位置，再以USB线跟计算机连接，这样就可以测试了。
77问：到底要如何解读频率响应曲线？
答：频率响应曲线要呈现的是「输入的正弦波讯号」与「输出的正弦波讯号」比较的曲线。例如音响器材的测试规格中一定会有频率响应曲线一项，通常的标示方式是20Hz-20kHz /- 3dB。到底这正、负3dB代表什么实质意义？当您在看频率响应曲线时，3dB代表的是2倍。也就是说，原本「输入的正弦波讯号」看起来应该是一直线（20Hz-20kHz），但是经过音响器材内部或聆听空间的放大之后，我们用麦克风所接收到的一直线变成了「曲线」，这曲线其实就是失真。不过因为世界上没有不失真的音响器材或聆听空间，所以工业规范中会给予一定的失真容许度，这个容许度如果是喇叭，一般给予正负3dB的容许度；如果是扩大机，可能容许度可以缩小到正负1dB甚至正负0.5dB。至于聆听空间，一般都跟随喇叭的容许度，以正负3dB来评估。只要达到正负3dB之内，就可视为「一直线」。
一个聆听空间，由于空间中固有的共振、驻波、反射、正相相互增强、反相相互抵销等等因素，不可能得到一直线的频率响应曲线，连正负3dB（20Hz-20kHz）的曲线都不可能获得。所以我们退而求其次，如果能够在乐器人声出现频率最频繁的频域中（以我的经验，160Hz-2,560Hz这段频域最重要）能够尽量达到正负3dB的表现，那就已经是非常棒了。至于低于160Hz的频域，因为聆听空间固有的共振与驻波影响，很难获得正负3dB以内的频率响应曲线。除非是专业录音室，否则一般音响迷的聆听空间也不需要特别花大钱去处理，以求得平直的频率响应曲线。音响迷可以用喇叭摆位与挑选聆听位置来「避开」低频段的共振、驻波等。
78问：如果真的能够获得尽量平直的频率响应曲线，就代表声音一定好听吗？
答：不！影响声音好听与否的因素很多，频率响应曲线尽量平直只是其中之一而已。残响时间适当与否、声波的扩散与吸收是否均匀、器材的搭配、线材的搭配、喇叭摆位、聆听位置挑选、细微的调声等等都会影响声音表现的好坏。可以这么说，频率响应尽量平直是好声的条件之一，如果频率响应曲线扭曲得太厉害，不可能获得好声。
79问：到底要如何解读残响时间？
答：前面说过，残响时间RT60的定义是一个猝发音发出之后，从最强的音量衰减到-60dB（百万分之一）之间所需要的时间。残响事实上就是空间内所有反射音的总和，如果残响时间太长，意谓着残响的量多过直接音，也就是反射音的量多过直接音，此时声音听起来会显得反应迟缓。此外，我们要知道，让我们的听觉能够判断声音的位置与方向的是直接音，而不是所有反射音汇集之后的残响。所以，想要获得清楚的乐器、人声定位感，残响时间不能太长，直接音的比例要高于残响才能获得清晰的定位感。至于到底要多长的残响时间才恰当？每个聆听空间因为大小容积不同，所需要的残响时间也不尽相同，通常聆听二声道音乐时，中心频率500Hz（或1,000Hz）大约有0.5秒的RT60残响时间是比较适当的。如果是家庭电影院，残响时间还要稍微缩短些，也就是吸音还要比聆听二声道音乐重些，大约0.3-0.4秒会比较适当。
80问：既然残响时间是反射音的总和，我们只要降低反射音的量，不就可以缩短残响时间吗？
答：在密闭空间中，残响时间的长短与容积大小有关，也跟反射音多寡有关。如果能够在重点位置布置吸音材料，就能够有效的降低反射音的量。通常我们会把反射音区分为「第一次反射音」（或称为「早期反射音」），以及「晚期反射音」。擒贼先擒王，想要有效降低反射音的量，当然是先把第一次（早期）反射音的量适当吸收，如此一来再往后的晚期反射音当然就不会那么多了。
