混响 声学特性

(reverberation)混响时间的长短就是音乐厅、剧院、礼堂等建筑物的重要声学特性。声波遇到障碍会反射,所以我们这个世界充满了混响。

混响的要求

声波在室内传播时,要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射,每反射一次都要被障碍物吸收一些。这样,当声源停止发声后,声波在室内要经过多次反射与吸收,最后才消失,我们就感觉到声源停止发声后还有若干个声波混合持续一段时间。这种现象叫做混响,这段时间叫做混响时间。

对讲演厅来说,混响时间不能太长.我们平时讲话,每秒钟大约发出2～3个单字,假定发出两个单字“物理”,设想混响时间就是3秒,那么,在发出“物”字的声音之后,虽然声强逐渐减弱,但还要持续一段时间(3秒),在发出“理”字的声音的时刻,“物”字的声强还相当大。因而两个单字的声音混在一起,什么也听不清楚了。但就是,混响时间也不能太短,太短则响度不够,也听不清楚。因此需要选择一个最佳混响时间.北京科学会堂有一个学术报告厅,混响时间为1秒。

不同用途的厅堂,最佳混响时间也不相同,一般来说,音乐厅与剧场的最佳混响时间比讲演厅要长些,而且因情况不同而不同。轻音乐要求节奏鲜明,混响时间要短些,交响乐的混响时间可以长些。难于听懂的剧种如昆曲之类,混响时间一长,就更难于听懂、节奏较慢而偏于抒情的剧种,混响时间则可以长些。总之,要有一定的、恰当的混响时间,才能把演奏与演唱的感情色彩表现出来,收到应有的艺术效果。北京“首都剧场”的混响时间,坐满观众时为1、36秒,空的时候就是3、3秒。这就是因为满座时,吸收声音的物体多了,所以混响时间缩短,上面所说的最佳混响时间就是指满座时的混响时间。高级的音乐厅或剧场,为了满足不同的要求,需要人工调节混响时间.其中一种办法就是改变厅堂的吸声情况。在厅堂内安装一组可以转动的圆柱体,柱面的一半就是反射面,反射强、吸收少;另一半就是吸声面,反射弱、吸收多.把

反射面转到厅堂的内表面,混响时间就变长;反之,把吸收面转到厅堂的内表面,混响时间就变短。

高水平的音乐会都不使用扩音设备,为的就是使听众直接听到舞台上的声音、为了让全场听众都能听到较强的声音,音乐厅的天花板上挂着许多反射板,这些反射板的大小、形状、安放位置与角度都经过精确设计,以便把舞台上的声音反射到音乐厅的各个角落。

处理好不同建筑物的声响效果,取得好的音质,这就是一门很重要的学问,叫做建筑声学。上面介绍的混响只就是其中的一个方面,希望能引起同学们对声学的兴趣,钻研这门与我们生活关系密切的科学。

录音中的混响

真实世界中的混响

在这个世界中,就是否存在没有混响的地方呢？有！您坐上飞机,飞到一万米高空,然后往下跳,这时您大喊大叫,就就是没有混响的,因为您在空中,周围没有任何障碍物,您的声音将会无限扩散出去而不会被反射回来。所以就没有混响。

另一个没有混响的地方就就是声学实验室。声学实验室的墙壁、天花板、地面就是经过特殊处理的,声音到达墙壁后将会被墙壁吸收而不会被反射回来。为什么会被吸收？您可以做一个小实验,找100根针,就就是缝衣服的针,把它们捆在一起,弄齐,然后您可以瞧瞧这一捆针的针头面,您会发现它就是黑的,因为光线到达这一面后,经过多次反射,一直射到里面去,出不来,所以就没有光被反射出来,就好像光都被吸收了一样。声学实验室的布置也就是类似于此,把声音吸收。

录音棚就是半个声学实验室,能做到吸收大部份的混响。录音棚的墙壁排列都就是不规则的,表面就是用松软的棉制品构成,虽然比不上那捆针头,但声音到达墙壁后进入那乱糟糟的棉花里,七反射八反射就留在棉花里出不去了,所以录音棚里的混响也很小。

在一个房间里大吼一声,会有多少反射声,答案就是无数。

在这个房间里,您拍一下巴掌,得到的声音就是另一个样子

就是不就是很多？这其实就是比较简单的一个反射过程。如果这个房间里再摆上一些桌子椅子, 反射会更加复杂。

闭上眼睛,大吼一声,您就可以知道您大概处在一个什么样的环境中,在外面,还就是在家里。甚至您在家里大吼一声,就可以知道您在哪个房间里,在这个房间的哪个位置上。这就是因为各个房间由于空间大小不一样、家具的摆放不同、墙壁的材料不同,所以具有各自不同的混响特征;同一个房间里不同的位置上,由于您距离墙壁的远近不同,所以也具有不同的混响特征。您熟悉这些特征,所以您就能光凭声音就能分辨您在什么位置上。

一个瞧起来很菜鸟的问题:为什么录音与混音要加混响？

为什么录音与混音要加混响？答:因为录音时就是没有混响的。

为什么录音时就是没有混响的？答:因为录音棚就是无混响的。

为什么录音棚就是无混响的？

其实专业的录音棚就是有混响的,她们有很多板状的材料,可以灵活把房间改造成各种混响特征。但随着数字录音技术的飞速发展,数字混响效果器能够模拟真实情况下的混响,所以大家就干脆把录音棚弄成无混响的,录完音后再用效果器来模拟混响效果,想要什么混响就有什么混响……这就就是为什么录音棚,尤其就是中小录音棚与个人工作室,都做成无混响的原因。

人造混响原理

在这样一个房间里,教师的声音经过多次反射,假如有5条声音反射线到达学生耳朵, 以上只列举出了5 条声音反射路线,实际上就是几千几万条到无数条。为了讲解方便,我们就说这5 条。

教师每讲一句话,学生实际上就听到了6 句:第一句就是直接传到了学生的耳朵里,没有经过反射,后面5 句就是经过各种反射线路到达学生耳朵的声音。这6 句话时间隔得非常近,图中声音到达有时间表,注意时间单位就是毫秒(1 毫秒等于0、001 秒)。

由于这些反射声到达的时间间隔太近了,所以学生就听不出来就是6 句话,而就是1 句带有混响感觉的话。

学生听到的声音就是这6 个声音的叠加。

这只就是为了讲解方便,真实情况就是几千几万个声音的叠加。

混响效果器就就是这样工作,把声音进行很多很多次的重复叠加,就得到了混响效果。

有了这样一个东西,以后计算起来就方便了,无论教师说什么话,只要把教师的声音,进行某种计算,就可以得到6 个声音叠加的效果。

那么,这个“某种”计算,到底就是什么计算呢？在数学中这个叫做“卷积”计算,英文就是“convolution”,就就是把教师的声音,根据上面那张6 个脉冲的图,进行叠加计算。

这种计算就是不分先后的,您既可以认为就是把教师的声音,根据那个脉冲图(声波),进行叠加计算;也可以认为就是把那个脉冲声波,根据教师的声音(把教师的声音考虑成由无数个脉冲组成的声波),进行叠加计算。

这个脉冲图,也就就是这个含有6 个脉冲的声波,就就是这个房间的从教师讲台到学生座位的混响特征。在声学上,由于这个混响特征就是由脉冲得到的,所以就很形象把它称作“脉冲反应”—— impulse response ,简称IR。

混响效果器的工作原理,就就是拿源声音,与impulse response 做卷积计算。

上面的那个具有6 个脉冲的IR ,在现实中就是不可能有的。现实中的IR 往往具有几百、几千、几万个脉冲。

由于各种类型的房间的IR 都有一些共同的特点,因此声学上又作了一些规定。