weixin 发表于 2018-11-1 15:28

声学基础:什么是驻波

  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。
  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。因为低频声波的振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。
  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。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,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公式,你可以在很多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。共有轴线、切线和斜线模式三种类型。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×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,是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。在音频示例中,你可以听到,从一面墙走到另一面墙时,产生的驻波现象。
  图3 前三种(轴线)模式的节点和腹点分布
  来源:乐极客LogicLocMusic微信公众号(ID:llm-official),作者:Joe Albano,编译:Logic Loc。

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