小房间声学处理之驻波和低频问题

之前我们分享过一篇关于驻波原理的文章，详见：《小房间声学处理之驻波原理》，今天再说说小房间声学处理之驻波和低频问题

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驻波，是由墙壁的反射引起的，当声音通过空气传递到墙壁时，会反射回来。某些频率的声音的反射声的声波正好与源声音是相同的振动方向，那么这个频率的声音就会被加强，于是这个频率的声音就变大了，也有些频率的反射声正好与源声音是相反的振动方向，于是这个频率的声音就减弱了。 https://www.hdav.com.cn/play-hometheater/1764.html

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几乎任何房间都有驻波问题，但程度有轻有重。墙壁相互平行、天花板和地板相互平行、室内没有大型障碍物房间，通常都有严重的驻波。而室内不同的位置，又有不同的驻波，下面来看一张实测图片，在一间很小的空的长主形的房间内，用音箱播放一段扫频信号，分别在录音师位置和室内后部角落里用测量话筒录音，测出游同的驻波情况。

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转自老蜗牛家庭影院博客

房屋大小不同，驻波的情况也不同。理论上，大房间的驻波现象要比小房间平缓，实际中也是如此。下图给出的是两个不同大小的房间的声音反射造成的驻波情况（大致示意图）。上面是大房间所引起的声波干涉，下面是小房间引起的。相对而言大房间的声音干涉要平缓得多。这就是为什么大录音棚的声学状况要比小录音棚好的原因之一。 转载请注明出处，www.hdav.com.cn

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国外声学专家建议每一个房间至少要有70立方米才能保证高质量的声音再现，这样的房间的长宽高差不多是4*5.5*3米的样子。 https://www.hdav.com.cn/play-hometheater/1764.html

直角型房屋的长宽高的比例，也会带来不同的驻波情况。最糟糕的是长宽高都一样或者成整数倍，这样声音在三个方向上的干涉都一样，会引发更剧烈的驻波。最好的情况是长宽高都不一样，让声音在三个方向上的驻波互相抵消。下图中就给出了在两个不同空间里的共鸣曲线，两个空间的容积都一样大，但上面的是在长宽高的比例比较理想情况正气，下面是在比例不理想的情况下的。

感谢声学专家，他们已经替我们计算好了直角型房屋的最佳的长宽高的比例。如下：

低频的波长很长，而高频的波长短，根据物理知识可以测算出，驻波问题主要发生在频区。越往高频，驻波越来越轻。（这与前面所说的大房间的驻波比小房间的驻波要轻，是一个道理）。从这张图可以看得一清二楚。

通常，我们的工作室的低频区的驻波是非常严重的，严重到完全影响我们对音乐的判断，你觉得某个贝司音太重了，面实际上它并不重，是驻波使你误以为这个音很重，你又觉得某个音太轻了，而实际上它并不轻，是因为反射声与直达声相互抵消了，使你误以为它很轻。

对于我们多数人来说，从根本上解决驻波的方法有两个：

1、改变声音反射的方向，可以通过改变房屋室内墙体形状，或增加反射板来实现。

2、消除反射声。前面我已经说过，驻波问题主要发生在低频区，只要解决了低频驻波，整个问题基本上就解决了。因此解决驻波的方法实际就变成了：

改变低频声音反射的方向

 

解决方法（一）：改变低频声音反射的方向

 

有人说了，我拿一个吃饭用的盘子斜着装在墙上，不就能改变声音的方向了吗？错！这只能改变高频声音的反射，而改变不了低频声音的反射。低频的波长很长，从一两米到几米，甚至十几米，低频声音会轻易地绕过这个盘子。根据前人的物理研究成果我们得知，只有大型的障碍物才能影响低频的方向，因此我们就不能拿小东西来试图影响低频的传播路线，而必须用大的东西。什么样的东西才是“大”的东西呢？

1、大块的墙壁、天花板；

 

2、大型的反射板。

 

直接把墙壁和天花板做成特殊的形状，是专业录音棚一致的做法，我们来对比一下专业录音棚和普通房间，就会明白了。下面是两个不同房间的俯视图，左图是专业录音棚控制室里的声音反射情况，无论怎样反射，都不会有一次反射（主反射0声能到达录音师的位置；右图是普通房间的情况，声音可以通过许多种方法直接反射到录音师的位置。

因此，在专业录音棚里，一次反射（主反射）声根本不会达到录音师的位置，从而极大地避免了驻波现象。而在普通房间里，会有各个角度的许多一次反射（主反射）声能达到录音师的位置，有严重的驻波现象。

下面是一张典型的大型录音棚的规划图，可以看到，所在控制室和录音室全都是不规则形状的。

天花板也是不规则的，通常控制室的前端会设计成这样，避免声音在天地之间形成驻波。

再来一张天花板的特写

也可以利用巨型的挡板,这个录音室里的所有墙壁全是歪斜的，天花板也是斜的

录音室里的所有墙壁都是不平行的，一个Mastering工作室的圆弧形的墙壁，防止驻波。采用不规则角度和形状，避免驻波。

下面这几个录音室，天花板的巨大的挡板，可以有效地消除驻波。

消除低频放射声

 

解决方法（二）：消除低频反射声

 

低频反仅仅会带来驻波问题，还会事来难以根除的低频混响。很多朋友可能会发现，你房间的低频是那样的混浊和沉重，这就是低频混响。低频混响在空旷的小房间里尤其严重。

有人说了，这个容易，用吸音海绵或者棉絮呗。好，那我们就通过实验来看看这些吸音材料对于低频的吸收能力到底如何。下图是不同厚度的岩棉（吸音能力比海绵强N倍）对于不同频率声音的吸收情况，我们可以看到，无论这些纤维棉有多么好的中高频吸收能力，到了低于150Hz的低频时，几乎没有任何吸音能力。

这还是吸音能力最好的岩棉。而海绵、鸡蛋盒等物品会怎样呢？它们对于低于150Hz的低频的吸收能力几乎是零。

低频的波长很长，在前面我已经强调过，设想一下：两三米、六七米长的声波在你房子里“飞来飞去”，无人能挡。因此能吸收低频的东西，也必须是“大”的东西，需要占用大量的空间。

板的大小决定了它能吸收多少频率的声音，越大，所能吸收的频率越低。通常,1800*500mm大小的板能够 吸收较低的低频，1200*300mm大小的板能吸收较高频率的低频。

在有的录音棚，会有这种做法：

这些隐藏着的低频吸音装置，能够非常有效地吸收低频。

二是布置这种特制的低频吸音板装置，最外层是复合要板，然后是纤维棉和空气层，最后用要板把周围密封，整个装置做成了一个密闭的空腔，空气层的厚度和板材的密度决定了能吸收多少频率的声音，越厚就越能吸收更低的频率。 

下面是由北京静美康声学科技有限公司设计的宽屏吸音体，各种不司规格，空气层的厚度决定了它们所能吸收的频率有多低。里面的纤维棉是硬质的高密度的纤维板，绝非普通的松松垮垮的棉。

这个工作室布置了各种不同规格的宽屏吸音体。你可以发现，这些吸音体非常巨大，与那些只能吸收中高频的吸间体截然不同。

经过低频吸音后，波现象得到明显改善。红线是没有吸低频前的驻波，蓝线是吸了低频后的情况。

这是一种小型的吸音板，它本来不是用来吸低频的，但如果把它斜在墙角放置，或者离开墙壁一点距离，那么它对低频的吸收就猛然增强。

请看不同放置方式的不同吸音效果，红色为在墙角斜着放置吸音板。蓝色为直接贴在墙上。

安装同样简易，可以直接挂在钉子上或者挂在它附带的安装附件上。相比常规的产品，它可以节省大量的施工费用。只要你有一般的工具，你完全可以自己完成安装。不用专业的施工队伍，不用杂乱尘土飞扬的施工现场，不用担心邻居投诉施工噪音。你将静悄悄的完成你的伟大改造。

这样的一些巨大的宽屏吸音体，可以有效地吸收低频。注意并非是它的表面在吸收低频，而是整个装置作为一个整体在吸收低频。

大的空腔可以吸收低频。上面已经看到了，所谓的低频吸音板里面都有空气层，也就是说它是一种小型的空腔。那么大型空腔就更强了，对低频的吸音更好。你可以会注意到，专业录音棚里好象看不到有特别的低音吸收装置，但却没有低频反射问题。这正是因为专业录音棚的墙体里面有巨大的空腔。

下面是一个典型的中型录音棚的控制室规划图，可以看出里面有许多巨大的空腔。这些空腔的作用之一就是吸收低频。

所以专业录音棚并不需要特别准务低频吸音装置，就能解决低音问题。

这是同样是静美康声学科技有限公司设计的一种独立的角落安装低音陷阱，三种不同的规格决定它超乎寻常的吸收低频能力，吸收下限至40HZ甚至更低。

当声波进入一个封闭空间时，有两种截然不同的力量在工作。拿一个听音室来说，中频和高频，它们的波长远远小于房间尺寸，不会引起ROOM MODES。这些中高频声波像射线光束一样照亮房间，或者就像一个台球在台面上回弹。在听音室中击掌将激发中高频，表现为一种可听见的响亮的伴随着击掌声的拍手声。而低频的波长远远大于房间的尺寸，所以它非常不同。叠加和抵消声压引起驻波。这些频率峰值表现为很高的声压聚集在一个相同的频率，引起一种可听见的异常的频率响应。过长的低频延迟掩盖了瞬时声压，更重要的是掩盖了低频的细节。

没有房间可以摆脱Room Mode，但是使用低频陷阱可以改善低频响应，消除瞬时的爆发和延迟。虽然每个房间的Room Mode都有一个独特的压力区域，但是所有的Room Mode都会出现在墙角。低频音井以其卓越的性能来升级高品质的声音系统。