1.3 室内声学

声学是看似无关紧要的基本常识，但它却可能成为日夜困扰你的棘手难题。我们的工作环境与这个问题息息相关，常见的监听、混音平衡等问题部分往往是声学缺陷造成的。本章将从多个角度介绍与室内声学相关联的声学知识，使读者对发音原理、常见声学问题有一个较全面的了解。

1.3.1 声音的产生与传播

在自然状态下，物体因振动而产生声音，该发声体被称为“声源”；声源传播的空间称为“声场”，声源所产生的振动能量以波纹状向声场四周扩散。想象一下，如果向平静的水中投入石头，就能看到水波一圈圈由中心向外扩散，如图1-8所示。由于声音的传播方式与其相似，因此我们将其形象地称为“声波”。

与水波不同的是，声波不是平面传播的，而是以球状向四周扩散的，因此也可以称为“球面波”。声波扩散是全方位的，即声音发出后可以向前后、上下、左右各个方向扩散。

声波的两个可测量要素是频率和振幅，频率指的是每秒钟声波运动的速率，一个完整的运动周期（360°）称为“周期波长”，如图1-9所示。

如图1-9所示，声波频率指的就是每秒钟发生的周期波长或运动周期的数量，例如每秒运动100周，即频率为100Hz。而振幅指的是声波周期运动幅度的变化量，如图1-10所示。

振幅是一种对数测量方式，其单位为dB，它决定了声波的音量和声压级（SPLs），我们平时所说的“响度”就是人耳所能感受到的声压级大小。一般而言，声压越大，声音越响。然而决定响度的因素并非只有声压级，频率也是其决定因素之一。图1-11所示的等响曲线可以揭示响度、频率与声压级之间的关系。

图1-11中的每条曲线代表该频率所对应的声压级，可以看到，人耳所能接受的声压级范围在0～120dB SPL。因此，0dB SPL被称为“听阀”；120dB SPL是听觉极限，会使人耳感觉疼痛，因此被称为“疼阀”。我们可以看到，1kHz上的曲线相隔是均等的，说明人耳对该频段上声压级的变化感受一致。而对于100Hz以下的低频部分，感受程度会急剧下降。这就是监听时改变重放音量致使频率平衡发生变化的原因。

此外，声波具有反射性，尤其在室内环境下，众多的障碍物，例如天花板、墙壁、家具等都会使声波的传播路径发生改变。当声波遇到障碍物时，并不能终止其传播过程，而是将其弹射到其他方向，并且反弹后的声波还会继续被其他物体再次反射，这个过程需要一定的时间，因此每发生一次反射，就会产生声音延迟，如图1-12所示。

从图1-12中可以看到，扬声器正对着听音者发出的声波由于没有障碍物阻挡，此时可以得到完整的直达声信号，而延迟信号1和延迟信号2都经历了不同程度的墙壁反射，因此相比于直达声而言，这两类信号都存在不同程度的延迟。

对于混响而言，可以理解为数量更多的延迟混合后所产生的物理现象。来自各个方向的延迟信号以不同时间、不同强度（音量）经过不断重复的混合，因此混响声就是室内从各种反射物多次反射后的最终结果，如图1-13所示。

当然，这是一个简单的示意图，实际混响的反射量可以高达上千次，并持续反射直至能量耗尽。

1.3.2 常见声学问题

室内环境下，声波在一个相对封闭的空间中传播，其实际声学特性比室外场合要复杂。通常，声波将受到封闭空间各个界面的反射、吸收与透射。因此，室内声场存在着许多不同的声学问题。而常见的工作室都是建立在小型房间内的，以下将有针对性地介绍该空间下容易出现的声学问题。

1．声颤动

当声波处于两个平行硬质界面之间时会产生不断的反射现象，即所谓的“声颤动”，声颤动常出现于中高频或高频区域，听上去类似于快速震荡的延迟效果，如图1-14所示。

声颤动是典型的声场结构不合理造成的，此时能听到有节奏的脉冲一样的干扰声。当房屋空间较大时，声颤动出现的相隔时间较长，且让人听起来非常不舒服。其原理如图1-14所示：重放声波在室内相对的平行墙壁间来回反射，而由于墙面比较坚硬，因此反射性很强，声能很难被吸收衰减而导致声学问题。

2．梳妆滤波

由于波形频率或相位差异而产生包络叠加后所形成的声音波形。例如，用同一只传声器拾取多个声源，或者用两只及以上的传声器拾取同一声源都会存在由于频率或相位问题所带来的梳妆滤波效应，如图1-15所示。

从图1-15中可以看到，梳妆滤波实际上是相移波形和原始波形相互叠加的结果，由于某些频率被加强而另一些频率被抵消所形成的梳齿状的特殊波形。通常在室内环境下，直达声与墙面的反射声相互干涉作用也可以导致梳妆滤波效应，该效应让声音听起来非常空洞，严重影响音质。

3．驻波

驻波又叫“房间共振”，指的是声波频率随房间尺寸而被提升、衰减或抵消的现象。如果一个声波的波长与房间长度相等，声波就会被反射回来并叠加在原始声波上；如果房间长度是波长的1.5倍，则反射声的叠加效应将使原始声波的振幅和音量增加一倍；如果房间长度是波长的一半、1倍、2倍或几分之一，频率可能会发生抵消或提升，具体情况取决于声波反射时所处的振动周期点。上述现象会在房间中产生特殊的频率提升点或抵消点，使房间中的声音听上去不平衡或不正常，如图1-16所示。

驻波由于和房间尺寸有关，因此也是最难解决的声学缺陷之一，它将时刻影响着监听和录音的清晰度。然而在某些特定的情况下，驻波的作用也可以变得更为积极。例如一个9米见方的房间内，声波会在30Hz处产生共振，由于该频率点非常低，几乎超出了正常的频率范围，因此对实际工作毫无影响，反而有利，它可以让低频乐器变得更深沉、厚重。

4．降噪

降噪指的是有效控制室外或其他房间传来的不需要的声音，严格地说，这不属于室内声学的范畴。房间的隔音程度取决于建筑物本身的质量和材质，或者说它属于建筑学领域的问题。然而，任何一个音乐制作场合都无法回避室内噪声控制问题，而且噪声带给音乐制作的危害程度绝不低于其他声学缺陷。因此，我们必须重新赋予建筑物某种结构，从而有效控制噪音。

隔绝外部噪音并不是降噪的唯一目的，因为从理论上说，室内的环境噪音也是始终存在的，它会覆盖在录音信号上面并成为一个整体。因此我们最终的目标是在有效控制外部噪音的同时对室内的环境噪音加以控制，使工作场合具备更高的声音隔断能力和相对安静的室内环境。