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打造前所未見的Hi-End客廳音樂廳」專題快轉列表

  

編輯部引言:

傳統家庭劇院的空間處理,多半以「前吸音、後擴散」為主要設計基準,但往往造成吸音過多、殘響太短,乍聽似乎音像定位很精準,但實則減損了不少細節與空間感,高頻的延伸質感與中頻的厚度都受到減損,在聆賞音樂演出內容時更容易察覺此種狀況。賴英智總編這間「客廳音樂廳」改以「聲博士」的專業聲學電腦軟體規劃,並以科學儀器量測驗證,視聽空間前場以擴散重於吸音、後場則以吸音處理空間駐波,達成整體視聽空間殘響值在0.32至0.50秒的理想狀態,無論聽音樂或看電影都能有細節豐富的現場活生感。

 

音響系統的建造理念,簡單來說可以分為兩大類:「人不轉山轉」或「山不轉人轉」。在DSP數位處理技術普遍不受重視或不被採用的歐洲和美國,喜歡應用的就是精密設計、選定的房間尺寸與型態,搭配重度的聲學處理及裝潢,來達成理想的音聲表現。換句話說,就是環境來配合音響,也就是「人不轉山轉」。但在DSP數位處理技術廣泛被應用的日本,對於視聽空間所採取的解決方案,卻是無法改變現有環境的狀態下,透過音響器材自身的演算性能,即時針對表現的缺失進行修正,從而實現優秀的聲音表現。這是以音響來配合環境,也就是「山不轉人轉」。

 

這是我的「客廳音樂廳」在設計階段建立之聲學模型,可以預估最終完工後的各種聲學特性。立體圖裡黑色小方塊物件是喇叭的位置,其餘在牆面與天花板的灰色物件則為我所採用的「聲博士」專業聲學處理產品,這張電腦立體圖也是由「聲博士」在空間規劃設計時使用專業軟體所產生的。

 

第一種以環境來配合音響的方式,在房間建造時並不可能預測得完全準確;第二種以音響來配合環境,器材內藏的DSP數位處理器也有修正上的性能限制,所以嚴格說來,兩種解決方案可說是各有利弊。正因為如此,這次我在建造「客廳音樂廳」時所採取的空間聲學處理,是融合兩者之優勢的對策。簡單來說,就是在「環境與成本」允許的範圍內,透過理想聲學材料的配置與安裝,讓頻率響應特性、殘響時間,以及隔音條件三大項目,都能儘量達到理想數值。之後剩餘的有缺陷部分,再藉由視聽器材中所搭載的高性能DSP數位處理器完成最終階段的聲音表現修飾。

 

這是「聲博士」電腦規劃聲學模型由地板向天花板仰望的視角,可清楚看到在天花板與側牆的「聲博士」聲學處理產品安裝位置。上圖左側牆為銀幕處,「客廳音樂廳」天花板前方三分之二區域,以每四塊一組安裝了24塊「雲擴散板」,側牆約三分之一處(也就是左右聲道喇叭旁邊)各安裝一塊「EQ1200R調諧板」,在其左右各有四塊「雲擴散板」。至於上圖右側則是視聽座位後方區域,天花板裝設了「吸音軟包」,側牆後方則裝設了「EQ1800MR調諧板」與「EQ1800MRL調諧板」。
透過電腦科技,很多聲學上的神話開始被打破,任何一種擴散或吸音材料,都可以計算模擬出其聲學效果,與其遵循眾說紛紜的所謂專家意見,我選擇相信科學。本方案中大量採用的「雲擴散板」是一種mls三維擴散設計,擴散指數為0.65/m2(100Hz-5,000Hz),綜合中心擴散頻率1,000Hz,以中心不對稱波浪造型設計,具有整體性、連續性、全方位感的優點。

 

我的「客廳音樂廳」空間聲學委請香港聲博士聲學技術公司(官網請點這裡,中國總代理為「巨坤科技」,在台灣由「藝聲音響」總代理)來處理,該公司產品分成Soundbox聲博士(以處理大型場所如體育館、會議室、卡拉OK房為主)、Howeasy好聲易(針對家庭空間處理)、OFF隔音減振等幾個部分,我採用的是Howeasy好聲易便捷建聲系統,它是一套便捷建聲系統,免除複雜的施工設計,能根據現場需要使用不同的組合產品,可達到傳統建聲效果,而造價卻遠遠低於傳統建聲造價。該公司有一套特殊的電腦軟體能透過輸入環境參數,再計算模組化組合解決方案,然後使用現成的產品(尺寸多為60x60公分或60x120公分)建構,僅需簡易工具就能自已輕鬆安裝。

 

「聲博士」公司內有大型的聲學實驗設備,包括中國南京大學與清華大學的聲學專業,經常都得仰賴此地的測試結果。

 

與市售同類型產品不同,聲博士的產品都經過實驗室的詳細檢測,並提供經過多環境現場實測聲學資料,比如各種吸音材料的吸音範圍、吸音係數;或者擴散材料的中心頻率、擴散範圍等,讓使用者或設計者不再瞎子摸象,可透過精密計算預估最終的效果。其次,聲博士擁有大型加工廠房,產品採用CNC數位控制精密機具流水線生產,每道工序都經過嚴格把關,保證品質之一致性。這次我所用的吸音模組不多卻解決了過去125Hz駐波較強之問題,關鍵是「好聲易」以迷宮式設計取代傳統後空腔,既保證其聲學參數符合規劃又具備纖薄體積,不再浪費視聽室的黃金空間。由於全面採用環保材質,安裝時無需鑿槽開孔,也無施工垃圾污染,「客廳音樂廳」所使用總數近60個聲學模組僅花半天時間就安裝完成。

 

「聲博士」產品都提供在各個頻率的吸音與擴散係數詳細圖表,這是視聽室聲學處理極有用的參考資訊。

 

由於客廳都有大面積玻璃門窗,首先我必須處理玻璃的加固與隔音問題,普通的玻璃門窗太單薄容易引起共振,對低音是一大殺手,所以要換用多層的隔音門窗。常見的隔音玻璃有中空玻璃與真空玻璃二種,中空玻璃是由兩層隔音玻璃構成,中間有6-9mm的空氣層充入惰性乾燥氣體,造價便宜是一般房地產開發商青睞的隔音產品,但其實在隔音方面基本沒什麼效果,特別是對於低頻噪音更是如此。真空玻璃是基於保溫瓶的原理,將兩片平板玻璃四周密封起來,將其間隙抽成真空並密封排氣口,兩片玻璃之間的間隙為0.1-0.2mm,為使玻璃在真空狀態下能承受大氣壓力,所以兩片玻璃板之間放有支撐物。中空玻璃效果不佳而真空玻璃工藝要求高,依經驗有些產品經過一段時間後真空失效,隔音的效果也就大打折扣。新一代的PVB夾膠隔音玻璃則是根據聲波傳播特性,採用先吸收聲波使其能量減少再隔離噪音的方式,在兩塊或多塊隔音玻璃之間夾進PVB隔音膜,在具備優秀的隔音效果同時有很強的安全性,也是目前效果最好的隔音玻璃結構,125Hz以上的噪音最多可減少50分貝以上。我採用的是四層PVB隔音玻璃,玻璃厚度5+8+8+5毫米,具有非常高的密度與重量,敲起來就像磚牆一樣,在室內基本不受任何外面聲音干擾了。

 

「客廳音樂廳」的玻璃門窗改用5+8+8+5毫米的四層隔音玻璃,其密度甚至比磚牆還高,能有效隔絕高頻噪音50dB以上。

 

這次我們並沒有進行全屋的隔音處理,只在地面上加裝「聲博士」厚達約3.5公分的重量級特殊吸音減振墊,除防止外部的低頻噪音侵入,亦能大幅降低超低音喇叭的低頻傳導,從而避免引發樓下鄰居投訴。隔音不僅僅是隔絕聲音不會傳導出去,同時也隔絕外在噪音傳導進來。聲音的兩大傳導途徑分別為「氣動音」及「氣傳音」,氣動音是指聲音會透過空氣或是固體(例如水泥牆面)傳導進來或出去,而氣傳音則較好處理,只要能做到氣密,就有一定的效果。但是要注意看不見並不代表沒有孔,例如水泥牆會因不斷乾燥而產生隙縫,如果不預先處理,隔音率會因而降低。當室內裝修完成時,我們會裝上所需要的電源插座及燈光,除非事先都做好預防設計,這些額外開孔也會降低原先設計的隔音率。「氣動音」的部份主要是隔絕較低的頻率,因為較低的頻率具有能量較大的特性,容易引發物體的震動,而導致只要物體有接觸面就會不斷傳導進出。要解決這個問題,就必須做懸浮式的設計,也就是說室內裝修部份像是浮在空中,所有的裝修牆面都沒有與原始牆面做硬接觸,可隔絕固體傳導的噪音。我的「客廳音樂廳」最終整體隔音率達到STC40(阻隔噪音40dB)左右,其實已非常令人滿意,能盡情開大音量享受影音震撼的效果。

 

這就是在實木地板下所鋪設的「好聲易」OFF系列減震墊,它能有效阻絕低頻對外傳遞干擾。

 

視聽室的聲學處理可以從幾個大方向來進行:
⊙喇叭的位置與聆聽位置:
以「三分法」或「五分法」來調整喇叭的位置與聆聽位置:將聆聽室的「長」或「寬」分成三等分或五等分,它顯示的數值就是喇叭或聆聽的位置(可以不同數值來組合)。以下規則在各種不同組合中都必須遵守:﹙a﹚喇叭到後牆的距離不能與喇叭到側牆的距離相等,至少必須有30公分的差距;﹙b﹚喇叭與聆聽位置應呈等腰三角形,而三角形的頂角就是聆聽位置;﹙c﹚必須考慮聆聽位置的對稱性,如門窗、家俱等;﹙d﹚聆聽位置後面必須有空曠的空間。

 

「雲擴散板」以GRP材質倒模製作,表面可噴上各色水溶漆改變色彩,其內部為空腔,如有需要可結合牆體內的空腔進行低頻吸收,本方案直接鎖在貼合牆面的木板上。根據聲博士的計算,「雲擴散板」的聲學處理以擴散為主,吸音為輔是一種mls三維擴散設計,相較常見RPG擴散器的二維設計,雲擴散板更為美觀且有效。

 

⊙共振駐波的解決:
要解決共振而產生的駐波,必須先找出聆聽房間的共振頻率,這裡我們必須牢記兩個非常有用的公式:St=331+0.6t與F=St/2L。其中St指聲波在溫度t時的速率,F是共振頻率、L是房間的長、寬或高。透過這些公式的計算,我們可以很快地算出房間的共振頻率。我的「客廳音樂廳」長、寬、高分別為7.36公尺、3.44公尺與2.77公尺,溫度若為21℃,從公式可得知:7.36公尺長度的基本共振頻率=331+0.6x21=343.6,再除以2L(也就是2x7.36)可得到23.2Hz。而它的一次、二次、三次、四次共振頻率分別為23.2Hz、46.4Hz、69.6Hz、92.8Hz(通常我們只算到 150Hz以下,因為這段的共振影響最大)。同理,可以算出3.44公尺寬度的共振頻率為53.3Hz、106.6Hz、159.9Hz,而2.77公尺高度的共振頻率為62Hz、124Hz。

以上分別算出視聽空間長度、寬度、高度的共振頻率後,可發覺有一組共振頻率比較接近(62Hz和69.6Hz),這個重疊的共振駐波就是引起房間共鳴而產生不乾淨的低頻原因,也就是需要消除的共振頻率。找到了共振頻率,可以放置適合的低頻陷阱(Bss Trap)來消除。一般吸音材料對低頻率的吸收力都很差,所以低頻陷阱通常需要很大的體積,而且須使用100kg/m2的高密度吸音材料,所以設計低頻陷阱最好請專家施工,最後再用RT-60的測試儀器加以驗證和調整。

 

「客廳音樂廳」主要的吸音板(調諧板)只有靠後側牆的這幾塊,最厚的一片為10公分厚,基材為美國Owens Corning半剛性無機微孔玻璃纖維吸音板棉,100Hz的吸音率為0.3,315Hz-800Hz吸音率高達1.2,一直到5,000Hz吸音率都維持在1.0左右,是很理想的寬頻調諧模組。

 

⊙初期反射的解決:
每個視聽空間的初期反射(一次反射點)共有12個,我們通常要作處理的初期反射共有八個,即前反射、側反射與後反射等。要如何正確地找到一次反射點呢?由於聲波的行進與光波非常類似,都是以直線進行,因此我們可以由入射角等於反射角來計算出反射點,另外一個較方便且省時的方法,就是在喇叭與聆聽位置的牆上放置一面鏡子,緩慢地延著牆壁移動鏡子,如果你在聆聽位置能透過鏡子看到喇叭,鏡子的位置就是反射點。找到反射點以後,我們可以一些擴散板將能量擴散到其它方向,而不會集中在聆聽位置的那一個點。在採取吸音方式處理前必須瞭解吸音材料的施工方式及特性,而這偏偏是一般製作時大家都忽略的,我們根本不知道吸收了那些頻率?吸收了多少?因此很容易因吸音訊率過於單一狹窄而造成空間聲音不平衡與扭曲。

 

「客廳視聽室」後方是開放式的廚房與餐廳,因此把實際的空間長度增加到12米左右,對減少低頻駐波有正面幫助。此外,安裝在天花板的「雲擴散板」可在裡面加上LED燈,製造「星光滿天」的氛圍。

 

綜合以上所述,視聽室的音響處理調整有三個主要因素:「喇叭的位置與聆聽位置」、「共振產生的駐波」以及「初期反射頻率與初期反射」等。找到了這些共振頻率與初期反射點後,就應該把它們的影響降至最低。在設計空間聲學時,就要考慮房間的長、寬、高比例,讓它們的共振頻率儘量不要接近,像我的「客廳音樂廳」房間尺寸比例無法調整,也不能改變牆面(把牆面設計成非平面,斜度在6度以上可有效減少駐波),所以只能交給專業的聲學公司以科學方式處理,我必須再次強調空間處理的「科學性」,單憑經驗盲目施工是很冒險的。這次採行的設計方案,是將裝修與聲學處理用反射板及吸音材直接融合,安裝後並不需要刻意隱藏與遮蓋,所見即所得,一切的存在都有用途,同時兼具裝飾與美化的效果,並使預算與施工複雜度得以大幅度降低。如此一來,這個「客廳音樂廳」不只做到動用最少量木工與無謂的裝飾,讓總預算盡可能應用在電源系統與影音器材等領域,同時達成理想的效果。

 

空間殘響的理想殘響值為0.32至0.50秒,殘響時間越短聲音越乾淨也比較清瘦,殘響時間長則聲音比較豐潤但低音可能不夠爽快。本「客廳音樂廳」最終實際量測的殘響時間在500Hz為0.38秒,250Hz為0.45,1kHz為0.4秒,完全符合事前的電腦模擬演算,做為音樂播放或電影欣賞都很合適。
前方的二個牆角無法使用大型調諧吸音板或擴散器,所以找來大型紅陶缸擺放綠色植物,利用陶缸圓形外觀打散低頻,陶缸內放置100Kg/m2的高密度吸音棉,用來吸收多餘的聚集能量。
這是「聲博士」電腦模擬空間聲學處理模型的左側視角圖,右邊為銀幕所在位置。
此為右側視角圖,銀幕所在位置換到左邊。
這是前側視角圖,正前方遠處就是銀幕的位置。
最後一個角度,是從銀幕前方向後看,也就是前方三聲道六支喇叭與兩支超低音所面對的「聲博士」聲學處理產品相對位置之顯示。

 

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