在擴(kuò)聲系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中，無論是用于語言擴(kuò)聲還是音樂擴(kuò)聲，我們都會花費(fèi)大量時(shí)間來考慮應(yīng)當(dāng)選擇什么設(shè)備以及如何布局以獲得良好的清晰度，并且為聽眾創(chuàng)造令人愉悅的聽覺體驗(yàn)。
很多因素可以影響我們的決定，可以說最重要的一個(gè)因素是系統(tǒng)應(yīng)用空間的自然屬性。從拾音器的選擇、控制面板的功能，到揚(yáng)聲器的性能和安裝位置，這些選擇都深受聲音在空間中傳播時(shí)所發(fā)生的事情的影響。
聲學(xué)是與聲音屬性相關(guān)的物理學(xué)分支，當(dāng)我們通常用它來描述影響聲波如何傳播的房間或建筑物的屬性。
當(dāng)聲波從聲源向外輻射時(shí)，無論是一件樂器還是一只揚(yáng)聲器，聲波的早期行為特性都很容易預(yù)測 —— 我們知道，隨著能量在不斷增加的區(qū)域內(nèi)消散，聲能會隨著輻射距離的增加而衰減。但是，一旦聲波開始遇到實(shí)體物件，事情很快就會變得復(fù)雜起來。接下來，讓我們對這些行為特性進(jìn)行觀察和分析，以便更好地理解它們。
設(shè)定邊界條件
當(dāng)聲波遇到邊界平面時(shí)，無論是墻壁、地板或天花，根據(jù)邊界平面的自然屬性和平面的剛性差異而會出現(xiàn)不同情況（Figure 1）。
最常見的情況是聲反射，但部分聲能會被邊界平面吸收（并且轉(zhuǎn)化為熱能），同時(shí)剩余的聲能會通過邊界平面透射繼續(xù)向外輻射。當(dāng)物體的尺寸小于聲波的波長時(shí)會出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。哪些聲波會被反射、吸收、透射或出現(xiàn)衍射，取決于聲波的頻率以及聲波撞擊邊界平面的角度。
高頻聲波的波長較短，也就是說高頻聲波更容易被反射或吸收。與之相反的是低頻聲波，特別是那些波長大于邊界平面寬度的低頻聲波，更有可能出現(xiàn)衍射現(xiàn)象。只需要站在聲源所在或被放大的房間之外就可以很容易地觀察到這些行為特征，因?yàn)槲覀兛偸菚牭礁嗟牡皖l成分。
聲波的透射對于音樂擴(kuò)聲場地來說可能是最主要的問題，因?yàn)榭赡軙䦟εR近區(qū)域造成噪音滋擾。但這個(gè)問題有希望在設(shè)計(jì)和建造（或改造）場館時(shí)得到解決，或者只需要將聲波的振幅控制在可接受的程度之下即可。
如果我們對一個(gè)理想的點(diǎn)聲源在一個(gè)方形房間內(nèi)的行為特征進(jìn)行觀察，我們會看到直達(dá)聲和反射聲的聲能會隨著時(shí)間的推移而形成對稱模式。假如聲源持續(xù)發(fā)聲，那么系統(tǒng)很快就會達(dá)到平衡狀態(tài)。此時(shí)，新產(chǎn)生的聲能與耗散的聲能相等，從而使聲能持續(xù)充滿整個(gè)空間。
在Figure 2中，如果站在位置1，那么我們就會聽到有聲源發(fā)出的高電平直達(dá)聲，但聽不到房間的反射聲。
而在位置2，我們只能聽到房間的反射聲而聽不到直達(dá)聲。介于兩個(gè)極端之間的是位置3，在這個(gè)位置上的直達(dá)聲電平與反射聲電平相等 —— 這個(gè)位置被稱為臨界距離。如果我們持續(xù)遠(yuǎn)離臨界距離，那么反射聲電平就會迅速超過直達(dá)聲電平，使得清晰度不斷下降。因此，為了給聽眾提供良好的聽覺體驗(yàn)，確保聽眾所處位置在臨界距離之內(nèi)至關(guān)重要。
在聲源停止發(fā)聲之后，聲波仍然會繼續(xù)撞擊四周的邊界平面并且能量持續(xù)衰減，直至能量完全耗散。這就是我們理解的混響。如果我們對聲音衰減60dB（作為聲音不可聞的基準(zhǔn)電平值）所需的時(shí)間進(jìn)行測量，那么將會得到一個(gè)可用于界定房間混響時(shí)間的數(shù)字（有時(shí)被稱為RT60）。一個(gè)典型的小房間的混響時(shí)間通常在1秒以下，音樂廳的混響時(shí)間則通常超過2秒，而教堂的混響時(shí)間可能會超過6秒。
更為復(fù)雜的是，各種不同的材料的聲波反射幅度不盡相同。一個(gè)特定界面對聲能的吸收量被稱為吸聲系數(shù)，這個(gè)數(shù)值通常介于0（完美反射體）至1（完美吸聲體，譬如一扇打開的窗戶）之間。
吸聲系數(shù)的概念是由Dr. Wallace Sabine（建筑聲學(xué)之父）提出的，他經(jīng)常花費(fèi)整晚的時(shí)間在他的講堂和附近的音樂廳之間來回搬動(dòng)各種材料和各種裝置以測量混響聲衰減的效果，并據(jù)此制作了包含了很多建筑材料和裝置的數(shù)據(jù)表。
我們可以測量一個(gè)特定房間的不同材料的平面面積進(jìn)行測量，并根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)表計(jì)算這個(gè)房間的混響時(shí)間。但是，需要注意的是，吸聲系數(shù)會隨著頻率變化而改變，因此混響時(shí)間也可能會隨著頻率的變化而改變。
對聲音的塑造
盡管混響聲可以給我們制造麻煩，但有時(shí)并不一定是壞事。少量至中量混響聲有助于改善聽感，可以使聲音聽起來更富“音樂性”。
一個(gè)出色的混音工程師可以利用房間混響來使聲音融合在一起，這個(gè)處理方式在進(jìn)行戶外混音時(shí)可以通過加入人工混響實(shí)現(xiàn)。但是，過多的混響很容易會使語言清晰度下降，或者使音樂的細(xì)節(jié)表現(xiàn)和動(dòng)態(tài)劣化。
如果我們回顧一下在使用擴(kuò)聲系統(tǒng)之前的音樂創(chuàng)作和表演史，值得注意的是，音樂通常是為了在具有特定聲學(xué)特性的空間中演奏而創(chuàng)作的。教堂音樂就是一個(gè)明顯的例子，從格里高利圣詠到巴赫的管風(fēng)琴樂曲，都是為了利用教堂中常見的長混響時(shí)間而創(chuàng)作的。
盡管音樂廳的混響時(shí)間通常比教堂短，但仍然比普通室內(nèi)空間的混響時(shí)間長，因此非常適合大編制樂團(tuán)演奏。而室內(nèi)樂，顧名思義，是為了在有家具的小房間內(nèi)演奏，供他們的資助者及其賓客欣賞，因此樂段之間的變換節(jié)奏更快，更加輕快。
德國甚至有一座名為Bayreuth Festival Theatre的音樂廳，專門為了表演理查德·瓦格納的舞臺作品而設(shè)計(jì)，自1876年啟用以來從未在此演出過其他作曲家的作品。主廳大部分區(qū)域?yàn)槟局平Y(jié)構(gòu)，混響時(shí)間為1.55秒。巨大的樂池在舞臺下方延伸到很遠(yuǎn)的地方，并且使用了一個(gè)獨(dú)特設(shè)計(jì)的反聲罩對管弦樂團(tuán)的高頻進(jìn)行衰減，使得人聲可以脫穎而出。其結(jié)果是產(chǎn)生了宏大、溫暖并且細(xì)節(jié)豐富的聲效，與瓦格納的音樂相得益彰。
與之相反的是，很多用于演奏現(xiàn)代音樂的表演場地并不是為了使用擴(kuò)聲系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，因此會帶來特殊的挑戰(zhàn)。譬如曾經(jīng)是劇院、電影院、屠宰場或火車機(jī)車工廠等場所，這些地方的最初聲學(xué)需求都有極大差異（或者甚至根本沒有考慮過）。
在任何具挑戰(zhàn)性的工作環(huán)境中，關(guān)鍵在于對揚(yáng)聲器的安裝位置和指向進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，最大限度的減少不必要的反射以盡可能獲得最佳音質(zhì)，這對任何特定空間來說都能夠有效地?cái)U(kuò)展臨界距離。如果問題仍然存在，那么降低擴(kuò)聲系統(tǒng)的整體電平有助于挽回少量清晰度。
疊加和衰減
混響并不是由邊界反射引發(fā)的唯一一個(gè)問題，只要有平行界面，就會產(chǎn)生駐波。當(dāng)平行邊界之間的距離（或其倍數(shù)）等于特定頻率的波長時(shí)就會產(chǎn)生駐波。
如Figure 3所示，在一個(gè)平行墻壁之間距離為30英尺的空間中饋入150Hz正弦波信號，平行墻壁之間的距離剛好是150Hz波長的4倍（也就是7.5英尺）。其結(jié)果是產(chǎn)生包含被成為波節(jié)（振幅最�。┖筒ǜ梗ㄕ穹畲螅c(diǎn)位的駐波。
如果我們移動(dòng)至波節(jié)區(qū)域，那么就會注意到聲能的急劇下降。反之，移動(dòng)至波腹區(qū)域時(shí)，會發(fā)現(xiàn)聲能急劇增加（波節(jié)和波腹之間的距離等于波長的1/2，也就是3.75英尺）。由于這是一個(gè)純數(shù)學(xué)關(guān)系，我們可以知道在這個(gè)空間內(nèi)會在多個(gè)頻率上出現(xiàn)駐波（例如，300Hz、600Hz、1.2 kHz和2.4 kHz等）。這些駐波也被稱為房間共振或房間簡正頻率。
如果一支使用中的拾音器移動(dòng)至駐波的波腹點(diǎn)位時(shí)，會大幅增加反饋的風(fēng)險(xiǎn)。幸運(yùn)的是，可以通過系統(tǒng)均衡濾波器的使用將房間簡正頻率的影響最小化和降低駐波形成的可能性，從而使這種風(fēng)險(xiǎn)得到緩解。
聲學(xué)研究會會很快地把人帶入一個(gè)復(fù)雜的計(jì)算和讓人頭暈眼花的數(shù)學(xué)世界，但只需要盡可能多的觀察不同的應(yīng)用空間，就能夠逐步建立起對聲學(xué)的充分理解。如果我們能順便欣賞到美妙的音樂，那就再好不過了。
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