如何解决空间声学问题的音频技术

EQ 真的能解决空间声学问题吗？

首先，我们先来思考一下：我们面临的声学问题是受限于扬声器系统的性能，还是室内建筑声学缺陷，亦或者两者兼而有之？

让我们先来看看典型的大型音乐表演空间的声场，以及它如何影响大型室内空间的调音。对于没有接受过建筑声学培训，高阶的P.A.系统设计或没有物理学基础的读者，我们会尝试用浅显的语言在阐明声场定义的同时，讲解如何通过为音响系统设置正确均衡来优化演出空间的声场。

声学/声场定义

毋庸置疑，扬声器设置均衡是有益的；我们稍后会讨论这个问题。但首先，我们需要从一个概念开始，即在一个大的表演空间内有不同的声学区域（或可称之为场，并且有一些场是重叠的）。几十年来，我们中的许多人对几种声场定义感到有些困惑，其实某种程度上它们有一部分是同义词；此外，一些杂志文章和网站混淆或省略了一些不同的声场。所以，让我们先确定这些定义。

近场

离声源最近的声场/区域被称为近场，它是一个声压和声学粒子速度不成正比的空间——它比远场具有更高的直达声级。音响系统均衡主要是在这个直达声区域中非常有效。虽然 EQ 在混响时间非常短的小空间（例如控制室和家庭影院）中很有效，但扬声器 EQ 在具有显著混响时间的大型表演场所中的作用就不一定了。

正如声学顾问 Neil Thompson Shade 解释的那样，“空间中的声源将有一个靠近声源的近场，然后过渡到远场。根据经验，从近场到远场的过渡距离是最大声源尺寸的三到五倍。近场非常不稳定，声压级随相对声源的位置和角度发生明显变化。任何试图平衡近场的尝试都是徒劳的，因为这个声场不是均匀的，也不能代表观众的体验。如果为两分频扬声器加上均衡呢？在近场中，响应是由高音号角还是低音号角主导，具体取决于麦克风的接近程度。”

自由场

自由场的官方定义是“声音不受任何形式的障碍物影响传播的区域”。我们经常接触到的说法自由场指的是室外，直接场指的是室内（例如消音室）。

但其实术语“自由场”和“直接场”在某种程度上是同义词。另一个类似的术语是“开放场”，使用频率较低，但与其他两个是同义的。

临界距离（Critical Distance）

临界距离是距声源（扬声器）的径向距离，其中直接场和混响场处于同等水平。

图 1 以图形方式显示了直接场的声压级如何从直接场传播到混响场而下降。

图 2：平方反比定律展示了声压与声源的距离的平方成反比，距声源的距离每增加一倍，声压级就会降低 -6 dB。

平方反比定律告诉我们，如果没有回声或混响，距声源的距离每增加一倍，声压就会出现 6 dB 的下降。如图 2 所示，假设我们在某个参考距离“d”处测量连续音频源的声压级并检测 SPL 值 p1。现在，如果我们移动到两倍“d”的距离，我们将检测到一个新的压力值 p2，它将是 p1 的二分之一。这个过程可以无限期地进行，距离每增加一倍，声压就会减半。

在声学上降低混响将使临界距离距声源更远。当然，大型线阵列扬声器的目标是将临界距离延伸到更远的混响空间——这样在直接场中就能容纳更多的人。

远场

远场是存在于近场之外一定距离处的声区。它包含自由场和混响场，它们被临界距离分开。在混响场中，尽管存在自由场，但混响主导着观众听到的声音，自由场的声压继续降低。混响场中的系统均衡对听者感知的影响较小（与自由场相比），这里，随着与声源的距离增加，混响声压比直达声压更高。

直接/混响比

请注意，虽然在整个混响场中混响声压级的变化小于 3 dB，但由于平方反比定律，直达声继续下降。对于语音和快节奏的音乐，较高的直接/混响比是首选——如在典型的自由场中那样 （而较低的直接/混响比，其中混响声比直达声更大）。

扬声器均衡

虽然为扬声器添加均衡可获得更线性/平坦的频率响应，这对大型音乐空间（或会议厅）中的每个人都有好处，但如果试图降低混响场中的室内不好的声音，则会对自由场环境中的人们产生不利影响。因为这些自由场听众几乎听不到场地后方的声学异常和混响。因此，尝试使用系统均衡器来抵消室内声学的混响声音会恶化自由场中的音质。当然，可以通过使用参数/陷波均衡器/滤波器来改善反馈前增益。

均衡/优化大空间声场

许多教堂、会议室和音乐厅的管理人员长期以来一直在他们的空间中添加吸音板，以减少过多的回声和混响。但是，当使用过多的吸声材料时——例如能够有效吸收高频声音的产品（例如泡沫和玻璃纤维，如图 3 中的黑色虚线所示），它可能会导致声学上的“死亡”空间，没有氛围感。实际上，可以使用调谐吸收设备来调整大空间的声学效果。

虽然有一些高 Q（窄带）吸收器可用（可以像参数/陷波均衡器/滤波器一样），但事实上，自 1990 年代以来，当 RPG 的 BAD（二进制幅度扩散器）面板等产品出现时，这种低 Q 声学面板（有时也包含一些扩散特性）对于“轻量级”房间非常有效 —— 意思是用框架构件和石膏板建造的房间墙壁（与混凝土或石头建造的大型大厅相比）。

图 3：与 1 英寸玻璃纤维（虚线）相比，RPG 的 BAD（二进制幅度扩散器）面板在不同频率下的吸收效率

这种轻质房间（带有石膏板和框架结构）会容纳大量低频，并且通常具有明显的高频吸收，从而在中低音区域留下较长的混响时间。这种加强的混响导致混响场中听到的声音——超出了自由场（或直达声）——这对摇滚音乐和演讲十分不利。此时我们可以看到，图3 中的 2 英寸 BAD A-mount 吸音板主要在中低音区域 （300-600 Hz） 提供最高吸声，这正是轻量级房间进行声学优化所需的！