混响时间及其频率特性

各种不同用途的房间，**佳混响时间各不相同。总的趋势是，以语言为主的房间，**佳混响时间比传输音乐信号的房间短得多，并且与房间的体积有关。至于对白录音室与播音室一类房间的**佳混响时间，过去大多采用白瑞纳克(L．L．Berane)提出的会议室**佳混响时间曲线。近年来，在对白录音室和播音室的**佳混响时间方面存在着不确定的倾向。例如，我国建筑声学工作者的建议值则比较高，而我国广播电视系统曾提出了以单值表示的**佳混响时间为0．4秒，日本广播协会(NHK)于1961年提出的**佳混响时间曲线推荐值如曲线d—e。至于混响时间的频率特性，有两种可供选择的建议，一是以平直为准，一是从低频至高频略呈逐渐加长的趋势。我国广播电视系统曾在提出了0.4秒的单一**佳值的同时，对其频率特性作了具体规定。混响时间随频率的提高逐渐加长，其比例为0．875：1：1．125。这是容易理解的，这种频率特性**在于保证语音的清晰度与明亮度，并减小低频嗡声出现的可能性。这对于广播而言是至关重要的。事实上，它还有助于消除鼻音或喉音的加重。我们的实验研究结果表明，对于汉语普通话，如果250赫左右过份加强，将导致鼻音或喉音的加重，而4000赫—8000赫过强，则容易出现咝声或呲声，所以高频适当加长虽然有助于语音的明亮度，并加强了辅音的能量，但不宜过长。许多国家如日本、联邦德国等，一般建议混响时间的频率特性以尽可能平直为宜，原因就在于此。

必须强调指出，在播音室或小型对白录音室中，扩散声场在许多频率上是不可能建立的，尤其是目前大多采用近距离拾音技术，混响对拾取的声信号影响很小。在这种情况下，改变音质状况的主要因素与其说是混响时间，不如认为是前期反射声了。因此，混响时间短、体积较小的各种语言录音室中近距离拾音，应把注意力放在反射声的控制上，不然的话，就应改变拾音技术或同时改变房间的混响时间。混响时间较长或混响时间可调的电影、电视剧或广播剧录音用的对白录音室就是因此而建立的。电影及电视剧等录音用的对白录音室的一个重要要求是要创造一定的环境气氛，亦即表现人物所处的不同环境：为了满足这一要求，许多电影制片厂和电视剧制作部门几乎都不只建立一个固定混响时间及其频率特性的对白录音室，或者有一混响时间可调的对白录音室。后者通过预先设计的吸声面／反射面的调节，使司一房间具有不同的混响时间。，这种录音室一般体积较大，可供调节的边界面也相应加大，因而可以获得调节的混响时间范围较大。除此以外，由于室内边界面的声学特性可变，这就为控制前期反射声创造了有利条件。充分利用这些因素，对于拾取的声信号进行控制就成为可能。但是，长期以来采用的近距离拾音技术，不可能发挥室内不同混响用以表现空间环境感的应有作用，这是必须引起注意的。

作为可调混响对白录音室的另一种形式，则是在广播剧一类节目的录音中兴建的一种称为文学录音室的组合式对白录音室。这种由若干功能不同、声学性能各异的录音室组成的一组房间，为—次合成制作技术提供了必要条件，从而大大缩短了节目的制作周期。这类录音室往往包括几种不同混响特性的对白录音室、混响室、(准)声室以及音乐配音室和控制室等。这样就可以十分方便地模拟从室外到室内各种不同环境声学特点的声音效果。例如，原民主德国的文艺节目录制中心、英国广播公司(BBC)等均建有这类文学录音室。还示出了该文学录音室各部分的混响特性，其中一部分(独立房间)用厚帘幕分隔成三个区域。帘幕的隔声值为7—10分贝(500赫)。为了模拟各种声音效果，室内还设有门、窗、楼梯及各种路面等等。当然，也可以以录音控制室为中心建有若干混响性能各不相同的独立录音室，甚至某些录音室的混响特性还可调节，原民主德国文艺节目录制中心的文学录音室就是这种类型的。

小房间的声染色现象——低频嗡声问题

低频嗡声是在小房间中录音时经常可能遇到的问题，处理不当将严重影响语言的音质，甚至导致录音失败。低频嗡声是一种声染色现象，许多电声系统及其窜声传输系统都可能出现这一现象，只不过出现染色的频率不同而已。所谓声染色系指在信号传输过程中，由于某种原因使得声源中某—频率得到过分加强，从而改变了声源特性的一种现象。小型录室，尤其是体积较小的对白录音室，这种现象尤为常见。英国广播公司的研究部门曾对此作过调查，发现在播音室或语言录音室中录音，经常出现声染色现象。分析表明，出现染色现象的频率一般分布在100赫一300赫这一范围内。是他们以男声节目为素材对61个存在染色现象的语言录音室进行调查分析的结果。在语言录音室内，男声**可能产生声染色的频率大约在100赫一175赫范围内，其次在250赫附近；低于80赫或高于300赫则很少出现。声染色对语音的音色极为不利，必须加以消除。

如前所述，对声染色现象的解析，几何声学与统计声学显得无能为力的。在这种情况下，只好求助于波动理论了。

封闭空间的波动理论告诉我们，对于小房间，尤其是形状规则的小房间而言，在低频段的简正频率简并化是难以避免的。简正频率简并化的结果将使相应的简振方式被大大加强。如果我们把房间的简正方式看作许许多多共鸣器的集合，则某些简振方式被激烈地激发，其效果就像某些共鸣器同时被激发一样，而这些共鸣器又以同一频率产生共鸣，因此极大地加强了这一频率的声音。为了获得良好的频率传输特性，要求房间的简正频率分布尽可能均匀，避免出现简正频率筒并化。如果考虑到人耳的听觉特性，简正频率分布的间隔应大于2赫而小于20赫。小于2赫，听觉难以分辨；其效果相当于对应的简正频率简并化；大于20赫，

由于相应频带内没有简正频率与之对应，声源就不可能激发这些简正频率所对应的简振方式。这种状况的存在对声源各频率的均匀传输是不利的。

根据封闭空间波动理论，要使简正频率分布均匀，必须具备两个基本条件：**，房间的体积应足够大；第二，房间的体型应不规则或有合适的长、宽、高之间的比例。**个条件无法满足，即使将小房间的体型设计成不规则型，要想达到简正频率的间隔均在2—20 赫之间也是十分困难的。

研究表明，消除声染色的有效而简便的办法，是增大房间的平均吸声系数及减小出现染色频率对应阶简振方式的能量。在一般情况下，当房间的平均吸声系数大于0．3时，小房间的声染色现象不复存在。事实上，这就是对低频混响时间加以限制。这一结果已为英国广播公司和日本广播协会所证实。近年来，我国电影录音工作者应用这一结果在自己的工作中也成功地解决了声染色问题。例如，对于体积小于196立方米的房间而言，当室内的平均吸声系数为0．3时，相应的混响时间不大于0．3秒。如果房间体积较大，这时混响时间将加长，例如，当房间的体积大于500立方米时，混响时间可超过0．5秒。如果出现低频嗡声，在找出产生声染色的频率后，可用共振吸声结构加以消除。这是不难理解的。在以前的讨论中，由于假定室内边界面是刚性的，因此相应于某一简正频率的简振方式不但宽度窄，而且强度大，这就相当于简单振荡回路中Q值极大值时的情况。增加阻尼，即加大房间的吸收，则可展宽共振峰的宽度而减弱其峰的高度，这就使得有一定宽度的简振方式相互重叠而覆盖整个频率范围。这就是通过增大房间声吸收消除声染色的基本依据。

在小房间中录音出现声染色现象，除房间本身的因素外，还与声源以及声源和传声器的位置有关。就声源而言，它是房间简振方式的激励源，而对白录音室是以录制语言节目为主，语言的频谱特性就不能不对声染色有重要影响了。从这类录音室容易产生声染色的频率分布来看，声染色与语音的基频及元音的共振峰有密切关系。实验测定结果表明，英语男声元音的基频为124赫一141赫，**共振峰大约270赫。这正是英国广播公司研究部门以英语男声的语言素材在语言录音室中测得的声染色主要频段。由此可以推断，对于英语女声而言，如果出现声染色，其主要染色频段将因相应频率的提高而有所提高。女声的对应值分别为210赫一235赫和3l0赫，因此可能出现声染色的频率估计在200赫一300赫之间。这说明在同一录音室内，由于发音人和语言种类的不同，出现声染色的可能性也将不同。就汉语普通话而言，元音的基频与**共振峰同英语的相应值存在明显差异。测试结果表明，男声汉语普通话的基频和**共振峰分别为．200—210赫与290—1000赫；仍然在较低的频率范围内，但出现声染色的可能性将会有所减小，而女声汉语普通话的基频(310—320赫)和**共振蜂、(320—1280赫)都在300赫以上，出现声染色的几率就很小了。

至于声源与传声器的位置对出现声染色的影响，应从简振方式激发的程度和其声压分布进行考虑，它们并不可能改变房间的原有特性。从理论上讲，简振方式被激发的状态与激励源的位置有关。在低频段，由于简振方式的数量较少，声源位置的影响相应加大。在一般情况下，当声源处于简振方式的声压腹点时，该简正方式就容易被激发，相反，如果将声源置于简振方式的声压节点，则就较难以激发。处在“墙角”处的声源具有**好的激发条件就是这个道理。所谓“墙角”指的是距室内三个边界面交点1／4波长范围内。同理，在出现声染色时，接收点则应尽可能避开染色频率对应的简振方式的腹点。如果将声源置于所考虑的**高频率对应的波长的1／4距离内的“墙角”上，则可强烈地激发所考虑的全部简振方式。事实上，在实际录音时不可能出现这种情况。一种已被实践证明的较好位置是矩形平面对角线的1／3处；如果出现声染色，适当地改变声源和接收点的位置，亦即改变房间简振方式的激发状态或简振方式的声压值，可望减小染色频率的强度。

对白录音室的声场特点

对白录音室由于体积小、混响时间短，声源又是高频能量小、低频能量大的语声，而且在大多数情况下，拾音点附近的声场以直达声为主，因而直达声场的有效范围比—般要大得多。在这种情况下，前期反射声对音质的影响比混响声大得多。换句话说，在混响时间很短的情况下，拾音时应将主要精力集中于分析和控制可能到达拾音点的反射声及其延迟时间。这时利用几何作图分析至少可以获得以下信息：

(i)到达拾音点的反射声途径；

(ii)可能到达接收点的反射声的反射面。必要时，可以附设临时性的反射面；

(iii)直达声与反射声之间的时差，从而获得前期反射声的时间分布状况；

(iv)根据反射面的性质和声传播距离，估计直达声和反射声的强度差。

对于房间体积较大和混响时间较长的对白录音室，近距离拾音技术是难以发挥这种录音室的应有作用的。对于混响时间一定的录音室而言，可能获得的混响量及其构成成份至少与下列因索有关：

(i)声源和传声器各自在空间中的位置，以及它们之间的相对距离；

(ii)传声器和声源的声学特性，尤其是它们的指向性；

(iii)背景噪声。

随着录音室声学特性的改善，目前已出现了从近距离拾音到根据不同的声音要求采取不同距离拾音的趋势。顺便提及，尽管在对白录音中还有一种所谓“强吸声棚”，但由于它在对白录音，尤其是采用近距离拾音技术的对白录音中并没有特殊意义，因此没有必要另行介绍。