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小房間的聲染色現象——低頻嗡聲問題

低頻嗡聲是在小房間中錄音時經??赡苡龅降膯栴},處理不當將嚴重影響語言的音質,甚至導致錄音失敗。低頻嗡聲是一種聲染色現象,許多電聲系統及其竄聲傳輸 系統都可能出現這一現象,只不過出現染色的頻率不同而已。所謂聲染色系指在信號傳輸過程中,由于某種原因使得聲源中某—頻率得到過分加強,從而改變了聲源 特性的一種現象。小型錄室,尤其是體積較小的對白錄音室,這種現象尤為常見。英國廣播公司的研究部門曾對此作過調查,發現在播音室或語言錄音室中錄音,經 常出現聲染色現象。分析表明,出現染色現象的頻率一般分布在100赫一300赫這一范圍內。是他們以男聲節目為素材對61個存在染色現象的語言錄音室進行 調查分析的結果。在語言錄音室內,男聲最可能產生聲染色的頻率大約在100赫一175赫范圍內,其次在250赫附近;低于80赫或高于300赫則很少出 現。聲染色對語音的音色極為不利,必須加以消除。
  如前所述,對聲染色現象的解析,幾何聲學與統計聲學顯得無能為力的。在這種情況下,只好求助于波動理論了。
   封閉空間的波動理論告訴我們,對于小房間,尤其是形狀規則的小房間而言,在低頻段的簡正頻率簡并化是難以避免的。簡正頻率簡并化的結果將使相應的簡振方 式被大大加強。如果我們把房間的簡正方式看作許許多多共鳴器的集合,則某些簡振方式被激烈地激發,其效果就像某些共鳴器同時被激發一樣,而這些共鳴器又以 同一頻率產生共鳴,因此極大地加強了這一頻率的聲音。為了獲得良好的頻率傳輸特性,要求房間的簡正頻率分布盡可能均勻,避免出現簡正頻率筒并化。如果考慮 到人耳的聽覺特性,簡正頻率分布的間隔應大于2赫而小于20赫。小于2赫,聽覺難以分辨;其效果相當于對應的簡正頻率簡并化;大于20赫,
  由于相應頻帶內沒有簡正頻率與之對應,聲源就不可能激發這些簡正頻率所對應的簡振方式。這種狀況的存在對聲源各頻率的均勻傳輸是不利的。
   根據封閉空間波動理論,要使簡正頻率分布均勻,必須具備兩個基本條件:第一,房間的體積應足夠大;第二,房間的體型應不規則或有合適的長、寬、高之間的 比例。第一個條件無法滿足,即使將小房間的體型設計成不規則型,要想達到簡正頻率的間隔均在2—20赫之間也是十分困難的。
  研究表明,消除聲 染色的有效而簡便的辦法,是增大房間的平均吸聲系數及減小出現染色頻率對應階簡振方式的能量。在一般情況下,當房間的平均吸聲系數大于0.3時,小房間的 聲染色現象不復存在。事實上,這就是對低頻混響時間加以限制。這一結果已為英國廣播公司和日本廣播協會所證實。近年來,我國電影錄音工作者應用這一結果在 自己的工作中也成功地解決了聲染色問題。例如,對于體積小于196立方米的房間而言,當室內的平均吸聲系數為0.3時,相應的混響時間不大于0.3秒。如 果房間體積較大,這時混響時間將加長,例如,當房間的體積大于500立方米時,混響時間可超過0.5秒。如果出現低頻嗡聲,在找出產生聲染色的頻率后,可 用共振吸聲結構加以消除。這是不難理解的。在以前的討論中,由于假定室內邊界面是剛性的,因此相應于某一簡正頻率的簡振方式不但寬度窄,而且強度大,這就 相當于簡單振蕩回路中Q值極大值時的情況。增加阻尼,即加大房間的吸收,則可展寬共振峰的寬度而減弱其峰的高度,這就使得有一定寬度的簡振方式相互重疊而 覆蓋整個頻率范圍。這就是通過增大房間聲吸收消除聲染色的基本依據。
  在小房間中錄音出現聲染色現象,除房間本身的因素外,還與聲源以及聲源和 傳聲器的位置有關。就聲源而言,它是房間簡振方式的激勵源,而對白錄音室是以錄制語言節目為主,語言的頻譜特性就不能不對聲染色有重要影響了。從這類錄音 室容易產生聲染色的頻率分布來看,聲染色與語音的基頻及元音的共振峰有密切關系。實驗測定結果表明,英語男聲元音的基頻為124赫一141赫,第一共振峰 大約270赫。這正是英國廣播公司研究部門以英語男聲的語言素材在語言錄音室中測得的聲染色主要頻段。由此可以推斷,對于英語女聲而言,如果出現聲染色, 其主要染色頻段將因相應頻率的提高而有所提高。女聲的對應值分別為210赫一235赫和3l0赫,因此可能出現聲染色的頻率估計在200赫一300赫之 間。這說明在同一錄音室內,由于發音人和語言種類的不同,出現聲染色的可能性也將不同。就漢語普通話而言,元音的基頻與第一共振峰同英語的相應值存在明顯 差異。測試結果表明,男聲漢語普通話的基頻和第一共振峰分別為.200—210赫與290—1000赫;仍然在較低的頻率范圍內,但出現聲染色的可能性將 會有所減小,而女聲漢語普通話的基頻(310—320赫)和第一共振蜂、(320—1280赫)都在300赫以上,出現聲染色的幾率就很小了。
   至于聲源與傳聲器的位置對出現聲染色的影響,應從簡振方式激發的程度和其聲壓分布進行考慮,它們并不可能改變房間的原有特性。從理論上講,簡振方式被激 發的狀態與激勵源的位置有關。在低頻段,由于簡振方式的數量較少,聲源位置的影響相應加大。在一般情況下,當聲源處于簡振方式的聲壓腹點時,該簡正方式就 容易被激發,相反,如果將聲源置于簡振方式的聲壓節點,則就較難以激發。處在“墻角”處的聲源具有最好的激發條件就是這個道理。所謂“墻角”指的是距室內 三個邊界面交點1/4波長范圍內。同理,在出現聲染色時,接收點則應盡可能避開染色頻率對應的簡振方式的腹點。如果將聲源置于所考慮的最高頻率對應的波長 的1/4距離內的“墻角”上,則可強烈地激發所考慮的全部簡振方式。事實上,在實際錄音時不可能出現這種情況。一種已被實踐證明的較好位置是矩形平面對角 線的1/3處;如果出現聲染色,適當地改變聲源和接收點的位置,亦即改變房間簡振方式的激發狀態或簡振方式的聲壓值,可望減小染色頻率的強度。  

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