家庭影院室内声学处理基本上都无法避开的吸声处理上。通常来说，我们在进行家庭影院声学处理的时候，往往会选择在房间的前半部分，或者更准确地说是在房间前半部分的第一反射点上进行吸声处理，以提升前方声场的聚焦与声像信息的准确性，同时也可以在一定程度上控制房间的混响时间。不过，对于家庭影院这样的小空间，究竟要在房间中进行多大规模的吸声处理，又或者说选择哪种类型以及哪种规格的吸声材料都是要特别小心的。我们在这么多年来，看过不少国内外的家庭影院设计方案，最常碰见的问题不是没有吸声处理，而是在房间中安装了过多的吸声板，而导致房间中的混响时间过低，声音干瘪，没有活力，甚至还直接影响到房间的声音品质，使得房间中的声音在某些频段有明显的缺陷。其实，对于房间声学吸声处理方面的讨论，国内外不少专家与学者都进行过深入的研究和分析，比如说我们所熟悉的担任CEDIA大奖家庭影院类声学设计部分资深评委、美国HAA(Home Acoustics Alliance)主席Gerry Lemay就曾经深入浅出地分析过声学吸声处理的基本策略，并给众多影音爱好者带来了一些相当不错的实际指导意见。本期，我们就结合Gerry Lemay的分析，与大家共同探讨家庭影院室内声学吸声处理的利与弊。
HAA创始人与主席Gerry Lemay.jpg美国HAA(Home Acoustics Alliance)主席Gerry Lemay，历任CEDIA大奖家庭影院类声学设计部分资深评委，主导设计过上千个家用与专业影院，录音室以及各类声学空间，遍布美国、英国、欧洲、印度、东南亚等国家与地区，为美国CEDIA定制安装协会撰写家庭影院音频设计方面的规范标准
关于吸声材料的类型简单介绍
声阻式吸声体：这类吸声材料也称为多孔吸声材料，结构上具有大量内外相连的微小空隙与孔洞。吸声原理是当声波入射到多孔材料上，声波能顺着微小空隙与孔洞进入材料的内部，引起内部这些微孔中的空气产生振动。由于空气的粘滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等，使相当一部分声能转化为热能而被损耗。常见的声阻式吸声体包括离心玻璃棉板、有机吸声棉、玻纤吸声板木丝吸声板。这类吸声材料主要针对的是中高频方面的吸声处理，同时需要注意的一点，越高密度的吸声板在大角度声音入射的情况下，对高频容易产生一定程度的反射作用。
膜式(机械共振)吸声体：这类声学处理材料主要是针对250Hz或以下的低频声音而研发出来的。它通过一个表面对声音响应运动来起作用。声音能量被消耗在吸声体的表面的来回运动中，从而起到吸声的作用。共振吸声材料的基本原理，是根据密闭空腔中的物体在声波激发下会产生振动，而振动物体由于自身内部摩擦与空气摩擦，将一部分的振动能量转变成为热能而消耗。根据能量守恒定理，这些损耗的能量均是激发内部内部与物体振动的声波能量。因此，在这种结构下能够消耗声能，产生吸声效果。物体有自身的固有共振频率，当声波频率与结构和物体的固有频率相同时，就会产生共振现象。此时物体的振动最为强烈，振幅与速度就会达到最大值，引起的能量损耗就越多，产生的吸声效果就越明显。需要特别注意的一点，普通地板和墙面都是有效的膜式吸声体，应把相关的吸声量计算在内。
亥姆霍兹(声学共振)吸声体：亥姆霍兹共振器属于典型的空腔共振吸声结构，在结构中间封闭有一定体积的空腔，并通过一定深度的小孔和声场空间连通。在结构上与玻璃瓶非常相似，内部的大空腔与外部空间由狭窄的瓶颈相连。当腔内的声音共振频率与入射声波相同，相应频率的入射声波就会被吸收。亥姆霍兹共振器在共振频率附近的吸声系数较大，吸收频带窄而且共振频率较低，属于较为单一的低频吸声体，在建筑上很少会单独使用。不过，目前已经有商业化的混凝土整体化砌块产品出现，而且由于表面多孔而粗糙，也适合用于高频吸声方面。常见的穿孔板共振吸声材料就是亥姆霍兹共振器的并联组合。
与美国HAA家庭声学联盟主席Gerry Lemay一同分析房间处理的吸声策略利与弊
谈多年前发烧友们吸声策略
曾记得很多年前，只有最具冒险精神的发烧友才会认真对待他们的视听室。得到更好声音的承诺让很多人前往建材店，购买一些Owens Corning 703玻璃纤维板，然后改装成自用的吸声板（很多人至今仍这样做）。当然，那时候也有些人会使用装鸡蛋的纸箱和地毯来进行吸声处理。当时，增加声学处理最普遍的建议叫做LEDE系统。LEDE是“live-end dead-end””沉寂端-活跃端”的首字母缩写，意思是让你房间的前半部分变得安静，让房间后半部分具有反射性。或者说靠近扬声器的房间前半部分采用较强的吸声处理，后半部分采用反射或扩散处理。如果没有更好的选择，这并不是一个坏主意。
LEDE系统的基本构造
Owens Corning 703玻璃纤维板
关于镜像点，也就是第一反射点的处理
后来，人们发现了对墙面“镜像点”也就是第一反射点进行吸声处理的好处。这是一个更复杂的概念，因为它需要使用一面镜子，并有一名助手(或愿意的配偶)在旁协助。助手沿着侧墙移动镜子，直到你能看到每个音箱。每个镜像点都是放置吸声板的目标点。大多数时候，效果是可以听得见的，声音的聚焦和细节都有了明显的改善。上图显示了声音传播时的镜像（反射）点，就像球从墙上反弹到你的耳朵。这种现象叫做镜面反射。在能听得见声音镜面反射的情况下，所有的镜像点甚至只是对侧墙镜像点进行吸声处理，并不是完全有益的，还会引起其它问题。如今，我们知道简单地对全面吸收反射声的做法并不是最好的选择。一些反射声应该要被吸收处理，而另一些则不应该被处理，因为能增强了包围感和空间感。我喜欢称它为反射声管理。
镜面反射或者说与墙面的第一次反射点
关于室内声学处理的几种方式的差异性
众多发烧友论坛充斥大量关于使用不同设计声学处理策略的文章。不过，如果使用了这些声学处理策略，但结果却不能让人满意，就可能会让很多人会感到困惑，而且还不免要花上一笔不菲的“学费”。其实最基本的声学处理策略就已经能起到不小的作用，同时学习一下相关知识也未尝不是一件好事情。首先让我们看看声学处理的不同类型。
吸声处理：吸收撞击在面板上面的声音。这会减少或消除反射声的能量。
扩散处理：通过扩散板来打散声音。虽然它们通常不是为了减少声音中的能量而设计的，但它们通过将一个反射声拆分成许多不同方向的反射声，有效地减少了反射声的能量。
反射处理：没错，反射处理是房间设计中一个重要元素。许多反射声是有益的，应该被保留。
低频陷阱：这一类型包含从非常厚的吸声面板到共振类型的吸声体的所有材料。共同之处在于它们都能有效地吸收低频能量。
混合处理：这些类型结合了上述类型的功能。当我们只是要吸收某些频率的声音，而其他频段需要反射或散射处理的时候，混合处理的声学材料非常有用。
总的来说，最常见的声学处理是吸声。其中最常用到的材料是玻璃纤维板，当然还有声学泡沫板、矿物纤维板、聚酯板等。这类材料的面板被称为动能纤维吸声体。它们通过减慢振动空气分子的速度来减少声音能量。空气分子需要与面板中的纤维发生碰撞，从而将其动能转化为碰撞产生的热量。这些面板在吸收声音能量的同时，温度会有所升高(非常轻微)。
在深入讨论吸声材料之前，必须读懂Absorption Coefficient 吸声系数(AC)
早些年，大多数人都会使用1英寸(25毫米)厚度的吸声板。它既便宜又容易买得到。但很快有人指出，使用2英寸 (50毫米)厚度的吸声板能产生更好的效果，后续则是使用3英寸 (75毫米)，甚至更厚。其实，这背后的原理是基于对吸声系数(AC)有了更深入的理解。具体来说吸声系数是该材料吸收的声音能量和投射在材料表面的声音能量之间的比值。因此，系数为1意味着所有撞击在面板表面的声音都被吸收了。25毫米面板在吸收高频方面做得很好，但对较低的频率效果甚微。因为当频率越低时，吸声系数也会越低。这些25毫米面板吸收了相对活跃的高频，但实际上没有触及到较低的频率。这意味着一个放置在镜像点，也就是第一反射点上的25毫米面板只完成了一半的工作(技术上来说还不到一半)。下图显示了Owens Corning 703纤维板不同厚度吸声系数的比较。请注意，在1000Hz以下的重要频率范围内，25毫米面板的吸声系数远远低于所需的吸声系数1。
Owens Corning 703纤维板不同厚度吸声系数的比较
值得留意的一点，根据上面图表显示，较厚的面板吸收了超过100%的声音。这是因为吸声系数的计算只考虑了面板前表面的测量，面板的侧面没有考虑在内，但它们确实吸收了声音。另外需要指出的是，吸声系数测量也包括面板吸收的随机入射声量。这对于计算音乐厅或教堂需要多少个面板是很有用的，但关于面板如何处理来自特定方向声音的信息就少得多了。
来自Floyd Toole博士关于吸声处理的新讨论
Floyd Toole博士与他的经典之作《声音的重现》
Floyd Toole博士在他的书《声音的重现》（第21.3.2章）中讨论了典型的玻璃纤维吸声板的声学影响。他提供了具体的测量数据来支持他的理论，即一个好音箱的侧面第一次反射声不一定要被吸收。这正是我们将要讨论的话题。相关数据表明，尽管这些典型的吸声体有着明显一致的吸声系数，但它们也不能均匀地吸收所有频率。Floyd Toole博士也指出，对于音箱到聆听者的第一次反射声，典型纤维面板的吸声效果取决于声波进入面板的角度。一些值得注意的结论如下：吸声系数的图表数据是有不足的，因为它们是基于随机入射声的测量，而不针对第一次反射声。当入射声是某一个角度而不是随机角度时，它们对不同频率有不同的吸收水平。这些图表数据也缺乏具体的数字来显示反射对频率响应的真实影响。因为反射声对测量的聆听位置频率响应有明显的影响，所以了解这一点很重要。最后，吸声系数的测量不包括更高频率的声音(最高达20kHz)，而这些数据正好体现出在更高频率声音受到反射影响而导致低吸收率的问题。
至少需要使用3英寸(75mm)或更厚的面板来吸收转换频率以上的频率。转换频率是我们在声学设计和校准策略对对第一次反射声进行处理的关键点，在典型的小房间中，通常指300-500Hz之间的频率。应用在音箱表面的纤维布被设计成透声(至少它试着做具有声音穿透的能力)的价值之一。它也指出Guilford of Maine FR701纤维布普遍受欢迎的原因，虽然在更高频率下仍能反射，但它却是一种更“具声音穿透性”的材质。
《声音的重现》第21.3.2章关于不同厚度的低密度吸声板的随机入射吸声系数。a表格是直接安装在硬质表面上，b表格是距离硬质表面405mm的距离安装。很明显低频吸声性能随材料厚度的增加而增加，而额外的空间则会提高超低频率的吸声性能
《声音的重现》第21.3.2章关于常规入射角与45度入射角的反射声衰减量的比较图。可见入射角增大时，吸声量增大
Guilford of Maine FR701纤维布
接下来，我们要怎么做？
那么，我们要怎么做呢？把4英寸(100毫米)的吸声板粘在墙上？不使用吸声板？每个人都知道用吸声板的声音更好，对吧？
对侧面的第一次反射声进行吸声处理确实可以通过增加直达声的总量，以提高聚焦感(立体声像)和细节。如果你偏爱使用厚的吸声板来减少频响的失真，那么需要注意对第一次反射声的吸收也会明显减少声场宽度和空间感。如果你更喜欢更宽的三维声场，不要吸收侧面的第一次反射声。Floyd Toole博士主张这些反射不一定要被吸收的原因如下：一个好的音箱(有着出色的离轴响应)所产生的反射声，可以增强包围感和空间感。因为反射声的频率响应失真更小(由于没有吸声板)，所以聆听位置的频率响应将更像音箱设计时的原本频率响应。
如果你是一个近场的聆听者(坐在非常靠近音箱的位置)。吸声板所起到的作用更小，因为你正在听的主要音源是音箱的直达声，它最小化了聆听位置声音的反射影响。这种方案在硬核两声道发烧友中并不少见。
如果你拥有一个家庭影院，而且座位不止一个(特别是如果你有多于一排的座位)。只选择一个好位置(近场聆听的甜区)显然是不实际的。你需要在房间靠后的位置设定多个座位，以提供一个让所有人满意的体验。于是，反射声开始扮演更重要的角色。过分吸收反射声也会减少甜区三角形的宽度。在一个环绕声系统的案例中，过分吸声会导致音箱不能产生一个有足够凝聚力的声场。不过，你看到吸声板的使用方式并不是一成不变的。正确的使用取决于你所聆听的音箱、你的聆听习惯，当然还有你的房间。
小房间中RT60参数的真正用途
当谈论到吸声处理经常会出现的一个话题是房间的RT60。混响时间定义为在某个特定频率的声音衰减60dB所需的时间，通常缩写为RT60。因为混响时间与房间内的混响声压级成正比。RT60的意义在于，我们基本上会用它来比较混响声和直达声的声压级。早期(包括现在)直接测量混响声声压级是不切实际的。因此，随着时间的推移，我们收集了一系列RT的实验数值，这些数值代表了不同大小空间和不同用途所需的RT60。较大的视听空间有较长的RT60，学校教室、礼堂往往需要一个相对较低的目标值。在HAA的调校中，我们主要使用RT测量来判断是否过度处理了房间，或者说吸声处理是否过多。而一个特别小的房间可能只是做了一小部分吸声处理就会很容易变成过度处理。因此，对于大部分房间来说，计算RT60准确的数值并不是一个有用的工具。我们只是使用RT测量作为警告信号，来决定是否不在墙上安装吸声板(或在完成安装后移除一些)。这么做的原因有很多。
混响时间定义为在某个特定频率的声音衰减60dB所需的时间，通常缩写为RT60
大房间声学计算的基本依据是“自由声场”模型。这是吸声系数的随机入射声测量在商业声学处理中如此重要的原因。大空间内的混响声场基本上是均匀、随机分散的。但大多数家庭影院并不是一个自由的空间(没有双关的意思)。在小房间里，早期的反射声要大得多，因为它们传到我们耳朵里的距离很短。声场不是均匀的，增强了我们对镜面反射研究的兴趣，而不是像在音乐厅或礼堂那样计算所有反射的综合效应。得到精确的RT60的基本要求是需要在一个均匀的混响声场的基础上。这就是为什么在HAA中，我们使用RT(混响时间)这个术语来让所有人明白，其实我们知道RT60不是一个真正的RT60，尽管我们使用了相同的程序来测量它。
我们的房间都是小空间。各种各样的组织都给出了小房间的推荐混响时间，介于200ms到500ms之间。大部分住宅的房间都适用于这个标准。除非房间特别大，或者家中缺少常见的声音吸收相关的家居元素(家具、窗帘、地毯等)，否则不需要减少混响时间。
大房间的声学工作人员在项目设计阶段使用RT60作为计算工具。使用的公式像Sabines、Fitroy’s、Eyring等等。它们可以精确计算要达到目标值RT60，需要对多大的表面区域进行处理。但这些公式会随着房间变小而失去作用，它们在小房间中不是有用的工具。
吸声处理的作用还有很多，但必须要留意不能过度吸声
因此，在一个小房间中，吸声型的房间处理方式其实价值是有限的……但当我们使用它了，确实声音听起来更好！实际情况是，在一个高性能的系统安装中，对小房间的声学处理是必要的，但它不依赖于吸收全部或大部分反射声。它取决于理解声场的复杂结构和每个反射点的性质。我们使用吸声板(以及其他声学处理类型)来创造一个无缝和宽敞的声场，同时保持高质量的聚焦(成像)和细节。其它因素包括使用合适的吸声板来控制低频效应，像SBIR(音箱边界干扰效应)、补偿不好的扬声器偏离轴响应、使用分散式的吸声板安放策略来创造声场、增加声场的扩散以及其它因素。
最后
从Gerry Lemay上述对于家庭影院这类小房间的吸声处理分析中，我们不难发现吸声处理并不像我们想像中的简单，最基本的前吸后扩的处理方式，在家庭影院房间声学处理上是非常基础的策略，而我们还可以根据实际情况做得更好。同时也了解到不同厚度吸声板、不同入射角度吸声板的吸声性能都会不一样，而对于RT60，其主要作用是用于衡量房间吸声是否过度的影响，而并非追求某个准确的数值。最后，关键之处在于我们必须要注意不要过度吸声，否则会对房间的声音品质造成极大的影响。
