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    維也納聲光技術——音樂錄音棚的聲學設計

    文章來源:admin    時間:2023-03-21

      

    1、音樂錄音棚聲環境概述



    錄音棚是錄制電影、歌曲、音樂等的錄音場所,錄音棚的聲學特性對于錄音制作及其制品的質量起著十分重要的作用。錄音棚有著較高的聲學要求,保證室內各處有足夠的響度和均勻度,防止回聲、顫動回聲、聲聚焦等房間聲學缺陷。

    根據錄音內容,錄音室又可分為音樂錄音和語言錄音兩類。

    音樂錄音棚的類別很多,它大致可按如下幾方面分類:

    ·按音樂錄音棚所屬系統分類,它可分為電影系統、廣播電視系統、音像出版系統、電教系統等四類。其中唯有電影系統的音樂錄音棚,要求在棚內設置銀幕和電影放映機房,以便對口形配音。因此,通常容積較大。

    ·按音樂錄音棚的錄音工藝和聲學處理方式,可分為自然混響音樂棚、強吸聲分聲道音樂棚、自然混響與分聲道錄音組合音樂棚、混響漸變音樂棚和多功能音樂棚等五類。

    ·按音樂錄音棚的規??煞譃榇?、中、小三類:其中大型音樂棚可容納120名樂師和100名合唱演員,棚的面積約需400m2;中型音樂棚,應可容納70名樂師,建筑面積約為200~250m;小型音樂棚應可容納30名樂師,建筑面積約為120m2左右。


    2、音樂錄音棚的聲學設計指標

    2.1混響時間

    自然混響音樂錄音室的混響時間通常是低于同容積音樂廳的混響時間,根據《廣播電視錄(播)音室、演播室聲學設計規范》GY/T5086-2012中規定,不同容積的音樂錄音室混響時間(500Hz)應滿足下圖要求:


    各頻段混響時間頻率特性曲線與500Hz混響時間的比值應符合下表3.1.1的規定


    2.2 房間比例和體型

    錄管室一般體積較小,尤其是語言錄音室,面積小的只有 10㎡左右。在這么小的室內,低頻區共振頻率分布很少,如體型設計不當,很容易出現因共振頻率分布不均而引起的聲染色。因此,錄音室長、寬和高三者比例要滿足一定的要求,表3.2.1 為矩形錄音室的推薦比例。


    2.3 背景噪聲控制

    在125-4000Hz(1/1倍頻程)的頻率范圍內,室內噪聲的平均聲壓級的允許值與播音室的種類有關外,還與站內設備系統本身的噪聲有關。根據《廣播電視錄(播)音室、演播室聲學設計規范》GY/T5086-2012中規定,錄音室內,連續穩態噪聲的平均聲壓級不應超過下表3.3.1內各噪聲評價曲線所規定的數值。


    2.4 圍護結構的隔聲標準

    2.4.1錄(播)音室、文藝類錄音室和演播室之間的隔聲性能宜符合下表3.4.1的規定:


    2.4.2錄音室頂部樓板的撞擊聲隔聲性能,宜符合下表3.4.2的規定。


    2.4.3在錄音室的出入口處,宜設1道或2道隔聲門,設置2道隔聲門時,“聲閘”內應有強吸聲處理。單道隔聲門的空氣聲隔聲性能應符合下表3.4.3的規定。同時,隔聲門應有良好的機械性能。


    (4)錄音室技術用房隔聲窗和隔墻的綜合空氣聲計權隔聲量應大于65dB。

    2.5聲場均勻度

    室內聲場均勻,聲場不均勻度在100Hz~6.3KHz頻率范圍內小于±2dB。錄音室內應無顫動回聲、聲聚焦和聲染色等明顯的聲缺陷。


    3、音樂錄音棚的聲學設計要點

    3.1自然混響音樂錄音棚的設計

    自然混響音樂錄音棚聲學設計的特點是:棚是樂隊的組成部分。棚內的音質在很大程度上決定錄音效果。錄制的內容主要是傳統的交響樂。因此,其規模通常是大、中型的(即70~120名樂師),小型的很少。

    自然混響音樂棚的聲學設計與音樂廳類同,要考慮體形、混響時間、聲擴散、早期反射聲和允許噪聲標準等方面的問題。

    3.1.1音樂棚的體形

    在大、中型自然混響音樂棚內,體形設計要適當考慮棚的長、寬、高比例,以免房間低頻共振而引起失真。為了盡可能增加房間的低頻共振數目,房間的各向尺寸應當不同,經研究發現:房間的理想比例是2的立方根次幕,即1:1.26:1.59;同樣適用的比值還包括這幾個值中的一個或幾個的整倍數,例如:1:2.52:1.59,1:1.26:3.18或1:2.52:3.18。對于大型音樂棚來說,并不要求非常嚴格的遵守這些比值,但是整數比(1:1,1:2,1:3)是應當避免的。如果采用不規則體形,對聲擴散和防止平行墻面的不利聲反射是有利的。在大型自然混響音樂錄音棚內,為了便于配置樂隊的各聲部、以及建筑、結構設計簡單等原因,通常采用矩形平、剖面的形式。只要注意房間比例和兩對平行墻面的聲學處理,一般不會在體形設計上出現問題。

    對中、小型自然混響音樂棚,由于跨度小,現澆屋蓋和墻體的難度不大,有可能時,盡可能采用不規則形體,免得在兩對平行墻面上設置多種形式的擴散結構,以及減少由此而占用的面積和空間。

    3.1.2混響時間

    自然混響音樂錄音棚的混響時間,通常要低于同容積音樂廳的混響時間,這是因為接收對象不同,音樂廳是人的雙耳聽聞,而錄音棚是傳聲器接收(單耳聽聞)?;祉戦L了,會嚴重影響清晰度和各聲部的層次。其最佳的經驗值可根據棚內的容積在1.2~1.4s(中頻500Hz)內選擇。

    低頻混響(125Hz)的提升(相對于中頻)也低于音樂廳,因為低頻混響長了,會影響樂器的質感和清晰度,通常選用中頻混響的1.1~1.2倍。

    高頻混響時間原則上要求不低于中頻,否則會影響高音樂器的亮度。但實際上不易做到,特別在大型音樂棚內,空氣對高頻的聲衰減很大,追加樂師本身對高頻的聲吸收,影響了高頻混響達到理想的要求。因此,在工程實踐中,允許高頻混響稍低于中頻,但差異過大是不允許的。

    應該指出,在上述提及的混響時間值,均指空場混響時間,這是錄音棚建筑與其它各類會堂的不同之處,其原因在于:

    ·影劇場和音樂廳內,大廳的每座容積最大值通常都低于10m,聽眾的數量對大廳混響有較大的影響,因此,都按滿場確定混響時間指標。而音樂錄音棚內,每個樂師通常要占25~40m,因此,樂師本身的聲吸收影響很小。

    ·音樂廳和劇場內本底混響較長,聽眾聲吸收的影響較大,而錄音棚內本底混響相對地比音樂廳短,因而聽眾聲吸收的影響不大。

    由于以上原因,目前對所有錄音棚的混響時間,都按空場考慮。

    3.1.3聲擴散

    在自然混響音樂錄音棚內,聲擴散是至關重要的,室內的聲擴散不僅可以獲得均勻的聲場分布,從而是樂隊演奏的聲音均衡和融洽,同時可以減少錄音室為選擇“最佳”拾音位置所帶來的麻煩。

    通過對墻面進行凸凹的變化,使房間簡正模式均勻分布從而實現平滑的低頻相應,改善室內聲場。對于由于反射聲引起的聲像定位偏移現象,可以在引起反射的墻面設置擴散體或者強吸聲材料,消除反射聲的影響。擴散構造常用的做法主要包括以下做法。

    設置傾斜墻面改變室內的規則形狀,改變室內聲音由墻面反射后的傳播方向,從而改變室內聲場的振動模式。此種做法可以造成室內形狀不規則,但由于在室內出現銳角造成室內部分空間無法使用,造成空間浪費,降低室內使用效率。此類做法適用于面積較大的錄音室。

    在墻面設置擴散體。擴散體可采用簡單的折板造型或圓弧造型對入射到擴散體表面的聲音能量進行散射,同樣能起到改善室內聲場的作用。此種做法可以與裝修設計結合,避免出現聲學痕跡。

    根據經驗,它們的尺寸關系可由下式估算:



    近年來有的學者提出了一種擴散表面,稱為“二次剩余擴散面(Quadratic Residue Diffusor)”。這是按照數論中的二次剩余序列來設計擴散面的起伏,可以使擴散面在較寬的頻率范圍內有近乎理想的擴散反射,見圖二。在墻面設置QRD等通過數論計算得到的擴散體。通過調整QRD的排列方式和階梯深度,可以調整該擴散體的擴散頻率和吸聲特性。但是該擴散體形狀怪異,很難通過裝修設計達到美觀的效果。


    因此在小空間室內聲場設計過程中,應結合裝修設計與聲學設計,因地制宜的選擇擴散方式,融聲學設計于裝修設計之中,在保證美觀的情況下滿足聲學要求。

    3.1.4早期反射聲

    50ms以內的反射聲可以提高到達傳聲器直達聲的強度和親切感,從而增加錄音效果的活躍度。但在大型的自然混響錄音棚內,依靠棚的界面使傳聲器獲得早期反射聲是很困難的。原因是傳聲器離棚的界面較遠,且傳聲器位置經常有變化。目前最常用的有效措施是設置活動聲屏障,它可以在傳聲器配置的位置周圍,根據需要設置反射面;也可以采用在傳聲器區域內的頂部懸吊反射板,然后按需要調整其懸吊高度和傾角。

    3.1.5聲場的不均勻度

    聲擴散是同一位置上來自不同方向的聲壓分布狀況;而聲場不均勻度是指廳內不同位置上接收到的聲壓級差別。目前都以棚內測得的聲壓級最大值Pmax與最小值Pmin之差值來表征,即Pmax-Pmin<±3.0dB為允許值。它與棚的聲擴散是屬同一問題的兩個方面,一般說來聲擴散好,聲場不均勻度值就小。因此,達到均勻聲場的具體措施與聲擴散是相同的。

    3.1.6低噪聲

    由于自然混響音樂棚是采用單點收錄的錄音方式,傳聲器離各聲部的距離較大,因此,棚內噪聲對錄音效果有明顯的影響。根據經驗棚內背景噪聲應控制在A聲級25dB以下,與此相應的噪聲評價曲線為NR-20(或PNC-20)。為了要控制棚內噪聲達到設計要求,必須嚴格把握圍護結構的隔聲和空調系統的消聲設計。

    l 錄音棚的墻體必須采用重結構,如490mm厚磚墻,當周圍環境噪聲較高時,應設置雙層240mm厚磚墻,中間設100mm厚空氣層,或雙層相同面密度的鋼筋混凝土墻體。

    l 錄音棚的屋頂應采用180~240mm厚鋼筋混凝土預制樓板,并在下面追加輕質水泥板(如FC板)吊頂,以防止雨點撞擊屋頂板引起的噪聲。

    l 當采用大型屋面板或其它輕質屋面時,必須追加能起到隔聲作用的吊頂。

    l 出入錄音棚的門,必須設雙層隔聲門所構成的“聲鎖”,開向棚內控制室的窗,通常需用三層6mm厚玻璃的固定窗,并使玻璃間隔在垂直方向有所變化,以防止共振?!た照{、制冷系統的噪聲控制內容包括減低通風機噪聲通過管道的傳播,抑制氣流噪聲(限定管道和出風口的流速)和隔離空調、制冷設備的固體傳聲等三方面。因此,必須作周密的設計,因為錄音棚內要在空調運行時錄音,噪聲超過設計要求就無法使用。這也是與其它廳堂設計的不同之處。

    l 對于中、小型自然混響音樂棚,如設在業務樓(辦公樓)內,就必須設置“浮筑”結構,即“屋中屋”的結構形式,以防止樓內撞擊聲的干擾。這時,應在初步設計時就作全面考慮,因為它關系到建筑工程的各個專業。這類結構形式,不僅要大量增加投資(約增加工程投資的30%),同時,施工程序復雜。因而,有關這類建筑盡可能脫離業務樓而單獨修建,通過連接廊溝通業務。

    l 自然混響音樂錄音棚被公認為是錄制傳統交響樂的最佳方式。但由于聲學設計難度大、

    l 造價高、且用途單一,因而使用效率不高,故近年來,國內、外建造這類棚的很少。目前,傾向于在音樂廳或被挑選過的劇場內錄制傳統交響樂,或在中、小型棚內分聲道錄制,經后期加工、合成。據專家們認為這種方式也能獲得滿意的錄音效果。

    3.2 強吸聲多聲道錄音棚的設計

    強吸聲多聲道錄音棚的特點是將樂隊的樂師(或聲部)分別配置在各個相互隔離的空間內,分聲道錄制直達聲,然后,根據需要通過人工混響器(混響室)追加混響后合成。這種錄音工藝的特點是樂器的質感強、清晰度高、層次分明、節奏感強,便于進行后期藝術加工、合成,與自然混響棚一次合成相比,減少了重復錄音的時間。此外,由于分聲道錄音,一個樂隊可以分期分批進行錄音,這樣就可壓縮錄音棚的面積,節約基建投資和經常維護費用。因此,目前國內、外建造這類棚的最多。由于不需要棚內混響聲和早期反射聲,且傳聲器離樂器(或演唱者)很近,因此,聲學設計和噪聲控制要比自然混響音樂棚簡單得多,它僅要求考慮下述幾方面的問題:

    3.2.1棚內要求(或各個小室、小隔離空間)短混響,且有接近平直的混響時間頻率特性曲線。按棚的容積,中頻(500Hz)混響時間控制在0.4~0.6s范圍內,根據經驗是適宜的??紤]到控制低頻混響較為困難,故允許低頻提升(相對于中頻)1.1倍。隔離小室內的混響時間應控制在0.4s左右,打擊樂和銅管樂的小室應適當降低至0.3s。

    3.2.2各分聲道之間應有一定的隔離度,通常是指傳聲器之間的隔離度,對于這一問題目前有兩種觀點:

    l 一種觀點認為各聲部(或樂器)之間的隔離度可控制在15~20dB,不要求完全隔離,即隔而不斷,在隔離的前提下,相互間有一定的聲音耦合,可使錄制聲音融洽和有活度。因此,可在棚內設置各種活動隔斷或聲屏障即可。

    l 另一種觀點則認為應完全隔離,即要求傳聲器有35~40dB的隔離度,理由是可提高聲音的力度,防止相互干擾,減少某一聲道演奏差錯,以免影響整體效果。這種狀況就要求建立完全隔離的小室。

    以上兩種觀點至今沒有統一,因此建筑師必須按甲方錄音師的要求,進行設計。

    3.2.3防止棚內各界面的強反射聲

    無論在活動隔斷空間內或隔離小室內,都要避免由界面傳至傳聲器的強反射聲,特別是延時較長的反射聲,僅允許錄制樂器本身演奏的直達聲。因此,棚內各個界面都應作強吸聲處理。

    3.2.4噪聲控制

    噪聲控制的內容與自然混響音樂棚相同,但標準要求原則上應低于自然混響音樂棚,理由是傳聲器通常離樂器不到1.0m,當選用方向性較強的傳聲器時,周圍噪聲的干擾影響較小。因此,棚內(或小室內)的允許噪聲級在30~35dBA范圍內是不會影響分聲道錄音效果的。但目前錄音師習慣于以聽不到樂器演奏聲以外的其它聲音作為標準,因此,通常也要求沿用25dBA作為設計指標,其實是沒有必要的。

    多聲道錄音棚在噪聲控制中應特別注意各個隔離小室通過風道(送、回風)串音,以免影響相互的隔離度。此外,打擊樂的振動也應作特殊隔振處理,以免引起棚內地面振動,使各傳聲器受到干擾。

    3.2.5防止房間共振

    當多聲道錄音棚采用多個隔離小室的形式時,小室的比例要嚴格控制,如采用矩形平面時,根據經驗可按下述長、寬、高比例確定其尺寸,見表4.2.5。


    目前,多數選用不規則室形,通過大量實驗研究和工程實踐表明,不規則室形,具有聲場均勻、防止駐波等優點。因此,建議采用不規則室形。

    3.2.6自然混響、強吸聲組合錄音棚的設計在強吸聲多聲道錄音棚內錄音的實踐表明:對某些樂器,如弦樂、木管樂錄取直達聲,追加人工混響的效果不佳,主要表現在聲音不自然和缺乏柔和感。因此,目前趨向于自然混響和強吸聲相組合的錄音棚,即在棚內設置強吸聲的隔離小室和具有較長混響的大空間,按需要分別配置各類樂器,進行分聲道錄音。這類棚在近期的錄音棚建設中,占主導地位。

    3.2.7活躍——寂靜漸變錄音棚的設計

    這類錄音棚是一端強吸聲逐漸過渡到另一端的長混響,即由長混響(活躍區)逐漸減低混響至另一端的短混響區(寂靜區),錄音時,根據各類樂器對混響的不同要求,配置在所要求的區域內。此外,在活躍區內通常還設有各種活動的聲反射板和聲屏障,以適應錄音的要求,這類棚可以充分顯示各類樂器的特點,使錄音達到完美的效果,但對錄音師的要求(技術水平和經驗)相當高。同時,棚的聲學設計難度較大。因此,這類棚的多數形式是一端為活躍區,另一端作強吸聲,兩者之間自然形成,不作特殊的聲學處理。


    3.3 多功能音樂錄音棚

    不同的錄音工藝,要求有與之相適應的錄音棚。錄制不同的音樂,希望錄音棚有不同的聲學條件。為了滿足各種要求,而去建造多種類型的錄音棚,這在經濟上往往是不現實的。多功能錄音棚就是通過創造一個可變聲學條件的聲學環境來滿足多種錄音要求的錄音棚。

    為了使錄音室混響時間可調,在多功能錄音棚的墻面和頂棚設置可調吸聲結構,并備有活動吸聲、隔聲屏障,以便需要時圍成隔聲小室。

    多功能錄音棚設計中,可調吸聲結構的設計是關鍵。這種可調吸聲結構應滿足以下幾個方面的要求:

    (1)可調幅度大,吸聲面暴露時為強吸聲結構,反射面暴露時幾乎不吸聲;

    (2)在80~8000Hz頻率范圍內各頻帶吸聲的調幅量接近相同;

    (3)處于反射狀態時,不產生聲學缺陷,仍具有良好的聲擴散;

    (4)使用中便于操作、控制。


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