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Acoustic of Small Studio

小型录音室因其高可行性和经济友好性而被广泛应用于录音行业。这使得录音/音乐行业的工作人员能够远程工作,而无需经常前往大型录音室。通过良好的声学处理,在小型录音室录制的音乐仍然可以保持高音质,有时甚至适合用于商业发行。

那么,是什么能够保证录音室的声学品质呢?

在今天的文章中,我们将探讨音乐在小型录音室里按照录制的方式进行演奏的声学效果(Everest & Pohlmann, 2015)。

环境条件


一个安静的环境是工作室的必要条件,有时甚至很难做到这一点。首先,一定要避免嘈杂的地点,因为只要为您的工作室选择一个安静的位置,就不会出现许多噪音和振动问题。再来,应避免靠近火车轨道、繁忙道路,十字路口甚至机场等嘈杂区域。最主要的是减少外部噪声,然后通过在建筑物中实施隔音将背景噪声保持在标准目标范围内。然而,有效隔音的材料(如浮动地板或经过特殊隔音处理的墙壁/窗户/门)的建造成本可能会很高。因此,最好的方式,也是更划算的方式,首先是选择一个安静的地点,而不是在嘈杂的地方隔离一个工作室。

HVAC 系统,包括加热、通风和空调系统的声学设计应满足所需的噪声标准目标。来自电机、风扇管道扩散器等的噪音和振动应降至最低,以便实现低环境噪音水平。

噪音

与任何静音的房间相似,小型录音室需要遵守隔音规则和一定的标准。构建具有高传输损耗并与外部噪声和振动源分离的建筑元件非常重要,以确保环境噪声水平足够低以实现良好的录音质量。不仅如此,这些结构还将起到隔离作用,防止工作室中的噪音(音乐)水平影响邻近空间。

工作室声学特性

在录音室中,存在的声音类型和可能被麦克风收到的声音类型是“直达声:和”间接声“。直达声基本上是来自声源的声音(在到达表面之前)。间接声紧随直接声之后,由封闭区域的各种非自由场效应特性引起。简而言之,所有不是直达声的东西都被认为是间接声或反射声音。

众所周知,封闭空间中的声压级会根据与声源的距离而变化,同时也会受到房间或空间吸收能力的影响。如果一个房间的所有表面都是完全反射性的,这便意味着房间是完全混响的(就像一个混响室)。因此房间每个地方的声压级都是相同的(来自声源的声音),因为没有声能被吸收。我们也可以把它假设成相对没有直达声,因为绝大部分声音是被反射的,间接的。此外,导致间接声的另一个因素来自房间内的共振,这也是反射声的结果。

间接声还取决于室内构造的材料(例如,门、墙壁、窗户、地板、天花板等)。这些元素也可以通过来自声源的声音振动被激发。因此,当激发元素被移除时,它们能够以自己的速率逐渐衰减。

混响时间

所有间接声音类型的复合效果可以被称之为”混响“。许多人会说混响时间是房间声学质量的指标,但实际上,测量混响时间并不能直接揭示混响各个成分的性质。这也是用混响时间作为指标的一个小弱点。因此,混响时间往往不是声学条件的唯一指标。

混响时间是衰减率的量度,通常称为 T60。例如,1 秒的 T60 表示 60 dB 的衰减需要 1 秒才能完成。有人可能会说,将混响时间概念应用于小房间内是不准确的,因为真正的混响场在小空间中可能不存在。然而,在小房间设计中利用萨宾方程(Sabine Formula, 用于混响)来估算不同频率下的吸收需求仍然是可行的,前提是在估算过程中考虑了过程的限制。

基本上混响时间太长或太短都不好。这是因为对于混响时间过长的房间,语音音节和音乐短语会被掩盖,从而导致语音清晰度和音乐质量变差。相反,如果混响时间太短,语音和音乐将失去特性,因此质量会受到影响,而音乐通常会受到更大的影响。尽管如此,混响时间并没有一个具体的最佳值可以适用于任何房间,因为除了混响之外还涉及太多因素。诸如声源类型(女声/男声、语速、语言类型等)之类的因素都会影响房间的声学效果。然而,出于实际原因,声学家可以参考一些近似值,其中已经实施了一定程度的折衷以使其可用于多种类型的录音应用程序。

漫射
由于房间反射的空间多样性,高漫射房间给人一种宽敞的感觉。它也是控制共振效果的一个很好的解决方案。为了产生显着的漫射效果,八字形墙壁和几何突起的实施效果很好。另一种方法是在房间内分布吸波材料,这除了漫射之外,还可以提高房间的吸波效率。通常,模块化衍射光栅漫射元件(例如 2- x 4-ft 单元)可以提供漫射和宽带吸收,并且可以轻松安装在小型录音室中。尽管如此,在实践中,录音室内不会有太多漫射效果。

声学处理实例
那么,您可以使用哪些声学处理元素来改善您的工作室呢?可以考虑以下这些项目 (Studio, 2021):
1. 低音陷阱 Bass Traps
这是录音室中最重要的部分之一。 Bass traps通常用于吸收低频,也称为低音频率,但实际上它们是宽带吸收器。这意味着它们也擅长吸收中高频。

2. 隔音板 Acoustic Panels
隔音板的工作原理类似于低音陷阱,但在吸收低音频率方面效果不佳。与低音陷波器相比,吸音板的一个好处是,由于它们更薄,因此可以用更少的材料提供更大的表面积。因此,与低音陷阱相比,隔音板能够以更低的成本提供更大的墙壁覆盖范围。

3. 扩散器/漫射器 Diffusers
如果以在小型录音室中使用为例,扩散器可能不如低音陷阱和隔音板有效。所以,这完全取决于用户——他们是否觉得漫射器对他们的应用有用。
那么,声学处理产品应该放在哪里呢?
在这种情况下,要定义房间的三个关键区域:
– 三面角
– 二面角
– 墙壁
覆盖的优先级从三面角、二面角到墙壁。这是因为理想情况下,声学处理应放置在影响最大的区域。例如,在三面角处,三组平行墙会聚在一起,因此如果这里有吸音材料,它会从所有三个维度捕获房间模式,从而提供三倍的初始效率。同样的概念适用于二面角和墙,但分别具有二维和一维。

参考资料
Everest, F. A., & Pohlmann, K. C. (2015). Acoustics of Small Recording Studios. In F. A. Everest, & K. C. Pohlmann, Master Handbook of Acoustics (6th Edition ed.). McGraw-Hill Education – Access Engineering. doi:ISBN: 9780071841047
Studio, E.-H. R. (2021). CHAPTER 3: The Ultimate Guide to Acoustic Treatment for Home Studios. Retrieved from E-Home Recording Studio: https://ehomerecordingstudio.com/acoustic-treatment-101/

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Noise Barriers

隔音屏障旨在抵抗从声源到接收器的传播路径中的声波。一般来说,屏障离源头越近,它就变得越有效。对于简单的平面屏障,高度和长度是决定屏蔽程度的最重要因素,并且已经制定了简单的设计规则来确定整体噪声级的降低。这些基于从源到接收器通过屏障的直接路径与越过屏障顶部的最短路径之间的路径差异。此路径差异越大,筛选越大。屏障的阴影区是接收器无法看到源的区域,这里记录了噪声水平的最大降低。一些声音总是会绕过障碍物的顶部和边缘进入阴影区,因此不可能消除来自声源的所有噪音。然而,几米高的典型屏障可以实现 10 dB(A) 数量级的有价值的降噪。这相当于将声音的主观响度减半。

Figure (a)

Figure (b)


对于更复杂的障碍,简单的方法是不合适的,边界元法 (Boundary Element Method, BEM) 等数值方法已被用于生成精确的解决方案。

许多不同类型的屏障已使用多种材料安装,包括木材、钢材、铝、混凝土和丙烯酸板。其中一些设计在交通侧具有吸收性饰面,可减少反射声。高度超过 8 m 的屏障已被应用,并且已经测试了新型加盖屏障和带角度的屏障。

与简单的平面障碍相比,可以提供改进性能的障碍可以在以下大标题下进行分组。

上图 (a) 显示了声音从声源传播到屏障边缘的主要路径,用于有或没有声源侧吸收的隔音墙。图 (b) 显示了吸收材料的结构。

如果较小的车辆经过障碍物,车辆的反射就不会起到太大的作用。只有在高速公路或火车轨道两侧建造隔音屏障时,才会发生多次反射。

在大型噪声源的情况下,源侧吸收式噪声屏障的实施可以防止所谓的”Z”字形效应

  1. 吸收性屏障——也就是能在交通表面的元素吸收很大一部分的入射声音的屏障,可以减少反射声音,这可能有助于附近的整体噪音水平。
  2. 有角度的障碍物——即倾斜或具有波状表面以分散噪音的障碍物,目的是为了防止显著的声音反射到需要屏蔽的区域。

吸收屏障

如图 1(a) 所示,如果在道路的一侧竖立垂直平面屏障,则会导致向另一侧的声音反射。此外,车辆和障碍物之间的反射可能也会导致屏蔽性能损失,如图 (b) 所示。在道路两侧存在平面垂直障碍物的情况下,如图(c)所示,它们通常是出于平行状态。在这种情况下,声音在障碍物之间来回反射,再次导致性能损失。位于面向交通的屏障侧面的吸音板可以通过吸收入射波的声能来减少这种反射贡献。

有角度的障碍

使用吸音屏障的另一种方法是将屏障或屏障的一部分与道路成一定角度,这样来自屏障交通面的反射波向上偏转,从而减少相对靠近道路的受体位置对噪声的贡献地面。此类屏障的性能已在 TRL 独特的噪声屏障测试设施 (NBTF) 中进行了全面测量。使用的噪声源包括一个 800 W 的扬声器,该扬声器可以放置在测试屏障前面的一条特殊铺设的热轧沥青条上,从而代表高速公路和通用双车道道路上的交通源。

麦克风可以被放置在没有反射物体的宽阔平坦草地区域的任何地点测量屏障阴影区的噪声级。为了测量屏障的声学性能,我们需要广播广泛频率范围内的记录噪音,并在屏障后面的标准位置测量噪音水平。此外,我们可以针对扬声器输出以及风速和风向的变化进行校正。通过这种方式,屏障对典型交通噪声源的屏蔽性能便能被评估。

The above fig shows angled noise barrier.

参考资料:各种书籍与论文

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