声场在哪里?


文/赖英智



音响回放中的“声场”是什么?

有前辈的解释很清楚。声场的英语为“Sound Stage”,是指舞台上乐队的排列位置和形状,包括长、宽、高,是一个三维空间的概念。对于音响器材来说,声场实际上就是指器材所再生的舞台型状与乐队所排列的位置,由于受到频率响应曲线分布不平直,加上音箱扩散性、指向性的影响(比如房间宽度大于深度或者相反),音响所播出来的声场与录音时的情形通常是有差异的。人对可视物体具有立体感受,是因为两只眼睛看该物体时会产生视角差。同样,人耳能辨别来自不同方位的声音,也是靠声源与双耳之间形成的不同的角度,角度又产生微小的时间差,大脑感知后就有了方向感与声像的定位感。音响播放时如果只有一只音箱,只能产生点声源,虽然有距离感,却不能产生“立体声”的声场。即便是二只音箱的双声道立体声,我们也必须位于两只音箱前方等腰三角形顶点位置,才能准确还原声场的模样。



理想的声场又是什么样子?

声场的位置应该包括舞台与乐队的前、后、高、低。搭配不当的某些器材会使整个声场听起来象飘浮在半空中;有些听起来却象是坐在音乐厅的二楼观看舞台一样。我们以音乐厅的管弦乐队来举例,理想的声场应该能听到低音提琴、大提琴的声音从比较低一点的地方发出来,小提琴的位置则略高一些;录音时乐团应该是前低后高,像铜管乐器就有可能在较高的位置。简单的说,声场高度应该略低于坐着时两眼平视的高度,小提琴在视线以上;大提琴、低音提琴在视线以下;铜管至少要与小提琴等高或更高。音乐厅现场,舞台的宽度要大于深度,音响回放时声场宽度的确是可以超出音箱二侧,宽底侧墙,除非是流行音乐的特殊安排或反相了,否则不太会出现“破墙而出”的情况。当然我们都追求宽阔的声场,不能让声音指集中在音箱中间,听起来会非常狭窄紧迫,最好是闭上眼时舞台分布在房间二侧墙之间。


至于声场的深度(前后位置)可以从音箱的前面板算起,往后延伸扩展,通常是指舞台前缘的小提琴与后排打击乐器之间的距离。声场的深度越好,越能“看”到乐队的排列层次、歌唱者与乐队的前后分布,以及舞台的规模感。我们在评论音响时讨论的声场,多半是指深度,要达到理想声场深度,与器材搭配、聆听环境和唱片录音都有关系。有些音响系统或环境中低频过多,大鼓与定音鼓等低音乐器的位置会靠前一些,听起来声场的深度当然不好。反过来说,有些系统因为中低频凹陷,声场位置会向后缩,结果被误以为声场深度很好,那也不对。声场深度没有绝对标准,有些唱片录音时房间就是四四方方,即使把乐队排列的纵深拉长,还原时也不应该出现深邃远距离的效果。



以上讨论,建立的基础是没有经过太多复杂混音的古典音乐,现在的数字录音有很多软件可以使用,凭录音师喜好改变乐器的定位,所以在电影配乐、流行音乐、电子音乐中讨论声场会有争议。实际上,音响系统中理想的声场难得,很大因素是录音关系,首先要承认我们听的音乐已经不够真实,整个管弦乐团出来效果受限于现场麦克风的数量与摆位,再来是录音师如何混音,录音师审美观与功力都会决定最后声场表现,所以我们调较声场的目标是让它正常不奇怪,播放不同音乐可以反映出不同的声场效果。使用古典乐去研究声场比较容易理解也比较简单,所以资深发烧友多少都会听一些古典乐,它们的录音比较不会加油添醋,使用过多效果器。


改变音箱摆位通常是打造理想声场的第一步,一个紧贴后墙摆放的音箱,所谓声场深度多半只能依靠想象了。通过合适的音箱摆位和室内墙反射成不同的时间廷迟,在两个音箱中间建构起有3D感的舞台,听上去好像是活生生的表演。声像的左右分离(包含时间差、音压差、哈斯效应等因素 )、声像的远近距离(音压近强远弱、混响大小或直接音反射音比重、高音易被吸收阻挡而低音可传递得更远等因素)、声像的高度落差(包含空间混响、延迟等因素),人耳分辨后再交给大脑处理,我们就彷佛看到舞台上演奏者在不同的位置唱歌和演奏,除了前后左右,连上下高低都能够反映出来,这种活生的舞台感觉就是Sound Stage声场。

但如果空间条件太差,音箱挪来挪去就是找不到“扇形声场”怎么办?其实打从有音响这件事以来,发稍有就被深深困在声学陷阱中,明知道问题严重性但无力解决,多数人于是在被扭曲的声音中浑浑噩噩度过音响生涯。前面所说的“扇形声场”是指在音箱后面延伸出一个逐渐往二侧展开的舞台,发烧友认为这种声场均匀开阔,乐器的距离及动感会让眼前豁然开朗。有趣的是在鞋盒音乐厅、扇形音乐厅、竞技场/山谷梯田厅、马蹄形四大类音乐厅中,扇形音乐厅的声学特质最乏善可陈,就像发烧友面对声学苦恼无计可施一样。插几句话来聊聊这些音乐厅。


●鞋盒音乐厅(Shoebox)盛行于19世纪,音乐厅中舞台演奏号与来自墙体和天顶的反射能有效扩散,中频混响时间平均维持在两秒左右;每个聆听方向声响丰富饱满,聆听者往往会沉浸在声音中;音乐清晰度高;音乐动态极大,乐团每个细节都能得到充分展现;不同区域的聆听效果相对均衡;乐团不同声部的平衡优异,音乐家演奏融合度极高。著名的维也纳金色大厅、阿姆斯特丹皇家音乐厅、波士顿交响乐厅都是鞋盒长方形设计。



●扇形音乐厅(Fan)出现在一次世界大战之后,科技发展令设计者有更多改变传统音乐厅建筑风格的可能,后来还发展出圆形、椭圆形、扇形、多边形和不规则形等多种形状。扇形音乐厅两侧的反射墙呈逐渐打开的样式,象是个号角开口,这种设计往往只有最前排和最后排的听众才能充分感受音乐的力量。同时因为缺乏侧向反射,包围感比较薄弱,残响时间短,清晰度低,舞台上表演者听不到反射声音返回。浙江的宁波音乐厅、河北省艺术中心音乐厅就是这种设计。


●竞技场/山谷梯田厅(Arena/Vineyard)在20世纪60年代出现,柏林爱乐厅首开先河,广州星海音乐厅也是这种设计。基本特征是舞台位于音乐厅相对中央的位置,听众区域从低至高层层堆叠,鞋盒音乐厅的反射效果基本散失。在山谷梯田厅中制造侧向反射非常困难,因为舞台被听众围绕且反射墙体离乐器较远,补偿办法通常是将不同听众区域以块状分割,前端设置反射面。这种设计也有鞋盒音乐厅所不具备的特质,比如能容纳更多的听众;残响水平能达到交响乐音量所需的最高标准;靠近舞台的听众区域声响清晰平衡,和鞋盒音乐厅几无二致;而位于舞台后部的聆听区域,因为乐器的平衡完全倒置,听感上截然不同。



●马蹄形(Horse Shoe)歌剧院设计从蒙特威尔第时代至今几乎没有改变过,最初基于试验性和充满谬误的声学设计,却鬼使神差地变成表演歌剧最有效的建筑。其混响时间维持在1.5秒左右,完全符合歌剧演出两个重要要求:音乐延续和语言可听;剧场的舞台与观众区两个声学空间同时存在,观众区有良好的可视性,下陷乐池与舞台歌手的声学平衡优异(乐池声量通常要低3-5dB),确保演出清晰度良好。



既然音乐厅本身都有诸多不同,我们当然无法以量化标准告诉大家音响回放时的声场要多大,如果连基本要求都无法调整出来,这时就得出动空间的魔术师——拯救声学空间的声场校正器材(Digital Room Correction)。专业的录音室或音响室会在兴建初期就做好详尽规划和设计,当然这是最理想的情况,事实上连大部分录音师都只是奢望,在空间受限,音箱只能贴着墙壁放情况下,他们只能借助DRC来克服问题。DRC是一种数字房间校正系统,透过麦克风测量音箱播放时在房间不同位置的脉冲响应(Impulse Response),来判别空间对讯号频率造成的干扰,最后透过软件运算的数字滤波器去校正空间和音箱的线性失真。透过DRC,一些因为声学空间缺陷导致的声音频率凹陷或突起,能够修正到接近平坦,在有限的条件下,尽可能的还原更精确的声音。



DRC原理很简单。音箱放在房间中,发出的声波透过空气传播到耳中,也传抵墙面、天花板、地板、家具等物体,经过各式各样不同材质的物体反射、折射、散射、漫射、绕射后,变成复杂混乱间接音,稍后它们也会被耳朵听到。利用仪器测量记录下这些间接音抵达的时间、能量,我们便可在音乐中预先加上反相(倒过来)的声音,以抵消间接音,还原声音原貌。例如某一空间中,音箱发出一短促音,由地板反射而来的间接音比直接音晚了0.0018秒,经过DRC计算,在短促音之后0.0018秒加入反相且音量相同之声音,二者相位相反,音量相同,人耳听来地板造成的杂音就被抵消了。把直接音与之后间接音的相对时间顺序、振幅(音量)组合称之为该套器材+房间这整个系统的猝发音响应(impulse response),等于是整个音响系统的声纹特性,一如每个人语音声纹完全不同般独特。完美的猝发音响应,是干净的一短促音后快速收敛至无声,DRC计算目的是取得趋近理想的猝发音响应,让空间的影响大幅降低。DRC不只针对驻波,而是全面性针对空间的间接音,严格来说,它无法完全消除间接音,只是减少其副作用。尤其是高频部分,高频的波长太短,很难精准处理,幸好音乐与人耳的听觉特性都是越高频比重越低,因此DRC仍然能产生很好的效果。



传统的空间声学处理,地板很不容易做,地板反射的中频间接音几乎无法用吸音、扩散方式处理,DRC就能解决这部份。天花板往往受限于高度能做的相当有限,DRC也有发挥余地。此外,绝大多数的听音房都很难处理好低频,低频陷阱占用相当大的面积与体积,且效率不高,单是靠改变音箱摆位,总是顾此失彼,DRC在低频段大有可为。我自己使用音乐大师Audimaxim RAP-1空间声学处理一段时间,经验是DRC然对人耳最敏感的中低频段帮助很大,一般而言,猝发音响应中低频段都有5dB以上的改善,甚至高达15dB。原本问题越多的音响系统,DRC的改善量就越大,例如大音箱、小空间、贴墙摆等客厅党的通病。用上DRC后,传统的空间声学处理可以相辅相成,尤其是高频段用吸音或扩散都有明显帮助。



传统的DRC使用DSP处理,算力受限,难道对声音不会有负面影响?其实进入数字时代,DRC的优点远大于缺点,更早的模拟时代,就有厂家推出33段均衡器希望能降低空间扭曲,不过模拟均衡器问题太多,始终不被Hi-End发烧友接受。进入数字时代后,参数型(Parametric EQ,可自由调整频段、增益与Q值)DSP均衡器开始展现能力,越来越多的有源DSP音箱,、数字前级、译码器、功放内置参数型均衡功能,帮助用家使声音更好听。


DRC数字空间校正比起参数型EQ进步幅度更大,一般的EQ针对振幅频率响应,并不能修正猝发音响应及相位频率响应,甚且还会导致相位响应更差,DRC完全不破坏相位,基于猝发音响应的运作原理使其能改善动态,而非压抑动态。法国Trinnov Audio认为DRC可以解决许多问题,丹麦DALI老板Peter Lyngdorf早就了解DRC的好处,TacT时期就推出相关产品,后来的Lyndorf Audio继续沿用DRC系统,McIntosh麦景图干脆向他买技术。丹麦Dirac Live软件内建在NAD以及其他产品中;Linn的Space Optimisation则是另外一套技术;瑞士Weiss DAC 502更提供Creative EQ与Room EQ双管齐下的解决方案。甚至ROON都内建了参数型EQ,还有很多就不详述了。这么多工程师将DRC内建在器材中,因为他们深知唯有如此才能有效解决聆听空间所带来的扭曲,而在DSP技术成熟的今天,一方面经度大为提高,二方面成本已经大为降低。



要说DRC完全没有负面影响,当然不可能,不过在仔细的控制下,优点会远多于缺点,甚至听不出缺点来。表面上,DRC是在讯号上加料,但其实加那些料,是为了除去空间响应这个料;你以为是加法,其实它做的是减法,目的就是让声音更接近原始样貌。大部分DRC都是把模拟讯号A/D变成数字讯号,全数字领域进行计算处理,完成后再D/A成模拟讯号。以许多发烧友爱用的金嗓子Accuphase来说,从1997年的第一代DG-28,到最新的第五代DG-68,解码芯片使用阵列的ES9028 Pro,A/D转码芯片AKM的AK5578EN(32 Bit),DSP则是Analog Devices的ADSP-21489(40 Bit浮点运算器),Voicing与Equalizer调整都以1/6八度、67频段进行IIR滤波修正,这么精密的架构恐怕很多纯音响的译码器都未必能及,还怕它声音不好?更明白地说,很多空间那往往高达10dB以上的驻波峰值,相较于DRC微乎其微的音色变化,该取舍哪一边呢?



DRC的确会影响音色,因为音色是由各个频段不同的高低比重构成,DRC校正频率响应后各频段的比重改变成为近乎理想值,所以会改变音色,但音响系统原有的特质如柔美、飘逸、阳刚、大气、精准、快速这等依旧仍在。当然DRC绝非万能可以起死回生,比如它无法让高低频更往两端延伸。无法让器材脱胎换骨连升二级。通常DRC修正振幅频率响应部分不会太多,15dB以上的严重窄频段凹陷会谨慎处理,一般高频段都能修正到20kHz接近平直,而低频段就看音箱+空间的特性了。由于DRC是侦测特定位置的脉冲响应来修正讯号,意味着在皇帝位才有最佳效果,其他位置可能觉得帮助不大。另外,如果空间真是一无是处,DRC过多的修正会使较低音量的细节、动态和音色受影响,那大概只能换房间了。


正常情况使用DRC校正后,听起来全频段音域平衡,消除低频过量与高频不足,因此音乐显得较原先清亮自然得多。此外全频段细节大增,由于减少了间接音效应,音乐中的细节便自然浮现中频人声结实,低频变得快速沉稳干净。再有一点,DRC让声场、形体、定位、空间感大幅改善,声场显得又高又深,结像历历在目,声场完全在音箱后面扩展开,不会显得平面,也不会冲出来。猝发音响应大幅改善后,动态没有压抑能尽量释放出来,音乐中微弱的起伏变化凸显,音乐感情变得丰富多彩。


所以究竟声场在哪里?在巧妙的摆位,在适当的空间声学处理,也在善于利用科学手段之后,我们就能从自己的音响系统,用耳朵听到,用眼睛看到一个具体而微的音乐演出了。



 
 

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