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混响 百科内容来自于: 百度百科

(reverberation)混响时间的长短是音乐厅、剧院、礼堂等建筑物的重要声学特性。声波遇到障碍会反射,所以我们这个世界充满了混响。

混响的要求

声波在室内传播时,要被墙壁、天花板、地板等障碍物反射,每反射一次都要被障碍物吸收一些。这样,当声源停止发声后,声波在室内要经过多次反射和吸收,最后才消失,我们就感觉到声源停止发声后声音还继续一段时间。这种现象叫做混响,这段时间叫做混响时间。
对讲演厅来说,混响时间不能太长.我们平时讲话,每秒钟大约发出2~3个单字,假定发出两个单字“物理”,设想混响时间是3秒,那么,在发出“物”字的声音之后,虽然声强逐渐减弱,但还要持续一段时间(3秒),在发出“理”字的声音的时刻,“物”字的声强还相当大.因而两个单字的声音混在一起,什么也听不清楚了.但是,混响时间也不能太短,太短则响度不够,也听不清楚.因此需要选择一个最佳混响时间.北京科学会堂有一个学术报告厅,混响时间为1秒。
不同用途的厅堂,最佳混响时间也不相同,一般来说,音乐厅和剧场的最佳混响时间比讲演厅要长些,而且因情况不同而不同.轻音乐要求节奏鲜明,混响时间要短些,交响乐的混响时间可以长些.难于听懂的剧种如昆曲之类,混响时间一长,就更难于听懂.节奏较慢而偏于抒情的剧种,混响时间则可以长些.总之,要有一定的、恰当的混响时间,才能把演奏和演唱的感情色彩表现出来,收到应有的艺术效果.北京“首都剧场”的混响时间,坐满观众时为1.36秒,空的时候是3.3秒.这是因为满座时,吸收声音的物体多了,所以混响时间缩短,上面所说的最佳混响时间是指满座时的混响时间.高级的音乐厅或剧场,为了满足不同的要求,需要人工调节混响时间.其中一种办法是改变厅堂的吸声情况.在厅堂内安装一组可以转动的圆柱体,柱面的一半是反射面,反射强、吸收少;另一半是吸声面,反射弱、吸收多.把反射面转到厅堂的内表面,混响时间就变长;反之,把吸收面转到厅堂的内表面,混响时间就变短.
高水平的音乐会都不使用扩音设备,为的是使听众直接听到舞台上的声音.为了让全场听众都能听到较强的声音,音乐厅的天花板上挂着许多反射板,这些反射板的大小、形状、安放位置和角度都经过精确设计,以便把舞台上的声音反射到音乐厅的各个角落.
处理好不同建筑物的声响效果,取得好的音质,这是一门很重要的学问,叫做建筑声学.上面介绍的混响只是其中的一个方面,希望能引起同学们对声学的兴趣,钻研这门与我们生活关系密切的科学.

录音中的混响

真实世界中的混响

在这个世界中,有没有混响的地方呢?有!你坐上飞机,飞到一万米高空,然后往下跳,这时你大喊大叫,就是没有混响的,因为你在空中,周围没有任何障碍物,你的声音将会无限扩散出去而不会被反射回来。所以就没有混响。
另一个没有混响的地方就是声学实验室。声学实验室的墙壁、天花板、地面是经过特殊处理的,声音到达墙壁后将会被墙壁吸收而不会被反射回来。为什么会被吸收?你可以做一个小实验,找100根针,就是缝衣服的针,把它们捆在一起,弄齐,然后你可以看看这一捆针的针头面,你会发现它是黑的,因为光线到达这一面后,经过多次反射,一直射到里面去,出不来,所以就没有光被反射出来,就好像光都被吸收了一样。声学实验室的布置也是类似于此,把声音吸收。
录音棚是半个声学实验室,能做到吸收大部份的混响。录音棚的墙壁排列都是不规则的,表面是用松软的棉制品构成,虽然比不上那捆针头,但声音到达墙壁后进入那乱糟糟的棉花里,七反射八反射就留在棉花里出不去了,所以录音棚里的混响也很小。
在一个房间里大吼一声,会有多少反射声,答案是无数。
在这个房间里,你拍一下巴掌,得到的声音是另一个样子
是不是很多?这其实是比较简单的一个反射过程。如果这个房间里再摆上一些桌子椅子, 反射会更加复杂。
闭上眼睛,大吼一声,你就可以知道你大概处在一个什么样的环境中,在外面,还是在家里。甚至你在家里大吼一声,就可以知道你在哪个房间里,在这个房间的哪个位置上。这是因为各个房间由于空间大小不一样、家具的摆放不同、墙壁的材料不同,所以具有各自不同的混响特征;同一个房间里不同的位置上,由于你距离墙壁的远近不同,所以也具有不同的混响特征。你熟悉这些特征,所以你就能光凭声音就能分辨你在什么位置上。
一个看起来很菜鸟的问题:为什么录音和混音要加混响?
为什么录音和混音要加混响?答:因为录音时是没有混响的。
为什么录音时是没有混响的?答:因为录音棚是无混响的。
为什么录音棚是无混响的?
其实专业的录音棚是有混响的,他们有很多板状的材料,可以灵活把房间改造成各种混响特征。但随着数字录音技术的飞速发展,数字混响效果器能够模拟真实情况下的混响,所以大家就干脆把录音棚弄成无混响的,录完音后再用效果器来模拟混响效果,想要什么混响就有什么混响……这就是为什么录音棚,尤其是中小录音棚和个人工作室,都做成无混响的原因。

人造混响原理

在这样一个房间里,教师的声音经过多次反射,假如有5条声音反射线到达学生耳朵,
以上只列举出了 5 条声音反射路线,实际上是几千几万条到无数条。为了讲解方便,我们就说这 5 条。
教师每讲一句话,学生实际上就听到了 6 句:第一句是直接传到了学生的耳朵里,没有经过反射,后面 5 句是经过各种反射线路到达学生耳朵的声音。这 6 句话时间隔得非常近,图中声音到达有时间表,注意时间单位是毫秒(1 毫秒等于 0.001 秒)。
由于这些反射声到达的时间间隔太近了,所以学生就听不出来是 6 句话,而是 1 句带有混响感觉的话。
学生听到的声音是这 6 个声音的叠加。
这只是为了讲解方便,真实情况是几千几万个声音的叠加。
混响效果器就是这样工作,把声音进行很多很多次的重复叠加,就得到了混响效果。
有了这样一个东西,以后计算起来就方便了,无论教师说什么话,只要把教师的声音,进行某种计算,就可以得到 6 个声音叠加的效果。
那么,这个“某种”计算,到底是什么计算呢?在数学中这个叫做“卷积”计算,英文是“convolution”,就是把教师的声音,根据上面那张 6 个脉冲的图,进行叠加计算。
这种计算是不分先后的,你既可以认为是把教师的声音,根据那个脉冲图(声波),进行叠加计算;也可以认为是把那个脉冲声波,根据教师的声音(把教师的声音考虑成由无数个脉冲组成的声波),进行叠加计算。
这个脉冲图,也就是这个含有 6 个脉冲的声波,就是这个房间的从教师讲台到学生座位的混响特征。在声学上,由于这个混响特征是由脉冲得到的,所以就很形象把它称作“脉冲反应”—— impulse response ,简称 IR。
混响效果器的工作原理,就是拿源声音,与 impulse response 做卷积计算。
上面的那个具有 6 个脉冲的 IR ,在现实中是不可能有的。现实中的 IR 往往具有几百、几千、几万个脉冲。
由于各种类型的房间的 IR 都有一些共同的特点,因此声学上又作了一些规定。
首先规定 IR 的第一个脉冲叫做“直达声”,因为这个脉冲是未经过反射的直接从声音源到达人耳的声音;
其次规定 IR 的后面几条明显的脉冲叫做“早反射”early reflections,这几个声音都是声音源经过一次或者两三次反射后到达人耳的,由于反射次数少,声音线路不长,所以具有较强的能量和较短的延迟。
最后规定 IR 的后面无数条脉冲叫做“迟反射”late reflactions,这些声音都是声音源经过无数次反射后才到达人耳,反射次数多,声音线路长,所以具有较弱的能量和较长的延迟。但是它们数量极多,有如滔滔江水连绵不绝。

效果器里的 IR

上一节说道,混响效果器就是用 IR 与声音源进行卷积计算。那么,有人就会问了,混响效果器里有 IR 吗?每个效果器的 IR 都是一样的吗?这个 IR 是放在哪里的?以什么形式存在?如果不一样,这些 IR 是怎么得来的?
前面说了,混响就是 IR 与声音源进行卷积计算,所以混响效果器里当然就有 IR。
众所周知,不同的效果器的混响效果是不同的,所以 IR 肯定不一样。
IR 放在哪里?以什么形式存在?这些 IR 是怎么得来的?下面要具体说说了。
混响效果器,象合成器一样分为三种类型:采样混响、“算法”混响、模拟合成混响。
(一)采样 IR 混响
Sony ,Yamaha 都出过采样混响,价格不菲。软件的采样混响效果器有著名的 Sonic Foundry 的 Acoustic Mirror ,还有 Samplitude 的 Room Simulator。
采样混响的 IR ,全部是真实采样得来 wave 文件。可以存放于任何存储器,例如硬盘、光盘、软盘等等。Sony ,Yamaha 的硬件采样混响器,里面也带有容量较大的存储器。
采样混响的 IR 都是录音采样得来,最简单的获取 IR 的方式是:在下图中教师的位置放置一个音箱,学生的位置放置一个话筒。音箱播放一个脉冲,话筒进行录音。录到的声音就是 IR ,也就是这个房间的从讲台到学生座位的混响特征曲线。
Sony 、Samplitude 等所采用的具体方式是:
在想要获得混响特征的地方,例如下面这个著名的音乐厅,舞台上安置音箱(当然会是极好的音箱),座位席中安置立体声话筒(极好的话筒)。然后播放一系列测试信号,这些信号以脉冲为主,各种速度的全频段正弦波连续扫描为辅,录得声音,然后经过一些计算得到 IR。
用这种采样方法得到的 IR ,极为真实。
采样混响的 IR ,不但厂家可以预置给你,你自己也可以根据厂家提供的工具进行制作。因此从数量上来说是无限的。
采样混响还可以对其他任何混响效果器的效果进行完全复制。

混响特征和各种参数

为了研究的方便,声学上把混响分为几个部份,规定了一些习惯用语。混响的第一个声音也就是直达声(Directsound),也就是源声音,在效果器里叫做 dry out (干声输出),随后的几个明显的相隔比较开的声音叫做“早反射声”(Earlyreflectedsounds),它们都是只经过几次反射就到达了的声音,声音比较大,比较明显,它们特别能够反映空间中的源声音、耳朵及墙壁之间的距离关系。后面的一堆连绵不绝的声音叫做 reverberation。
大多数的混响效果器会有一些参数选项给你调节,接下来讲讲这些参数具体是什么意思。
(一)衰减时间(Decay time)
也就是整个混响的总长度。不同的环境会有不同的长度,有以下几个特点:
空间越大,decay 越长,反之越短。空间越空旷,decay 越长,反之越短。空间中家具或别的物体(比如柱子之类)越少,decay 越长;反之越短。空间表面越光滑平整,decay 越长,反之越短。
因此,大厅的混响比办公室的混响长;无家具的房间的混响比有家具的房间长;荒山山谷的混响比森林山谷的混响长;水泥墙壁的空间的混响比布制墙壁的空间的混响长 ……
一般很多人喜欢把混响时间设得很长。其实真正的一些剧院、音乐厅的混响时间并没有我们想象得那么长。例如波士顿音乐厅的混响时间是 1.8 秒,纽约卡内基音乐厅是 1.7 秒,维也纳音乐厅是 2.05 秒。
这里给一个混响时间计算公式,大家可以用来算算某房间的混响时间 打开页面
(二)前反射的延迟时间(Predelay)
就是直达声与前反射声的时间距离。有以下几个特点:
空间越大,Predelay 越长;反之越短 空间越宽广,Predelay 越长;反之越短
因此,大厅的 Predelay 比办公室的长;而隧道的空间虽然大,但是它很窄,所以 Predelay 就很短。
想要表现很宽大空旷的空间,就把 Predelay 设大一点。
(三)wet out
也就是混响效果声的大小。有以下几个特点:
wetout 与空间大小无关,而只与空间内杂物的多少以及墙壁及物体的材质有关 墙壁及室内物体的表面材质越松软,wet out 越小;反之越大空间内物体越多,wet out 越小;反之越大 墙壁越不光滑,wet out 越小,反之越大 墙壁上越多坑坑凹凹,wet out越小,反之越大
因此,挤满了人的车厢的混响就比空车要小得多;放满了家具的房间的混响就比空房间要小;有地毯的房间的混响比无地毯的小;森林山谷的混响比荒山山谷的混响要小
(四)高低频截止(low cut / high cut)
这个参数在有些效果器里是以 EQ 的形式来表现的,例如 Waves 的 RVerb。
这项内容实际上跟现实情况没有太直接的联系,它只是为了我们做混响处理时声音好听而设计的。不过它也能表现高频声音在传播中损失比较厉害的现象。后面我们有具体的解释。
一般在做处理的时候,为了混响声的清晰和温暖,都会把低频和高频去掉一部份。只有在表现一些诸如“宇宙声”等科幻环境时,才把高低频保留。
另外有些效果器也把这个叫做“color”(色彩)。例如 TC 的效果器就是 color。color也就是“冷”和“暖”的感觉,高频就是冷,低频就是暖。所以这些效果器用颜色来表示高低频截止,暖色(红)表示混响声偏向低频,冷色(蓝)表示混响声偏向高频。上面给大家看的 Waves 的 RVerb 的 EQ ,它分别用橙色和蓝绿色来做那两个点,也是出于此目的。
补充:
高低频截止实际上在现实中是不存在的,现实中的普遍现象是:低频声音的混响无论是声音大小还是衰减时间,都要比高频声音大。这是因为不同频率的声音由于波长不同,因此绕过障碍的能力不同,高频声音波长短,不容易绕过障碍,低频声音波长长,容易绕过障碍。加上它们在空气中传播时的衰弱程度不同(频率越高越容易衰弱),被墙壁吸收的程度不同(频率越高越容易损失),所以不同频率的声音的混响时间和大小是不相同的。在真实世界中,在大多数中小空间里,越低的声音具有越长的混响时间,越高的声音具有越短的混响时间,而不可能做到反过来。如何做到降低低频混响是任何一个录音棚头疼的难题。唯独有一种情况,是低频混响小于高频混响的,那就是很大的空间,并且里面布满了由硬质材料制成的障碍和表面,比如采用硬塑料凳子和水泥墙壁地板的室内体育馆。
我们从某音乐厅的真实 IR 的频谱中可以很清楚地看到这个规律。
因此,有的混响效果器还会有不同频率的声音的衰弱程度的设置项目。但是也有很多效果器却没有这项内容。
(五)不同频率的不同衰弱程度(Damp)
接着上面说。这个项目在有些混响效果器里没有提供。另外在采样混响器里也基本上不提供这个项目,因为采样混响的不同频率的不同衰减程度的特性已经包含在 IR 里面了。例如 Waves RVerb 提供了这个项目。另外有的效果器只有一个参数设置,就是“damp”或者“damping”,就是让高频更快地衰减。8zo Uw$iF­一般来说混响中的高频是很容易大幅度衰减的。空间越大,空间内物体越多,物体和墙壁表面越不光滑,高频的衰减就越厉害。只有在中小空间中,并且空间表面比较光滑的情况下,高频的衰减才与低频接近。但我们做音乐混音的时候,有时为了声音的好听,也并不一定要遵循高频更容易衰弱的自然规律。
(六)不同频率的不同的混响时间
有的效果器也提供了不同的衰减时间给你调节,英文是 High-frequency decay and low-frequency decay ,或者别的叫法,例如 Ultrafunk Reverb 就可以设置不同的衰减时间。这个特性与前面的 damp 基本一致。一般来说混响中的高频的持续时间肯定比低频要短。空间越大,空间内物体越多,物体和墙壁表面越不光滑,高频的持续时间就短,与低频的差距就越大。只有在中小空间中,并且空间表面比较光滑的情况下,高频的时间才与低频接近。以上的三个与频率有关的参数,并不是所有的效果器都提供,有的全部提供,有的提供了其中两个甚至一个。如果没有全部提供的话,你可以用其他参数之一来代替没有提供的参数,因为它们之间的特性比较接近。
(七)散射度(diffusion)
传统上是叫做 Early reflections diffusion(早反射的散射度)。我们知道早反射就是一组比较明显的反射声。这些反射声的相互接近程度,就是 diffusion。墙壁越不光滑(例如铺上了地毯的),声音的散射度就越大,反射声越多,相互之间越接近,混响是连声一片的,声音很温和;墙壁越光滑(例如玻璃),声音的散射度就越小,反射声越少,相互之间隔得越开,混响声听起来就比较接近回声了,声音很清晰。因此,对于一些延音类的声音,比如 organ ,合成弦乐,可以使用较小的 diffusion ,声音就比较漂亮清楚;对于脉冲类的声音,比如打击乐、木琴等,可以使用较大的 diffusion ,混响就比较 smooth。有些效果器里也有 diffusion 这个参数,但是具体的定义不太一样。在某些效果器里,diffusion 是指反射声的无规律程度,空间的形状越不规则(例如山洞、教堂里),墙壁越不光滑,反射声音的出现越没有规律,diffusion 越大;空间的形状越规则(例如无家具的住宅、空的教室),墙壁越光滑,反射声的出现越有规律,diffusion 越小。
(八)混响密度(Reverb density)
这个参数的意思跟 diffusion 差不多,只是针对早反射之后的混响部份的。很多效果器并不提供 density ,而是用 diffusion 来控制整个混响。
(九)空间大小(Room size)
这个应该很好理解,空间可以体现出声场的宽度和纵深度。不过不同的效果器在这个上面会有不同的算法。另外,采样混响器不会提供这个参数,因为空间大小已经体现在 IR 中了。
(十)早反射音量(Early reflections level)
也就是早反射的声音大小。很多效果器可以让你独立调节早反射和后面的混响的声音大小。
(十一)立体声宽度(Width)
有的混响效果器有这样的参数,如果把这个值设大,那么效果器会做手脚使 IR 的左右差异变得很大,立体声感觉就出来了。