论近次反射声与远次反射声对混响感的影响--西安电子科技大学-张鹏

1、西安电子科技大学 本科生优秀毕业设计论文集近次反射声与远次反射声对混响感的影响录音艺术专业 张 鹏 指导教师 蔡永魁 摘 要一个声音从产生、衰减直至消失，在声音的塑造上，除了直达声外，近次反射声与远次反射声发挥了不可或缺的作用。近次反射声、远次反射声以及在此基础上的混响声不仅影响到声音的清晰度，还对声音的音质，有着至关重要的影响。 直达声携带了声音信息的主要成分，从总体上决定了语言的可懂度；近次反射声对于房间总声能密度的增强起了一定的促进作用，通过近次反射声与直达声比例的调节，可以实现声音亲切感上的变化，而远次反射声主要是混响声的组成部分了。短的混响时间有利于提高声音的清晰度，但过短时会感到声

2、音干涩，缺乏空间感和穿透力，声音的力度和响度也会受损失；长的混响时间，有利于提升声音的丰满度，加强空间感，但过长会使声音变浑浊，导致直达声被掩蔽得很严重，声音的清晰度就无法保证了。同时，在现代强有力的电声技术的支持下,它能反映某一封闭空间的大体概况，而且一定程度上它还能反映出人类的某些情感因素。关键词：近次反射声 远次反射声 混响 清晰度 丰满度 空间感Abstract A sound from the generation, attenuation up to its disappearance, in the shaping of sounds, in addition to direct

3、 sounds, sound reflections in recent times and far from meeting reflected sounds do play an indispensable role. Sound reflections in recent times、far from meeting reflected sounds，as well as the reverberant sound which is on the basis of reflections, they do not only affect the clarity of sound，but

4、have a crucial impact to sounds quality. Direct sound contained the main component of sound information, determining the overall intelligibility of voice. To a certain extent, sound reflections in recent times enhance the promotion for the total sound energy density of the room. By adjusting the pro

5、portion of the sound reflections in recent times and direct sounds，it can change kindness of the voice, and far from meeting the reflected sounds is most important integral part of the reverberant sounds. The short reverberation time will help to improve the clarity of sounds，but that sounds dry whe

6、n its too short, which is lack of a sense of space and penetration，and velocity and loudness of the sounds would have been affected; the long reverberation time is conducive to enhance the fullness of the voice，Strengthening the sense of space，however, it will become turbid if the sounds last too lo

7、ng. Consequently, the direct sounds are seriously masked, and the clarity of the sounds cannot be guaranteed. At the same time, with the modern electro-acoustic technology support，the reflected sounds can give expression to a general overview of enclosed space，to some extent, they also reflect some

8、of the human emotional factor.Key Words: Sound reflections in recent times Far from meeting reflected sound Reverberation Definition Fullness Sense of space一、 绪论在科技不断发展的今天，电声技术也是日新月异。然而，如果建声的条件先天不足，甚至有很大的声学缺陷，纵然电声技术的手段再新、技术再高，也无法完全弥补建声上的些许罅漏；而且，随着数字音响的快速发展,声音还放系统几乎达到了不失真地完美再现原始音源的程度,但如试听室等房间声学条件的改善却

9、引不起人们足够的重视,使得房间声学特性不适应高保真重放的矛盾越来越突出因此，对封闭空间、室内声学的研究是一个时时常新的课题，这尤其表现在人们对室内音质影响重大的混响因素的关注上。当今对室内声学的研究方法多样，除了传统的几何声学、统计声学及声学波动理论外，人们往往通过现代的测量手段和测试仪器作为辅助（如声级计，综合测试仪、计算机辅助设计软件EASE、CADP2、SIA SmaartLive等），对声反射、混响等建声环境因素进行测量。对声反射和混响知识的掌握是声音工作者必备的基本素质之一，不论是室内外演出扩声、音频录制与缩混，还是声学测量及研究，都离不开这一声学理论的支撑。当前，不管是在声波的反射

10、和吸收，还是其干涉和衍射上，都已处于一个比较成熟的阶段，因此人们可以进行更加科学地设计、测量与应用，使之更好地服务于人们的听觉。在封闭空间中，声波在遇到边界面，或者遇到有一定尺寸的带孔物体时，除了一部分参与绕射和被界面所吸收外，其余的都被反射，成为房间混响的组成部分。本文着重对声反射、混响的原理、构成以及与声反射、混响相关的若干问题做了介绍，并且详细论述了它们对主观听感的影响，以期将其理论化、系统化，更好地为建声服务。二、声反射和混响的理论分析 直达声是从声源直接辐射过来的声音，带有明确的方向信息，体现着声源的瞬态特性，有利于声像的定位，影响着声音的清晰度，是声源信息的主要表现力量。近次反射声

11、也称为早期反射声，理论上，它是由空间边界面前三次反射声组成的，迟于直达声并且强度也小于直达声。一般情况下，人耳是无法直接聆听到近次反射声的，而且当它与直达声间的延迟时间小于30ms时，人的听觉便更无法分辨出直达声和近次反射声了，只能把它们叠加在一起感受。近次反射声同直达声一样对提高声音的清晰度大有益处，同时它在声压级（响度）的增强、声音丰满度和亲切感的塑造上更是举足轻重。而且近次反射声有助于加强直达声，特别是来自大厅内侧墙的反射声，对声音的空间感和洪亮度都起着非常重要的作用。此外，人们还可以利用近次反射声判断空间的大小，并运用它的特性来优化音质，改善听音条件。迟于直达声50ms以上的各次反射声

12、统称为远次反射声，它是混响声的主要能量来源，可以帮助人们辨别封闭空间声学特性及房间容积的大小等，而对音乐节目来说可增加乐声的丰满度，在提供优美动听成分的同时并对近次反射声具有掩蔽作用，能够影响声音的清晰度和语言的可懂度，因此这个成分不可没有，也不宜过大，而且要充分发挥有益混响在美化音质、塑造空间感的作用，有效避免有害混响，这就要求在厅堂设计施工时应把这些因素列入装修考虑范围之内，做到趋利避害。混响声是由无数的来自于不同方向的反射声组成的，它会加长声音的持续时间。随着时间的增长，其声能密度会逐步增强，但强度会渐趋减弱。它不利于声像定位，但能够增加声音的响度，提高声音的丰满度，而且混响声场在整个封

13、闭空间内是均匀扩散的，所以还可以有效地降低声场的不均匀度。 声音在经过壁面的多次反射后，声音能量不断被边界面及空气等介质吸收而逐渐衰减，声音的这种各个方向的来回反射而又逐渐衰减的现象叫做混响，人们经常用混响时间来作为它物理量的表征。混响时间是用来描述室内声音衰减的快慢程度的，它是指室内声场达到稳态后，声源停止发声，当其声能密度衰减到原来的百万分之一或者声压级衰减60dB时所需要的时间。过去，一些人往往倾向于用拍手的方法激发室内声能响度，通过听其衰变过程，从而对混响时间作一大概的估计，但这并不能全面地反映室内混响的真实状况，而且估算往往失于精确，但自从引入计算公式后，使混响时间的计算有了一定的科

14、学依据。其计算公式为： T60=0.161V/S2.3Lg(1-)+4mv 式(2.1)其中T60为混响时间(s),V为封闭空间的容积，S为室内总表面积，为房间的平均吸声系数，m为空气的吸声系数。实际应用中，混响半径其实是直达声场和混响声场的临界点，我们常常通过它作为契机来描述一个声场的状态，理论上，它也是计算直混比的中间量。在混响半径内，直达声的能量大于混响声能量，声音的清晰度是有保障的，而在混响半径以外，混响声占主要成分，对于语言类节目声音的录制往往隐患较大。需指出的是，对同一大型音乐录音室而言，在整个音频范围内，混响半径并非固定的，它非但与混响时间的频率特性有关，还与乐器的方向性和传声器

15、的指向性有关，所以具体操作时应区别加以对待。三、反射声对主观听感的影响对房间声学条件处理的好坏关系到语言清晰度和音乐柔美度的好坏。一般来说，混响时间长了，语言模糊度相应地增加了，影响到听众对信息的辨别和获取，音乐原有的层次感也遭到了破坏；而混响时间如果过短的话，声音也会显得干涩，缺少穿透力和亮度，失去了应有的厚度和质感。但是对混响时间的长短带来的效应也不可一概而论，比如，长的混响时间利于声音的丰满，短的混响时间则对语言的清晰度有保证。因此，在厅堂的音质设计中，应根据不同的功能需要，选择一个最佳的混响时间。1、不同的厅堂，由于外形、构造、内部建声状况不一，造成其幅频特性的不一致，给听感也带来不同

16、的影响。在尺寸相对较大的空间内，室内任意一点声源达到边界面的声程相对于同位置上的小房间声源来说就远，所需时间就越长，空间感就越强烈。声音在经过多次反射后，相互干涉，或叠加，或抵消，形成室内特有的混响。由于大的厅堂，声音衰减慢，混响时间长，虽然响度逐渐衰弱，但混响声在衰减过程中，在加强声音的丰满度的同时，也增强了声音的响度，这就是在同幅射功率的声源，在尺寸相对较大的相同声学环境中总声压级大的原因之一，这样的厅堂塑造出的声音就显得混响感足、有气魄。因为边界面吸声特性不同，所以边界面在频率吸收上有选择性，如果吸声材料对高频吸收的多，音源在回放时，就感觉偏暗、发闷，反之则比较明亮、有光泽。比如，以硬质

17、板材作为建筑材料时由于其本身的幅频特性不平坦，高频被吸收的较少，所以混响感偏于明亮。总之，我们在工作时，要试图在两者之间寻找一个平衡点，使房间幅频特性对各种音源的响应都是相近的（在不考虑电声设备的幅频特性的情况下），这样才不至于在音源转换时给人以突兀的感觉。2、近次反射声与远次反射声相对直达声不同的延时量和声能比例对主观听感造成的影响也有所区别。初始延时主要调节近次反射声的大小和强弱，如果直达声和近次反射声之间的初始延迟时间间隔小于20ms,它将会与直达声形成一个响度较大、音质较好的声音，如果厅堂的房间尺寸很大，使这个延迟量超过50ms，该延迟便成为回声了，这样势必会造成声音清晰度的损失。在带

18、有舞台的厅堂中，从舞台发出的声音经大厅的侧墙、地面、舞台罩、天花等多处反射传到听众耳中，每经过一次反射，其音色多少会有些变化，被反射的次数越多，声音的响度也就越弱，方向也就呈现无规的状态。与此同时，因多次反射的传播路径较长，达到听众的延迟时间也就越长，混响感便越来越重，声音的清晰度就呈现逐渐下降的趋势。一般来说，声音响度与距离感呈现的是线性关系，但它不是决定距离感、纵深感的唯一因素。当我们在聆听有乐队伴奏的大合唱时，合唱队虽然离听众远，但它的响度要比伴奏乐队大，这主要是由声源间的时间差，各声源本身的直达声与反射声之间的时间差等因素共同造就了这一奇妙的听感效果。下面是一次猝发音的原声和利用延时线

19、将原声进行若干次的延时后出现的听感效果对比图。时差（ms）听感效果0原声5听觉上无延迟10基本感觉不到延迟的存在30有可辨的延迟声40延时声对听音开始有一定影响50出现回声，影响听音清晰度100延时声与原声共存，严重干扰正常听音表3.1不同的人对不同的时差产生的延时的可辨效果是不一致的，而且造成的主观听感的差别也因人而异，但一般说来，延时越大，由延时器模拟的声源达到边界面的声程就越大，所以所反映的声学空间的体积就越大，造成听感上更加“空”的效果。声波在遇到封闭空间的反射面后，除去透射或被介质吸收的能量之外，其余的都被反射，而且新的反射面可以理解为新声源的发出点，从这样的一个个虚声源发出的声波由

20、于逐渐会被介质吸收一部分能量，由此就存在一个各次反射声不同的声能比例的问题，当然，依靠扩声系统不可能降低房间的自然混响时间，但可以利用扬声器或线阵列扬声器系统的指向性来加强直达声成分，利用扩声系统提供的预延时来改善语言和音乐的明晰度。若现场拾音时，话筒摆在混响半径之外，而且房间体积较大，吸声处理状况又做得不完善，此时房间的自然混响已较大，因此就不可以通过加大混响量来美化音色了，否则扩声时声音的可懂度就无法保证了。3、同一声场，在多个声源同时存在的情况下，抑或是声源附近有较大的噪声时，各个声源之间或噪声都会对有用声源信号产生掩蔽效应，此时我们不得不提高想要聆听的信号的声压级，浪费了很多不必要的功

21、率，对听感也造成了不良的影响。对同一声源而言，反射声（混响声）与直达声之间也受着掩蔽效应的影响。在直达声场中，混响声处于次要地位，反射声对直达声的掩蔽还不明显，而当在混响半径之外，直达声被混响声掩蔽得就比较严重了，这对语言类节目的扩声是非常不利的。在声掩蔽过程中，低频很容易掩蔽高频，所以在为不同频段添加混响时，应注意低频混响不可过重，否则就会干扰正常的听音了。在后期缩混和现场演出中，人声和乐队伴奏的音量搭配是有一定比例的，而且，各个伴奏声部所施加的混响量也有所区别。很多人都有这样的经验：在现场音乐会上，歌手在歌唱时，感觉声音很饱满、圆润、混响感适宜，但当一首曲目演唱完毕之后，歌手与观众进行交流

22、时，如果音响师没有及时地把混响时间调小，我们会感觉混响过重了，这说明歌手在演唱时，伴奏对人声的混响造成了一定的掩蔽，进而使人耳不能完全地听辨出歌唱声的混响效果；在唱片的缩混中亦是如此。各种乐器所要求的混响时间和强度大小以及各次反射声的比例是不一致的，各乐器在同时发声时，必然会存在相互掩蔽的情况。为了保持良好的听感效果，必须对在音乐中声功率较小但需强调的乐器进行适当的乐器数量和混响量上的调节，否则就不能实现各声部之间的平衡，就无融合度可言了。4、近次反射声的辐射方向对营造立体感发挥着重要作用。一个声源在室内不同位置向周围辐射声音，若声源点位置离界面较近，声音到达界面的时间就较短，近次反射声的持续

23、时间自然也就越短，声音也就缺少了应有的质感，而且，由于远次反射声比例加大，混响密度增强，声音的可懂度就受到了影响。在实际的空间声场中，存在着很多的无规反射，如果将近次反射声与远次反射声辐射方向进行合理的分布，这有助于听众产生包围感，有身临其境的感觉，特别是在院线系统中。例如，在装备有7.1环绕声系统的影院中，语言声在中置声道，音乐分布于左右，而其他音效声则按电影场景表现的需要分布在左环绕、右环绕、左后环绕和右后环绕及重低音声道中。因为各个声道的声音由分管扬声器单独重放，不同位置声音的辐射方向，离主声源距离的空间表现就不同，这样，就把画面所反映的三维空间中的声音很有立体感地表现出来了。事实上，用

24、效果器模拟出来的立体声混响，原理就是模拟了声源在不同位置上的反射声。有时，我们需要进行对声音空间感的处理。对声音立体感、层次感、群感、纵深感的不同需要，可通过调整传声器的与声源的距离和角度以及它们的相对电平等方法来实现。这其实是一个调整直达声和混响声比例的过程，通过直混比的调整，来实现所需要的声音效果。如果需要表现乐队各乐器组的群感效果，个体乐器就不能太突出，这时就需要远距离进行拾音；若要彰显其分明的层次，不同的传声器离声源的距离就应有所区别，否则就无法保证其层次性。所以要想达到好的听感效果，仅仅依靠提高和压低音量或者提升或衰减某个频段是不够的，也是不可取的，更需要的是我们对室内声音混响的处理

25、。四、反射声的实际应用录音室内声学特性的好坏，对录音质量的优劣有着很大的影响。调整直达声与反射声的比例关系时也要注意传声器的选用和传声器与音源的距离。不论是语言录音、音乐录音还是效果声的录音，传声器与声源的距离一般都保持在混响半径以内，这样才能够保证直达声的声能大于混响声声能，声音的本色和良好的清晰度才能有所保证。例如，在录制舞台情景小品、广播剧、话剧等以语言表现为主的节目时，应以近距离拾音为主，远距离布置的传声器往往拾取环境声。当然，有时为了录制特定的声音效果，就无需固守这一原则。比如在宗教音乐中，为了突出教徒们对“主”虔诚的崇拜，体现一种肃穆的格调，常用长时间混响，而且由于教堂多做穹窿型设

26、计，通常不做普通意义上的吸声处理，所以在混响的强度和长度上比普通功能建筑的混响要大、要长，混响时间往往在2s以上。在厅堂扩声时，房间的自然反射和人工制造的反射声通常都会成为音响师用来塑造声音的手段。在自然声反射的利用上，通常依靠安装的扬声器位置和投射角度来组织合理的近次和远次反射声，至于扬声器是安放在舞台口的两侧还是安装在厅堂的某一补声位置或者其他位置，就需要考虑厅堂的具体条件和实际需求了；室内扩声系统的设计应综合考虑建筑声学和电声学的应用成果,其中保证室内的声源的清晰度是第一要义。利用延时器和混响效果器进行反射声的模拟，能够解决诸如观众席后排清晰度下降问题、因厅堂前后距离过大产生的回声问题，

27、以及声音立体感和空间感不足的问题。特别应注意的是，在教堂等自然混响时间较长的环境下扩声，应尽量不用或少用混响，因为它本身的混响感已经很丰富，合唱效果也很丰满了，再施加过多混响可能会使声音变“脏”，导致混响过重，声音变浑浊，所以，在这种扩声场合添加混响时应慎重在影视作品中，声音与画面应时刻保持同步，在表现一定空间范围的场景或在镜头切换时，要注意声音效果的变化符合现实情景的需要，在混响的处理上这主要表现在反射声所反映的声学空间与画面相吻合，它除了描写空间位置的变化，还可以参与作品情感的宣泄和人物思想感情的表达。影视作品通过声音来展示所要表现的空间环境，人们可以通过生活经验判断出声学特性不同、空间容

28、积各异的封闭或非封闭空间。例如，在恐怖片电影中为表现主人公在一间不大的破旧房子中看见的灵异现象而发出的令人毛骨悚然的惨叫时，往往在其中加置混响效果或者回声，观众非但不认为这是违背客观事实的，而且觉得在小房间中加入大的混响切合影片表现的实际；相反，后期混音师若按照小房间的实际场景来表现该声音形象时，观众反而认为这不真实，这反倒影响了观众的欣赏情趣。这样做的目的在于描绘主人公的一种心境、刻画一种情感，它虽然与客观世界的声音规律相违背，但观众并没有感觉这很虚假，恰恰正是这凄惨的、富有混响感的叫声加剧了恐怖效果，有效达到了声画的统一。所以，在这里，反射声又有了一定的情感因素在里面，加进了一定的艺术夸张

29、手法。另外，很多科幻片或者是影视中的梦境也习惯于借助混响的手段来表现与现实相去甚远的虚拟世界，从而实现剧情表现和人物情感的统一。五、 延时器与混响器延时器是对音频信号进行延时的设备。现阶段被广泛采用的数字式延时器利用数字技术来产生延时，其音质好，体积小、功能多，使用方便，因此在厅堂扩声系统、影视制作和广电系统中被普遍采用。在自然建声条件不太优越的条件下，为改善厅堂、场馆的听音条件，用加入延时器的方法来模拟声场中的近次反射声，从而达到使厅堂、场馆内声音清晰、丰满的目的。延时效果器利用哈斯效应，解决声像一致性的问题。在扩声系统中，它常用来消除回声，提高扩声系统的清晰度。它还可以模拟建筑声场中的近次

30、反射声，改善厅堂的听音条件；另外，它也可以与混响效果结合，模拟各种声学效果，并制造一些特殊音效；而采用混响的方法，也可加强声音的厚度，但清晰度和力度会相应地有所损失，所以在对声音的清晰度要求比较高的场合，用延时效果会比较好一些。混响具有明显的环境特性，其反射声密度的大小能够反映实际物理空间的范围大小。混响效果器是用来产生特定的声场效果和声音效果的，它通过电声的手段对原始声场空间的自然混响特性进行人工的模拟。这主要包括对频谱延迟和混响声延迟的处理、混响声的衰减特性的调节和直达声与混响声混合比例的调整等。混响效果器的作用是：(1)改变厅堂的混响时间，弥补自然混响的不足，对声音原声信号进行再加工，以

31、增强空间感，提高系统的丰满度。(2)可以产生一些特殊的效果，如山洞，虚幻空间等,以增强艺术感染力。(3)通过调节声音信号的直混比，可以自由地表现声音的层次感和纵深感。常见的混响效果有弹簧混响器、板式混响器、金箔混响器、磁混响器、模拟电子混响器、数字式混响器等。现在常用的数字式效果器内置的混响效果多达数十种，如房间混响、卡拉OK混响、教堂混响、大厅混响、钢板混响、演播室混响、门混响等。在现场扩声的实际应用中，应根据不同的室内空间状况和不同的音源状态合理地对混响强度和时间进行调节，而不能一味地从效果器中调取预置的效果，毕竟不同的室内声学条件对混响时间的长短和强度要求是不同的。通过细致的对比与参照，结合声学、建声学、电声学的理论知识，就可实现我们所需的效果，使人们达到美的艺术享受。六、总结与展望 本文从声反射的理论出发，引出了影响声反射的若干因素，并结合实际，详细阐述了声反射对主观听感的影响，期间，笔者又穿插讲述了与声反射有关的几个问题，最后又概括地介绍了延时器与混响器。在这个过程中，笔者对声反射理论有了更深刻的认识，进一步完善了对室内建筑声学的认知体系，更加明确的意识到，在室内声学中，直达声、近次反射声、远次反射声三者之间不同的声能比例、反射声相对直达声不同的延迟时间和强度大小等等因素共同作用，相互影响，