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【音響實用知識】
AA吸音擴散柱 劉漢盛
最近讀到一本有關空間處理以及聲音處理器的小書，書名是：「The Set-Up of the Speakers-Surrounding System Theory and Practice」（總共61頁），它是二位叫做Italo Adami與Fabio Liberatore的義大利人寫的。這二個人還把他們累積了幾十年的空間處理經驗付諸商業化，推出以Acustica Applicata為品牌的聲音處理器。從外表上看，他家的聲音處理器就像製造精緻的大小不一圓柱筒，看起來與Tube Trap等聲音處理器大同小異。不過，等我仔細讀過他們二人的著作之後，卻發現他們相當有料。他們有料的地方並非在聲學理論上，這些理論教科書多的是可以抄的地方，而是在音響迷聆聽空間的實際經驗上。
<圖1>體積最大的四號。處理50Hz左右（每支18,000元）。
音響處理的三項要素
從什麼地方就可窺出他們對音響聆聽空間有實際經驗呢？從他們在喇叭擺位篇中所講的一句話上面，這句話是這麼說的：一個空間的音響處理必須包括三項要素。第一、決定喇叭位置與聆聽位置。第二、處理駐波共振。第三、處理早期反射音。的確沒錯！這三個要素也就是論壇多年以來不斷重複教導讀者的。我說過很多次，在一個聆聽空間中，一定有一個位置是喇叭擺位與聆聽位置相互之間效果最好的位置，「喇叭擺位八法」就是要把這最好的相關位置找出來。而在一個空間中，無論大小，一定會有不同的駐波，駐波很難被「消滅」，充其量只能被「減少」而已，所以只宜智取不宜力拼，所以我們要藉由聆聽位置與喇叭擺位的嘗試來找到駐波危害最小的位置。找到這個位置後，再以適當的空間處理器把還會造成負面影響的駐波加以處理。
等最佳擺位與聆聽位置決定、駐波加以適當處理之後，我們必須在聆聽空間中做適當的吸音與擴散聲波處理，尤其早期反射音會影響聲音的清晰與定位，也會造成耳朵的壓力，所以我們可以在二側牆、喇叭後牆、地板與天花板上第一次反射音的位置安排吸音材料，，再於其他地方按排擴散處理器。論壇長期教導讀者的空間處理方式與這二位義大利人的空間處理觀念可說不謀而合，所以我知道他們不是理論派，而是實踐家。
<圖2>三號，處理70Hz左右(每支15,000元)。
三分法與五分法
為什麼每個空間中都會有一個最適當的喇叭擺放位置與聆聽位置呢？假若您曾經用頻譜分析儀測過空間內超過20個測試點時，就會發現每個測試點所獲得的頻率響應曲線會有很大的不同。這也就是說，我們可以藉由挑選最適當的喇叭擺位以及聆聽位置，來獲得最接近平直的頻率響應曲線。頻率響應曲線平直有什麼好處？各頻段的音樂訊號不會被扭曲。事實上，空間內的頻率響應曲線幾乎不可能會平直，我們所要求的僅是「儘量接近」平直的曲線而已。
在這本書中，他們提出了一個三分法（The Rule of the Thirds）與五分法(The Rule of Fifths)的喇叭擺位與聆聽位置決定法，這與論壇提倡的「三一七比例法」有異曲同工之效。所謂三分法就是把空間的長與寬都分成三份來擺放。例如一個空間為7.5mx4.5m，那麼喇叭要擺在距離喇叭後牆2.5m（7.5m÷3）處，喇叭距離側牆要有1.5m（4.5m÷3），聆聽位置距離聆聽位置後牆也是2.5m。
與三一七比例法相比較，三一七比例法要求聆聽位置絕對不要貼牆，因為貼牆處就是駐波最強處，聆聽位置至少都要離後牆半公尺以上。喇叭擺放的位置就是喇叭後牆與聆聽位置距離的三分之一，這就是「三一」的由來。而二喇叭之間的間隔就是剩餘三分之二的0.7倍，這就是「三一七比例」法中「七」的由來。三一七比例法比單純的三分法或五分法來得複雜，但也更精確，而且大小空間都適用。或許您會奇怪，為什麼這些數字不是3就是5或7？因為這些數字都是奇數，而且都是除了本身之外無法除盡的質數，用這些數字來分割空間，可以降低「撞上」駐波最強點的可能性。
<圖3>二號，處理120Hz左右，它的體積最小(每支12,000元)。
喇叭擺位的四個但書
不過，在三分法與五分法之外，這本書中還列舉四個但書。第一個但書是每支喇叭距離後牆與側牆的距離不能相同，至少都要相差30公分以上。第二個但書是喇叭與聆聽位置要形成等腰三角形。第三個但書是為了獲得最佳音場表現，喇叭擺位最好要在一個對稱的環境中。第四個但書是聆聽位置後面必須要有足夠的空間來創造殘響，以及讓背後的反射音降到最低。這四個但書中，第一個但書就是「三一七比例法」中二喇叭之間間隔的算法所得到的結果。依照「三一七比例法」，喇叭後牆與側牆的距離不可能相等，而且後牆的距離永遠大於側牆。第二個但書與第三個但書是每個音響迷都會做到的事，除非環境實在不允許。第四個但書也就是「三一七比例法」的先決條件：聆聽位置不可貼牆，最好距離0.5公尺以上。
老實說，在看這本書時，我有點驚訝：怎麼義大利音響專家與我在台灣音響空間所得到的經驗與結果會是那麼的接近。不過再仔細想想，也覺得有相同的結果是很自然的。為什麼？我的答案是：假若您對音響空間下過功夫，就會發現當所有的處理方法都嘗試過後，就只剩下某些方法是最有效的。而這些方法看起來好像就是我與這二個義大利人所共同使用的方法。
<圖4>這本書裡詳細記錄了二位義大利音響專家的多年音響空間處理心得。
簡單估算駐波的方法
在這本書中，還教導音響迷如何以簡單的方式來估算一個空間的有害駐波。首先，它把必須處理的駐波定位在150Hz以下。為什麼要這樣做呢？還記得我說過，危害最大的駐波其實就在中低頻，也就是80Hz-160Hz之間。這段中低頻的駐波會讓人覺得耳朵有壓力，而且其駐波會把許多聲音的細節都掩蓋過去。因此，有關書中指出要處理的駐波是在150Hz以下我舉雙手贊同。不過，我認為80Hz以下的駐波已經對聽覺沒有太大的負面影響，而且可以補足一般喇叭在80Hz以下的不足，這點書中倒是沒有提及。
書中教我們要如何估算駐波呢？其實這種方法論壇也講過很多次。由於人耳在一個空間中要聽到某個頻率，最好要有全波長的顯示。假若沒有全波長，半波長也可以聽到。所以，書中教我們先把聲音在常溫（攝氏21度）常壓（760mm大氣壓力）下的速度找出來，那就是344公尺。再來，假設這個空間是一個5.5X3.7X3m的空間，由此我們可以知道5.5米的長度（把它想像成波長）可以再生約62.5Hz的頻率（344÷5.5）。不過這是全波長，事實上如果只要求半波長，我們在5.5公尺長的房間中可以得到更低的頻率，那就是約31.2Hz（62.5Hz÷2）。這個31.2Hz就是5.5米長度房間的最低駐波。
您知道嗎，駐波不僅是最低的那個而已，它還會在最低駐波的2倍3、4、5、6…等等倍數的地方產生更高頻率的駐波。不過，因為書中只取150Hz以下的駐波，所以我們先把31.2Hz、62.4Hz、93.6Hz、124.8Hz這四個駐波寫下來備用。
接著，書中教我們以同樣的方法房間中寬與高的相關駐波。因此，我們可以得到寬度3.7米的駐波為46.4Hz、92.8Hz、139.2Hz。高度3米的駐波為57.3Hz與114.6Hz。
長寬高相疊的駐波就是危害最大者
接下來，我們要把以上長寬高的各個駐波拿來觀察，看看有哪幾個駐波是會重疊在一起的。我們會發現這些駐波數字中最接近的就是92.8Hz與93.6Hz，，因為它們幾乎重疊。換句話說，在這個5.5X3.7X3米的房間中，最強烈的駐波大約就在90Hz附近。所以，當我們要以聲音處理器來處理駐波時，就知道要選擇能夠處理90Hz左右的聲音處理器。
好！現在我們知道要如何估算駐波。再來，我們要知道到底房間中哪裡的駐波最強？俗話說擒賊先擒王，我們當然要優先對付駐波最強烈的地方。其實大家都知道，一個房間中駐波最強烈的地方就是角落。再來呢？所有的牆邊。還有呢？長寬高的各個中點處。什麼叫中點處？5.5米的中點處就是2.75米，3.7米的中點處就是1.85米，3米的中點處就是1.5米。
從角落、牆邊以及中點處為駐波最強烈的地方，引伸出假若我們要擺吸收駐波的聲音處理器時，就應該要把處理器擺在四個牆角以及長邊的2.75米處。短邊就要擺在1.85米處。假若還要擺更多，那麼長邊連1.5米、1.85米處都要擺。這樣才算是完成第一波的處理。
<圖5>AA準備一套測試音響空間軟體，可以與他家的吸音/擴散柱配套使用。
推銷自家產品
寫到這裡，終於要開始講到聲音處理器了，這二位義大利人費了那麼大的勁寫了這本「The Set-Up of the Speakers-Surrounding System Theory and Practice」（總共61頁，提醒您，書名中的「環繞」並不是指多聲道，而是指喇叭周遭的聲音處理系統）小書，其目的除了教育音響迷之外，最主要的當然還是要推銷自家的AA（Acustica Applicata）擴散/吸音柱Diffusion Absorption Acoustic Device（DAAD）。一般而言，除了中低頻駐波不容易以市面上現購的聲音處理器來消除（可以有限度的降低）之外，其他吸音、擴散、殘響的營造都可以藉由市面上可以購得的各種聲音處理器來處理。與眾不同的是，AA宣稱他家的DAAD擴散/吸音柱也能夠對付中低頻甚至低頻駐波，這就令我相當驚訝。
同時具有吸收與擴散功能
在此我要先傳達一項重要的觀念：由於台灣的空間多是全反射的硬調子空間，因此所需要的吸音、擴散面積相當大。如果只用二、三個聲音處理器（這是最常見的情況），那可說是杯水車薪，無法發揮預期效果。最好的作法就是聆聽空間內要先擺放許多日常生活會使用到的各種家具，讓這些家具發揮基本的聲波吸收、擴散作用。然後我們再於重點位置擺放各種聲音處理器，這樣才能真正發揮聲音處理器的效果。如果室內沒有日常家具擺設，您可能要滿屋子都堆滿各種聲音處理器，才會覺得那些東西有效。如此您所花的錢將難以估計。
話說回頭，AA的擴散/吸音柱外表蒙著精緻漂亮的金屬網罩，裡面則有吸音物質。很特別的是，每個聲音處理器都擁有二個功能，一個是吸收功能，另一個則是擴散功能。所謂吸收功能就是整個柱體都能吸收特定低頻；而擴散功能則是每種型號都能夠擴散400Hz以上的頻率，而且是在70-110dB的音壓下最有效。我用放大鏡觀察過吸音與擴散的內部吸音材料，發現吸音面的吸收材料表面多孔疏鬆，而擴散面的內部材料則很密實。老實說，很多材料都具有吸收頻率的功能，很多造型也具有擴散聲波的功能，問題的重點是：能吸收駐波的頻段在哪裡？量有多少？能擴散的是那個頻段的頻率？如果吸收駐波的量只有一點點，我們倒不如把棉被捲成筒狀放在牆角。如果擴散的範圍不寬，我們隨便拿個小圓弧也可以將聲波擴散，根本不需要花錢買這些聲音處理器。
目前歸納為2、3、4、三型
Acustica Applicata的DAAD聲音處理器以前有許多型號，大部分是以處理器的直徑為型號。此外有的寫著Super，那代表裡面有共振器（Resonator）；有的寫著Normal，代表裡面沒有共振器。其中41Super用來處理45Hz，41 Normal處理55Hz，28 Super用來處理70Hz，28 Normal用來處理80Hz，23用來處理110Hz，Litter Trap用來處理130Hz，Cornor Trap用來處理80Hz。
不過，目前他家把型號統一，只剩下三型，那就是處理50Hz左右的四號（體積最大，每支18,000元）、處理70Hz的三號(每支15,000元)，以及處理120Hz的二號(體積最小，每支12,000元)。此外，原來的41 Super可能還會繼續生產。為什麼AA會把型號簡化成50Hz、70Hz與120Hz呢？我想這是市場需求的影響，同時也可降低公司庫存。原本的型號多、所處理的頻域接近，有時反倒會令消費者無所適從。所以型號簡單些不是壞事。其實，雖然只剩三種型號，但是效果卻應該差不多才對。
這麼說來，能夠吸收45Hz與55Hz的41Super吸音柱根本無用武之地囉？不！根據AA的建議，由於大部分駐波的基本頻率都很低，所以他們以前建議可以把41號擺在牆角。現在，我想應該把最大的四號放在牆角。最後，AA提醒用家，選用正確的型號，以及正確的擺放位置是非常重要的，假若這二樣都錯了，就會事倍功半。
早期反射音的影響
駐波的處理講完，接下來我們要講早期反射音（Early Reflection）的處理。先要告訴您的是，此處的早期反射音定義在25微秒（Millisecond）內所產生的反射音，通常包括了第一次與第二次反射音。根據聲學專家Hass的研究，人腦無法分辨25微秒之內傳到耳朵的不同聲波先後順序。換句話說，只要發聲時間差在25微秒以內的聲波，我們的大腦都會認為是同時發聲的，這些聲音會融合在一起。反之，如果發聲時間差在25微秒以上時，我們就會聽到二個以上不同時間到達的聲音。這也是為什麼我們在一個山谷內大叫時，會聽到回音的原因，因為從各山壁所傳來的反射聲波傳到耳朵時，其時間差早已超過25微秒。
到底這25微秒對音響迷而言有什麼實質意義呢？當然有！我們可以把聲波的速度概略定位在每秒大約傳遞1000英尺（實際上大約344公尺），而微秒就是千分之一秒，這二個數字對起來我們就可以很輕鬆的估算出聲波走了25微秒大約就是傳遞了25尺。這也就是說，如果喇叭的直接音與間接音「旅行」到您耳朵的距離都不超過25尺時，您所感受到的就是非常清晰的聲音。反之，如果讓牆面反射的間接音毫無控制的多次反射，旅行距離超過25尺時，我們耳朵所聽到的聲音就會是比較混濁的聲音，同時也會開始感受到「空間感」。
在一個錄音鑑聽室中，我們希望聲音要清晰，以方便判斷錄音的微弱細節，所以要安置比較多的吸音物質。然而，在一個聆聽音樂的房間中，我們不僅希望聲音要清晰，還要有適量的反射音，利用這些適量的反射音來營造自然的空間感，所以室內必須要有適當的吸音與擴散裝置。
早期反射音決定聲音品質
早期反射音會決定聲音的品質（定位、聚焦、平衡性、刺耳與否、甜美與否等等），而25微秒-60微秒的反射音會決定室內的殘響特性，殘響特性將會帶給您適當的空間感。通常，第一次反射音的能量最強，第二次反射音就弱很多了。每支喇叭對於喇叭後牆、聆聽位置後牆、天花板、地板以及二側牆都各有一個第一次反射音，也就是說在一個空間中，每支喇叭都有6個第一次反射音的點，二支喇叭加起來就有12個第一次反射音的點。不過，AA的聲音處理器只處理四面牆的第一次反射音。為什麼？從實際的觀點來看，地板上不可能用聲音處理器，您可以自己用地毯。而天花板上要安裝聲音處理器也很困難，所以對於初期反射音的處理只限於四個牆面。
用光線找出反射點來處理
從喇叭後牆傳來的早期反射音如果太強會有什麼壞處？會讓高頻段太尖銳，音場變扁，聲音不夠清晰，音像的聚焦能力打折扣。二側牆傳來的早期反射音太強有什麼害處？會讓音像的定位模糊，音場中間空洞化。聆聽位置後牆的早期反射音太強會有什麼害處？會影響聲音的平衡性，也就是說高、中、低頻段會不夠平衡。
既然我們已經知道四面牆早期反射音過強的害處，那麼我們要怎麼解決問題呢？當然就是在第一次反射音的點上安置吸音物質或現買的聲音處理器。咦，問題來了，我們怎麼會知道牆上哪裡會是第一次反射音的位置呢？很簡單，我們可以利用光線的特性，光線有二個特性與聲波一樣，一個就是它們都可視為直線；另一就是入射角等於反射角。我們就利用這二個特性來找尋四面牆的第一次反射音位置。
怎麼找？請準備一支點燃的蠟燭，一面鏡子，再找一位幫手。您自己坐在聆聽位置上，把點燃的蠟燭放在喇叭上面，請那位幫手用手拿著鏡子在牆面遊走。只要您坐在椅子上能夠從鏡子裡看到蠟燭，那個位置就是第一次反射音的點。運用這種方式，您就可以找到四面牆的聲波第一次反射點。
找到四面牆的聲波第一次反射點之後，假若我們要更進一步，找到所有的第二次反射點呢？那就非常複雜了，用蠟燭與鏡子恐怕無法在家裡DIY。別擔心，假若您真的有這麼高的求知慾，AA也提供一套電腦軟體，讓您能夠找出房間內所有的聲波第二次反射點。不過，依我的經驗，能夠在第一次反射音的點上安置吸音物質已經很夠用了，您不要以為我寫的是反射「點」，就只在那個「點」上貼個小塊吸音物質。千萬不要那麼天才，我們要在那個反射點的「鄰近區域」安置大塊的吸音物質或聲音處理器。所以，如果能把每個第一次反射點做重點處理，在輔以其他處理，我想應該就夠了。
在反射點附近區域做吸音處理
既然已經找到反射點，接下來我們要怎麼處理？假若您想DIY，當然可以用任何您想得到的有效吸音物質。假若您不想傷腦筋，也可以用AA的擴散/吸音柱。不過要注意的是，此時所用的吸音柱高度至少要與喇叭或耳朵高度齊高。正確的用法就是把那些擴散/吸音柱擺在第一次反射點上，當然，同樣也是擺在牆邊。
雖然是擺在牆邊，但是其中還是有玄機，因為我說過AA的擴散/吸音柱有二面，其中一面是吸收作用，另一面是擴散作用。在吸音柱裡面，填充有一種叫做Fiberform 62T的強力吸音物質，這種吸音物質不僅防火，而且防過敏。而整支吸音柱的結構以讓聲波轉換成熱能（能量是不滅的，只能轉換成不同的形式）的方式來吸音，並且只有微弱的震動。到底是要把吸收面向外擺呢？還是擴散面向外擺？ 其實很簡單，就是把貼有擴散貼紙的那個地方向著喇叭就可以了。
要用多少支吸音柱才有效？
看到這裡，各位可能又想到一個問題了：按照AA書中的說法，降低駐波的影響需要用許多擴散/吸音柱，吸收第一次反射音又再度需要許多擴散/吸音柱，這麼一來，一個房間裡至少也要用上十幾支擴散/吸音柱才夠啊！沒錯！情況就是如此。還好，AA的擴散/吸音柱具有義大利產品的特色：精緻高雅，用多了還不至於影響室內觀瞻。依照估算，我們至少要在四個牆角各放一支擴散/吸音柱（對付駐波），每面牆也各需要二支擴散/吸音柱（對付第一次反射音），加起來就至少需要12支擴散/吸音柱。其他前面所講、擺在牆邊的駐波擴散/吸音柱說不定會與吸收第一次反射音的擴散/吸音柱重疊，所以可以省下來。
使用這12支擴散/吸音柱，整個空間的駐波、吸音、擴散情況就會達到最佳狀況嗎？不一定！為什麼？別忘了我們還有天花板、地板那麼大塊的面積，這二塊面積佔了室內表面積的三分之一，您能夠不處理嗎？尤其是，假若您所使用的喇叭高度很高，從天花板傳到耳朵的反射音就會很強，此時假若天花板沒有適當的吸音與擴散裝置，您可能會覺得高頻段相當刺耳。因此，即使您用了十幾支AA擴散/吸音柱，室內也還需要有居家擺設的家具才行，否則光憑這十幾支AA擴散/吸音柱恐怕還是無法得到「溫暖而甜美」的聲音。
寫到這裡，我想您應該對於音響空間內聲波吸收與擴散的重要性有了相當的概念了。有了這些概念之後，您可以自己去發處空間處裡的藝術，當然也可以買現成的聲音處理器。不管怎麼做，重要的是您要能聽出改善的效果才行，否則時間與金錢就白花了。
可用電腦軟體做測試
文末，我還要稱讚幾句這本書，因為在這本書中不僅提供了詳細的音響空間處理實戰經驗，也不忘教導音響迷一些基本聲學觀念。還有，書中還列出許多用他家擴散/吸音柱解決各種不良聲音表現的方法（其實就是他家擴散/吸音柱的各種擺法）。甚至，為了驗證吸音柱處理的效果，AA還自己發展一套測試聲音品質的軟體，叫做Audio Quality Test Sound Level Meter 4.0。只要把這套軟體載入電腦，依照說明書指示，就可做許多測試。用這些測試結果來與耳朵所聽到的聲音改善相印證。不過，要使用這套測試軟體仍然要有麥克風、訊號產生器等基本周邊器材。更重要的是使用者必須要能判讀那些測試結果。所以，有關軟體測試部分應該留給專家來做，一般音響迷所要做的就是依照以上我所寫的那些原則去處理，再以耳朵驗收就可以了。■
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