声音基础知识第11课-真实世界中的混响

声音基础知识第11课-真实世界中的混响

在这个世界中,是否存在没有混响的地方呢?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-消音室 Anechoic chamber。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。

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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。

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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。

 

声音基础知识第11课-真实世界中的混响

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。

 

第12课-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。

 

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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。

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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。

 

第13课-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。

 

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,以一间教室为模型,在讲台处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,例如一个开阔的音乐厅,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。

 

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