混響

聲波在室內傳播時，要被牆壁、天花板、地板等障礙物反射，每反射一次都要被障礙物吸收一些。這樣，當聲源停止發聲后，聲波在室內要經過多次反射和吸收，最後才消失，我們就感覺到聲源停止發聲后還有若干個聲波混合持續一段時間（室內聲源停止發聲后仍然存在的聲延續現象）,這種現象叫做混響，這段時間叫做混響時間。

對講演廳來說，混響時間不能太長．我們平時講話，每秒鐘大約發出2～3個單字，假定發出兩個單字“物理”，設想混響時間是3秒，那麼，在發出“物”字的聲音之後，雖然聲強逐漸減弱，但還要持續一段時間(3秒)，在發出“理”字的聲音的時刻，“物”字的聲強還相當大。因而兩個單字的聲音混在一起，什麼也聽不清楚了。但是，混響時間也不能太短，太短則響度不夠，也聽不清楚。因此需要選擇一個最佳混響時間．北京科學會堂有一個學術報告廳，混響時間為1秒。

不同用途的廳堂，最佳混響時間也不相同，一般來說，音樂廳和劇場的最佳混響時間比講演廳要長些，而且因情況不同而不同。輕音樂要求節奏鮮明，混響時間要短些，交響樂的混響時間可以長些。難於聽懂的劇種如崑曲之類，混響時間一長，就更難於聽懂。節奏較慢而偏於抒情的劇種，混響時間則可以長些。總之，要有一定的、恰當的混響時間，才能把演奏和演唱的感情色彩表現出來，收到應有的藝術效果。北京“首都劇場”的混響時間，坐滿觀眾時為1.36秒，空的時候是3.3秒。這是因為滿座時，吸收聲音的物體多了，所以混響時間縮短，上面所說的最佳混響時間是指滿座時的混響時間。高級的音樂廳或劇場，為了滿足不同的要求，需要人工調節混響時間．其中一種辦法是改變廳堂的吸聲情況。在廳堂內安裝一組可以轉動的圓柱體，柱面的一半是反射面，反射強、吸收少；另一半是吸聲面，反射弱、吸收多．把反射面轉到廳堂的內表面，混響時間就變長；反之，把吸收面轉到廳堂的內表面，混響時間就變短。

高水平的音樂會都不使用擴音設備，為的是使聽眾直接聽到舞台上的聲音。為了讓全場聽眾都能聽到較強的聲音，音樂廳的天花板上掛著許多反射板，這些反射板的大小、形狀、安放位置和角度都經過精確設計，以便把舞台上的聲音反射到音樂廳的各個角落。

處理好不同建築物的聲響效果，取得好的音質，這是一門很重要的學問，叫做建築聲學。上面介紹的混響只是其中的一個方面，希望能引起同學們對聲學的興趣，鑽研這門與我們生活關係密切的科學。

真實世界中的混響

在這個世界中，是否存在沒有混響的地方呢？有！你坐上飛機，飛到一萬米高空，然後往下跳，這時你大喊大叫，就是沒有混響的，因為你在空中，周圍沒有任何障礙物，你的聲音將會無限擴散出去而不會被反射回來。所以就沒有混響。

另一個沒有混響的地方就是聲學實驗室。聲學實驗室的牆壁、天花板、地面是經過特殊處理的，聲音到達牆壁后將會被牆壁吸收而不會被反射回來。為什麼會被吸收？你可以做一個小實驗，找100根針，就是縫衣服的針，把它們捆在一起，弄齊，然後你可以看看這一捆針的針頭面，你會發現它是黑的，因為光線到達這一面后，經過多次反射，一直射到裡面去，出不來，所以就沒有光被反射出來，就好像光都被吸收了一樣。聲學實驗室的布置也是類似於此，把聲音吸收。

錄音棚是半個聲學實驗室，能做到吸收大部份的混響。錄音棚的牆壁排列都是不規則的，表面是用鬆軟的棉製品構成，雖然比不上那捆針頭，但聲音到達牆壁後進入那亂糟糟的棉花里，七反射八反射就留在棉花里出不去了，所以錄音棚里的混響也很小。

在一個房間里大吼一聲，會有多少反射聲，答案是無數。在這個房間里，你拍一下巴掌，得到的聲音是另一個樣子是不是很多？這其實是比較簡單的一個反射過程。如果這個房間里再擺上一些桌子椅子，反射會更加複雜。

閉上眼睛，大吼一聲，你就可以知道你大概處在一個什麼樣的環境中，在外面，還是在家裡。甚至你在家裡大吼一聲，就可以知道你在哪個房間里，在這個房間的哪個位置上。這是因為各個房間由於空間大小不一樣、傢具的擺放不同、牆壁的材料不同，所以具有各自不同的混響特徵；同一個房間里不同的位置上，由於你距離牆壁的遠近不同，所以也具有不同的混響特徵。你熟悉這些特徵，所以你就能光憑聲音就能分辨你在什麼位置上。

一個看起來很菜鳥的問題：為什麼錄音和混音要加混響？

為什麼錄音和混音要加混響？答：因為錄音時是沒有混響的。

為什麼錄音時是沒有混響的？答：因為錄音棚是無混響的。

為什麼錄音棚是無混響的？

其實專業的錄音棚是有混響的，他們有很多板狀的材料，可以靈活把房間改造成各種混響特徵。但隨著數字錄音技術的飛速發展，數字混響效果器能夠模擬真實情況下的混響，所以大家就乾脆把錄音棚弄成無混響的，錄完音后再用效果器來模擬混響效果，想要什麼混響就有什麼混響……這就是為什麼錄音棚，尤其是中小錄音棚和個人工作室，都做成無混響的原因。

人造混響原理

在這樣一個房間里，教師的聲音經過多次反射，假如有5條聲音反射線到達學生耳朵，

以上只列舉出了5條聲音反射路線，實際上是幾千幾萬條到無數條。為了講解方便，我們就說這5條。

教師每講一句話，學生實際上就聽到了6句：第一句是直接傳到了學生的耳朵里，沒有經過反射，後面5句是經過各種反射線路到達學生耳朵的聲音。這6句話時間隔得非常近，圖中聲音到達有時間表，注意時間單位是毫秒（1毫秒等於0.001秒）。

由於這些反射聲到達的時間間隔太近了，所以學生就聽不出來是6句話，而是1句帶有混響感覺的話。

學生聽到的聲音是這6個聲音的疊加。

這只是為了講解方便，真實情況是幾千幾萬個聲音的疊加。

混響效果器就是這樣工作，把聲音進行很多很多次的重複疊加，就得到了混響效果。

有了這樣一個東西，以後計算起來就方便了，無論教師說什麼話，只要把教師的聲音，進行某種計算，就可以得到6個聲音疊加的效果。

那麼，這個“某種”計算，到底是什麼計算呢？在數學中這個叫做“卷積”計算，英文是“convolution”，就是把教師的聲音，根據上面那張6個脈衝的圖，進行疊加計算。

這種計算是不分先後的，你既可以認為是把教師的聲音，根據那個脈衝圖（聲波），進行疊加計算；也可以認為是把那個脈衝聲波，根據教師的聲音（把教師的聲音考慮成由無數個脈衝組成的聲波），進行疊加計算。

這個脈衝圖，也就是這個含有6個脈衝的聲波，就是這個房間的從教師講台到學生座位的混響特徵。在聲學上，由於這個混響特徵是由脈衝得到的，所以就很形象把它稱作“脈衝反應”——impulseresponse，簡稱IR。

混響效果器的工作原理，就是拿源聲音，與impulseresponse做卷積計算。

上面的那個具有6個脈衝的IR，在現實中是不可能有的。現實中的IR往往具有幾百、幾千、幾萬個脈衝。

由於各種類型的房間的IR都有一些共同的特點，因此聲學上又作了一些規定。

首先規定IR的第一個脈衝叫做“直達聲”，因為這個脈衝是未經過反射的直接從聲音源到達人耳的聲音；

其次規定IR的後面幾條明顯的脈衝叫做“早期反射”earlyreflections，這幾個聲音都是聲音源經過一次或者兩三次反射後到達人耳的，由於反射次數少，聲音線路不長，所以具有較強的能量和較短的延遲。

最後規定IR的後面無數條脈衝叫做“遲反射”latereflections，這些聲音都是聲音源經過無數次反射后才到達人耳，反射次數多，聲音線路長，所以具有較弱的能量和較長的延遲。但是它們數量極多，有如滔滔江水連綿不絕。

效果器里的IR

上一節說道，混響效果器就是用IR與聲音源進行卷積計算。那麼，有人就會問了，混響效果器里有IR嗎？每個效果器的IR都是一樣的嗎？這個IR是放在哪裡的？以什麼形式存在？如果不一樣，這些IR是怎麼得來的？

前面說了，混響就是IR與聲音源進行卷積計算，所以混響效果器里當然就有IR。

眾所周知，不同的效果器的混響效果是不同的，所以IR肯定不一樣。

IR放在哪裡？以什麼形式存在？這些IR是怎麼得來的？下面要具體說說了。

混響效果器，象合成器一樣分為三種類型：採樣混響、“演演算法”混響、模擬合成混響。

（一）採樣IR混響

Sony，Yamaha都出過採樣混響，價格不菲。軟體的採樣混響效果器有著名的SonicFoundry的AcousticMirror，還有Samplitude的RoomSimulator。

採樣混響的IR，全部是真實採樣得來wave文件。可以存放於任何存儲器，例如硬碟、光碟、軟盤等等。Sony，Yamaha的硬體採樣混響器，裡面也帶有容量較大的存儲器。

採樣混響的IR都是錄音採樣得來，最簡單地獲取IR的方式是：在下圖中教師的位置放置一個音箱，學生的位置放置一個話筒。音箱播放一個脈衝，話筒進行錄音。錄到的聲音就是IR，也就是這個房間的從講台到學生座位的混響特徵曲線。

Sony、Samplitude等所採用的具體方式是：

在想要獲得混響特徵的地方，例如下面這個著名的音樂廳，舞台上安置音箱（當然會是極好的音箱），座位席中安置立體聲話筒（極好的話筒）。然後播放一系列測試信號，這些信號以脈衝為主，各種速度的全頻段正弦波連續掃描為輔，錄得聲音，然後經過一些計算得到IR。

用這種採樣方法得到的IR，極為真實。

採樣混響的IR，不但廠家可以預置給你，你自己也可以根據廠家提供的工具進行製作。因此從數量上來說是無限的。

採樣混響還可以對其他任何混響效果器的效果進行完全複製。

混響特徵和各種參數

為了研究的方便，聲學上把混響分為幾個部分，規定了一些習慣用語。混響的第一個聲音也就是直達聲（Directsound），也就是源聲音，在效果器里叫做dryout（干聲輸出），隨後的幾個明顯的相隔比較開的聲音叫做“早期反射聲”（Earlyreflectedsounds），它們都是只經過幾次反射就到達了的聲音，聲音比較大，比較明顯，它們特別能夠反映空間中的源聲音、耳朵及牆壁之間的距離關係。後面的一堆連綿不絕的聲音叫做reverberation。

大多數的混響效果器會有一些參數選項給你調節，接下來講講這些參數具體是什麼意思。

（一）衰減時間（Decaytime）

也就是整個混響的總長度。不同的環境會有不同的長度，有以下幾個特點：

空間越大，decay越長，反之越短。空間越空曠，decay越長，反之越短。空間中傢具或別的物體（比如柱子之類）越少，decay越長；反之越短。空間表面越光滑平整，decay越長，反之越短。

因此，大廳的混響比辦公室的混響長；無傢具的房間的混響比有傢具的房間長；荒山山谷的混響比森林山谷的混響長；水泥牆壁的空間的混響比布制牆壁的空間的混響長……

一般很多人喜歡把混響時間設得很長。其實真正的一些劇院、音樂廳的混響時間並沒有我們想象得那麼長。例如波士頓音樂廳的混響時間是1.8秒，紐約卡內基音樂廳是1.7秒，維也納音樂廳是2.05秒。

這裡給一個混響時間計算公式，大家可以用來算算某房間的混響時間打開頁面

（二）前反射的延遲時間（Predelay）

就是直達聲與前反射聲的時間距離。有以下幾個特點：

空間越大，Predelay越長；反之越短空間越寬廣，Predelay越長；反之越短

因此，大廳的Predelay比辦公室的長；而隧道的空間雖然大，但是它很窄，所以Predelay就很短。

想要表現很寬大空曠的空間，就把Predelay設大一點。

（三）wetout

也就是混響效果聲的大小。有以下幾個特點：

wetout與空間大小無關，而只與空間內雜物的多少以及牆壁及物體的材質有關牆壁及室內物體的表面材質越鬆軟，wetout越小；反之越大空間內物體越多，wetout越小；反之越大牆壁越不光滑，wetout越小，反之越大牆壁上越多坑坑凹凹，wetout越小，反之越大

因此，擠滿了人的車廂的混響就比空車要小得多；放滿了傢具的房間的混響就比空房間要小；有地毯的房間的混響比無地毯的小；森林山谷的混響比荒山山谷的混響要小

（四）高低頻截止（lowcut/highcut）

這個參數在有些效果器里是以EQ的形式來表現的，例如Waves的RVerb。

這項內容實際上跟現實情況沒有太直接的聯繫，它只是為了我們做混響處理時聲音好聽而設計的。不過它也能表現高頻聲音在傳播中損失比較厲害的現象。後面我們有具體的解釋。

一般在做處理的時候，為了混響聲的清晰和溫暖，都會把低頻和高頻去掉一部份。只有在表現一些諸如“宇宙聲”等科幻環境時，才把高低頻保留。

另外有些效果器也把這個叫做“color”（色彩）。例如TC的效果器就是color。color也就是“冷”和“暖”的感覺，高頻就是冷，低頻就是暖。所以這些效果器用顏色來表示高低頻截止，暖色（紅）表示混響聲偏向低頻，冷色（藍）表示混響聲偏向高頻。上面給大家看的Waves的RVerb的EQ，它分別用橙色和藍綠色來做那兩個點，也是出於此目的。

補充：

高低頻截止實際上在現實中是不存在的，現實中的普遍現象是：低頻聲音的混響無論是聲音大小還是衰減時間，都要比高頻聲音大。這是因為不同頻率的聲音由於波長不同，因此繞過障礙的能力不同，高頻聲音波長短，不容易繞過障礙，低頻聲音波長長，容易繞過障礙。加上它們在空氣中傳播時的衰弱程度不同（頻率越高越容易衰弱），被牆壁吸收的程度不同（頻率越高越容易損失），所以不同頻率的聲音的混響時間和大小是不相同的。在真實世界中，在大多數中小空間里，越低的聲音具有越長的混響時間，越高的聲音具有越短的混響時間，而不可能做到反過來。如何做到降低低頻混響是任何一個錄音棚頭疼的難題。唯獨有一種情況，是低頻混響小於高頻混響的，那就是很大的空間，並且裡面布滿了由硬質材料製成的障礙和表面，比如採用硬塑料凳子和水泥牆壁地板的室內體育館。

我們從某音樂廳的真實IR的頻譜中可以很清楚地看到這個規律。

因此，有的混響效果器還會有不同頻率的聲音的衰弱程度的設置項目。但是也有很多效果器卻沒有這項內容。

（五）不同頻率的不同衰弱程度（Damp）

接著上面說。這個項目在有些混響效果器里沒有提供。另外在採樣混響器里也基本上不提供這個項目，因為採樣混響的不同頻率的不同衰減程度的特性已經包含在IR裡面了。例如WavesRVerb提供了這個項目。另外有的效果器只有一個參數設置，就是“damp”或者“damping”，就是讓高頻更快地衰減。8zoUw$iF­一般來說混響中的高頻是很容易大幅度衰減的。空間越大，空間內物體越多，物體和牆壁表面越不光滑，高頻的衰減就越厲害。只有在中小空間中，並且空間表面比較光滑的情況下，高頻的衰減才與低頻接近。但我們做音樂混音的時候，有時為了聲音的好聽，也並不一定要遵循高頻更容易衰弱的自然規律。

（六）不同頻率的不同的混響時間

有的效果器也提供了不同的衰減時間給你調節，英文是High-frequencydecayandlow-frequencydecay，或者別的叫法，例如UltrafunkReverb就可以設置不同的衰減時間。這個特性與前面的damp基本一致。一般來說混響中的高頻的持續時間肯定比低頻要短。空間越大，空間內物體越多，物體和牆壁表面越不光滑，高頻的持續時間就短，與低頻的差距就越大。只有在中小空間中，並且空間表面比較光滑的情況下，高頻的時間才與低頻接近。以上的三個與頻率有關的參數，並不是所有的效果器都提供，有的全部提供，有的提供了其中兩個甚至一個。如果沒有全部提供的話，你可以用其他參數之一來代替沒有提供的參數，因為它們之間的特性比較接近。

（七）散射度（diffusion）

傳統上是叫做Earlyreflectionsdiffusion（早反射的散射度）。我們知道早反射就是一組比較明顯的反射聲。這些反射聲的相互接近程度，就是diffusion。牆壁越不光滑（例如鋪上了地毯的），聲音的散射度就越大，反射聲越多，相互之間越接近，混響是連聲一片的，聲音很溫和；牆壁越光滑（例如玻璃），聲音的散射度就越小，反射聲越少，相互之間隔得越開，混響聲聽起來就比較接近回聲了，聲音很清晰。因此，對於一些延音類的聲音，比如organ，合成弦樂，可以使用較小的diffusion，聲音就比較漂亮清楚；對於脈衝類的聲音，比如打擊樂、木琴等，可以使用較大的diffusion，混響就比較smooth。有些效果器里也有diffusion這個參數，但是具體的定義不太一樣。在某些效果器里，diffusion是指反射聲的不規律程度，空間的形狀越不規則（例如山洞、教堂里），牆壁越不光滑，反射聲音的出現越沒有規律，diffusion越大；空間的形狀越規則（例如無傢具的住宅、空的教室），牆壁越光滑，反射聲的出現越有規律，diffusion越小。

（八）混響密度（Reverbdensity）

這個參數的意思跟diffusion差不多，只是針對早反射之後的混響部份的。很多效果器並不提供density，而是用diffusion來控制整個混響。

（九）空間大小（Roomsize）

這個應該很好理解，空間可以體現出聲場的寬度和縱深度。不過不同的效果器在這個上面會有不同的演演算法。另外，採樣混響器不會提供這個參數，因為空間大小已經體現在IR中了。

（十）早反射音量（Earlyreflectionslevel）

也就是早反射的聲音大小。很多效果器可以讓你獨立調節早反射和後面的混響的聲音大小。

（十一）立體聲寬度（Width）

有的混響效果器有這樣的參數，如果把這個值設大，那麼效果器會做手腳使IR的左右差異變得很大，立體聲感覺就出來了。