谈录音棚设计、建造中的一些经验

qianyu

谈录音棚设计、建造中的一些经验(2011-04-15 12:09:20)


如果要成功地设计、建造一个现代录音棚，将会牵涉到建筑声学、室内声学、电子电路设计、计算机与网络及人机工程等宽范围、跨学科的知识和一定的实践经验，同时它又是一个艺术和技术结合的工程。近年来，笔者作为主设计工程师参与了一系列此类录音棚的设计和建筑，包括使用全模拟，模拟与数字混合及全数字等不同技术的工程。在这里，谨向读者介绍一些经验及设计、建筑过程中应注意的事项。

  电影、电视节目的后期声音制作有一个重要的共同点：它们都是以图象为时间参考，且最终与图象一起称为完整的艺术产品。

  从艺术上讲，大部分的影视节目软件可分为两大类：第一类是以图象为主线的节目，电影故事片、电视剧及大部分的广告节目属于这一类；第二类是以声音为主线的节目，如纯音乐片（包括MV）及大部分的文摘记录片等。

  从制作工序上分，整个声音制作过程又可分为素材的录制（对白、配音、音乐及动效等）、准备和最终的混合录制等不同步骤。为制作上述第一类节目的大型终混录音棚的设计建造要求最严且投资最高，除大型的音乐录制以外，它应可以满足上述几乎所有其他的用途。

  在北美，影视节目的声音制作遵循较严谨的工业标准和行业标准，以保证其在给定环境下重放的艺术效果符合导演的艺术原创，即导演在录音棚内听到的声音效果和观众在影院（对于电视节目则应为典型的家庭影院）中听到的应是一样的。考虑到电视节目的声音制作工艺是在电影声音制作工艺的基础上再简化、改造而来，如不作特殊说明，本文以下将以介绍为5.1声道立体环绕声设计的大型混录音棚为主，其主要原则对较小型的录音棚也将是使用的。


一 有关建筑声学、室内声学方面的考虑以及录音棚的适用范围
  关于建筑声学和室内声学的理论和实践都有许多专著可供参考，故不在这里讨论。以下只列出一些具体要求，供设计，施工时参考。

1.录音棚的背景噪声
  录音棚的选址建设应避免外部噪声源通过任何传导方式进入室内；同时，再设计时应对空调系统、灯光系统及室内设备的噪声有充分的考虑。
  空调系统需优先考虑使用低流速、大流量的产品，室内气流的流向以及管道内外的吸音、防震也应有相应措施。对空调主机的机械振动应有充分阻尼，并设法不让其通过任何途径传入室内。
  许多灯光系统会产生与电源同频的振动，尤其是一些使用可控硅调光的系统；设计者应对灯光系统的选择给予一定重视。另外，取多薄金属结构的灯具一经声音激励会产生长时间的共振，应尽量避免使用此类灯具或事先采取适当的阻尼措施。
  在所有设备运行使用时，室内的背景噪音应小于NC30。

2.混响时间
  录音棚的混响时间太长时使本身的监听可信性下降；太短时则可造成录音师在终混时使用过量人工混响，致使在正常环境下重放时声音的可懂度和清晰度下降。
  室内的中频（以500Hz为参考频率）混响时间RT60应根据房间的容积计算得出。对于低、高频的要求可适当宽（一般是低频偏长、高频偏短），但不应该在任何可闻声频率上出现峰谷。
  中频混响的计算公式、允许范围以及对低、高频的要求请见本文附录。这个范围与对电影放映厅的要求是一致的，也和大部分家庭客厅可达到的水平相吻合。不过，为了使调音师便于监听出节目中存在的声音暇疵以便纠正，终混录音棚的混响时间在允许范围内取得短些是有好处的。

3.室内三维尺寸的比例
  理想的室内任何二维尺寸的比例应为无理数，例如2、3、5的平方根或圆周率等，实际设计时应考虑至少有三位有效数字。
  任何二维尺寸之间的比例取1：1、1.5：1、1：2、1：3等可造成室内某些频率的严重染色，其后果即使用使用强吸声措施也难以完全消除，故需从设计时就给予足够的重视。同时，在可能的条件下避免大面积的墙面之间、天花板和地板之间的平行，避免使用对称的建筑结构，这些都对减少室内驻波的形成有帮助。
  以上三点对任何容积的终混录音棚都是使用的。

4.录音棚的适用范围.
  与大多数音乐软件的录制不同，以图像为主的影视软件的声音往往是录音师使用许多声音素材在混录的过程“制造”出来的。鉴于这一特点，终混录音棚本身的声学特性应能适应不同场景的监听需要（从室外的大场景到小尺寸空间）而无明显染色，换句话说，房间本身对监听质量的影响要尽量地小。
  作为混录用地声音素材可分为三大类：(1)对话，包括主要对白、背景对话等；(2)音乐；(3)效果，包括特殊效果、背景效果和动作效果等。
  从艺术的角度上看，对话与图像一起完成将故事的功能，音乐烘托出故事的情绪和气氛，效果给观众造成身临其境的感觉。相比之下，对话是上述三类素材中要重要的。
  一般的讲，将在大容积终混录音棚内完成终混的节目拿到小容积的房间重放不会有太大的问题，而反之则往往不行。
  具体地讲，为电影制作使用的终混录音棚应最小有200座电影放映厅的容积，用这样的房间制作电视节目是可行的。专门设计为电视节目制作使用的终混录音棚应比典型家庭客厅的容积稍大些，但这样的房间没有经过特殊处理和缺少有经验的录音师时是不宜作为电影节目制作的终混录音使用的，其结果往往是对话的可懂度和清晰度下降。


二 录音棚内最佳监听位置的确定
  录音棚内的最佳监听位置也就是调音师的工作位置。这里讨论的声音制作都是为图像服务的，一旦有了图像，再综合考虑本文第一节讨论过的原则，可选择的余地就不很大了。

  几个需考虑的原则如下：
  1.最佳监听位置在房间深度b的2/3处，实际设计时可选60％～70％。
  2.从最佳监听位置到左（L）、右（R）声道扬声器的C为22～26度。
  3.左、右声道扬声器应离开墙角一定距离，这可避免墙角引起的扬声器指向系统变化，一般可考虑d>1/4a。
  4.应避免前方扬声器组的几何中心与房间的几何中心重合，即使是数厘米的偏移也可减少某些频率产生驻波的机会。这个原则对低频效果声道（LFE或称SUB WOOFER）扬声器的放置位置也适用。)
  5.左、右声道扬声器之间的距离应与图像的宽度一致或稍宽，而银幕的宽度应保证将所有扬声器覆盖，以保证左、中、右扬声器声色的一致。
  6.保证每个环绕扬声器之间的距离一样，同时尽量避免它们到监听位置的距离有太大的不一致。
  以上原则对小容积的终混录音室也是基本适用的。

  在实际设计时，要同时满足本文前面提出的取多要求并非易事，有时需反复修改和验证才可决定最佳方案。

三 对监听设备的要求及设定

  大型录音棚的监听电平、标准监听响度（监听声压级）、频率响应以及其测试方法等请参阅ANS/SMPTE202M-1992标准（“Technical Guidelines for Dolby Stereo Theatres”）。作为电影混录的标准响度测试信号为粉红噪声，在参考电平（通常为＋4dBu，准平均值）时前方每个声道在调音师位置单独产生的监听声压级为85dB（C计权）。环绕声道的监听音量根据所用数字声频编码技术（Dolby、DTS、SDDS）可能有所不同。制作电视和DVD节目时环绕声道的监听音量与前方声道一致。

  在此指出，对为制作电视节目的小型录音室来讲，该标准对监听系统的频率响应要求需要一些修正，85dB作为标准监听音量也似嫌过高（详见第六节）。

  所有5个全频带声道都应使用1/3倍频程频率均衡器，否则要实现上述标准中的频率响应曲线几乎是不可能的。ANS/SMPTE202M-1991中有两条曲线，其中七十年代以前广泛使用的又称CurveU，从八十年代起都使用CurveX（CurveX：从63Hz～2KHz平直，40Hz比63Hz低2dB，从2KHz～16KHz呈－3dB/倍频程单调下降；低于40Hz和高于16KHz无具体要求，但须是单调下降）。

  值得注意的是对于5.1声道中环绕声道的监听扬声器频率响应要求是与前方扬声器一样的（这与四声道Dolby Stereo对环绕扬声器的要求不同），并且用专门为此设计的产品。

  对LET声道监听扬声器的频率响应要求至少为25Hz～120Hz，在此频率范围内用参考电平的粉红噪声测试信号和1/3倍频程的频谱分析仪监测，其声压级比前方声道同频段高10dB，（用C计权测试时为89dB－91dB），不平度控住在3dB以内。对高于150Hz的信号应有最少每倍频程－18dB的衰减，必要时使用1/3倍频程频率均衡器和低通滤波器以保证应有的带内平直和带外衰减频率响应。


四 地线和电源系统的设计及防止电磁干扰方面的考虑

  现代录音棚的信号和控制系统是相当复杂的，同时链接工作的往往有模拟声频。数字声频、模拟视频、数字视频等设备，另外还有包括时间码网络在内的多机同步、计算机工作站及其高速通讯网等多个小系统。这些系统的信号频率范围可从几赫兹到数千兆赫兹，对传输、互联各有不同的要求；但有一点是共同的，即它们都会对其它设备产生不同程度的电磁干扰。

  电磁干扰对于模拟信号的破坏模式是读者较熟悉的，即随着干扰的增强，信号质量逐步下降以致到变为不可用的程度。值得在这里指出的是，当多个被认为高于可闻声频率的干扰信号同时窜入模拟声频系统后会差拍出可闻声频率的干扰；例如44.1KHz与48LHz取样时钟同时窜入模拟声频系统后可能产生3.9KHz的干扰。

  数字系统本身有一定的抗干扰能力，少量的电磁干扰一般不会对其正常工作产生影响；但是当干扰达到一定的强度时，系统会在不给出任何警告的情况下停止工作，通常不存在一个由好到坏的渐变过程。由于干扰源经常不是一个本且不稳定，这类故障的检测和排除经常是相当困难的。

  交流供电线路和地线与几乎每一台设备相连，质量低劣的电源、地线系统可成为一个最大的公共干扰源。因此，应对录音棚的电源、地线系统在设计和施工时即给予足够重视。

  对录音棚内电子设备的供电应使用交流隔离变压器与其它用电设备分开供电，隔离变压器的初级进线要尽量避免与其它大型用电设备如空调、灯光等系统使用同一组导线。由于常见电子设备都使用整流器及容性滤波器，这样的负载会使得变压器效率下降和导线的阻抗上升，所以在设计时变压器的容量和整个供电系统导线的截面应至少取电工手册给出数值的1.5倍。

  由于声频功率放大器对供电电源来说是一很重的负载，而且是随监听器信号强度的变化而变化的可变负载，因而其电源供电质量对监听质量会有直接影响，所以在有条件时应从交流隔离变压器（变电变压器）处单独引来供电电源线，其导线的截面应至少取电工手册给出的安全数值的两倍以上。

  整个供电系统使用工艺地线，所有电源插座的“地”与工艺地线连接。变压器、开关柜、电源插座的金属外壳，金属穿线管及蛇型管电缆的金属外皮等与安全有关的地线应该使用单独的安全地线。安全地线、工艺地线与电源零线只在交流隔离变压器输出端一点联结后接大地。

  模拟信号（声频信号和时间码）应该全部使用平衡连接，对于一些设备的不平衡输出、输入端口应尽量就近使用不平衡/平衡转换放大器或变压器，使不平衡的联线尽可能的短。不要使用不平衡跳线板，这经常是交流声和其它干扰窜入声频设备的原因。

  为避免地线环（地线形环路），所有声频信号和时间码的平衡电缆屏蔽层必须保证只有一端接地；在实际工程安装时，比较科学和方便的方法是将电缆屏蔽层在跳线板处接地，而在设备的输出、输入端断开。

  现代录音棚使用各种视频设备和计算机设备，这些设备的连接无法避免地线环路，在设计时应将声频、视频、计算机和控制系统各自视为独立的小系统，尽量避免不同小系统的地电流互相干扰，必要时使用光电隔离设备切断地线环。

  对录音棚模拟声频系统的信噪比要求是不劣于80dB（宽带），只要有1mV的噪声窜入系统将信噪比降至62dB。


五 系统时钟和系统控制

  数字声频设备的大量使用对录音棚的设计提出了新的挑战。系统时钟是首先要考虑的问题。专业数字声频使用48kHz(或更高)取样频率，一般来讲在一个录音棚内后期不许同时使用两种取样频率，对于44.1kHz的信号应使用取样变换或数/模转换后再进入系统。

  由于图像是时间参考，系统的主时钟应该是视频同步信号发生器。数字声频的取样频率与图像的帧频有严格的对应关系，即每帧1920（PAL）或1601.6（NTSC）个取样。系统主时钟信号发生器应选用同时有视频同步信号和48kHz参考信号输出的产品以保证它们之间的同步。

  录像机应使用外同步（系统的主时钟），所有数字声频设备包括声频工作站尽量使用字同步时钟信号（WORD CLOCK，48Hz或44.1kHz、占空比为50％的TTL方波信号）。不得已时也应该使用视频时钟。注意，由于一些设备内部字同步时钟发生器不能保证其与视频时钟的严格锁定，有时会造成声频信号的“卡嚓”声干扰。

  有条件时使用视频信号分配放大器和字同步信号分配放大器单独供给每一台设备，以避免环入、环出造成的时延或因一台设备故障造成其他设备无时钟。

  整个系统中视频设备和声频设备的控制关系应该是主－从关系。具体地讲，录像机地时间码是系统地位置参考信号，其他所有设备都应该工作在跟踪（CHASE）状态。


六 对制作电视节目用终混录音室的一些考虑

  电视节目的声音制作使用5.1的制式是近几年的事，自1998年10月美国高清晰度电视正式开播之后，对这类节目的需求量越来越大，许多新建的电视声音制作终混录音室都要求能制作5.1制式的节目。由于电视用的5.1制式与电影5.1数字环绕声基本相同，所以前五节的内容绝大部分也适用于制作电视节目的小容积终混录音室，以下只将对其的一些专门考虑列出。

1.典型视听环境

  考虑典型视听环境为家庭的客厅，面积在20至50平方米，高约3米，没有或仅有简单的室内声学处理。

2.终混录音室的容积

  根据第一节讲述的原则，终混录音室的面积应大于50平方米，容积大于150立方米。对混响时间的要求与第一节所述相同。

3参考图像

  考虑调音师要根据图像作声像的全境定位，声像宽度应该与图像宽度一致，所以参考图像的尺寸应该足够大。建议使用前投影设备，不得已时尺寸后投影或等离子平板显示设备也可考虑；使用显象管的显示设备无法给出需要的图像尺寸，不应在这里作为参考图像显示。

4.监听扬声器的选择和位置

  如果图像显示选用前投影设备加微孔银幕，所有监听扬声器应选择为小型电影使用的产品以达到所需的不失真声压级，在使用其它图像显示设备的情况下监听扬声器则可使用为5.1制式设计的成套专业监听扬声器。值得指出的是，许多为音乐监听设计的近场区小型监听扬声器不适合在这里使用。

  左、右声道扬声器的轴线距离应该与图像的宽度一样或略宽，工程实践中常使扬声器箱的内沿与图像外沿对齐。

5.监听系统的频率均衡

  根据杜比实验室的建议，应当使用为小容积房间修正的Curve X，即从2KHz～16KHz改为－15dB/倍频程单调下降，其余频段同Curve  X，请参考附录的示意图。

6.参考监听音量

  监听音量偏高将导致低于该响度重放时对话的可懂度和清晰度下降，考虑典型视听环境的背景噪声往往高于专业电影院，太低的监听响度又将使整个节目的声音动态范围下降太多。实际电视节目的终混经常使用81dB（C计权）作为参考听音量。


七 附录7

1.录音棚中频（500Hz）混响时间RT60的计算

  设计下限值.
RT60（秒）＝0.032808×房间容积EXP0.333333

  设计中心值
  
  RT60（秒）＝0.086223×房间容积EXP0.2331442
  

设计上限值
  
  RT60（秒）＝0.076530×房间容积EXP0.2873533
  
  房间容积单位为立方米，1000立方米房间的计算结果分别为0.329、0.432和0.557秒。

2.混响时间RT60与频率的关系和允差范围

3.电影院、终混录音棚监听系统的频率响应及允差

4.小容积房间监听系统率响应的修正示意



八 结束语

  本文涉及的一些观点只是作者根据多年实践中总结出来的经验之谈，希望对工程设计人员有所帮助。如有错误之处，也希望读者指证。也欢迎大家就文章内容与我共同探讨。

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