解决方案声学专栏

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

  • 室內聲場

一、自由聲場與室外聲場    傳播聲波的空間稱為聲場,聲場分自由聲場、擴散聲場(混響聲場)和半自由聲場。

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

所謂自由聲場,即在聲波傳播的空間中無反射面,聲源在該聲場中發聲,在聲場中的任一點只有直達聲,無反射聲。消聲室就是人造的自由聲場。電聲設備的都要在消聲室中進行。  在室外,某點聲源發出的球面聲波,其波陣面連續向外擴張,隨着聲波與聲源距離的增加,聲能迅速衰減。當點聲源向沒有反射面的自由空間輻射聲能時,聲波以球 面波的形式輻射。這時,任何一點上的聲強遵循與距離平方成反比的定律。如果用聲壓級表示,則距離增加一倍,聲壓級衰減 6dB。

二、室內聲場

在室內,聲波在封閉空間中的傳播及其特性比在露天場合要複雜得多。這時,聲波將受到封閉空間各個界面,如頂棚、地面、牆壁等的反射、吸收與透射。室內聲場因而存在着許多與自由聲場不同的聲學問題。研究室內聲場,對室內音質設計和噪聲控制具有重要的意義。

室內聲場的特點

(1)聲波在各個界面引起一系列的反射,吸收與透射;

(2)與自由聲場有不同的音質;

(3)由於房間的共振可能引起某些頻率的聲音被加強或減弱;

(4)聲能的空間分佈發生了變化。

三、房間共振(駐波)

當聲波在兩面平等的牆之間傳播時,如果牆面之間的距離等於半波長的整數倍時,就會產生駐波。房間中的低頻駐波也稱為房間模式(Room Mode)。

在一房間中,空氣振動的共振頻率主要由房間的大小來決定。而房間內所激發的共振頻率的分佈則決定於房間的比例。共振頻率的計算很複雜,一般都用軟件來計算。

小房間(長5m,寬4m,高3m)低頻聲場的仿真:

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

頻率從20-100Hz,步長0.5Hz。

消除駐波的最佳方法是改變房間的形狀,使牆面不平行,或將牆成做成弧形。

四、混響與回聲

混響是室內的聲學現象。聲音由聲源發出后,在空氣中傳播,傳播過程中在房間的界面上產生反射、吸收、擴散、透射、干涉和衍射等波動作用,形成複雜的室內聲場,使人產生混響感。聲源停止發聲后,室內聲場會持續一段時間。

混響是室內聲反射和聲擴散共同作用的結果。同樣是源於反射,但由於人耳的聽聞特性,混響和回聲有明顯的不同。

聲源的直達聲和近次反射聲相繼到達人耳,延遲時間小於30ms時,一般人耳不能區分出來,僅能覺察到音色和響度的變化,人們感覺到混響。但當兩個相繼到達 的聲音時差超過50ms時(相當於直達聲與反射聲之間的聲程差大於17m),人耳能分辯出來自不同方向的兩個獨立的聲音,這時有可能出現回聲。回聲的感覺 會妨礙音樂和語言的清晰度(可懂度),要避免。

五、混響時間

當室內聲場達到穩態,聲源停止發聲后,聲壓級降低60dB所需要的時間稱為混響時間,記作T60或RT,單位是秒(s)。

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

混響時間是目前音質設計中能定量估算的重要評價指標。 它直接影響廳堂音質的效果。房間的混響長短是由它的吸音量和體積大小所決定的,體積大且吸音量小的房間,混響時間長,吸音量大且體積小的房間,混響時間就 短。混響時間過短,聲音發乾,枯燥無味,不親切自然;混響時間過長,會使聲音含混不清;合適時聲音圓潤動聽。

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

混響時間的大小與頻率相關,低頻、中頻、高頻的混響時間是不一樣的。一般所說的混響時間都是指平均混響時間。

六、臨界距離(Critical Distance)

就是在聲源軸線方向上,直達聲與混響聲聲能相等處的距離。臨界距離在全頻帶內是不同的。回聲越強的房間臨界距離越近,吸音越強的房間,臨界距離越遠。(臨界距離在全頻帶內是不同的)。

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

好的聲學設計,臨界距離要離聲源儘可能遠,結果在全頻帶內混響最小最平坦。直達聲從揚聲器系統開始遞補減,是距離的函數(平方反比定律),但混響恆定地散 布房間(新的聲音不斷從揚聲器發出,混響不斷建立,直到新的聲音與被吸收的聲音相等,因此混響保持恆定。) 兩曲線的交點就是臨界距離。

最佳聽音區一定位於臨界距離內,因為臨界距離是以直達聲為主,清晰度和聲像定位最好。

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

房間無吸聲時的臨界距離距聲源很近,這種房間只適合近聲場聽音。

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

在吸聲的房間中,臨界距離被推向後牆,使最佳聽音區變寬。上圖中,附加的好處是漏到室外的聲壓降低了20dB,降低了對隔音的要求。

當混響聲比直達聲大 12db 以上,聲音清晰度將全部失去。

尋找臨界距離的最簡單方法為:用音響系統播放壓縮的流行音樂,開始用一個音箱(左或右),在房間里來回地走,很容易就能找到臨界距離。用另一個音箱重複一遍,再同時用兩個音箱重複一遍。與聲學測量相比較,你會對人耳的精確性感到驚訝。

• 混響越強的房間臨界距離越近。

• 吸聲越強的房間臨界距離越遠。

• 近聲場或直達聲場在臨界距離內。

• 遠聲場或反射聲場(混響)在臨界距離外。

  • 聽音室的基本要求

聽音室的設計要遵循一些基本的原則:

一、選擇合適的房間比例、或使牆面不平行、或增加擴散,避免或減輕駐波的影響。

二、混響時間合適,使臨界距離儘可能遠。

三、吸收一次反射聲,減輕一次反射聲對直達聲的干涉。

四、盡量吸聲,如不能使吸聲達到要求,則盡量對反射聲進行擴散,使聲場盡量均勻。

一個簡單的聲學處理實例如下:

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

室內聲場設計與聽音室設計的聲波要求

,

相关的文章

菜单