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媒体报道

【媒体报道】室內聲學基礎之--室內聲場

发布时间: 2017-01-15 12:05   208 次浏览

室內聲學基礎之--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。

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,隨著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介面,如頂棚、地面、牆壁等的反射、吸收與透射。室內聲場因而存在著許多與自由聲場不同的聲學問題。研究室內聲場,對室內音質設計和雜訊控制具有重要的意義。

室內聲場的特點

    (1)聲波在各個介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,一般都用軟體來計算。

小房間(長5m,寬4m,高3m)低頻聲場的仿真:

完整的動畫在這裏,http://www.pia-alfa.de/download/moden.avi。頻率從20-100Hz,步長0.5Hz

消除駐波的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。聲音由聲源發出後,在空氣中傳播,傳播過程中在房間的介面上產生反射、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。聲源停止發聲後,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,聲源停止發聲後,聲壓級降低60dB所需要的時間稱為混響時間,記作T60RT,單位是秒(s)。


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,聲音發幹,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。

Sabine公式,適用於α小於0.2的較活 躍的房間:

式中:V為房間容積 ,單位為m^3(立方米);S為房間表面積 的總和,單位為m^2(平方米);α為房間表面積的平均吸聲係數,百分率;Sα的單位為m^2 (平方 米)。K為與濕度有關的常數,一般取K=0.161s/m。     

Eyring公式,適用於α大於0.2的建聲條件良好的房間:     

式中4mV為空氣係數 係數值,m為空氣吸聲係數,(它不但與 頻率有關,還與溫度和溫度有關)。其他與上式一樣。

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)

好的聲學設計,臨界距離要離聲源盡可能遠,結果在全頻帶內混響***小***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),但混響恒定地散佈房間(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,因此混響保持恒定。) 兩曲線的交點就是臨界距離。

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,清晰度和聲像定位好。   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。

在吸聲的房間中,臨界距離被推向後牆,使佳聽音區變寬。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***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),在房間裏來回地走,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。

    o 混響越強的房間臨界距離越近。

    o 吸聲越強的房間臨界距離越遠。

    o 近聲場或直達聲場在臨界距離內。

    o 遠聲場或反射聲場(混響)在臨界距離外。