【音响知识分享】——视听室的声学指标及装修1

残夜的雨声

        在音乐厅听交响乐时，觉得声音悦耳，低音浑厚，中音宏亮，高音明快。在普通的露天广场听音乐时，噪音提高，清晰度下降，声音发散。上述事实说明我们听到的声音是否好听，不仅取决于声源本身和音响设备，还与声音传输环境有关。还有，在一间空洞洞的房间说话时，声音，回响明显，声音宏亮；若是房间里放置许多家俱，被褥，桌柜等物品，这种反射声将明显消失，更近乎“原声”。可见，研究室内声学规律是十分必要的。
        一、“声学小房间”的听音效果
        听音系统应包括从声源、信号放大及传输系统，至扬声器或耳机，最后进入耳朵，这个整体的每个环节都是听音系统的重要组成部分。如果不是用耳机听声音，那么原声源和重放声源所在的房间就不可避免地成为整个系统中的重要一环。人耳最终听到的重放声音，已经掺进了房间声学特性的影响。“声学小房间”主要有三方面问题，一是低频传输频率响应极不规则．对于未经声学处理的房间来说，由声源最佳激发点至信号最佳接收点的频率传输响应非常不规则，特别是低频传输响应极不规则，“最佳”传输响应与“最差”传输响应的差别可达40dB。二是房间内空间各点的声压分布极不均匀，房间内各空间点的声压不均匀性尤其表现在声音的低频段，在约50cm范围内，声压级经常发生大于10dB的变化。三是房间内某些频率激发后，在声能的衰减过程，可能发生这样的现象，即听到的是与原激发频率相近的房间谐振频率（或称简正频率）的衰减，而不是原声源的。由于上述问题的存在，既使房间里摆设了高质量听音设备，而听音效果却可能很不好；或者同样的音频设备，放在不同房里里，效果不相同；或者在同一房间里，音箱摆在不同位置，或者人头稍作移动时，音质就发生明显变化。以上现象对低音效果影响最大，经常表现为低音不足或低音失真。
        二、室内声学条件对保真度的影响
        （一）室内声的组成
        通常，门窗紧闭的房间可以近似认为是封闭室。在封闭室内声源向周围辐射声源时，当声波遇到墙壁或某些障碍物时，将有一部分能量被吸收掉，另一部分能量将继续被反射，并继续传播。该经过反射的声波还将再次遇到墙壁和障碍物，将再次吸收和反射能量。如此继续下去，声波在传播过程中能量将逐渐衰减下去。室内某点的听音者，即能听到未经反射的直达声，还将听到经过延时和衰减过程的室内反射声。
        可以认为室内声音是由三个部分组成，即直达声、前期反射声和混响声。直达声是指听音者直接听到的声源发出的声音，未经过折射、反射或绕射等。前期反射声主要指墙壁或物体对声音的第一次反射声，该反射声较直达声稍晚一些传播到听音者。前期反射声的反射方向明确，彼此之间的时间间隔确定，强度也比较大（较为稀疏），人们的听觉经常区别不开直达声和前期反射声。而那些以后陆续传到人耳的反射声，则多是经过墙壁或物品多次反射传给听音者的，这种经室内多次反射后到达听音者的声音，称为混响声，混响声彼此之间的时间间隔很小（很稠密）。几乎可以认为在同一时刻、各个方向的反射声，具有相同的概率到达听音者。在室内声学工程上，一般将延时量小于50ms(毫秒)的反射声视为前期反射声(有时计至100ms)。
        在室内，直达声是室内声的基础。若直达声成分不足，将使所听声音缺少真实感、亲切感。由于一般听音室的空间都不大，前期反射声将比直达声延迟一些时间，但有时人们难于区分开直达声和前期反射声。但前期反射声对听感有明显的影响，它对声音的清晰度、感染力有很大影响。混响声也是重要成分，主要影响声音的丰满度、表现力。在音乐厅听音乐时，声音动听、传神，是由于这三种成分的比例适当；而露天广场听音乐时，声音浑浊、干涩，是这三者比例不当。同时，要使听音室的听感逼真，也需要促使三者配比合适，应当通过人工的方法，来调整三者配比，以改善音质。
      （二）影响室内声保真度的几个声学因素
      1．谐振
      物体、房间、器具都存在自身的特征频率或称固有频率。若周围声波的频率与物体特征频率相等时，将激起这些物体的强烈振动，这种现象称为谐振，或称为共振。该特征频率也称为共振频率、简正频率、谐振频率等。
      房间和音箱一样，都可以看成是共鸣器，在一一定条件下，都可以发生振动和共振。对于房来说，其固有频率与房间的形状、大小、室内装饰材料等条件都有关系。一间普通的房间，可以发生多种方式的振动，甚至谐振，而且可以在多个特定频率下发生谐振。通常，房间的六个侧面，可以形成多种谐振。若房间韵长度是L，宽度是W，高度是H，则声音在各个两相对的墙面之间都可发生谐振。发生谐振后，那些特征频率的声音将被突出地加强，将造成室内各个相应特征频率的声压分布不均匀，有的地方明显加强，有的地方明显减弱，引起室内声场分布极大地失真。图1.6是房间在长度方向上谐振时造成声压分布不均匀的示意图。

        在这些谐振频率当中，低频的谐振频率对听音效果产生的影响最大。上述谐振现象使声音失去了本来面目，使低音频发出明显的嗡声，这种现象称为声染色（或着色）。要力求避免和减少这种现象。
        为了尽可能减少声染色现象，通常采用两种措施：一是设计合理的房间形状和尺寸比例，使特征频率均匀分布，避免出现突出的、孤立的谐，振频率；二是增加房间6个侧面的阻尼，降低固有振动的强度。
        2．驻波
        驻波是一种在特殊条件下反射波与入射波的叠加波。前面图1.6所示的叠加波就是一种驻波。驻波使室内各点的声场变得不均匀，有的地方被加强，有的地方被减弱，造成室内不同地点、不同高度听音时效果各不相同。
        在普通房间内，可以发生3种类型的驻波，见图1.7所示。其中，图(a)是由两个相对侧面墙引起的驻波，称为轴向驻波，前面图1.6所示驻波就是轴向驻波。而图1.7(b）所示驻波是由两个侧面墙共同引起的，它称为切向驻波。图1.7(c)是由6个侧面共同引起的，称为斜向驻波。在上述驻波当中，轴向驻波具有同向轨道，能量最大，对声场的影响最大；因而，听音室前、后墙的声学处理显得更加重要。声学处理包括改变墙面形状，增铺吸声材料，改变室内设施位置等。

        经分析得知，过矮的房屋，在低频段容易发生驻波，不宜用来改建为听音室。驻波的频率取决于房间大小。小房间的驻波频率较高；大房间也可能发生驻波，但多在500Hz以下。因此，选择声学房间的容积、面积时，其值应尽量大一些为佳，增加墙面的吸声能力，或适当改变房间形体，都有助于消除驻波。
        3．扩散
        理想听音室的声场应当是均匀分布的。取得室内均匀声场的条件是具有良好的声扩散条件，才可使声音清晰明亮。扩散好的房间，声音衰减平滑，室内各处感觉声音均匀；扩散不好的房间，室内各处感觉声音不同。为了获得良好的声扩散，对房间的形状和长、宽、高尺寸比例有一定要求，它对防止形成驻波和引起声染色也具有重要作用。在图1.8中，绘出了三种典型的反射面对声反射波的影响。可见平面对声扩散没有不良影响；凹面造成声反射后聚焦，破坏了声场的均匀度；而凸面可使声波产生良好的扩散。

        墙面的形状结构对声场分布影响很大。在听音室装修时，墙面多装饰为平面；如有条件的话，应增加凸面，但制做麻烦。在装修时必须避免凹面，防止形成声聚焦，破坏音质。如果有条件，把墙壁表面设计成凹凸相间的波浪状，这是改善扩散、防止驻波的有效方法。
        另外，房间的尺寸也很重要。尺寸不合理，可引起谐振，造成声场扩散条件劣化。通常，谐振是不可避免的，声学处理可减小或合理分布振谐，改善扩散条件。一些声学专家，经过研究计算证明，采用科学的方法可使各种频率的谐振处于合理分布，并提出了房间尺寸的最佳比例。例如，有的学者提出了如表1.2所示的最佳比例组合。

        另外，装饰吸声材料对声扩散也有较大影响。可以搞集中的、大面积吸声，也可以搞分散式、小面积吸声；若吸声材料总面积相等，后者效果更好些。还有，听音区的左边和右边，声场扩散条件应当相同，它有利于听音的定位感、平衡感。
        4．干扰噪声
        在听音室的噪声主要有三种。第一种是室内噪声，是由室内电器、煤气、供水等设备引起的噪声。第二种是室外噪声，室外声源通过传导、辐射、透射等方式，进入室内。第三种是谐振噪声，是室内或室外的噪声通过室内物体的特征频率而被激发、放大的一种噪声，在谐振条件下，轻微噪声也可放大为强烈的噪声。
        根据声学理论，当两个声源的声压级相差值大于10dB时，实际听到的结果与两个声压级当中高者基本相等，因“掩蔽效应”声压较低者被忽略掉。根据这个原理，噪声声级应控制在听音级的10dB以下，这里听音声级指的是音响动态范围的下限；否则，两声压级将叠加，破坏有用声音的原来面目。听音室本身的噪声应控制在40dB以下，条件较好的用户控制在20-30dB之间。除了消除噪声源外，应对门帘采取隔声等密闭性措施。由于吸声材料同时具有隔噪作用，因此经过宽频带吸声处理的听音室，既控制了混响时间，又控制了噪声。
        5．混响时间
        混响时间是反映房间听音条件的重要指标，是衡量房间混响程度的重要参量。在听音室内，当一个稳定的声频信号突然消失后，室内的声音不会立即停止、消失，都将延续一段时间，使声压级（或称声能密度）衰减60dB（即衰减其强度至百万分之一）所需要的时间，这个经历的时间称为混响时间。混响时间经常用符号T60来表示。该时间取值必须合理，若其值取得过短，声音将发干；其值取得过长，声音将带拖尾。
        混响时间值与声音频率有关系，若不特殊说明的话，都是指500Hz频率时的混响时间。普通房间内，不同频率下的混响特性曲线很不平坦。当混响特性不佳时，高频响应差将失去细节，中频响应差将失去生气，低频响应差将缺乏力度。在高档的声学房间，应当给出T60的频率特性，即不同音源要求，T60有不同的频率特性。例如语言信号，其高频端应当适当提高，而低频端则应适当降低些，否则“嗡嗡”声过大；而音乐信号，其混响时间在频率高端和低端都可以比中频端长一些，低端T60加大，可增加声音的丰满度，高端T60加大，可增加声音的明亮度。
        最佳混响时间的选择与听音室具体用途有关，与听音室的容积大小有关。房间的容积大时，混响时间就长一些。音乐和语言对混响时间的要求也不相同，为了使语言清晰一些，混响时间应短一些。
=====================================================================

说明：本书仅为知识观点分享，不构成任何具体要求建议。

摘录于电子工业出版社《家庭影院系统原理与配置》ISBN 7-5053-4193-6/TN . 1079  编著者：政武、浩军

未完待续

lzwktzc

很好的文章，音箱硬件离不开放音环境，我经常在另一个房间听到放音房间的低频特足，气势宏大，可惜不是立体声了，真跑到音箱前，又听不到了，要是房间设计好，可能就可以实现低音的最佳效果

shiuyipyuen

听音室内高中频讯号由于波长短,导致主波与多个反射波不同相位的相加,其不均情度远远高于低频波,

而且长期作厅堂建音场工作的实测实听也证明这一点.

楼主；不是待续吗？我们万分期待

shiuyipyuen

lzwktzc 发表于 2022-7-21 15:24
很好的文章，音箱硬件离不开放音环境，我经常在另一个房间听到放音房间的低频特足，气势宏大，可惜不是立体 ...

这是另一回事;穿透力;高音没有。

轻骑漫步者

玩音响的人，必须具备的知识！

很好，谢谢。

360905364

学习了  敬待续文

mhml

学习了，了解一点视听室的声学知识，感谢分享！