不同听音室的混响指标知识
2014-04-23   来源:中国家庭影院导购网   编者:阿强    查阅:

在室内听到的声音是由三部分组成的:音箱重放出的直达声;地面、天花板和侧墙的早期反射声;时间稍后些的但更多些的称为混响(reverberation)的散射声。声音的三种组成已示于图1中。图1 在房间的四周会产生最大
在室内听到的声音是由三部分组成的:音箱重放出的直达声;地面、天花板和侧墙的早期反射声;时间稍后些的但更多些的称为“混响(reverberation)的散射声。声音的三种组成已示于图1中。
混响时间图
图1 在房间的四周会产生最大的声压
    混响理所当然地是声音的一项基本组成。虽然不能单独地听出混响,但混响确实为音乐添加了温暖感和空间感,混响不可或缺。有了适当的混响,音乐才会听来余音绕梁而不绝于耳。如果重放音乐时没有混响,听到的音乐便会干涩、枯燥和不自然。日本Denon公司曾出过一张“Denon Anechoic Orchestral Recording(Denon PG 6006)”的CD唱片。因为是特意在反射全部被吸收了的消音室中录制的。所以在听唱片中的管弦乐时,便会感到音乐同那些哪怕是在小型的专业录音室中录制的音乐也仍然有天渊之别。干巴巴的,既不悦耳动听又不自然流畅,而且还非常地难听。
    室内混响得经过一段时间后才会消失(见图1)。声音衰减60dB所需的时间便是所谓的室内混响时间RT60。小型的声音沉寂的专用于录制摇滚乐的录音室的RT60可能只有0.1s;而大教堂的RT60则可长达6~7s。室内混响时间的长短可以表明房间是“活跃”还是“沉寂”的程度。通常,混响时间稍长些的房间便称为“活跃”。此时直达声和反射声的比例反射声占20%~30%,在这样的房间中音乐听来丰富、柔和而有生气。而房间内的反射声的比例反射声较少,吸声较多而混响时间短的房间则称为“沉寂”。此时直达声和反射声的比例反射声仅占5%~10%。在这种房间内听到的音乐便枯燥无味。欢迎光临阿强的家庭影院导购网
    各种用途的房间在频率500Hz时的最佳混响时间如图2所示,而世上一些著名的音乐厅的混响时间则可见表1。
不同房间的混响时间图

不同音乐厅的混响时间

图2 不同房间的最佳混响时间

    虽然混响的概念更多的用于音乐厅这样的大型场所而很少用于Hi-Fi听音室这类小型的空间。但混响在平衡室内的吸声方面多少还是可以派上用场的。在有反射面的房间内,混响时间便比较长些;而在那些铺设有地毯,摆放有柔软家具和悬挂了窗帘的房间内,由于多半吸收声波而不大反射声波,所以混响时间便会短些。
    需要在听音室内选用些不同的吸声和散射的材料,以便能达到综合的平衡。从而使最佳混响时间能够在整个音频频带内大致保持为恒定值。
    那么,在用于聆听音乐的听音室内,理想的混响时间又应当以多少为好呢?说起来,混响时间倒不宜长,但也不应过短。混响时间过短时,声音会听来干涩,枯燥无味而不自然,声场似已集中到音源的附近,因而缺少包围感和空间感;但混响时间过长时,声音又会过分活跃,旧的声音尚未消失,新的声音又已出现,由于声音的混合而使原声含混不清,细节严重丢失,可听程度大为降低。另外,对于不同类型的音乐,混响时间也有所不同。如对轻音乐,混响时间可称短些,而对大型交响乐,混响时间则可稍长些。听音室的最佳响时间是同房间的体积有关的。对于250m3的房间,混响时间以0.9s为好,而对570m3的大房间,理想的混响时间则以1.4s为好。至于一般的家庭听音乐,混响时间以0.5~0.6s为好。可以用在室内拍手或刺破一个小气球的办法来比较准确地测出室内的混响时间。大声地拍手或刺破一个小气球,然后用秒表记下开始出现响声到声音完全消失之间的时间。重复进行几次并取其平均值,便可测量出比较可靠的RT60值来。
    然而,仅仅有一个总的最佳混响时间还是不够的。应当设法让室内混响时间在所有的音频频率上皆大体上为相同的数值。那么,应当怎样综合使用吸声和反射材料,才能够在音频频带内获得最佳的混响时间呢?在室内铺设厚实的地毯和挂以厚
厚的窗帘虽然可以吸收些高频,但却不能够吸收低频。因此,在频率低时的混响时间便会比频率高时的要长些。此种情况如图3所示。因此,即使是用了一套Hi-Fi的音响器材,在重放音乐时仍会让低音显得过重和缓慢而高音呆板不活。因此,便专门规定了在125Hz,250Hz,500Hz,1kHz,2kHz以及4 kHz这6个频率上的混响时间。希望在这6个频率上的混响时间能够大致相同。实现舞会现则是综合使用声学处理的方法,也就是设法选些随着频率变化而有不同吸声特性的材料,并对之加以综合的利用。现在便来看看这些吸声材料将会对入射的声波起些什么作用。


    听音室内的每一个表面将或是吸收或是反射或是扩散(散射)声波,三者必居其一。先来看看对声波的吸收和反射。表面吸声的程度可用吸声系数(absorption coefficient)表示。吸声系数是衡量在所规定的6个频率上,材料吸声的百分比的。吸声系数为1.0就表示100%的吸收。比如打开的窗户,声波穿窗而出便一去不回。0.1 的吸声系数则表示10%的吸声,另有90%的声波能量会反射回室内。吸声系数甚至还可以大于1.0。比如有些楔形的泡沫块,它们对声场所呈现的面积便大于和墙壁接触的面积。
    一些常用的吸声材料的频率特性如表2所示。
常用吸音材料特性
    由上表可见,铺陈的毛毡上的地毯在低频时几乎不大吸声,但在频率4 kHz时吸声则差不多高达75%。相反的是,13mm厚的石膏板在低频时将会吸收相当一部分的低频(29%),但对中频和高频时则绝大部分皆会加以反射。
    再假设将听音室的四壁以及在天花板和地板上皆临时铺上厚实的地毯。因此将会吸收差不多所有的高频并反射几乎全部的低频。因之,高频时的混响时间便会很短而低频时的混响时间则会很长。如果在这样的房间内去听音乐,便准会听到过厚、过重和拥挤的低音。让人听来很不舒服。此外,这样的听音室还会通过共振而存储低音并在随后再释放出来,使瞬态信号变坏,而中频和高频时的短暂混响时间,加上轰隆作响的低音,更会使清晰度进一步地下降。如果此时再将音量开得大些,情况便会更为糟糕。另外一种极端的情况则是室内四壁皆抹有厚厚的石膏,地面铺有瓷砖而室内又未铺设任何的吸收高频的吸声材料。那么便会听到过于明亮,生硬和单薄的声音。室内声学处理的技巧便在于如何巧妙而合理地搭配使用吸声材料,以便使吸声量能够在六个频率上大体相当。实际上,要在低频上有足够的吸声便很难。大多数房间的混响时间皆在低频时要长一些。好在为了让声音听来温暖些,倒还希望低频时的混响时间能够稍长一点。
   室内混响时间是可以计算的。首先将吸声材料在六个频率上的吸声系统分别乘以材料表面的面积(m2)。例如:地毯的面积为27m2,则27×0.73(4 kHz时铺在毛毡上的地毯的吸声系数)便得19.7个吸声单位(称为Sabine吸声单位)。依次计算出其他五个频率的吸声单位。对于每种吸声材料,均应进行这样的计算。再按美国物理学家Wallace Clement Sabine(华莱士·克莱门特·萨宾)提出的以下公式来计算混响时间:RT60=0.163V/Sαav式中,RT60为混响时间(s);V为房间的体积(m3);S为室内表面的总面积(m3);αav为Sabine平均吸声系数。

    Sabine的计算公式对大些的房间要更为准确些(假设吸声材料系均匀地铺设在整个的听音室内),但仍然给人们提供关地在低频跟高频之间达到吸声平衡的启示。要是在计算时发现在125 Hz和4 kHz之间算出来的总的Sabine吸声单位有较大的差异,便表明应当设法添加些吸收低音的材料才能够上混响时间能够平均一些。本章前面曾介绍过的那些声学处理的材料,便都可以用来设法让混响时间在音频率范围内能够比较一致。
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