CEDIA/CTA-RP22沉浸式音频设计推荐规范要点分析3

关于CEDIA/CTA-RP22沉浸式音频设计推荐规范的分析，我们已经对RP22推荐规范关于性能等级、座位布局、扬声器布局方面的相关要点进行了详细的介绍。回顾上期的关于RP22方面介绍的主要内容，我们集中谈论了RP22推荐规范当中备受关注的关于扬声器安装高度、增宽扬声器摆位、顶置扬声器摆位、扬声器合适安装数量、扬声器指向性、扬声器入墙或障板安装等关键技术要点。同时，在RP22推荐所涉及的扬声器性能分析方面，则是重点介绍了目前国际上越来越流行的Spinorama扬声器轴向测量体系，以及相关的测量数据的重要性、如何理解该测量数据曲线最终代表的含义。那么在本期，我们则是将重点放在定制安装人员与用户都十分关心的低频与房间优化的部分，包括了低频房间优化目标、房间驻波、房间尺寸优化、低音炮摆位优化、多低音炮使用、低音管理、高级低频优化技巧等，同时也会介绍RP22关于房间隔声的部分内容，主要包含三大板块，分别是传声等级、隔声测量以及建筑隔声等级分类。这些部分均属于我们打造沉浸式音频系统之中的技术重点与难点，值得每一位影音行业工作者、影音爱好者与发烧友参考与充分学习掌握。

RP22沉浸式音频设计推荐规范要点分析3：

低音炮与低频房间优化

●  低频房间优化目标

●  房间驻波

●  房间优化方案

●  房间尺寸优化

●  摆位优化

● 多低音炮使用与摆位

● 其他可选低音炮摆位

● 低音管理

● 高级优化

● 房间优化流程

● 低频响应表现

隔声处理

● 传声等级

● 隔声测量

● 建筑隔声等级分类

上图列出了一阶、二阶与三阶轴向房间模式的具体位置

RP22沉浸式音频设计推荐规范，

低音炮与低频房间优化

低频房间优化目标

在家庭影院房间中实现准确的低频声音再现的主要目标，是令所有座位上的低音声压级与频率响应保持一致，并没有产生可闻的共振问题。同时这应该在低频系统工作效率损耗不大的情况下能够实现，具体来说就是指不要过度使用电子均衡处理。

在这个目标下，房间优化特指减少在20-80Hz低频频率范围内，不同座位间所接受到的低音炮输出频率响应的变化。需要强调的一点，具体来说如何使频率响应变得相对平坦，或者获得额外声压级的低频输出的提升，并不直接包括在以下的所提及的低频系统和房间的优化之中。不过，这些目标可能会在优化过程中实现，或者在系统优化后更容易得到实现。

房间驻波

房间模式(驻波)由房间的尺寸和形状决定。这些共振频率在房间不同位置，对同一频率的低音产生巨大的幅度差异，通常高达20dB甚至更高。所有模式均在房间边界为峰值，零点和峰值会根据模式顺序(一次驻波模式的整数倍)分布在房间之中。在平行墙面的长方形房间内，房间模式的位置可以根据两墙之间的距离和声速参数计算得到准确的预测数值。需要注意的一点，墙体结构、门、窗、聆听区域的座位台阶等都会影响房间模式的确切位置和实际的频率。

鉴于聆听区域内各个座位间可能存在巨大的频率响应差异，因此实现平滑和一致的座位间频率响应，并进行响应的均衡是必要的。但是，如果没有优化的设计来定义座位布局和低音炮的摆位，进行均衡处理，对所有座位来说可能无法产生正面与一致的效果。

房间优化方案

在家庭影院的房间内想要实现最佳的低频性能，可以结合使用以下两种方法。

●房间尺寸优化——通过调整或预设房间尺寸来减少房间模式的影响。

●摆位优化——使用多只低音炮进行特定摆位，并与低音管理相结合，以改善座位间的一致性。

理想情况下，家庭影院系统中的所有方面，包括房间尺寸、座椅位置、低音炮位置，都是由设计师所指定的，以优化整个系统的低频性能。即使其中某些参数无法改变，但其他参数仍可被设计师所优化。例如，如果房间尺寸是固定的，可以选择优化的低音炮摆位和座位区域分布。如果房间尺寸和座椅位置都是固定的，仍可能优化低音炮的摆位与布局分布。相反，如果房间尺寸和低音炮的位置固定，可以调整座位布局以最大限度减少房间模式的影响，从而改善座位间的一致性。

在选择优化方法时，可以充分考虑表以下列表的几个因素。以下表格为各种情况的优化提供了相应的建议，其中涉及小房间(住宅)内使用多只低音炮和多个座位的情况。上述表格主要针对不同的房间大小、房间是否矩形来给出相应的座位与低音炮的布局建议

房间尺寸优化

为了获得更好的声音表现，而进行优化房间尺寸的做法，其实很早就已经存在了。房间尺寸比例对房间模式频率分布的影响已经得到了广泛的研究。的确，每个房间都会存在房间模式。然而，房间长度、宽度和高度的某些比例可以使驻波模式频率更加分散分布，在特定频率和座椅位置布局上可以最小化问题，获得更好的解决方案。

如果系统设计者能够自由选择房间尺寸和尺寸比例，通过选择合适的房间尺寸来处理驻波模式响应的问题是明智的。虽然目前已经有众多不同的模型，来寻找理想的房间比例(所谓的“黄金比例”)，但由于不同项目之间存在众多变量，这些模型通常并不适用。低频在空间中的实际的房间模式响应会受到多个因素的影响，包括房间体积、低音炮数量与位置以及影响低频效果的建筑材料和墙面建造方法等。

尽管没有完美的比例可以能被普遍参考，作为一般建议，通常来说以长度与宽度比为1.15-1.45:1，往往可以获得合理的房间模式频率间隔，随后可以通过额外的低音优化与低音管理技术进一步改善。高度则可以相对自由地选择，而不会损害音质。宽度与高度的比率应大于1.1:1，同时避免宽度和高度呈整数倍(例如1:1，2:1等)。

如果不可避免使用非优化房间比例，可以通过调整低音炮的数量、位置以及电声优化的组合部分来缓解许多负面影响。非矩形房间是极难建模的，因此很难提供房间模式预测数值。

我们可能会假设所有的房间模式对听众体验有着同等感受，但实际上，根据低音炮和座位的位置，有些模式属于影响因素，有些则不会。此外，房间尺寸优化旨在实现平坦的频率响应(不使用均衡处理)。因此，当与位置优化结合在一起的时候，房间尺寸优化的效果会更好。

房间低频性能的影响主要由以下几个方面所组成：

●房间体积

●房间比例 

●听众位置

●低音炮数量

●低音炮位置

●低频的吸收

●低音炮的电声优化

摆位优化

由于房间模式的存在，除非采用特定多只低音炮的摆位来平滑驻波模式的影响，否则座位间的频响与声压级的差异仍将存在。在充分考虑减少房间模式的影响来设计座椅布局之后，摆位优化指的是在矩形房间内，相对于房间比例最优化选择来说，进行低音炮的摆位优化。

采用多只低音炮的精心布局方式，可以平滑驻波模式，以及提高均衡处理的有效性，这一点非常正确。仅仅优化尺寸是不够的，低音炮摆位的优化也是实现所有座位低频效果一致性的关键因素。

多低音炮的使用与摆位

根据国际上众多相关的系统性研究得知，当座位区域位于房间中部(首选)或房间中后部之间时，采用由两只或四只低音炮所组成的对称布局配置是可行的，并且低音炮应该靠近或安装在墙面上。此外，低音炮安装在墙面中点的配置往往可以取得更好的效果。通过摆位优化，即使是长宽比例呈整数倍的房间(过去经常被认为是很难获得好的低频效果)也可以被成功优化。

上图显示了在矩形房间中2只或4只低音炮的7种布置方式。这些配置按照对多个座位位置的效果从最佳(a)到良好(g)的顺序排列，其中四只低音炮通常优于两个

●配置(a)要求低音炮摆放在远离墙面的位置，可能在天花上或天花板内。虽然实际操作方面，可能不太实用，但这个选项之所以被包括在内，是因为它可以在房间的大部分区域提供几乎完全平坦和一致的低音。

●配置(b)的座位间变化最小，在所有低音炮墙面放置选项中。

●所有其他配置，特别是(c)和(d)，既可以实现良好的低音表现，同时也能获得较小的座位间差异性。

●配置(e)可以实现略高一些的低频输出声压级(更高的效率)，通常比其他配置高1-3dB，这是由于房间角落边界增益的结果。

●配置(f)和(g)需要在每个位置调高低音炮的输出，大约是单个低音炮输出的两倍，才能接近上述所示其他配置的声压级输出水平。然而，在这些位置的墙面中点放置双重低音炮(两只相同的低音炮并排)，可以产生与配置(e)相当的声压级输出。

请记住，这些配置在不同房间实际情况下并不一定能够保证可以获得更好的低频效果，但意义在于这些配置可以带来更一致的座位间响应表现。在低音炮的选择上，多低音炮摆位方案通常要求是相同的型号，采用紧贴房间墙面的安装方式，以相同极性相连接，并设置相同的输出电平。假设低音炮放置地面上，如果挂墙式的低音炮位于地板以上相同的高度，其效果应该是近似的。

总之，采用对称的多低音炮布局方式，可以有效改善座位间一致性，但具体情况还需要设计师充分考虑房间和系统众多实际细节。谨记这些配置只是推荐的参考，不一定适合每种实际应用场景。

需要注意的一点，上述所提及的多低音炮布局方案当中的矩形房间，是指房间四面墙体结构是相同的情况下。当房间的一面墙为砖墙而其他墙为单层石膏板，那么就可能不会现出对称矩形房间的特点，可能会表现出与实际物理尺寸稍有差异的矩形房间的特征。这点特别需要注意。

还需要注意的是，对于有阶梯式座椅布局的房间，位置优化的结果可能会有些难以预测。这类情况暂时还未经过系统研究。

总之，低音炮布局优化的建议主要基于四面墙体相似且座椅在同一平面上的前提下。如果情况复杂，具体的效果就需要现场测试验证，而不能直接引用相关的推荐配置。

其他可选低音炮摆位

低音炮也可以放置在房间外墙以外的其他位置，并且可以不仅限于地面高度。在一个矩形的房间里，如果没有台阶式座位布局，可以假设将低音炮在垂直方向调整位置，这样做只会影响高度方向的驻波模式(相对于宽度和长度方向的驻波模式)。如果听众的耳朵高度在整个座位区域是相同的话，这并不会导致座位之间的声音变化。然而，在真实的非理想房间里，情况可能并非如此。

不幸的是，在其他位置增加低音炮，会极大地增加问题的复杂度。目前还没有对包括低音炮高度，例如说吊顶安装安装位置的系统性说明，但是有些实际安装的证据表明这种配置可以是有用的。

低音管理

在前置和环绕声道使用全频段扬声器的方案，一般不能为多人聆听提供均匀低音效果的最佳方式，当然单个低音炮方案也不是一种最佳方案。应该将多个扬声器输出的低频信号输出并通过低音管理系统处理，并且与LFE信号向结合，均等地输出给按特定模式布局的多只低音炮的时候，具体就是前面的情况，就能带来出色的低音均匀性。需要注意的一点，如果输入到不同低音炮的信号并不相同的时候，则是几乎无法进行优化处理。

高级优化

除了前面所提到的摆位方案之外，包括双低音炮阵列(DBAs)和其他主动声学技术，来处理房间驻波模式的解决方案正在兴起，未来可能会被纳入到RP22推荐规范的修订版本。基于装后房间的其他更复杂的解决方法也是可行的。这些方案不仅限于上述的矩形房间的优化方案，还包括对每只低音炮的输入音频信号进行电子修正处理的方案。这种类型的优化是迄今为止最强大的，但需要一个已经建好的家庭影院系统房间，以及从每只低音炮到每个座位的实际响应测量。

最后，房间可以使用声学建模软件进行建模。这通常需要非常高的预算成本，但不需要建好的家庭影院房间以及实际的测量数据。更重要的一点，要准确获取房间墙面实际的声学特点参数可能也会是相当困难的。

房间优化流程

●在最一般的情况下，当房间尺寸和座位区域未知且无法影响时，应该选择前面所推荐的多低音炮布局。

●选择低音炮布局、座位区域和房间尺寸的最佳组合。如果其中一个或两个参数是固定的，则为其他选择最佳方案。

●针对房间模式进行适度阻尼的低频房间共振处理也是是一种可行的方案。

这可以通过使用某些特定的墙体结构来实现，但只有在不影响隔音要求的情况下才可行。例如，传声等级较高的墙体往往比较大且坚硬，因此会吸收较少的房间内部的声音能量。可以考虑在适当位置使用专门定制的低频吸音装置来吸收低频声波。

●选择在声音调校期间进行进一步优化的设计。

通过控制单只低音炮电平和延迟来优化房间声学方面的问题是有不少的帮助的。在使用多只低音炮的情况下，准确地调整低音炮的电平和延迟，可以有效减少可闻的共振声。我们可以通过免费或商用软件来进行这方面的优化。

●在设计阶段使用高分辨率的参数型EQ均衡器，专门用于调节主低音炮输出。

EQ均衡器应能以2Hz或更好的分辨率设置滤波器的中心频率，并至少可以设置6个独立可调节的滤波器。为每只低音炮提供独立的均衡通道也十分有用。应在所有低音炮同时工作的RSP处进行最终均衡。最终应该使得所有低音炮同时在RSP参考聆听位置处共同输出时，得到最终的均衡。

这里的目标是要选择适合的低音炮摆位，使它们不会处于任何导致座位区域声压级变化的房间驻波模式位置中，同时也要调整座位的摆位，使其不处于任何房间驻波模式的零区。这种方法的准确性可能会受到简单驻波模式计算器以及其他房间实际因素的影响，比如非理想墙体结构，或软质家具对低频的吸收。如果房间空间非常不规则，房间优化处理将变得更加困难。

低频响应表现

低频房间优化，包括物理和声电方面，应该适用于从房间的过渡(Schroeder施罗德)频率一直到低音炮所能达到的下限(-3 dB)。优化的目标是实现又一定频率下潜、平滑，且在各个座位间一致性良好的低音重现。

上图为低频响应的性能等级判断，包括房间内低频下潜频率、房间过度频率响应、座位间相对参考聆听位置频响差异性

RP22沉浸式音频设计推荐规范，隔声处理 传声等级

为了实现良好的隔音效果，需要设置一个有效的声学屏障来阻隔相邻空间的声音传递。这里涉及到以下两个目的：

●防止外部噪声破坏精心设计的低背景噪声的聆听空间环境。

●防止聆听空间内部系统播放的高声压级影响到相邻空间的用户。

考虑到电影当中安静的桥段，比如树叶簌簌或轻声低语，声压级可低至30dB左右，而安静社区内家居典型噪声水平约为50dB，使用某些家用电器可将其推高至80db或更高。如果家庭影院空间不采取隔音处理，其他房间或外界的噪声就有可能侵入，破坏沉浸感。

聆听空间的本底噪声越低，其声音的动态范围就越大。所需的隔音级数则取决于声音质量和相邻空间噪声敏感度两者之间的权衡。在某些情况下，不同国家或地区的法规会规定相邻物业噪声的最大限制值。例如，伦敦街道的地下室改造。实现参考级别的隔声处理，需要注意每一个细节。设计和施工过程中绝不能有任何薄弱环节。录音棚设计师提出一个叫“钥匙孔效应”的现象。具体来说，即使录音棚在各个方面都完美无瑕，但在移交使用后不久，居然收到外部噪音扰民的投诉。调查发现，原因是锁匠在门上开了一个钥匙孔。因此，任何小缝隙都会泄漏声音，这是我们在隔声处理过程中必须要注意的关键点。因此，想要实现高品质的隔音需要对每个构造细节进行精心设计、施工和验证，以确保声学屏障的完整性。

隔声测量

用于实现隔音的材料和组件通常被称为“隔声材料”，但更准确地说应该是“减声材料”，主要原因在于它们通常减少而不是完全阻断声音传输。这类材料能够减少声音传输的数量，可以用任意频率的传声损失(TL)来表示，以分贝(dB)为单位。但是，为了量化某一频段范围的减声性能，通常会使用到以下两种指标。

●传声等级(STC)- 美国ASTM E413标准化的评级，STC是一个整数，用于评定125Hz-4kHz范围内，1/3倍频程或全倍频程的传声损失，权重中心频率为500Hz。

●减声指数(SRI)- 全球ISO 10140(原ISO 140)标准化，SRI是一个整数，来自100Hz至3150Hz范围内1/3倍频程的A计权测量值，并进行对数计算生成一个标注为Rw(R表示减声量，w表示加权)的数值值。

因此，这两个指标综合了一定频率范围的测试，用单一数字来评定材料的隔声性能。选择时应考虑实际的隔声需求。 

上图显示了两个不同测量标准的传声等级测量曲线，这是从单个传声等级数值所衍生出来的两条曲线。曲线起点低且随频率上升的原因是，低频的播放长、能量高，更难屏蔽，而相对较短波长、低功率的高频声音则更容易被隔离。实际上，尽管STC和SRI指数的频率范围和加权不同，但对某些产品而言，实际的STC或Rw数值可能相同，或仅仅相差几分贝

上图显示了使用SRI标准测量两扇单门的示例，Rw数值差异很大(35对比41)。高于曲线表示在那些频率更好的减声效果，而低于曲线表示相对参考值，减声效果较差。但是，观察每个对应的测量图表可见，这两个样本在160Hz以下的范围内差不多。由此可见，如果仅仅关注低频部分的隔声效能，更高的Rw数值效能并不一定更好。

沉浸式音频系统往往会输出大量低频能量，因此，在低频部分的TL数值测量显得非常重要。因为仅仅是STC或Rw数值不一定能准确地反映出这一点，在设计整体隔音需求时，可能并非是十分可靠的指标。在选择相应隔声产品时，每1/3倍频或全倍频的TL测量数值更有参考价值。

当家庭影院房间竣工后，可以测量整个房间建筑的空气传声隔离性能。这通常以Weighted standardized level difference计权标准化声压级差表示，记作DnT,w(D表示差异性)。

应用示例：如果一个房间获得45dB DnT,w的评级，则代表假设在家庭影院房间中测量得到85dB的音量，在相邻房间将听到40dB的声音干扰。

这些测量通过在源房间发声，同时在两个房间测量声压级来获取。这个过程主要在1/3倍频程频段的多点进行多次重复测量。ISO 16283-1标准描述了测量过程，ISO 717-1描述了计算计权标准值的方法。重要的是，DnT,w的值一般比Rw值低4-6dB，这当中的主要原因在于现场测量成品与实验室条件下测量产品存在固有差异。

建筑隔声等级

墙面、天花板和地板的隔声处理施工细节在RP22附录中有详细描述。想要达成理想的效果，需要充分考虑以下五个隔声要素标准。建材产品的声学性能通常用STC或SRI数值来表示，系统设计师可以根据这些数值来判断是否适用于实际的工程项目中。

●标准建筑结构

典型的非声学评级建筑结构，对于娱乐空间相邻的噪声水平要求较低，并不敏感的房间已经足够，比如储藏室、走廊、地下室(假设无高噪声机械)等。

典型STC或Rw数值为34。

●隔音级别1

推荐用于家庭影院房间相邻的噪声水平要求中等或轻度噪声敏感的房间。具体空间例子，包括厨房、餐厅等。

典型STC或Rw数值为52。

●隔音级别2

推荐用于家庭影院房间相邻的噪声水平要求较高或噪声敏感房间。具体空间例子，包括客厅、餐厅、卧室等。 

典型STC或Rw数值为60。

●隔音级别3

推荐用于家庭影院房间相邻的噪声水平很高或非常噪声敏感的房间。具体空间例子，包括对噪声要求很高的卧室与书房。需要注意，如果家庭影院房间临近工厂、市场等嘈杂区域，则可能需要采取极端措施。对于面临道路、机场、铁路、音乐厅或其他高噪声源的家庭影院房间隔声处理需要特别小心。这种情况下推荐寻求技术能力较高的声学顾问的帮助。

典型STC或Rw数值为70。 

●隔音级别4

推荐用于高造价的家庭影院房间系统。应该采用房中房，浮筑地板结构，具体可以参考RP22附录。所有房间内部的机电设备必须采取降噪处理，房间中的所有孔洞都必须用声学密封胶封闭，内外层之间绝不能有任何刚性连接。投影系统应放置于空间外，使用专门设计的投影机投射窗装置。这种情况下务必寻求技术能力强的声学顾问的帮助。

典型STC或Rw数值为80。