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1、电声-1997-03-曹孝振-音质设计的发展声能在室内达到了稳定状态时停止发声(图1a) ,声能在室内逐渐衰减直到为原来声能的1. 106 (图1b ) ,也就是比原来的声级降低60dB (图1c) ,该衰减过程所经过的时间就是该室的混响时间(T 60)。从理论的角度来看,其衰减应符合指数曲线,如(图1b)所示,即其斜率是直线的,如(图1c)所示。50年代以前的数十年期间,混响理论是音质设计的主要根据,相应地是以布置吸声面为主的方法,称之为“吸收型”,这是音质设计的第一代。5060年代,仍然是以混响理论为根据,但是发现了在室内声能衰减过程中,往往不是一开始就进入混响过程,而是在开始阶段的t0时
2、间内有明显的前次反射声组成(短延迟时间内的反射声的个数、序列和方向) , t0一般为2040m s,但在某些大容积的厅堂内会延迟到达120150m s;相应地此时的声能下降值为-10-20dB才进入混响过程(图2a) ,因此对室内声能衰减过程进行了微观的分析,探讨了前次反射声对室内音质的影响;开展了室内音质的第二评价标准的研究;众说纷纭,各有千秋,但是都不能脱离混响理论,确立一个独立的评价标准;相应地是以布置反射面为主的室内设计方法,称之为“反射型”,这是音质设计的第二质设计方法,所以仍应称之为“反射型”。这是音质设计的第三代。以上所述的三代音质设计是历经几代人的2专题报告音质设计的发展建设部
3、建筑设计院曹孝振 摘要 本文概述了音质设计的发展过程 ,并叙述了当前室内音质设计的几种方法。 关键词 音质设计扩散处理反射处理 Abstract Thedevelopingprocessofacousticaldesignandseveralmethodsofroom a2 coustical design are briefly introduced in this paper. Key W ods acoustical designdiffusion processingreflection p rocessing 1音质设计的发展过程扩散声场是本世纪初美国 C.赛宾教授提出混响时间计算式
4、的理论基础 ,当声源发声后 ,代。由于对前次反射声研究的深化 ,发现了侧向反射声是前次反射声中对室内音质起着非常重要的作用 ,但仍然是以布置反射面为主 ,只是考虑让首先到达的反射声是以从侧向来的音努力而不断发展起来的 ,取得了很大的成就 ,但不免有所偏颇 ,存在着不少问题。当前的音质设计是向综合方向发展 ,确认混响理论为基础 ,并向微观方向开拓 ,考虑前次反射声组成的合理性和适度的侧向反射 ,但是关键还是扩散 ,也就是室内的声能随着时间的增长在室内混响过程的早期阶段就达到了扩散声场的条件 ,其表现为早期衰减时间 (ED T )比较长 ,衰减缓和 ,人们能感受到强的混响感 (图2b)相应地是以考
5、虑室内声场扩散为主的室内设计方法 ,称之为“扩散型”。这是音质设计的第四代 ,也就是当前音质设计的趋势。“扩散型”的音质设计 ,其室内设计的处理 ,首先是应按不同功能的房间确定它的高度 ,例如音乐厅的高度为 18m 22m ,影剧院为 10m左右 ,歌舞厅至少为 5m ,只有具备这种高度的尺寸 ,才能使声音有好的扩散 ,特别是低频声的扩散 ,同时这也是表演和艺术照明取得好的效果的必要高度。然而按照高宽长的比例确定房间的空间 ,从声学的角度推荐的房间比例为根式比例 (1 2-2 2-3)或者是“黄金律”比例 电声技术 3.1997 (01618 1 11618) ,可以使室内的简正方程分布均匀
6、,也就是能获得好的室内频率响应 ,对于视觉来说“黄金律”也是美的比例 ,在此基础图2反射型 (a)和扩散型 (b)室内声能衰减特点上根据声反射的要求确定有关表面的角度并围合成房间的体型 ,同时根据审美的需要进行变换,显示室内空间的个性。在材料布置 ,建筑和声学构件的设计等处理上也应满足声扩散的要求,例如在同一室内有无扩散体 (声学构造 )的混响衰减曲线的变化 (图3) ,由图可知有扩散体的情况下早期衰减时间 (ED T )长,衰减缓和 (图3a) ,无扩散体时 ,早期衰减时间短 ,衰减陡,衰减曲线有明显的折线现象 (图3b)。综合地采取上述的室内设计手法和措施可以达到室内混响过程的早期阶段电声
7、技术 3.1997 图3扩散体对混响衰减曲线的影响就能达到扩散声场的条件 ,并且又能满足所选择的混响时间的要求 ,另外还能符合审美的要求。这样才能在室内设计中表达室内的音质和审美的功能内容。 2室内音质设计的新方法上述表明 ,在达到室内混响时间标准的前提下 ,运用不同音质设计方法来进行音质设计 ,其听感效果却有很大差别 ,因此不同功能的大厅都应以“扩散型”的音质设计方法进行设计。 211适宜演奏音乐的大厅要求混响时间长 (例如音乐厅 ),所以厅内除座椅表面外 ,其它各表面的材料基本是反射的,这类大厅是属于“反射型”。其音质设计基通常处理之后的较短时间间隔(t0)所以在直达声内具有一定数量的、本
8、上有下列三种情况 :声源附近的表面是反射的,强的、定向的前次反射声组成 (包括前次反射声的数、序列和方向 ),室内声能衰减的图形如图4所示。 t0一般为 40m s 60m s,容积大的厅堂会延迟到 120m s 150m s,相应的声能下降值 ($L )为-10 -20dB才进入混响过程 ,强的前次反射声与直达声的声级差 $较小。由于强的前次反射声的声能被座椅或听众和座椅所吸收 ,这部分较强能量的声能不再或很少参与室内混响过程 ,所以室内的声能随着时间的增长不能很快地而是需要一定的时间间隔 (t0)才能达到扩散声场的条件 ,因此早期衰减时间 (ED T )不会长 ,其斜率也不会很缓和 ,所以
9、不会感受到强的混响声能 ,混响感不强 ,即使实测的混响时间还是按标准要求是长的 ;并且还有清晰有余,圆润不足之感。扩散处理在前次反射声的反射面处进行扩散处理 ,变定向反射声为扩散声 ,这种大厅属于“扩散型” ,其声能衰减图形如图 5所示。被扩散的、强的、前次反射的声能有部分被逸散 ,也有一部 t0) ,t0) ,图5扩散型处理分被座椅或座椅和观众所吸收 ,但有相当大部分被扩散在室内 ,参与室内混响过程 ,所以与通常处理情况相比,它与直达声的声能差$2要大一些($2 $) ;室内声能随时间增长而较快(t02 )中室内就能达到声值(A )的条件下,出现实测的混响时间比计算值短的情况。212适宜语言
10、使用的大厅要求语言清晰度高,混响时间短(例如电影院观众厅) ,所以包括座椅表面在内的各表面都具有较强的吸声能力,这类大厅是属于“吸收型”的。其音质设计基本上存在下列三种情况:通常处理声源附近的表面是吸声的,所以前次反射声被吸收。室内声能衰减图形如图7所示。前次反射声能与直达声能差值$4很大($4 $) ;室内声能衰减很大($L 4 $L ) ,所以早期衰减时间(ED T )很短,斜率很陡。假如室内声场是扩散的其进入混响过程的时间间隔(t04 )与第一种情况的(t0 )也差不多(t04所以其混响衰减曲线有明显的折线现象。这类大厅的混响感很弱或没有。这是电影院观众厅的通常处理方法。长期实践经验表明
11、,观众在电影院中希望听场扩散的条件因而在与通常处理情况的同样容积;所以室内声能衰减较少 ($L 2 $L ),室内声能不能随时间增长而很快地达到声场扩散的条件 ;室内混响过程开始时间间隔 (t03 )较长 (t03 t0)。所以早期衰减时间 (ED T )短,斜率陡 ,室内混响衰减曲线明显地呈折线现象。在同样的容积 (V )和吸声到的不仅是真实反映录音棚中的声学效果 ,还图7吸收型正常处理希望能感受到观众厅的空间感和临场感 ,即有一定的混响感 ,所以对这种处理的大厅的音质感到是不足的。反射处理目前也有人主张加强前次反射声的处理 , 电声技术 3.1997 在混响过程的后期阶段进行强吸声处理 ,
12、以达到短混响的目的。由于前次反射声被座椅或人和座椅所吸收所以早期衰减时间不会长 ,故而混响感不会明显加强 ,声音因清晰 ,这对于宽银幕立体声电影院的音质是不利的。因在声源附近有强的前次反射声会对声定位有干扰。其室内声能衰减图形如图 8所示。图9吸收型扩散处理扩散处理在声源附近的表面进行扩散处理 ,使大部分声能及早参与室内声能混响过程 ,室内声能随时间增长能够很快地达到声场扩散的条件下,早期衰减时间 (ED T )长,斜率缓和 ,听感评价认为比实际测得的混响时间长 ,因此有一定的混响感。在 t06之后进行吸收和扩散处理,使声场尽量地扩散 ,并达到混响时间短的标准。由于前次反射声被扩散 ,所以不致干扰声定位。其声能衰减图形如图 9所示。 213剧院、影剧院、歌舞厅这类大厅的混响时间标准处于上述两者之间,其音质设计的情况按上述情况表明同样应该采用扩散处理的方法 ,以期达到既符合客观混响时间的标准 ,又具有好的混响感的音质条件。所以 ,在进行室内设计时 ,不仅要求按使用功能来选择混响时间 (这是现在唯一能进行计算和测量的音质标准 ),并且应该首先确定室内的尺度 ,这不仅有利声音的扩散 ,而且也能满足视觉要求
