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音响系统与建筑声学之间的关系

文章来源:合肥声韵电子  发布时间:2014-8-25 7:13:41  点击:
音响系统与建筑声学的关系音响发烧友有一个口头语“低级发烧友玩器材,高级发烧友玩房间”,充分说明了建筑声学对取得优良音质的重要性。周密考虑和正确设计室内声音的传播条件,是获得优良音质的保证。

  房间中某一点声源发声时,声波一球面方式向四周扩散传播,声音的强度与传播距离的平方成正比减少(平方反比定律)。当声波传播到四周界面时,一部分声能被吸收,另一部分声能被反射。到达听众耳朵的声音有三部分组成;直达声、比直达声晚50MS到达的早期发射声(又称近次发射声)和比直达晚50MS以上的多次发射声(又称混响声)。

  三种声音的贡献分别为:

  1、直达声:提供声源的方向、传递声音信息、提高声音清晰度和声压级的主要来源。 直达声(包括早期发射声)与混响声的声能比(D/R)是直接影响声音清晰度的重要参数。混响声能的衰减率与周围界面的吸声能力有关,通常用混响时间R60来表示,即声源停止发生后,室内声压级衰减60dB(1000倍)所需的时间,由于吸收材料的吸声特性〆与声音的频率有关,因此R60太大时会使声音混浊不清,过小时会使声音感到干涩无味。

  2、早期发射声:提高声压级和声音清晰度、增强声音的空间感。耳朵无法把它和直达声分离出来,在EASE设计软件中,可用声线法把它们分离出来。

  3、混响声:混响声无方向性,不包含声音信息,但它使 声场分布均匀、音质丰满,可提供分辨别房间的空间特性(房间的大小)。过大的混响音会降低声音的清晰度、掩蔽直达声,超过100MS延时的混响声会形成回声,严重影响声音清晰度。

  声学设计中的几个重要参数

  1、吸声系数〆

  建筑声学设计中用吸声材和吸声结构来消除回声,颤动回声,声聚焦和减少混响时间等房间的声学缺陷。吸声材料吸声结构通常用吸声系数〆来表示。

Eo-Er

〆=0

Eo

  式中:Eo-入射到吸声材料的声能: Er-被材料反射出来的声能。

〆=1意味着声能全被吸收; 〆=0意味着声能全被反射。

  2、临界距离DC

  前面已提到直达声的传播衰减与传输距离的平方比成反比,离声源的距离越远,声压级越低,混响声的传播衰减不遵守平方反比定律,在理想状态下,理论上它在整个房间的声压级是相等的。图2-3黑点表示直达声,离扬声器越远,声压级越低,黑点密度越稀。空心圆点代表混响声声压级是相等的,因此空心圆点的密度到处是相等的。

  临界距离DC是指在声源轴线方向上,直达声与混响声声能相等的距离,即D/R=(0dB),临界距离在计算声音清晰度时很有用,一般来说,在D/R>-6dB区域内(即2倍临界距离),声音的清晰度是最好的。

Q-扬声器的指向性因数

R-房间常数(即房间的吸声量)

〆-房间的平均吸声系数

S-房间的总吸声面积

  3 、混响时间R60

  房间的混响R60与房间的容积V 表面面积S和房间的平均吸声系数有关,

V-房间容积M3

S-房间的总吸声面积

房间平均吸声系数

应使用EYING公式计算;

M为空气吸声系数,它与频率和湿度有关,1KHZ~8KHZ的M值为0.003~0.057。

不同混响时间R60的听觉感受:R60<0.5秒(500HZ);声音清晰,但太于(单薄),适宜于录音室。

R60=0.7~0.8秒(500HZ):声音清晰、干净、适宜于电影院和会议厅。

R60=1.2~1.4秒(500HZ):声音丰满、有气魄、空间感强,适用于音乐厅和剧场。

R60>2秒~3秒(500HZ):声音混浊、语言清晰度差,声音发嗡,有回声感。

  吸声材料与吸声结构

  按吸声机理,常用的吸声材料与吸声结构可分为多孔吸声材料和共振吸声结构。

  1、多孔吸声材料

  多孔吸声材料包括纤维材料和颗粒材料。纤维材料有:玻璃棉、超细玻璃棉、矿棉等无机纤维及其毡、板制品,棉、毛、麻等有机纤维织物。颗粒材料有膨胀珍珠岩、微孔砖板等块、板制品。

  多孔吸声材料一般有良好的中高频吸声性能,吸声机理不是因为表面粗糙,而是因为它有大量内外连通的微小空隙气泡。多孔材料的吸声能力与其厚度,密度有关,随着厚度增加,中低频吸声系数显着增加,高频变化不大。增加材料的密度也可以提高中低频吸收系数,但比增加厚度的效果小,因此在使用同样材料时,当厚度不受限制时,宁愿采用结构密度松散的厚度大的多孔材料。

  多孔材料背后有无空气层,对吸声性能有重要影响。其吸声性能随着空气层厚度的增加而提高。

  帘幕也是一种很好的多孔吸声材料。就吸声效果而言,丝绒最好,平绒次之,棉麻织品再次,化纤类帘幕最差。通过调节帘幕与墙面或玻璃的间距可调节吸声效果。

  2、共振吸声结构

  穿孔板吸声结构和薄板、薄膜吸声结构都可看作利用共振吸收原理的吸声结构。

  穿孔板吸声结构具有较好的中频吸声特性。它由金属板、薄木板、石膏板等穿以一定密度的小孔或缝隙后固定在龙骨上,背后留有空气层而构成共振吸声系统。它可视为由许多并联的亥姆霍兹共振器组成。

  共振频率可用下式计算:

式中 C——声速,34×103cm/s

P——穿声率,即穿孔面积与总面积之比值;

D----板厚 (CM)

d----穿孔直径(CM)

  穿孔板的吸声特性在共振频率附近有最大的吸声系数。为扩展吸声系数的频率范围,可在穿孔板后铺设多孔吸声材料及留有一定的空气隙。

  穿孔的孔径小于1MM(穿孔率P=1%~3%)时称为微孔板,用薄金属板制成,其后面再铺设多孔吸声材料,可在较宽带内获得较好的吸声效果。做成双层微穿孔板结构,吸声性能更佳。

  如果把穿孔率达到50%以上的微穿孔金属薄膜或微孔有机玻璃板直接帖在大面积装饰玻璃平面上 ,则可解决玻璃平面的强声发射问题,同时也不大影响玻璃的透光性或透明度。他的缺点是造价太高。

  3、声波扩散体

  改善建筑声学特性的方法除使用吸声材料外,还经常在墙面及声波发射强烈的地方设置声波扩散体/面,使声波产生漫反射和分散室内的共振频率。改善声音的“染色”失真(即音色变调)和颤动回声。常用的声波扩散体形状如图2-12所示,图中(a)为三角形,(b)为圆弧形,(c)为MLS扩散体。三种扩散体墙面结构的效果以(c)MLS为最好(1-3-2-1-1-2-1随机序号),(a)次之,(b)最差。

  4、最新的高性能防潮吸声材料

  室内游泳池的建声设计一直是一个老大难问题,因为常规的吸声材料都不能防潮、防水,使游泳馆的扩声系统音质难以提高