房间声学设计从开始到结束的着重点

博创声景 生活声学专家

校稿:小鱼干

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前言

一、房间尺寸

对于新建的专用听音室、家庭影院或演播室,第一步是选择房间的长度、宽度和高度的比例。这可确保房间简正共振分布良好,并且不会或者尽量少出现简正共振频率间距过大或出现简并。下图中较暗的区域表示最佳房间尺寸,高度为1,横纵坐标为长和宽。

本次案例我们假设房间尺寸为5.3*4.5*2.8m,房间比例为1.89:1.61:1。关于房间简正共振我们具体在第三章讨论。房间比例在上图中分布如下:

计算 站:acoustic.ua/recommendations/567

二、混响确定

不同的房间对混响的要求各有不同,本章节所说的混响为中频(500-1000Hz)的混响。音乐联系房间的混响需较长,语言类的较短,下图为不同空间的混响指导标准:

本次房间我们定义为具有重放条件的录音棚控制室,因此根据容积,我们暂定房间中频混响为0.25s。

三、房间频率范围划分

房间的混响是以统计意义的扩散场为前提的,混响的过程就是房间内各简正振动的衰变过程。在“高频”1/3oct范围内的简正振动数多,简正频率密度大,具有混响意义,在“低频”1/3oct范围内的简正振动数很少,简正频率密度很稀时则不满足以统计意义为先决条件的要求。

如何界定低频,中频,高频。考虑到小房间的声学特性,根据施罗德频率,可以把可闻频率大致分为四个区域,如下图:

32.4其中F?=172/L,L为房间最长边,F?为施罗德频率,F?=2000*√(RT60/V),RT60为中频混响,V为房间容积,F?=4*F?。
在区域A范围内的频率波长长于房间最长尺寸,在房间中不会产生共振。

区域B房间模式声场占主导区域,需采用波动声学方式进行处理,混响在A与B中是没有意义的。

区域C是B、D之间的声音衍射和扩散占主导的区域。

区域D完全使用几何声学,即属于混响声场。

根据上述理论,本房间F?=172/5.3≈32Hz,F?≈122.3Hz,F?≈489.5Hz。

通过这一些列的计算,我们可以知道:

1、在122.3Hz以下我们应避免简正共振引起的某些频率出现能量过大或缺失,简正振动数少密度低,不满足混响前提,即不具能使用混响来进行讨论。

2、在489.5Hz以上应注重混响,这是混响声场。

四、房间低频处理

我们设定的房间尺寸为5.3*4.5*2.8m,这些尺寸决定了房间的轴向共振模式以及他们的谐波。通过
www.acoustic.ua/forms/room-modes-mo.html在线计算 站我们得到了以下轴向模式频率:

计算 站:www.acoustic.ua/forms/room-modes-mo.html

同时根据舒尔茨提出的在1/3oct内至少需要有20个简正方式才具有统计意义的混响。

根据计算只有在160Hz为中心频率的1/3oct内具有20个以上的简正方式,即混响应从160Hz及以上计算与测试,160Hz以下不应在考虑混响,应将其设计中心放在频响曲线与火焰图上,应注重是否有个别频率能量过大或缺失及衰减是否平滑。对上述施罗德频率进行了补充。

计算 站:www.acoustic.ua/forms/room-modes-mo.html

计算 站:www.acoustic.ua/forms/room-modes-mo.html

可以从图中看出,在房间中心出于每一个奇次轴向模式的波谷,因此,若我们选择这个位置作为主要的听音位置,是一个最不好的选择。我们将听音位尽量放在波峰与波谷的交界处,尽量避免听音位位于波峰或波谷位置处。

声源与听音位之间的位置,应该避免波谷模式(特别是轴向模式),同时也应该考虑扬声器的摆放位置以改善其重放音质,扬声器摆放可参照文章:,听音位的变化也会引起音质的变化。

房间低频处理不是我们不需要低频,而是不让低频出现衰减不平滑,不出现局部低频能量过大或缺失,避免驻波的干扰。

避免低频驻波问题可从以下几个角度入手:(1)房间尺寸比例(参照第一章);(2)弹性墙体(隔音层);(3)使用低频陷阱;(4)使用双低音炮或多低音炮;(5)手动EQ调试。

低频陷阱在此推荐CPA复合共振板吸声体和BCA宽频带复合吸声体,其他的低频陷阱常规做法就不赘述了,这是由德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所在上世纪九十年代研究开发的,这两款产品在仅仅100mm的厚度实现了对低频的有效吸收,在国外的许多声学空间中的到使用与推广。结构图如下:

低频吸声体如何摆放请参照我们的文章:

五、房间中高频处理

房间的中高频处理就尤为地简单的了,就是在各个界面布置吸声体就是了。一定要注意吸声体的总量,不可吸声过量。

值得注意的是切不可将所有的吸声面分布在某一个或某两个界面,这样的话吸声性能会大打折扣。因为混响的过程就是房间内各简正振动的衰变过程。只是在某一两个面放置吸声面,那么其他界面的简正运动将得不到有效的吸收就会导致吸声性能下降。

吸声体的分布根据房间使用功能的不一样而不一样,下面列举一两类作为参考:

1、Master Handbook of Acoustics. 5th Edition 一书中对具有重放条件房间的吸声面分布(第一反射点处)建议:

2、德国DIN18041-2016中关于有会议功能的房间吸声面分布:

其中a)是不可取的

房间扩散体放置,扩散体根据设计的不同,扩散离听音位的距离要求也不同,以17阶二维余数扩散体设计频率800Hz为例,要求离座位最小距离1.29m,如下图:

六、参考文献

1、Master Handbook of Acoustics. 5th Edition – F. Alton Everest, Ken C. Pohlmann;

2、查雪琴,尤根·欧尔曼. 低频混响时间的测量问题[J]. 声学技术, 1986 (3) ;

3、查雪琴,H.V. Fllehs .消声室声学技术的革新.声学学 . 2003,(04);

4、高玉龙,声学意义上的大、小房间分界频率的界定,演艺科技. 2016,(03)

5、DIN18041(2016-03-00)

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