“混响室”的那些认知误区，自古至今还真不少

37343240

“混响室”的那些认知误区，自古至今还真不少

混响室，顾名思议，好像就是要混响时间越长越好。这个认识是一个重要的误会，以为空室(无试件)的吸声量越小，声场就越扩散均匀。
　　曾经是这样想的。但在测量的实践中，发现对于不同频段，为达到减少均匀声场，减小测量误差，要用不同的吸收处理。
　　


　　上世纪三、四十年代开始，建设混响室用作声学测量，通过赛宾公式求得吸声材料的吸声系数。因此都只想到，需要长混响时间，减小测量误差。声学家们选用尽可能“硬”，尽可能“光滑”的材料建造房间的内表面;混凝土墙面上贴“金属薄板”，贴“玻璃板”，贴“瓷砖”等等。
　　


　　图1是1956年建成的哥根大学的混响室，墙面贴的是铜膜。上世纪60年代初，欧洲的发达国家组织了吸声系数的“巡回测量”—用同一种材料，同样的测量方法，同样的测试设备，对各个国家的实验室进行测量，比较发现结果差异很大。国内也组织了对北京的中科院声学所、清华大学、建工部建筑科学研究院、广播电影电视部设计院、南京大学，以及同济大学六个单位的混响室做巡回测量，第一个巡回的结果与欧洲的同行类似，几乎没法相互比较。
　　经过数年的实验研究，得出：混响室内必须外加扩散措施，以达到充分扩散的声场条件，才能测得“饱和”不变的吸声系数的结论，见图2。
　　


图2 随着扩散面积逐渐递增，玻璃棉的吸声吸声逐渐稳定达到“饱和”
　　这个以“牺牲”(实际是增加吸声量)一些空室的混响时间(减小)为代价的措施，解决了增加中高频(大约在300赫以上)的空间声扩散的问题。这个认识，在上世纪70年代已得到国际上的共识，并逐渐在规范中正式成文。
　　但是，低频段，即使是200m3左右的、建筑尺寸精心计算的混响室中，不仅不同房间，即使同一室内各测试点之间(空间离散性)，甚至同一测点各次测量(时间离散性)的误差很大，这却是常事。
　　如果测量125Hz以上的吸声材料，正如现行规范规定的，对于200Hz以下的测量结果该如何评价，测量和设计人员都心中有数。但是用于测量隔声构件，欧洲诸国巡回测量后给出低频误差竟达8-9dB以上!而要求更为严格，涉及到工业产品用测量噪声辐射功率谱的以改进产品特性或产品质量等级及性能可比性，解决严重的低频测量误差的问题就不能回避了。
　　一间200m3左右的、建筑尺寸精心计算的混响室，坚硬的界面，在油漆、磨光、打蜡后，低频混响时间在20s，甚至30s左右，都不是十分困难的。但是，它的测量结果，无论是空间的或时间的不规则性，都没有因混响时间这么长(吸声量小)而减小。
　　


　　图3 随着吸声面积逐渐递增，房间的传输响应越趋平滑。右轴上显示的是吸声构件面积占地面积的百分比
　　从图3看出，室内的吸声量越大，房间的传输响应越平滑，也就是声场越均匀。这就是与“混响室”从概念上似乎对立的想法：要在混响室加低频吸声，声场才可能改善均匀性;而要实现混响室内的低频段的“扩散”，至少眼下，还没有更好的办法。
　　因为，低频声场不均匀，而测量误差大的原因是室内不可避免的简正振动(一般称为“共振”)造成的模式声场。要抑制模式声场，除了简正振动频率应尽可能均匀分布(足够大的体积和合适的房间几何尺寸)之外，就是要加大简正振动(共振)的阻尼(见图3)，也就是要增加吸声。ISO 3741 除了对混响室的体积和尺寸提出具体要求外，对它的吸声特性给出绝妙的说明：
　　混响室内表面的吸声系数应尽可能小，以确保达到合适的混响声场;
　　混响室内表面的吸声系数应尽可能大，以有效地抑制模式声场。
　　而所谓的“小”(不大于0.06)和“大”(不大于0.16)，这相差2.5倍的吸收的交叉频率，在大约300Hz;在此频率以上，吸声要尽量小，而低于该频率的则要大(相应于混响时间约2s)。
　　基于这些对房间的严格要求，给出了相应的重复性合重现性指标。为适应新的隔声测量的国际规范ISO 140 的要求，有些建筑物理研究机构，常常是在原有的测试混响室内安放低频吸声构件，如图4。
　　


　　图4 隔声构件测试室