室内声场基础知识

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一、自由声场与室外声场
传播声波的空间称为声场，声场分自由声场、扩散声场(混响声场)和半自由声场。
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所谓自由声场，即在声波传播的空间中无反射面，声源在该声场中发声，在声场中的任一点只有直达声，无反射声。消声室就是人造的自由声场。电声设备的都要在消声室中进行。
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在室外，某点声源发出的球面声波，其波阵面连续向外扩张，随著声波与声源距离的增加，声能迅速衰减。当点声源向没有反射面的自由空间辐射声能时，声波以球面波的形式辐射。这时，任何一点上的声强遵循与距离平方成反比的定律。如果用声压级表示，则距离增加一倍，声压级衰减6dB。
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1 F- W0 H1 P0 t二、室内声场
在室内，声波在封闭空间中的传播及其特性比在露天场合要复杂得多。这时，声波将受到封闭空间各个介面，如顶棚、地面、墙壁等的反射、吸收与透射。室内声场因而存在著许多与自由声场不同的声学问题。研究室内声场，对室内音质设计和杂讯控制具有重要的意义。

室内声场的特点
$ X) U1 ?2 I" B8 B) v1、声波在各个介面引起一系列的反射，吸收与透射；
  S; ^( j$ \4 ~% F2、与自由声场有不同的音质；
3、由于房间的共振可能引起某些频率的声音被加强或减弱；
1 v# D, E5 G) m4、声能的空间分布发生了变化。
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三、房间共振（驻波）
$ V+ @+ A; }' t" o当声波在两面平等的墙之间传播时，如果墙面之间的距离等于半波长的整数倍时，就会产生驻波。房间中的低频驻波也称为房间模式(Room Mode)。
在一房间中，空气振动的共振频率主要由房间的大小来决定。而房间内所激发的共振频率的分佈则决定于房间的比例。共振频率的计算很复杂，一般都用软体来计算。
小房间（长5m，宽4m，高3m）低频声场的仿真：
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0 ^6 E$ ^* Q& ]* R. I频率从20-100Hz，步长0.5Hz。
8 b' F. j  Z" G/ }  T消除驻波的最佳方法是改变房间的形状，使墙面不平行，或将墙成做成弧形。

四、混响与回声
# [! H1 d+ R5 k8 m混响是室内的声学现象。声音由声源发出后，在空气中传播，传播过程中在房间的介面上产生反射、吸收、扩散、透射、干涉和衍射等波动作用，形成复杂的室内声场，使人产生混响感。声源停止发声后，室内声场会持续一段时间。
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混响是室内声反射和声扩散共同作用的结果。同样是源于反射，但由于人耳的听闻特性，混响和回声有明显的不同。
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. h" w0 I4 M. n  I9 q5 Z声源的直达声和近次反射声相继到达人耳，延迟时间小于30ms时，一般人耳不能区分出来，仅能觉察到音色和响度的变化，人们感觉到混响。但当两个相继到达的声音时差超过50ms时（相当于直达声与反射声之间的声程差大于17m），人耳能分辩出来自不同方向的两个独立的声音，这时有可能出现回声。回声的感觉会妨碍音乐和语言的清晰度（可懂度），要避免。

! Q& H1 W# H2 S: J# x. u- n五、混响时间
当室内声场达到稳态，声源停止发声后，声压级降低60dB所需要的时间称为混响时间，记作T60或RT，单位是秒（s）。

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3 n( B; s% i7 Q! ^混响时间是目前音质设计中能定量估算的重要评价指标。它直接影响厅堂音质的效果。房间的混响长短是由它的吸音量和体积大小所决定的，体积大且吸音量小的房间，混响时间长，吸音量大且体积小的房间，混响时间就短。混响时间过短，声音发干，枯燥无味，不亲切自然；混响时间过长，会使声音含混不清；合适时声音圆润动听。
Sabine公式，适用于α小于0.2的较活跃的房间：
式中：V为房间容积，单位为m^3(立方米）；S为房间表面积的总和，单位为m^2(平方米）；α为房间表面积的平均吸声系数，百分率；Sα的单位为m^2(平方米）。K为与湿度有关的常数，一般取K=0.161s/m。
7 d) p3 l2 M/ ?$ v0 S8 PEyring公式，适用于α大于0.2的建声条件良好的房间：
式中4mV为空气系数值，m为空气吸声系数，（它不但与频率有关，还与温度和温度有关）。其他与上式一样。



混响时间的大小与频率相关，低频、中频、高频的混响时间是不一样的。一般所说的混响时间都是指平均混响时间。
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! ?2 o1 v& K/ b六、临界距离（Critical Distance）
) V# N& ?' ~9 G1 V$ Y1 H) b8 B+ F就是在声源轴线方向上，直达声与混响声声能相等处的距离。临界距离在全频带内是不同的。回声越强的房间临界距离越近，吸音越强的房间，临界距离越远。(临界距离在全频带内是不同的)。
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9 f4 A" ~+ Y  D* P9 ~好的声学设计，临界距离要离声源尽可能远，结果在全频带内混响最小最平坦。直达声从扬声器系统开始递补减，是距离的函数(平方反比定律)，但混响恒定地散佈房间（新的声音不断从扬声器发出，混响不断建立，直到新的声音与被吸收的声音相等，因此混响保持恒定。）两曲线的交点就是临界距离。

1 G! z: v4 V& ?* {最佳听音区一定位于临界距离内，因为临界距离是以直达声为主，清晰度和声像定位最好。
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9 f; H1 T: x7 }: V房间无吸声时的临界距离距声源很近，这种房间只适合近声场听音。

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在吸声的房间中，临界距离被推向后墙，使最佳听音区变宽。上图中，附加的好处是漏到室外的声压降低了20dB，降低了对隔音的要求。
当混响声比直达声大 12db 以上，声音清晰度将全部失去。
寻找临界距离的最简单方法为：用音响系统播放压缩的流行音乐，开始用一个音箱(左或右)，在房间里来回地走，很容易就能找到临界距离。用另一个音箱重复一遍，再同时用两个音箱重复一遍。与声学测量相比较，你会对人耳的精确性感到惊讶。
6 @+ \& Y3 v5 o% g) e3 y7 m? 混响越强的房间临界距离越近。
? 吸声越强的房间临界距离越远。
5 z0 E9 C, g# h  H8 O? 近声场或直达声场在临界距离内。
' y  z# }7 a; u, R" P2 N? 远声场或反射声场（混响）在临界距离外。

apogee

欣赏了,谢谢楼主啊