在視聽空間設(shè)計(jì)中，房間大小與比例屬于建造視聽空間前必須考慮的前提要素，以避免出現(xiàn)因房間的先天不足而造成聲染問題。對于已建成的視聽室，要獲取優(yōu)秀的聲音特性，還需要進(jìn)行后期的聲音處理。當(dāng)中，混響時(shí)間控制是首要環(huán)節(jié)�；祉憰r(shí)間這個(gè)由現(xiàn)代建筑聲學(xué)之父塞賓在100多年前所提出的聲學(xué)名詞，第一次將聲學(xué)控制從只能模糊預(yù)測的狀態(tài)帶進(jìn)了數(shù)字量化的階段，讓聲學(xué)專家、設(shè)計(jì)人員與影音愛好者們能夠利用數(shù)學(xué)計(jì)算的方式進(jìn)行更加精準(zhǔn)的室內(nèi)聲學(xué)處理。隨后，聲學(xué)專家們開創(chuàng)出最佳混響時(shí)間推薦范圍，將視聽室混響時(shí)間控制規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化。
本期，我們將會對混響時(shí)間概念的誕生，最佳混響時(shí)間的推薦標(biāo)準(zhǔn)，如何才能更有效地進(jìn)行混響時(shí)間的控制進(jìn)行深入淺出的探究，讓各位讀者能夠獲悉更加全面的視聽室混響時(shí)間控制，而非冰山一角。
混響時(shí)間(Reverberation time)概念的誕生
在視聽空間設(shè)計(jì)之中，混響時(shí)間與上期所討論的共振頻率屬于同樣重要的參數(shù)，對房間的聲音質(zhì)量起到關(guān)鍵的作用。適當(dāng)?shù)幕祉憰r(shí)間能讓聲音表現(xiàn)更為飽滿自然，細(xì)節(jié)更加豐富。過短的混響時(shí)間會令聲音變得呆板與單調(diào)，而過長的混響時(shí)間則會讓人覺得聲音冗長，低音轟鳴�；祉憰r(shí)間(Reverberation time)概念的出現(xiàn)是現(xiàn)代建筑聲學(xué)系統(tǒng)誕生的重要標(biāo)志。在現(xiàn)代建筑聲學(xué)系統(tǒng)創(chuàng)立之前，建筑聲學(xué)已經(jīng)引起了古代有識之士的關(guān)注。
公元前1世紀(jì)，羅馬建筑師維特魯威(Vitruvius)在《建筑十書》中記載了古希臘露天劇場用共鳴缸調(diào)節(jié)音響的方法，辨識到無響區(qū)、回響區(qū)、余響區(qū)、和響區(qū)四種不同音響區(qū)域。到了16～17世紀(jì)，混響時(shí)間對室內(nèi)聲音質(zhì)量的影響受到了人們的重視。在歐洲各國建造大型劇場與教堂的時(shí)候，由于空間達(dá)數(shù)萬立方米，而觀眾與禮拜者卻為少數(shù)，再加上內(nèi)部采用大理石等光滑的內(nèi)墻面，讓整個(gè)空間的混響時(shí)間達(dá)到數(shù)秒之長，前方講話的聲音傳到后方已經(jīng)一片模糊，如此惡劣的聲音狀況已經(jīng)成為亟待解決的問題。19世紀(jì)初，德國人弗里德利克•察拉迪(E.F. Freidrich Chlaudi)的著作《聲學(xué)》對混響現(xiàn)象作出了解釋。到了19世紀(jì)中期，英國物理學(xué)家威廉•瑞利(Lord John William Rayleigh)發(fā)表巨著《聲學(xué)原理》，聲學(xué)發(fā)展成為物理學(xué)中的獨(dú)立分支，從此拉開了現(xiàn)代聲學(xué)的序幕。小強(qiáng)家庭影院導(dǎo)購網(wǎng)歡迎您！
19世紀(jì)后期到20世紀(jì)初，美國哈佛大學(xué)的華萊士•克萊蒙•塞賓(Wallace Clement Sabine)物理學(xué)教授開創(chuàng)了現(xiàn)代建筑聲學(xué)系統(tǒng)，同時(shí)也帶來了混響時(shí)間的概念。1895年新建成的哈佛大學(xué)弗格藝術(shù)博物館中的講演廳因?yàn)槁晫W(xué)特性惡劣，讓臺下的學(xué)生無法聽清楚老師的講話。于是，當(dāng)年還是助教身份的塞賓受命并試圖從科學(xué)的角度為這個(gè)困擾多年的聲學(xué)難題尋求一種可以用數(shù)學(xué)進(jìn)行解釋的答案。塞賓與兩位實(shí)驗(yàn)室助理分別選取了三個(gè)具有不同聲學(xué)特性的劇院作為真實(shí)的物理模型，包括聲音表現(xiàn)極佳的桑德爾斯劇院、聲音表現(xiàn)一般的杰弗遜大廳講演室與聲音表現(xiàn)極差的弗格講演廳。同時(shí)將杰弗遜大廳地下室裝備成混響測試室，利用桑德爾斯劇院數(shù)百個(gè)軟椅墊進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。借助管風(fēng)琴作為聲源，在房間中產(chǎn)生約512Hz的中頻段聲音，然后將聲源切斷，再測量聲音從切斷到衰減至聽不到所花的時(shí)間，儀器僅為秒表和試驗(yàn)者的耳朵。通過詳盡的研究與測試后，得出了當(dāng)聲源停止發(fā)聲后室內(nèi)聲場逐漸減弱至聽不到所延續(xù)的時(shí)間，即混響時(shí)間，這是衡量室內(nèi)音質(zhì)的重要參量。
此圖縱坐標(biāo)為房間聲壓值，橫坐標(biāo)為時(shí)間，混響時(shí)間就是值室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后聲壓級衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間。途中的混響時(shí)間為1.8s
房間體積越大混響時(shí)間越長，國際上的機(jī)構(gòu)與組織對于最佳混響時(shí)間的推薦值通常是一個(gè)范圍，包括最小值與最大值
后來將混響時(shí)間定義為室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后聲壓級衰減60dB所經(jīng)歷的時(shí)間，單位是秒�；祉憰r(shí)間與房間體積成正比，與房間平均吸聲系數(shù)成反比。因此，房間體積越大混響時(shí)間越長；平均吸聲系數(shù)越大，混響時(shí)間越短。這就是著名的塞賓混響公式：RT60=0.161V/(S×a) ，其中T是混響時(shí)間，V是房間體積，S是房間墻面的總表面積，a是房間表面的平均吸聲系數(shù)。
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1900年底落成的波士頓音樂廳完全按照塞賓混響時(shí)間理論原理來設(shè)計(jì)，出色的聲音效果證明了其正確性。自此之后，塞賓混響時(shí)間計(jì)算公式成為了現(xiàn)代建筑聲學(xué)系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。
涉及聲學(xué)知識簡介——吸聲系數(shù)α與降噪系數(shù)NRC
由塞賓混響公式可知，控制混響時(shí)間RT60有兩種主要的方法：改變房間的尺寸或者改變房間表面吸聲量。對家庭影院視聽環(huán)境而言，通過改變房間尺寸來控制混響時(shí)間難度過大，并不適合普通用戶。因此對于家庭用戶而言改變房間的表面吸聲量成為主要的實(shí)現(xiàn)方法。
吸聲系數(shù)α是與房間表面吸聲量息息相關(guān)的聲學(xué)指標(biāo)。吸聲實(shí)際上是將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽恳环N材料都會通過和聲波相互作用來吸收部分聲音。吸聲通常以被吸收聲能與入射聲能之比來計(jì)量，也就是吸聲系數(shù)α。假設(shè)某種材料不能吸收任何入射聲能，那么這種材料的吸聲系數(shù)α=0，也就是說所有作用在這種材料上的聲音都會被反射。但事實(shí)上，不存在α=0的材料，任何材料都會吸收一部分的聲音，吸聲系數(shù)為0僅僅屬于理論上的極限值。換言之，如果某種材料能夠完全吸收作用在它上面的聲音，那么這種材料的吸聲系數(shù)α=1。當(dāng)然也不存在這種完全吸收聲音的材料，吸聲系數(shù)為1也屬于理論上的極限值。吸聲系數(shù)的范圍在0和1之間。材料上的吸聲量在數(shù)學(xué)上定義為吸收系數(shù)與材料表面面積的乘積，為了紀(jì)念塞賓，英制吸聲量的單位為“塞賓”。小強(qiáng)家庭影院導(dǎo)購網(wǎng)歡迎您！tdntmepa.cn
任何材料的吸聲系數(shù)均在0到1之間
不同頻率會有不同的吸聲系數(shù)。吸聲材料對于低頻聲，特別是對250Hz以下低頻的吸收更是有限的，而吸聲系數(shù)會隨著頻率的提高而增加。因此，吸聲系數(shù)會結(jié)合不同頻率的形式共同出現(xiàn)，如α125代表125Hz頻率下的吸聲系數(shù)，α250代表250Hz頻率下的吸聲系數(shù)等等。在通常情況下，對于某一材料的吸聲能力會采用降噪系數(shù)NRC來表達(dá)。NRC是由美國材料試驗(yàn)協(xié)會(ASTM)制定的標(biāo)準(zhǔn)。NRC是指某材料在125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz等頻率的吸聲系數(shù)的算術(shù)平均值，四舍五入取整到0.05。
來自美國相關(guān)組織與機(jī)構(gòu)所提供的普通材料吸聲系數(shù)α及降噪系數(shù)NRC
在通常狀況下 ，NRC低于0.2的材料屬于反射材料，NRC大于0.4的材料為吸聲材料。大部分的專業(yè)材料廠商給出的某種材料的降噪系數(shù)NRC或吸聲系數(shù)在數(shù)值上都超過了1.0。這是因?yàn)樵跍y量這種材料的過程中出現(xiàn)了其他雜聲而引起人為誤差，因而造成吸聲系數(shù)變大甚至大于1.0的情況出現(xiàn)。任何大于1.0的數(shù)值都是錯(cuò)誤的，它意味著材料吸收的聲能比入射在材料表面上的能量還多，不符合能量守恒定理。此外，大部分的材料高頻吸收能力要比低頻出色，也表明了它們的吸聲系數(shù)隨著頻率的增加而增大。換言之，要對房間低頻(特別是250Hz以下的低頻)進(jìn)行控制，就需要采用特殊的低頻吸收體，如亥姆霍茲共振器、薄板共振吸聲材料等。
房間的低頻部分吸聲需要采用特殊的吸聲材料
