駐波系列: 如何理論計(jì)算房間駐波頻率?

前文中我們介紹了什么是房間駐波,以及它會對音質(zhì)產(chǎn)生哪些影響。
點(diǎn)擊回顧▼什么是駐波?對音質(zhì)會有什么影響?
本文將帶大家了解如何從理論上得到房間的駐波頻率,并理解這些頻率及其分布,從而更好地優(yōu)化房間的聲學(xué)效果。駐波系列: 如何理論計(jì)算房間駐波頻率?
駐波是房間簡正模式的一種表現(xiàn)形式,房間簡正模式(Room Normal Modes)是指房間內(nèi)聲場的固有振動模式。每個簡正模式對應(yīng)一個特定的頻率,稱為簡正頻率。簡正模式的物理意義是,每個簡正模式代表一個駐波模式,而每個簡正模式的簡正頻率就是房間的共振頻率。

對任何沒有聲學(xué)處理過的房間來說,房間尺寸就是駐波產(chǎn)生的決定因素。當(dāng)房間尺寸與低頻部分波長相近或與低頻部分波長呈簡單倍數(shù)關(guān)系時,房間就會產(chǎn)生駐波現(xiàn)象,即導(dǎo)致共振現(xiàn)象。

01 計(jì)算公式 

房間駐波頻率(簡正頻率)可以通過以下公式計(jì)算:


其中:c為聲速;Lx、Ly、Lz分別為房間的長、寬、高,單位為m;nx、ny、nz分別為0~∞任意正整數(shù)(不包括nx=ny=nz=0)。
矩形房間的簡正模式可以分為三種類型:軸向模式——指傳播方向平行于矩形房間任一軸線(1維)的駐波模式,即為(nx,0,0)、(0,ny,0)和(0,0,nz)。切向模式——指傳播方向平行于矩形房間任一面(2維)的駐波模式,即為(nx,ny,0)、(nx,0,nz)和(0,ny,nz)。斜向模式——指傳播方向?yàn)橐恍泵妫?維)的駐波模式,即為(nx、ny、nz)。矩形房間中的共振圖示

在房間簡正模式中,由于切向模式和斜向模式的傳播路程較長,其幅度往往因反射次數(shù)較多(多次界面聲吸收) 而變得較小。因此一般來說,軸向波最強(qiáng),切向波次之,斜向波最弱。

我們以房間尺寸為長4.45米,寬2.98米,高2.5米來計(jì)算舉例,則該房間的軸向模式基頻(駐波)如下:注:駐波不僅在基頻處出現(xiàn),還會在倍頻處出現(xiàn)。例如,38.5Hz的駐波也會在77Hz、154Hz等倍頻處出現(xiàn)。

02 計(jì)算工具

DT Acoustic小程序聲學(xué)工具箱內(nèi)置房間共振頻率計(jì)算,輸入當(dāng)前房間的空間尺寸、室內(nèi)溫度,即可自動計(jì)算出該房間的共振頻率。如下圖所示:

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