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混響與擴散
更新時間:2014.05.08 瀏覽次數:
 
 

室內聲場的統計研究是以分析室內混響過程為其主要內容的。將統計聲學用于分析室內聲場時,要滿足的第一個條件則是這一聲場必須是擴散聲場?梢,擴散與混響有著十分密切的關系。

可以對混響作以下描述:在室內聲場達到穩定的情況下,聲源停止發聲,由于聲音的多次反射或散射,而使其延續的現象即為混響。這種現象是封閉空間中(室內)聲場的一個重要特征。

試考慮一種極端的情況。設想一束聲波(可用一條聲線代表)在一個形狀不規則的剛性壁面的大房間中傳播。顯然,這一聲束在到達邊界面(壁面、天花板或地面)之前;它是以直線方式傳播的。一且到達某一邊界面,它就按照反射定律反射。經反射后的這一聲束將改變原來的傳播方向繼續傳播。經過某一傳播距離之后,它又到達另一邊界面,并再次反射,以新的傳播方向又繼續向前傳播,依此類推。對于形狀不規則的大房間而言,任何方向的入射波經過若干次反射之后,總可以改變為沿某一特定方向傳播的反射聲。由于聲波在室內各反射面上連續反射,并不斷改變其傳播方向,這種能使室內任一位置上的聲波可以沿所有方向傳播的聲場稱為擴散聲場。這里所說的:“擴散”,具有明確的.物理意義。嚴格意義上的擴散聲場必須滿足以下三個條件:(1)室內的聲能密度均勻,即聲能密度處處相等;(2)聲能在室內各個方向傳遞的幾率相等;(3)從室內各個方向到達任一點的聲波,其相位是無規的。在這樣的聲場中,聲波無論在空間位置上,還是在傳播方向上都不會一成不變地“聚集”在一起,而是隨著傳播過程的進行逐漸擴展,并分散開來,直至充滿全部空間并遍及所有方向。

在一般情況下,擴散聲場的條件是難以滿足的,但在一定條件下,把不規則的大房間中的聲場近似地作為擴散聲場處理,所得的結果與實際情況相差不大。然而,如果房間的形狀簡單而規則,情況則不然。這時在室內就可能出現聲場的嚴重“不擴散”狀況,聲波就可能在某些位置或某些方向上特別加強,而在另一些位置或方向上特別削弱。例如在圓形大廳中,聲波將聚集在大廳中部;在正方形房間中,沿某些方向的駐波將較強等等。為了盡可能在室內形成擴散聲場,應避免采用凹形壁面,而凸面反射體的正確使用,則是使室內聲場趨向擴散的一種有效方法。這種能夠促進聲場擴散的反射體通常稱為聲擴散體。

在以上分析討論中,實質上包含著幾何聲學的基本概念。因此,雖然可以對室內聲場與體型之間的關系作定性的說明,但卻難以對某些假定作出明確的解析。例如,為什么要假定是形狀不規則的大房間?對于小房間,即使形狀不規則的小房間是否適用呢?對于這類問題,只能用封閉空間聲場的波動理論才可能獲得滿意的說明。哪怕因計算異常繁雜而難以得到定量的結果,但在理論上至少可以給予指導性的解析。

混響聲場通常指的是由反射聲形成的聲場。嚴格地說,它必須是擴散聲場,亦即滿足擴散聲場的要求是混響聲場的必要條件。在實際應用中,由于擴散聲場的要求大多數是難以滿足的,所指的混響聲場基本上是通常意義上的反射聲形成的聲場。明確這一點是重要的,因為這是統計理論所得的結果與實際情況有一定距離的一個重要原因。

混響對房間的音質有重要影響,它是決定房間音質的必要條件。因此有必要對其進行定量量度。這—工作首先由W·C·賽賓(Sabine)于二十世紀初提出并加以實踐。為了使混響的量度僅僅取決于房間本身的聲學特性,而排除其它因素(如室內原聲場聲級的大小及背景噪聲水平等)的影響,使其具有良好的重復性,目前國際上公認的是以室內聲場的聲能密度衰減到原始值的百萬分之一時所經過的時間進行量度,稱為混響時間。因此,混響時間可定義為室內聲音已達到穩態后停止聲源發聲,平均聲能密度自原始值衰減60分貝所需的時間,并用T60或RT表示。在實際測量時,由于種種條件的限制,往往不可能獲得衰減60分貝的相應時間,通常以開始一段的聲壓級衰變情況為基本依據,然后外推到衰變60分貝時所需要的時間。

 

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