浅析混响时间

浅析混响时间

张一川200827501067（烟台大学）[摘要] 混响时间的概念以及计算公式和如何调整最佳混响时间，以便更好的了解混响时间，合理的设计室内声，达到舒适的效果。

[关键词] 混响时间舒适度混响计算合理利用声的丰满性扩声清晰度

(一)概念：

1混响：混响是围蔽空间里的声学现象。人们所熟知的在室内声源停止发声后，可以听到声音的延续就是混响。2混响时间：在声音停止发声后，室内的声能立即开始衰减，声音自稳定声压级衰减有用的60dB 所经历的时间称为混响时间。混响是房间中声音被界面不断反射而积累的结果，混响可以使室内的声音增加15dB，同时会降低语言清晰度。对于音乐演奏的空间，如音乐厅、剧场等，需要混响效果使乐曲更加舒缓而愉悦。对于语言使用的空间，如电影院、教室、礼堂、录音室等需要减少混响使讲话更加清晰。因此，不同使用要求的房间需要不同的混响效果。描述混响效果的指标是混响时间，它是室内声源停止发声后，声压级衰减60dB所经历的时间，单位是秒。混响时间与室内吸声存在数学关系，也就是建筑声学中著名的塞宾公式：T=0.161V/(S×a) ，其中T是混响时间，V是房间体积，S是房间墙面的总表面积，a是房间表面的平均吸声系数。由塞宾公式可以看出，房间体积越大混响时间越长；平均吸声系数越大，混响时间越短。如体育馆等体积巨大的空间，如果不进行吸声处理的话，混响时间会很长，将严重影响语言清晰度。由于室内吸声与频率有关，不同频率的混响时间也有所不同，房间音质指标常指的是中频混响时间。据研究，就较理想的混响时间而言（中频），音乐厅为1.8-2.2秒，剧院为1.3-1.5秒，多功能礼堂为1.0-1.4秒，电影院为0.6-1.0秒，教室为0.4-0.8秒，录音室为0.2-0.4秒，体育馆为低于2.0秒。在建筑设计中正确地应用吸声材料可以控制混响时间，保证音质效果满足使用要求。

混响它反映了室内声能的衰变，这衰变与室内的吸声，反射和散射等有关。100多年前，美国物理学教授W.C.赛宾首先提出了用声能衰减60dB所需时间，即混响时间来衡量厅堂的音质，并提供了计算室内混响的经验公式。经过后来的科学家研究，从扩散声场中声能密度随时间的衰减出发，在理论上推导出混响时间的表达式，发现赛宾提出的公式正是平均吸声系数ā<0.2时理论公式的近似。从而，使我们对赛宾公式有了进一步的认识。尽管100多年来，科学工作者提出了很多影响厅堂音质的声学参量，但是，至今混响时间仍然是厅堂声学设计中惟一能定量计算的参量，也是一个公认的最成熟的厅堂音质的评价量。它是建筑声学的一个重要的物理量，它反映了室内声能随时间的衰减，以及不同频率的声能的衰减特性。尽管一个厅堂内不同位置测得的混响时间可能有差异，可是世界著名的音乐厅内的混响时间的空间标准偏差都很小，几乎不大于0.1s。在不同位置的混响时间几乎差不多，说明厅堂内的声场很均匀。所以混响时间是一个很好的厅堂声学设计的评价量，它应该与测量用的声源无关，这在有关标准中有明确的规定。

然而，随着时代的发展、厅堂的扩大、观众人数的增多和电子技术的进步，厅堂内不可避免的需要用扩声系统。扩声与混响有什么关系呢？它对音质有没有影响？

首先，扩声系统主要的功能是放大从声信号转变来的电信号或重放已录制的节目信号，把电信号通过扬声器转变成声信号辐射出去，所以它没有混响时间，但是，并不是说它与混响无关。我们都有这样的经验，在一个混响时间很长的房间内交谈，如果两人的距离较远，大声讲话反而听不清楚，两人靠近，讲话轻一点就可能听懂，这是因为两人靠近，直达声加强了，尽管房间的混响没有变。这说明在混响很长的地方可以通过增加直达声来提高语言的可懂度。有一个例子，在西欧的教堂中庄严、肃穆，牧师讲经声音洪亮，往往由于教堂内吸声不

足，而混响时间很长，在大教堂的后座听不清楚。电声工作者在教堂内柱子的侧面安装了由小扬声器组成的声柱，朝向听众，起到了很好的效果。从声学角度看，采用小声柱增加了扬声器系统的指向性，改善了覆盖区域，增强了直达声。从传输频率范围看，采用小扬声器辐射的频率范围比较窄，没有低频辐射，不会激发低频混响，但是对于语言传输已经满足了要求。从辐射功率来看，小扬声器的辐射功率比较小，很快衰减不足以激发室内的混响。扬长避短，克服了长混响对语言的干扰。

在厅堂内增加直达声的强度可以减小厅内混响的影响。从声源发出的声音到达听众席的声能由两部分组成，一部分是直达声能，一部分是混响声能，它们的衰减特性。

在混响声能为主的区域，当声源停止发声，则声能按照曲线AB衰减，衰减60dB所需的时间即为厅堂内的混响时间。在直达声为主的区域，当声源停止发声时，直达声能迅速降低，然后，以剩下的混响声能按同样的衰变率下降，如曲线CD。根据入耳的积分效应，在直达声为主的区域，感觉到的混响效果应满足△OEM和△ODC面积相等的条件。假设OB为衰减60dB所需的时间T60，则OE称为有效混响时间。显然,OE < OB，直达声为主的区域内的有效混响时间一般比厅堂内的T60要短。但是，主观感觉上的差异还是有一定条件的，我们可以从理论上推导出：

Teff=T60?（1- lg ）（1）

式中，R为声能比，R=混响声能密度/直达声能密度；

T60为厅堂内的混响时间；

Teff为主观感觉的有效混响时间。

（二混响计算：

混响时间是衡量任何一个声学厅堂的一个重要的指标。RT60混响时间的定义是：声音达到稳定后，突然停止，声音衰减60dB所需要的时间即为混响时间。提出这个参量的科学家是19世纪的Sabine（赛丙），这个参量的发现，极其重大，其意义是：的与房间的体积V成正比，与室内总的吸声量A成反比，他的计算公式是：

其中V为体积，A=sa为总吸声量；后来Eyring发现了大房间的RT60混响时间，对上面的公式进行了修改，公式如下：

这个公式考虑了空气的吸声和温度的影响，是一个很精确的计算公式了，其中m为空气衰减系数，S为表面积，a平均吸声系数，V为体积，c为声速，声速会随温度的变化而变化，当声速为常温时取344m/s，这便是精确公式.

混响时间计算公式的适用范围:

上述混响理论以及由此导出的混响时间计算公司、将复杂的室内声场处理得十分简单。其前提条件是：1 声场是一个完整的空间；2 声场是完全扩散的。由此，衰减曲线可用一个指数曲线描述（式1-6）。用dB惊讶则衰减曲线是一条直线。但在实际的声场中，经常不能完全满足上述假定，衰减曲线也有不呈直线，混响时间难于以一个单值加以表示的情况。例如在