混響時間及測量方法簡介

1、混響時間及測量方法簡介一、引言混響時間不僅在音質(zhì)評價方面， 而且在材料聲學(xué)性能的測試、 噪聲控制等 許多領(lǐng)域都是最基本的參數(shù)，一直是被公認的、具有明確概念的、與主觀感受 良好相關(guān)的客觀參數(shù)。適度的混響，可以明顯的改善聲音質(zhì)量，改變音樂的音 色和風(fēng)格。我們已經(jīng)知道，室內(nèi)的聲波遇到四周墻面以及地面和頂棚會產(chǎn)生反 射，而這種反射過程是往復(fù)多次的。如果這些反射聲在直達聲到達聽者50ms后仍多次反射而繼續(xù)存在，直到一段時間后才衰減消失，聽起來有一種余音不 絕的感覺。這種過程與現(xiàn)象稱為混響，即交混回響之意。聲學(xué)家賽賓通過研究 后提出：當(dāng)聲源停止發(fā)聲后，殘余的聲能在室內(nèi)往復(fù)反射，經(jīng)吸收衰減，其聲 能密度下降

2、為原來值的百萬分之一所需要的時間，或者說，室內(nèi)聲能密度衰減 60dB所需要的時間稱為混響時間，其計算公式如下：0 163/T=匐 （1）式中，T為混響時間，單位為秒；V為房間容積，單位為立方米;儀是房間內(nèi)所有表面材料的平均吸聲系數(shù)；S是室內(nèi)總表面積，單位是平方米；從上面公式可見，當(dāng)一座廳堂容積 V已經(jīng)確定時，通過選取不同吸聲系 數(shù)的內(nèi)表面材料，可以控制房間的總吸聲量，進而控制房間的混響時間。二、混響時間測量方法及相關(guān)測試儀器綜述混響時間的測量方法主要有穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法、脈沖響應(yīng)積分法，最近不少 儀器還可以使用MLSR大長度序列數(shù)法測量脈沖響應(yīng)。1、穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法1穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法是最常見的，使用起

3、來也最方便，它先在房間內(nèi)用聲源建 立一個穩(wěn)定的聲場，然后使聲源突然停止發(fā)聲，用傳聲器監(jiān)視室內(nèi)聲壓級的衰 變，同時記錄衰變曲線，最后從衰變曲線計算聲壓級下降60dB的時間而測得混響時間。但這種方法有一個缺點就是聲衰變嚴重地受到無規(guī)過程中不可避免 的瞬時起伏的影響，所以對相同的聲源和傳聲器點必須測量多次進行平均。其測量原理圖如圖1所示，2、圖3所示:圖1穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法測量混響時間原理圖穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法測量混響時間測得的響應(yīng)和聲壓級衰變曲線如圖穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法測量混響時間得到的聲壓級衰變曲線使用切斷噪聲法測量混響時間的有 B&K2260D(配7204軟件)、B&K4417/4418 型建筑聲學(xué)分析儀、杭

4、州愛華AWA6290A嘉興紅聲HS5660X北京恒智的RT1、 Norsonic 的 RTA 840 (配 Ctrl-SIC 與 Nor-SIC 軟件),法國的 01dB等。它 們的工作原理都是計算一5dB和一35dB兩個電平之間的時間，然后推算出混響 時間。2、脈沖響應(yīng)積分法德國哥廷根大學(xué)的聲學(xué)家，脈沖積分法是對常規(guī)測量方法的巨大改進。這一方法是基于下面的公式：=方戶(力杰(2)式中：*飛)穩(wěn)態(tài)噪聲的聲壓衰減函數(shù)；N譜密度；r ( x)一被測房間的脈沖響應(yīng)。它表明，在同樣的聲場條件下，連續(xù)穩(wěn)態(tài)的白噪聲停止后，聲場的聲能密度衰減的群體平均二，和一次脈沖響應(yīng)r (x)的平分從t到無窮的積分 相等

5、。群體平均要求對噪聲衰減測量多次；而脈沖響應(yīng)只要測一次，這是脈沖 積分法的一大優(yōu)點。用它測量混響時間得到的曲線比較平滑，波動小，不但能 很精確得出混響時間，還能算出 ED邙聲學(xué)參數(shù)。脈沖響應(yīng)積分法測量混響時間測得的響應(yīng)和聲壓級衰變曲線如圖4、圖5所示:100%圖4 混響 室內(nèi)測得的脈沖響應(yīng)圖5 脈沖響應(yīng)積分法測量混響時間得到的聲壓級衰變曲線使用脈沖響應(yīng)積分法測量混響時間的有 B&K 2260G（配7207軟件）、法 國01dR北京恒智RT幺Norsonic N 118等。在測量中，如果無法激發(fā)足夠 的能量，脈沖響應(yīng)積分法是一個不錯的選擇。 表1列出4種常用簡單的脈沖信 號源的各種特性： 表1名

6、稱氣球信號槍爆竹電火化發(fā)聲機理爆炸爆炸爆竹聲高壓放電功率中等中等較大中等頻響較寬中局頻聲中局頻聲圖頻聲3、MLS最大長度序列數(shù)法測量脈沖響應(yīng)上面我們提到用Schroeder提出的脈沖積分法獲得的衰變曲線的無規(guī)性大大減少，相當(dāng)于多次常規(guī)測量的平均。若采用具有隨機性、自相關(guān)近似為6 函數(shù)、長度為N的周期序列信號作聲源，可以很簡便地求出系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)， 并可抑制背景噪聲的影響，在低信噪比的情況下測量混響時間。此時，系統(tǒng)脈 沖響應(yīng)等于輸入輸出互相關(guān)：1 ft式中：WG 系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)S 輸入信號S輸出信號若輸出信號的采樣速率等于輸入信號的時鐘頻率，上式可寫成矩陣形式:（4）其中，M為包含N個右循環(huán)延時

7、的M序列矩陣。通過構(gòu)造置換矩陣可將 M序 列矩陣轉(zhuǎn)化為Hadamar加陣，然后利用Hadamard變換快速計算脈沖響應(yīng)。如果是在環(huán)境很嘈雜或是房間實在是太大，用常規(guī)的方法無法獲得足夠的信噪 比，使用MLS式來測量效果很不錯。使用 MLS奠式測量混響時間的有B&K 2260D （配 7841 軟件）,Norsonic 的 RTA840 （配 Nor-1012 軟件）,法國 01dB三、測量方法及注意事項：1. 混響時間測量時信噪比至少滿足 40dB要求（MLSM低至20dB）。一般在空場條件下進行；2. 所有測點必須離墻1.5m以上，測點高度距地面1.5m左右。對于有樓座的廳堂，測點應(yīng)包括樓座區(qū)

8、域。為了保證測量數(shù)據(jù)的可靠性，建議作 6次 以上的測量作平均，而不是只進行一兩次測量；3. 測點應(yīng)均勻分布在廳內(nèi)，一般不得少于（49）點。對于對稱的歌舞廳其主要活動區(qū)的測點的最低要求如下：100平米以下的廳測4點，（l00 200）平米白廳測6點。200平米以上的廳測9點。要求測點均勻分布在對 稱的一側(cè)（注：這里所指的對稱不僅是建筑上對稱，還包括聲場對稱）；4. 對于測試用聲源，通常要求無指向性的，它由多個揚聲器安裝在多面體箱內(nèi)組成。當(dāng)使用無指向性聲源時，如 B&K 4295/4296或愛華AWA5510 要放置在房間中央進行截斷法測量；5. 對聲源截斷法，在大的房間為了對房間的聲場作充分的激

9、勵，應(yīng)把信號 發(fā)生器啟用初始時延放長至 4s以上。四、結(jié)論混響時間測量的方法還有很多，目前用的較多的為切斷噪聲法，測試時需 配備聲壓級測量及記錄設(shè)備、功放、揚聲器及附屬配件，攜帶較為不便。而采 用脈沖積分法測量混響時間，只需攜帶脈沖積分聲級計和產(chǎn)生脈沖聲的設(shè)備（如表1中所列）。相比切斷噪聲法，使用脈沖積分法測量混響時間就方便了 很多。在建筑聲學(xué)設(shè)計的過程中，混響時間是最重要的客觀聲學(xué)參數(shù)之一，因 此采用脈沖積分法測量混響時間，可以很方便的讓我們了解在裝修過程中房間 混響的變化情況，為我們的建筑聲學(xué)設(shè)計提供了極大方便。參考文獻：1、吳碩賢建筑聲學(xué)設(shè)計原理。中國建工出版社，20002、華南理工大學(xué)建筑物理華南理工大學(xué)出版社，20026. , NewMethod of Measuring Reverberation Time, 37（1965）, 4094127. Richards E J,W川s J L.UnderwaterAcoustics. Chap