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1、混響時(shí)間及測(cè)量方法簡(jiǎn)介一、引言混響時(shí)間不僅在音質(zhì)評(píng)價(jià)方面, 而且在材料聲學(xué)性能的測(cè)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(rèn)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(huì)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(dá)聲到達(dá)聽者50ms后仍多次反射而繼續(xù)存在,直到一段時(shí)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(shí)間,或者說,室內(nèi)聲能密度衰減 60dB所需要的時(shí)間稱為混響時(shí)間,其計(jì)算公式如下:0 163/T=匐 (1)式中,T為混響時(shí)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(shí),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(jìn)而控制房間的混響時(shí)間。二、混響時(shí)間測(cè)量方法及相關(guān)測(cè)試儀器綜述混響時(shí)間的測(cè)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(cè)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(gè)穩(wěn)定的聲場(chǎng),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(jí)的衰 變,同時(shí)記錄衰變曲線,最后從衰變曲線計(jì)算聲壓級(jí)下降60dB的時(shí)間而測(cè)得混響時(shí)間。但這種方法有一個(gè)缺點(diǎn)就是聲衰變嚴(yán)重地受到無規(guī)過程中不可避免 的瞬時(shí)起伏的影響,所以對(duì)相同的聲源和傳聲器點(diǎn)必須測(cè)量多次進(jìn)行平均。其測(cè)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(cè)量混響時(shí)間原理圖穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法測(cè)量混響時(shí)間測(cè)得的響應(yīng)和聲壓級(jí)衰變曲線如圖穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法測(cè)量混響時(shí)間得到的聲壓級(jí)衰變曲線使用切斷噪聲法測(cè)量混響時(shí)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(jì)算一5dB和一35dB兩個(gè)電平之間的時(shí)間,然后推算出混響 時(shí)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(duì)常規(guī)測(cè)量方法的巨大改進(jìn)。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(cè)房間的脈沖響應(yīng)。它表明,在同樣的聲場(chǎng)條件下,連續(xù)穩(wěn)態(tài)的白噪聲停止后,聲場(chǎng)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(duì)噪聲衰減測(cè)量多次;而脈沖響應(yīng)只要測(cè)一次,這是脈沖 積分法的一大優(yōu)點(diǎn)。用它測(cè)量混響時(shí)間得到的曲線比較平滑,波動(dòng)小,不但能 很精確得出混響時(shí)間,還能算出 ED邙聲學(xué)參數(shù)。脈沖響應(yīng)積分法測(cè)量混響時(shí)間測(cè)得的響應(yīng)和聲壓級(jí)衰變曲線如圖4、圖5所示:100%圖4 混響 室內(nèi)測(cè)得的脈沖響應(yīng)圖5 脈沖響應(yīng)積分法測(cè)量混響時(shí)間得到的聲壓級(jí)衰變曲線使用脈沖響應(yīng)積分法測(cè)量混響時(shí)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(cè)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(gè)不錯(cuò)的選擇。 表1列出4種常用簡(jiǎn)單的脈沖信 號(hào)源的各種特性: 表1名

6、稱氣球信號(hào)槍爆竹電火化發(fā)聲機(jī)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(cè)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(cè)量的平均。若采用具有隨機(jī)性、自相關(guān)近似為6 函數(shù)、長度為N的周期序列信號(hào)作聲源,可以很簡(jiǎn)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(cè)量混響時(shí)間。此時(shí),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(hào)S輸出信號(hào)若輸出信號(hào)的采樣速率等于輸入信號(hào)的時(shí)鐘頻率,上式可寫成矩陣形式:(4)其中,M為包含N個(gè)右循環(huán)延時(shí)

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(jì)算脈沖響應(yīng)。如果是在環(huán)境很嘈雜或是房間實(shí)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(cè)量效果很不錯(cuò)。使用 MLS奠式測(cè)量混響時(shí)間的有B&K 2260D (配 7841 軟件),Norsonic 的 RTA840 (配 Nor-1012 軟件),法國 01dB三、測(cè)量方法及注意事項(xiàng):1. 混響時(shí)間測(cè)量時(shí)信噪比至少滿足 40dB要求(MLSM低至20dB)。一般在空?qǐng)鰲l件下進(jìn)行;2. 所有測(cè)點(diǎn)必須離墻1.5m以上,測(cè)點(diǎn)高度距地面1.5m左右。對(duì)于有樓座的廳堂,測(cè)點(diǎn)應(yīng)包括樓座區(qū)

8、域。為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的可靠性,建議作 6次 以上的測(cè)量作平均,而不是只進(jìn)行一兩次測(cè)量;3. 測(cè)點(diǎn)應(yīng)均勻分布在廳內(nèi),一般不得少于(49)點(diǎn)。對(duì)于對(duì)稱的歌舞廳其主要活動(dòng)區(qū)的測(cè)點(diǎn)的最低要求如下:100平米以下的廳測(cè)4點(diǎn),(l00 200)平米白廳測(cè)6點(diǎn)。200平米以上的廳測(cè)9點(diǎn)。要求測(cè)點(diǎn)均勻分布在對(duì) 稱的一側(cè)(注:這里所指的對(duì)稱不僅是建筑上對(duì)稱,還包括聲場(chǎng)對(duì)稱);4. 對(duì)于測(cè)試用聲源,通常要求無指向性的,它由多個(gè)揚(yáng)聲器安裝在多面體箱內(nèi)組成。當(dāng)使用無指向性聲源時(shí),如 B&K 4295/4296或愛華AWA5510 要放置在房間中央進(jìn)行截?cái)喾y(cè)量;5. 對(duì)聲源截?cái)喾ǎ诖蟮姆块g為了對(duì)房間的聲場(chǎng)作充分的激

9、勵(lì),應(yīng)把信號(hào) 發(fā)生器啟用初始時(shí)延放長至 4s以上。四、結(jié)論混響時(shí)間測(cè)量的方法還有很多,目前用的較多的為切斷噪聲法,測(cè)試時(shí)需 配備聲壓級(jí)測(cè)量及記錄設(shè)備、功放、揚(yáng)聲器及附屬配件,攜帶較為不便。而采 用脈沖積分法測(cè)量混響時(shí)間,只需攜帶脈沖積分聲級(jí)計(jì)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(cè)量混響時(shí)間就方便了 很多。在建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)的過程中,混響時(shí)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(cè)量混響時(shí)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(jì)提供了極大方便。參考文獻(xiàn):1、吳碩賢建筑聲學(xué)設(shè)計(jì)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

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