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)域都是最根本的參數(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產(chǎn)生反射，而這種反射過程是往復(fù)屢次的。假設(shè)這些反射聲在直達(dá)聲到達(dá)聽者50ms后仍屢次反射而繼續(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)聲源停頓發(fā)聲后，剩余的聲能在室內(nèi)往復(fù)反射，經(jīng)吸收衰減，其聲能密度下降為原來值的百萬分之

2、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：。一1的，T-式中，T為混響時間，單位為秒；V為房間容積，單位為立方米;色是房間內(nèi)所有外表材料的平均吸聲系數(shù);S是室內(nèi)總外表積，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)外表材料，可以控制房間的總吸聲量，進(jìn)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)噪聲切斷法穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法是最常見的，使用起來也最方便，它先在房間內(nèi)用聲源建立一個

3、穩(wěn)定的聲場，然后使聲源突然停頓發(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(diǎn)就是聲衰變嚴(yán)重地受到無規(guī)過程中不可防止的瞬時起伏的影響，所以對一樣的聲源和傳聲器點(diǎn)必須測量屢次進(jìn)展平均。其測量原理圖如圖1所示，帶遛源電平記圖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2、圖3所示:圖2使用穩(wěn)態(tài)噪聲切斷法在混響室中測得的響應(yīng)tOOdJautiis80 dE70 dE60 dE50 dE40 dE30 dE加亞1。至圖3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

4、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、杭州愛華AWA6290A嘉興紅聲HS5660X北京恒智的RT1、Norsonic的RTA840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2式中：/一穩(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)。它說明，在同樣的聲場條件下，連續(xù)穩(wěn)態(tài)的白噪聲停頓后，聲場的聲能密度衰減的群體平均卜")>1,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屢次；而脈沖響應(yīng)只要測一次，這是脈沖積分法的一大優(yōu)點(diǎn)。用它測量混響時間得到的曲線比較平滑，波動小，不但能很準(zhǔn)確得出混響時間，還能算出ED邙聲學(xué)參數(shù)。圖4混響室內(nèi)測得的脈沖響應(yīng)100diQdBOs工1Jr-/90曲即就TO旺60dE50dB40iE30dB20dE1。也2OsZ.5s304.0s4.5s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&K2260Gl配7207軟件、法國01dR北京恒智RT幺NorsonicN118等。在測量中，假設(shè)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

6、信號源的各種特性：表1名稱氣球信號槍爆竹電火化:燈a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高頻聲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)于屢次常規(guī)測量的平均。假設(shè)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)：機(jī)。二二4（一）SoSdT3式中：為到一系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)S輸入信號S輸出信號假設(shè)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

7、陣形式:4其中，M為包含N個右循環(huán)延時的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)。假設(shè)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形式來測量效果很不錯。使用MLS形式測量混響時間的有B&K2260D配7841軟件,Norsonic的RTA840配Nor-1012軟件,法國01dB等。三、測量方法及本卷須知：1. 混響時間測量時信噪比至少滿足40dB要求乂1翻低至20dB。一般在空場條件下進(jìn)展；2. 所有測點(diǎn)必須離墻以上，測點(diǎn)高度距地面左右。對于有樓座的廳堂，測點(diǎn)應(yīng)包括樓座區(qū)域。為了

8、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(jìn)展一兩次測量；3. 測點(diǎn)應(yīng)均勻分布在廳內(nèi)，一般不得少于49點(diǎn)。對于對稱的歌舞廳其主要活動區(qū)的測點(diǎn)的最低要求如下：100平米以下的廳測4點(diǎn)，100200平米的廳測6點(diǎn)。200平米以上的廳測9點(diǎn)。要求測點(diǎn)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(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，如B&K4295/4296或愛華AWA551，0要放置在房間中央進(jìn)展截斷法測量；5. 對聲源截斷法，在大的房間為了對房間的聲場作充分的鼓勵，應(yīng)把信號發(fā)生器啟用初

9、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，測試時需裝備聲壓級測量及記錄設(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理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(xiàn)：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，20024、RichardsEJ,Wi11sJL.Underwat