虛擬現(xiàn)實房間裝修中的聲學(xué)分析

摘 ?要：隨著虛擬現(xiàn)實（下文稱虛擬現(xiàn)實為VR）技術(shù)的發(fā)展和成熟，各種VR體驗工作室、VR訓(xùn)練環(huán)境層出不窮，在構(gòu)建VR環(huán)境的過程中處理好所涉及的聲學(xué)問題、為VR提供相匹配的三維聲效、對提升VR空間的整體效果十分重要。該文主要剖析裝修中需要注意的一些聲學(xué)問題，如體型、隔音、吸聲和音質(zhì)等，并為解決這些問題和處理好它們之間的關(guān)系提供了一些方案。

關(guān)鍵詞：裝修 ?聲學(xué) ?分析 ?調(diào)校

中圖分類號：TU238 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1672-3791（2020）10（a）-0011-03

Abstract： With the development and maturity of virtual reality （hereinafter referred to as VR） technology， various VR experience studios and VR training environments emerge in an endless stream. In the process of building VR environment， it is very important to deal with the acoustic problems involved， provide matching 3D acoustic effects for VR， and improve the overall effect of VR space. This paper mainly analyzes some acoustic problems in decoration， such as shape， sound insulation， sound absorption and sound quality， and provides some solutions to solve these problems and deal with the relationship between them.

Key Words： Decoration; Acoustic; Analysis; Adjustment

1 ?VR環(huán)境中的聲學(xué)客觀技術(shù)指標(biāo)與主觀評價指標(biāo)

在構(gòu)建VR的過程中，聲音的處理分為主觀評價指標(biāo)和客觀技術(shù)指標(biāo)兩個部分（見表1）。由于主觀評價因人而異很難統(tǒng)一，所以不做概述。客觀技術(shù)指標(biāo)包括聲場不均勻度、混響時間頻率特性、中頻（610～920Hz）混響時間、空氣聲隔聲、背景噪聲限值等方面。（1）對于聲場不均勻度的合理值，通過測試在常用的VR空間中，99～3999Hz范圍內(nèi)各頻帶倍頻程聲壓級最小值與最大值之間的偏離應(yīng)該低于7dB，平均值和最大值的偏離應(yīng)該低于2dB。（2）在混響時間頻率特性方面，不同頻段的混響時間頻率特性要處于標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間內(nèi)，高頻在不超過上下限的前提下可以略低，低頻可以稍高，中頻盡量減少波折起伏。（3）中頻段的混響時間（610～920Hz）要依據(jù)不一樣的VR空間大小制定，當(dāng)空間不大于150m2時，混響時間設(shè)到0.20～0.40s，當(dāng)空間介于150～300m2時，混響時間設(shè)到0.35～0.45s，當(dāng)空間大于300m2時，混響時間設(shè)到0.4～0.5s（4）VR空間中的空氣聲隔聲指標(biāo)要求對于90dB以上的粉紅噪聲，VR體驗區(qū)和周圍艙室的（垂直、水平）聲壓級差應(yīng)該大于51dB。（5）最后一個聲學(xué)指標(biāo)背景噪聲限值指VR空間中VR投影設(shè)備和換氣口還有冷氣機等運行時的噪音要低于噪音曲線NC30諸頻帶的閾值，或低于34dB。

2 ?聲音質(zhì)量和體型

VR空間的體型或?qū)捀弑纫矔绊懧曇舻馁|(zhì)量，在和空間大小有關(guān)聯(lián)的一些頻率上，音波可能會前后疊加，形成共振和駐波影響聲音的重播，對音質(zhì)產(chǎn)生不利的影響。如果在VR空間中有多種共振方式并且頻率一致，那么還會出現(xiàn)不利的并簡現(xiàn)象，會導(dǎo)致應(yīng)有的共振頻率失真，出現(xiàn)聲染色、低頻有嗡嗡聲。此外，擴散體的處理和甄別以及VR空間墻壁的平行等，也會對聲音的重播造成影響。規(guī)整的幾何平面不代表就一定對聲音的重播有利，VR空間的寬高比最好不使用整數(shù)，非整數(shù)的比值對音質(zhì)的不利影響較小，可確保較高的聲音還原度（墻面形狀盡量避免使用正方形、宜使用寬高比為非正數(shù)的矩形或其他不規(guī)則形狀）。另外，我們可以在VR內(nèi)增加擴散體以此來消滅VR空間內(nèi)產(chǎn)生的各種聲學(xué)缺陷，對由于空間狹小所導(dǎo)致的內(nèi)部聲音比較集中的問題，需要對聲音實施必要的擴散處理，對聲音的還原重播是很有益的，例如對墻面實施凹凸化處理（見圖1），達到VR空間簡正模式均勻分布進而實現(xiàn)比較理想的線性低頻響應(yīng)聲效。

3 ?VR裝修對聲學(xué)效果的影響

裝修是否得當(dāng)對VR空間的聲音效果影響很大。適當(dāng)?shù)臄U散和空間體型，可以顯著改善簡并、聚焦和回聲問題;采用吸聲特性好的裝飾材料，可以得到理想的頻率特性和混響時間;反射和吸聲材料的合理布局，可以使聲音的三維效果更加強烈;將吸擴散和吸聲和合理地結(jié)合在一起，可以使聲場內(nèi)的分布更加均勻;最好還要做好空調(diào)等系統(tǒng)的消聲和隔聲措施，以降低VR背景噪聲干擾。

4 ?吸聲和吸聲的做法

在VR的設(shè)計過程中，聲學(xué)吸聲極為必要，對于VR中的低頻段的信號采用薄板吸聲，對中頻段的信號使用共振吸聲，對于中高頻聲音我們采用多孔吸聲方式。無損的聲音還原指VR體驗者感受到的聲音的音色和音源發(fā)出的音色相同。對體驗者而言VR中的聲音和AR中聲音的音色的音色應(yīng)該一致，要達到這個目的，在裝修中要確保對高、中、低頻的聲音吸聲幅度是均勻的。音樂的透明度要好，才可以清晰地表達出聲音的層次，音調(diào)高低不渾濁、細膩而明顯;低音深層厚重、中音不生硬豐滿充實、高音纖細清澈不刺耳并且諧音豐富，要實現(xiàn)這個目的，就要低中高頻的吸音量可以滿足聲音明晰的要求。如果虛擬現(xiàn)實聲音是從前后、上下、左右不同方位采集的聲音之后發(fā)送，要使VR體驗者聽到聲音方位與目視的音源所在位置一致，就需要吸納聲音的部位能滿足聲相定位的要求。

最后，吸聲材料的選用也是有講究的，要達到較好的空間感、聲場影像逼真、能夠準(zhǔn)確地還原VR中的環(huán)繞音源和聲場空間的大小，清晰確定聲場的特征，則進一步要求反射材料和吸聲材料合理分布，揚聲器的位置和吸聲材料的分布配合得當(dāng)，只有這樣當(dāng)播放質(zhì)量較好的音源信號時，回放的聲場才能還原出身臨其境的效果，這就是VR中視覺和聲音的最好結(jié)合。

5 ?隔聲的重要性和應(yīng)對措施

對內(nèi)外聲音的阻隔重要性毋庸置疑，它決定VR最終音效的成敗，要求不能讓外部聲音竄入室內(nèi)，也不能夠讓內(nèi)部聲音擴散出去。VR中的隔聲有消聲和通風(fēng)、墻體隔聲、門窗隔聲、浮筑地板隔震幾個方面。浮筑地板隔震的方法是先鋪隔離墊再在上面澆注水泥砂漿，這樣以有效減少聲音外泄，具體見圖2。處理門窗隔聲問題，采用減少門窗縫隙、設(shè)置吸聲結(jié)構(gòu)構(gòu)成聲閘、設(shè)置雙道門、增加門窗厚度等常規(guī)方法，通風(fēng)方面使用消音器來禁止聲音的干擾和外泄。

6 ?結(jié)語

VR的實現(xiàn)過程中的聲學(xué)處理和裝修對VR的聲覺體驗效果很重要，處理好VR中的聲音吸收、聲音阻隔、VR體型、和音質(zhì)方面的問題，是VR是否能滿足完美效果的重點，在VR的音學(xué)處理和裝修過程中需要足夠重視。最后，裝修設(shè)計要和音學(xué)效果相適應(yīng)，既要美觀還要兼顧優(yōu)秀的音質(zhì)，這才是一個完美的VR。

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