家庭聽音室的聲學裝修與混響特性比較研究

古林強，謝 璇

（1.廣州大學 建筑與城市規(guī)劃學院，廣東 廣州 510006；2.廣州美術學院 建筑藝術設計學院，廣東 廣州 510006）

大部分高保真音響愛好者對音質(zhì)的理解來源于流行音響媒體以及相互的交流，他們自發(fā)組織音響愛好交流群，經(jīng)常討論不同器材和聽音環(huán)境的聽音感受，形成獨特的聽音品味。高保真音響愛好者一般動手能力較強，經(jīng)常通過改變部分器材和裝修材料來改變音質(zhì)，以獲得個人偏愛的聽覺感受。在所有音質(zhì)參數(shù)中，普通聽眾最容易理解、最容易感知的參數(shù)就是混響時間參數(shù)，因此，國際音頻工程協(xié)會（Audio Engineering Society，AES）、歐洲廣播聯(lián)盟（European Broadcast Union，EBU）的技術文檔以及國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）的推薦文件[1-3]等，對于音頻專業(yè)的聽音室的混響特性有明確定量的要求。家庭聽音室因為空間的限制和選材的限制，很難達到上述標準文件的要求。因此，對于大多數(shù)家庭聽音室普遍存在的混響問題，提供具有可操作性的解決辦法，對改善家庭聽音室的音質(zhì)條件是很有必要的。本研究測量了7 個不同類型的家庭聽音室，通過對這些空間聲場的詳細混響時間測量分析，判斷是否存在共性、明顯的混響特性問題，為該類空間后續(xù)音質(zhì)優(yōu)化提供針對性較強的建議。

1 測試家庭聽音室概況

本項目組隨機選取了7 個音樂愛好者的專用家庭聽音室進行混響特性的測量，這些家庭聽音室的房型、有效面積、聲源Sn位置及測點Rn位置如圖1 所示，家庭聽音室的聲學裝修情況如表1 所示。這里的有效面積UA和有效體積UV不是非常精確，主要考慮到待測空間與室內(nèi)其他空間存在難以清晰分割的小通道，應對該通道采用近似值估計其面積和體積并入空間的總面積和總體積，取整數(shù)近似值。

從表1 可以看出，這些聽音室都針對房間的混響特性做了一定的聲學處理。經(jīng)現(xiàn)場訪談得知，2號聽音室的業(yè)主了解一些聲學材料的性能，也了解一些聲學原理，其他業(yè)主則完全不清楚，只是參考音響愛好交流群的共享圖片或自身的猜測進行裝修，說明普通音響愛好者通過日常接觸的渠道無法充分認識基礎聲學原理。在裝修階段，7 個房間都沒有使用儀器設備進行過任何精度的聲學測量，也沒有根據(jù)任何數(shù)據(jù)進行調(diào)節(jié)。

2 聲學測量與結果分析

2.1 聲源與測點布置

對家庭聽音室的混響特性測量是根據(jù)廳堂音質(zhì)參量測量標準（ISO3382）[4-5]進行的。在房間中設置3 個聲源位置，分別是業(yè)主的左右音箱處，及房間某一角落處；在房間中主聽音區(qū)域均勻布置9個測點，每個測點測量3 次，因此每個聽音室的混響時間T60和早期衰減時間EDT共測量了81 次，最后得到的T60和EDT測量值為81 個數(shù)據(jù)的平均值，即對空間位置和測量時間充分進行了平均，盡量降低因空間位置和測量時間不一致產(chǎn)生的影響。7 個房間的聲源與測點布置如圖1 所示。

2.2 測量結果匯總與分析

表1 7 個聽音室的聲學裝修情況

對比同一個聽音室的混響時間和早期衰變時間，7 個聽音室的混響時間和早期衰變時間曲線，如圖2～圖8 所示。在大型廳堂中，混響時間和早期衰變時間通常因為位置的變化會有較大的差異，但在小房間里，由于反射表面相距較近，空間很快達到穩(wěn)態(tài)聲場的狀態(tài)，兩者趨于一致，除非受到很強的簡正模式影響才會產(chǎn)生較大的差異。從表2 可以看出，7 個空間的混響時間T60和早期衰變時間EDT在中高頻范圍內(nèi)協(xié)調(diào)性一致，大小和趨勢都幾乎無異，但在低頻段就相差較大，可以輔助判斷這些空間在低頻時受到簡正模式的影響較大。圖2～圖8 中，Tm稱為各頻帶混響時間的參考標稱值，與房間體積V 相關，有Tm=0.25(V/V0)1/3，其中V0為100 m3。當T60和EDT都處于容忍范圍內(nèi)時，聽音者可以獲得良好自然的空間感覺。AES 標準與ITU 相比，AES 標準在低頻和高頻的容忍范圍更小，對聲學環(huán)境控制要求更嚴格。按照AES 標準，首先，7 個聽音室的混響時間都不滿足要求，主要因為低頻250 Hz 以下的吸聲能力不夠，部分聽音室全頻帶的吸聲能力不足；其次，大部分房間中頻的吸聲能力也不足；最后，有近一半（3 間）高頻吸聲能力也不足。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，盡管音響愛好者了解混響時間控制的重要性，也知道應該綜合運用一些散射體來減少簡正模式的影響，但總體上把握整個空間的混響特性僅根據(jù)耳朵聽音判斷調(diào)整各種材料，就目前隨機調(diào)查的7 個聽音室來說都是不達標的。

3 總結與建議

通過現(xiàn)場測量的結果與AES 及ITU 等標準進行對比分析，發(fā)現(xiàn)7 個音響愛好者自己設計裝修的家庭聽音室盡管從裝修及選材上刻意進行調(diào)整，但普遍存在混響時間特性不好的問題。尤其是250 Hz以下低頻的吸聲量，絕大多數(shù)房間是不夠的，不過因為低頻吸聲需要保留較大的空腔，而家庭聽音室不可能犧牲大量的空間來獲得足夠的低頻吸聲量。因此，需要設計一些專用的低頻吸聲結構，例如充分利用邊緣效應的低頻陷阱或者擴散吸聲體等。另外，應該盡量使用250 Hz 以上的全頻帶吸聲構造或者盡量讓各頻率的吸聲效率一樣，需要在聲學裝修的過程中獲得建筑裝修材料的吸聲系數(shù)數(shù)據(jù)，對于沒有聲學設計經(jīng)驗的使用者來說，與其選擇某些頻率吸聲效果好的吸聲材料，不如選擇吸聲系數(shù)曲線較為平緩的吸聲材料或構造，避免某些頻帶過強或過弱的吸聲，從而避免明顯的不自然聲環(huán)境。最后，應該充分利用天花板進行吸聲處理，尤其是天花板中給聽音位置帶來強發(fā)射聲的部位，因為天花板是能利用的最大片面積，不但有利于控制混響，還能避免天花板與地面兩個較大的平行表面間的反射性導致的顫動回聲。本研究通過對7個家庭聽音室的橫向?qū)Ρ?，以期為家庭聽音室的設計和施工提供參考。