声反射、吸收和混响时间
表面的声吸收当声音投射到一个固体障碍物上时,大部分声能将被障碍物表面反射,一小部分被障碍物吸收并最终转化为热能,另一小部分将穿透这个障碍物。这三部分的相对份额要视障碍物表面光滑程度、障碍物材料的比重和障碍物的形状及厚度等因素而定,光滑坚硬表面的声能反射系数比较大,一般在90%以上,而减少声波反射的最常用办法是增加声能的吸收和透射。这里存在两种物理机制:共振吸声和多孔吸声,一些柔软多孔的表面,吸收性能较好。这是由于在柔软多孔介质中,声波的空气振动比较容易转化为介质的振动,并通过摩擦转达化为热能耗散掉。
一些常用建筑材料的吸收系数:对500赫兹频率纯音
· 声学砖:0.50
· 未上釉砖:0.03
· 水泥面上的厚地毯:0.11
· 天鹅绒(0.034千克/米2):0.49
· 水泥地面上的拼花木地板:0.07
· 普通的窗玻璃:0.18
· 石灰,水泥:0.05
· 三合板(6毫米):0.17
直接声与反射声由舞台上传出的乐声,通过五种途径到达听众的耳中。
第一,直接声D,由乐声声源按近似球面波的形式,直接传达听众耳中。这时声能密度,也即声强,大致与距离平方成反比,由于听众的眼睛基本上处在舞台声源到他耳朵的联线上,因此可以说,凡是看得见舞台声源的听众也能听到发自该声源的直接声;反之也是。有的音乐厅楼厅的某些座位,听众靠在座位上就看不见舞台的声源,这样就不能听到直接声,越靠近舞台,直接声越大,越远离舞台,直接声越小。
第二,大厅两侧墙壁的反射声R1、R2。R1、R2 到达听众耳中的时间延迟和响度(相对于直接声而言)均和大厅跨度、侧墙敷面材料及表面形状有关。就正厅中心轴线的座位而言,由于对称,R1 和R2 同时到达并且响度也相等。
第三,天花板反射声R3。舞台上的声音传向天花板,再反射,到达听众耳中便是R3。R3 的时间延迟、响度及频谱和大厅高度,附加天花板(有时称为”浮云“)的倾斜角度及其具体构造有关。
第四,舞台罩反射声R4。舞台上的声音传向舞台罩,再经舞台罩反射后转传向听众的反射声。R4 和舞台罩的形状和材料有关。
第五,多次反射声,从舞台上发出的声音经大厅的侧墙、地面、舞台罩、天花板等处,多次反射后传出听众耳中的声音。由于经历一次反射,声音便被吸收一些(其频谱也多少会有变化),所以经历的反射次数越多,响度也越弱,方向也更杂乱而趋于各向同性。与此同时,由于多次反射声的传播路径较长,到达听众耳中的时间也更加延迟。如此多次反射,声音逐渐溶入混响之中并逐渐消失。
初始时间延迟间隙及混响从时间上看,直接声和各种反射声的时间分布如图所示,这里,当测听者座位不在正厅中轴线时,R1、R2 并不等时,图中直接声和R1之间的时间间隙被称为初始时间延迟间隙(通常以毫秒度量)。它是音乐厅音质的四个客观标准中的一个,并且直接关系到主观优选评价中的一个重要项目——亲切感。如果这个间隙小于20毫秒,听起来R1和直接声将共同形成一个响度较大、音质较好的声音;如果厅的尺寸很大,使这个间隙大于70毫秒,听起来R1 便是回声。在R4 之后已属于多次反射声,越来越多,越重叠越弱。逐渐融成室内音特有的混响,混响声的强度大体呈指数下降。
混响声的定义是,在直接声消失后,室内持续的声音为度量混响的时间。通常定义混响时间T 为混响声和声压级下降60分贝所需的时间(以秒度量)。
由于声吸收通常和频率有关。因此混响时间一般与频率有关。所以通常区分为低频混响(取频率67,125,250赫兹)、中频混响(取频率500赫兹或500-1000赫兹)、高频混响(频率≥2000赫兹以上),混响时间是音乐厅音质的四个客观标准中的另一个。对于语言厅,由于要求语言清晰,混响时间短,通常T500-(0.5-1.2秒);但对交响乐音乐厅,由于要求声音有很好的丰满性,混响时间要求较长:T500-(0.5-2.2秒)。
来源:小小喇叭微信公众号(ID:xxiaolaba)
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