音響工程師必備聲學知識

　　以下這些聲學基礎知識是音響工程師必須掌握和知道的，提供給各位閱讀參考。

　　房間共振

　　一些內裝修材料比較堅硬的房間內，當聲源發(fā)聲時，常會激發(fā)這個房間內的某些固有頻率(或稱簡正頻率)的聲音，即出現(xiàn)民房間共振現(xiàn)象。當發(fā)生共振現(xiàn)象時，聲源中某些頻率特別地加強加了。例如，噪聲能使燈罩或窗玻璃產(chǎn)生振動而發(fā)聲，而且聲音的音調一一定的。說明物體被一外界干擾振動激發(fā)時，將按照客觀存在本身所具有的共振頻率之一而振動。激發(fā)頻率越接近物體的某一共振頻率，共振響應就越大。就一個管樂來說，是管中的空氣柱在共振，其共振頻率主要由空氣柱的長度來決定。在一個房間中，空氣振動的共振頻率由主要由房間的大小來決定。此外，這種房間共振還表現(xiàn)為使某些頻率(主要是低頻)的聲音在空間分布上很不均勻，即出現(xiàn)了在某些固定位置上的加強(峰)和某些固定位置上的減弱(谷)。

　　聲源的指向性

　　人的頭和揚聲器與低頻聲的波長相比是小的，這種情況下可視為無指向性點聲源，但對高頻聲，就具有明顯的指向性。頻率高，聲波波長短，聲源下面的聲壓比背面和側面大得多，直達聲聲能就集中于輻射軸線附近，指向性強;而低頻聲，聲源前后的聲壓變化不大。實際上，演員在舞臺上的對白或演唱，隨頻率的高低都帶有指向性。人在話講時，并不是均勻地向四周輻聲音的，而是下面最響，背后最輕，也即沿著嘴唇前面有一定的指向性，與發(fā)聲者相同距離的前、后位置，對于較高頻率的語言聲，其響度的差別可達1倍以上。因此，站在講話者后面或側面的人，由于直達聲中缺少很重要的高頻成分，很難清聽懂。如果適當?shù)卦谥v話者的周圍加設反射面，可以提高講話者后面的清晰度，但高頻聲比低頻聲更容易被墻面材料和空氣所吸收，所以在講話者后面時聽起來總是比較差些。所以，廳堂形狀的設計、場聲器位置的布置，都要考慮聲源的指向性。

　　混響時間

　　什么是混響時間?當室內聲場達到穩(wěn)態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，聲壓級降低60dB所經(jīng)歷的時間稱為混響時間，記作T60或RT，單位是秒(s)�；祉憰r間是目前音質設計中能定量估算的重要評價指標。它直接影響廳堂音質的效果。長期以來，人們對混響過程進行曲了研究，得出了適用于實際工程的混響時間計算公式：賽賓公式和伊林公式。但是，這兩個公式有以下的假設條件：首先，室內的聲音是充分散的，即室內任一點的聲音強度一樣，而且在任何方向上的強度也一樣;其次，室內聲音按同樣的比例被室內各表面吸收，即吸收是均勻。

　　當房間容積越大，界面吸聲量直小時，則每次反射經(jīng)過的路程就越長，聲音衰變就越慢，因此混響時間將越大。

　　在計算混響時間時，通常要計算125、250、500、1000、2000和4000Hz六個頻率的值。對于錄音室和播音室有時還應追加 63Hz和8000Hz的混響時間。

　　廳堂、會議中、歌劇院建筑設計

　　各類廳堂，包括劇院、音樂廳、歌劇院、會堂、演播室、電影院和體育館等觀演場所的設計，都要滿足觀眾(以及演員、樂師)的視覺和聽覺的要求。廳堂的廳字、繁體字寫滿足聽覺感官的享受是十分重要的，甚至往往成為決定此類觀演建筑設計成敗之關鍵。為此，必須認真做好廳堂音質設計。

　　音質設計的任務就是利用室內聲學和噪聲控制學的研究成果提供的科學方法和技術措施來達到預期的音質效果(通常通過客觀音質指標來體現(xiàn))，并經(jīng)受相應的聲學測量來難是否達標。音質設計的最終目的是滿足人們良好的聽音感受的主觀要求。音質設計的內容包括廳堂選址、總平面布置、體型容積的克確定、音質指標的考量、反射面的布置、混響設計以及噪聲控制等。音質設計必須從考慮建筑方案的初步設計階段就開始介入，決不能等到建筑設計已大體完成再作內部聲學裝修。音質設計是廳堂建筑設計的一個重要的有機組成部分。建筑師和聲學顧問必須與其他建筑設計有關專業(yè)人員協(xié)同工作，方可保證音質設計的成功。

　　音質設計的程序和步驟包括：

　　(1)廳堂用地的選擇。調查比較各種可供選擇的場地的環(huán)境噪聲和振動的狀況，作出聲環(huán)境影響評價，盡量選擇安靜的場所。

　　(2)總平面布置。根據(jù)場地聲環(huán)境影響的評價結果，考慮相應的防噪減振的總體平面布置方案，包括觀眾廳與空調設備機房和其他容易產(chǎn)生噪聲與振動干擾的房間的關系。

　　(3)觀眾廳容積和體型設計。選擇適當?shù)挠^眾廳平面與剖面形式，選擇使廳堂容易達到最佳混響時間、響度和有利于充分利用有效聲能、避免音質缺陷的方案。

　　(4)音質指標的選擇與計算。確定各項音質指標，選定其優(yōu)選值，進行包括混響時間在內的各項指標的計算，必要時，可進行計算機仿真或聲學縮尺模型試驗，作為音質設計的輔助手段。

　　(5)噪聲振動控制。確定圍護結構的隔聲方案。進行包括空調與制冷設備等噪聲源在內的消聲與減振設計。

　　(6)觀眾廳內部的聲學設計。修正觀眾廳體型，從聲學角度參與考慮舞臺、樂池、包廂、樓座及座椅布置等細節(jié)，布置聲反射面，選擇布置吸聲材料和結構，進行廳堂內部的聲學裝修設計。

　　(7)施行的音質測試與調整。必要時，在施工過程中尚應進行音 質測試工作，檢驗各項音質指標計算的精度，根據(jù)測量結果，進行必要的修正設計。

　　(8)音質評價與驗收�？⒐ず筮M行音質評價，包括主觀評價、聽眾調查和客觀音質測量。重要的觀演建筑的音質設計應包括上述步驟和內容，對于較次要的廳堂，有時限于條件，也可省略其中若干步驟和內容，例如，計算機仿真，模型試驗和施工過程中的聲學測量等，但其余的步驟和內容都是不可缺少的。

　　建筑師應根據(jù)預定的音質設計的目標，按設計程序組織協(xié)調各工種專業(yè)人員(包括聲學顧問工程師)進行各階段設計工作，將聲學要求與其他建筑要求有機地結合起來，使音質設計融合于建筑總體設計之中。

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