音響工程師必備聲學(xué)知識(shí)
以下這些聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)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(nèi)裝修材料比較堅(jiān)硬的房間內(nèi)，當(dāng)聲源發(fā)聲時(shí)，常會(huì)激發(fā)這個(gè)房間內(nèi)的某些固有頻率(或稱簡(jiǎn)正頻率)的聲音，即出現(xiàn)民房間共振現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)生共振現(xiàn)象時(shí)，聲源中某些頻率特別地加強(qiáng)加了。例如，噪聲能使燈罩或窗玻璃產(chǎn)生振動(dòng)而發(fā)聲，而且聲音的音調(diào)一一定的。說(shuō)明物體被一外界干擾振動(dòng)激發(fā)時(shí)，將按照客觀存在本身所具有的共振頻率之一而振動(dòng)。激發(fā)頻率越接近物體的某一共振頻率，共振響應(yīng)就越大。就一個(gè)管樂(lè)來(lái)說(shuō)，是管中的空氣柱在共振，其共振頻率主要由空氣柱的長(zhǎng)度來(lái)決定。在一個(gè)房間中，空氣振動(dòng)的共振頻率由主要由房間的大小來(lái)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(qiáng)(峰)和某些固定位置上的減弱(谷)。
聲源的指向性
人的頭和揚(yáng)聲器與低頻聲的波長(zhǎng)相比是小的，這種情況下可視為無(wú)指向性點(diǎn)聲源，但對(duì)高頻聲，就具有明顯的指向性。頻率高，聲波波長(zhǎng)短，聲源下面的聲壓比背面和側(cè)面大得多，直達(dá)聲聲能就集中于輻射軸線附近，指向性強(qiáng);而低頻聲，聲源前后的聲壓變化不大。實(shí)際上，演員在舞臺(tái)上的對(duì)白或演唱，隨頻率的高低都帶有指向性。人在話講時(shí)，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(duì)于較高頻率的語(yǔ)言聲，其響度的差別可達(dá)1倍以上。因此，站在講話者后面或側(cè)面的人，由于直達(dá)聲中缺少很重要的高頻成分，很難清聽(tīng)懂。如果適當(dāng)?shù)卦谥v話者的周?chē)釉O(shè)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(shí)聽(tīng)起來(lái)總是比較差些。所以，廳堂形狀的設(shè)計(jì)、場(chǎng)聲器位置的布置，都要考慮聲源的指向性。
混響時(shí)間
什么是混響時(shí)間?當(dāng)室內(nèi)聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，聲壓級(jí)降低60dB所經(jīng)歷的時(shí)間稱為混響時(shí)間，記作T60或RT，單位是秒(s)。混響時(shí)間是目前音質(zhì)設(shè)計(jì)中能定量估算的重要評(píng)價(jià)指標(biāo)。它直接影響廳堂音質(zhì)的效果。長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)混響過(guò)程進(jìn)行曲了研究，得出了適用于實(shí)際工程的混響時(shí)間計(jì)算公式：賽賓公式和伊林公式。但是，這兩個(gè)公式有以下的假設(shè)條件：首先，室內(nèi)的聲音是充分散的，即室內(nèi)任一點(diǎn)的聲音強(qiáng)度一樣，而且在任何方向上的強(qiáng)度也一樣;其次，室內(nèi)聲音按同樣的比例被室內(nèi)各表面吸收，即吸收是均勻。
當(dāng)房間容積越大，界面吸聲量直小時(shí)，則每次反射經(jīng)過(guò)的路程就越長(zhǎng)，聲音衰變就越慢，因此混響時(shí)間將越大。
在計(jì)算混響時(shí)間時(shí)，通常要計(jì)算125、250、500、1000、2000和4000Hz六個(gè)頻率的值。對(duì)于錄音室和播音室有時(shí)還應(yīng)追加 63Hz和8000Hz的混響時(shí)間。
廳堂、會(huì)議中、歌劇院建筑設(shè)計(jì)
各類(lèi)廳堂，包括劇院、音樂(lè)廳、歌劇院、會(huì)堂、演播室、電影院和體育館等觀演場(chǎng)所的設(shè)計(jì)，都要滿足觀眾(以及演員、樂(lè)師)的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)的要求。廳堂的廳字、繁體字寫(xiě)滿足聽(tīng)覺(jué)感官的享受是十分重要的，甚至往往成為決定此類(lèi)觀演建筑設(shè)計(jì)成敗之關(guān)鍵。為此，必須認(rèn)真做好廳堂音質(zhì)設(shè)計(jì)。
音質(zhì)設(shè)計(jì)的任務(wù)就是利用室內(nèi)聲學(xué)和噪聲控制學(xué)的研究成果提供的科學(xué)方法和技術(shù)措施來(lái)達(dá)到預(yù)期的音質(zhì)效果(通常通過(guò)客觀音質(zhì)指標(biāo)來(lái)體現(xiàn))，并經(jīng)受相應(yīng)的聲學(xué)測(cè)量來(lái)難是否達(dá)標(biāo)。音質(zhì)設(shè)計(jì)的最終目的是滿足人們良好的聽(tīng)音感受的主觀要求。音質(zhì)設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括廳堂選址、總平面布置、體型容積的克確定、音質(zhì)指標(biāo)的考量、反射面的布置、混響設(shè)計(jì)以及噪聲控制等。音質(zhì)設(shè)計(jì)必須從考慮建筑方案的初步設(shè)計(jì)階段就開(kāi)始介入，決不能等到建筑設(shè)計(jì)已大體完成再作內(nèi)部聲學(xué)裝修。音質(zhì)設(shè)計(jì)是廳堂建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的有機(jī)組成部分。建筑師和聲學(xué)顧問(wèn)必須與其他建筑設(shè)計(jì)有關(guān)專(zhuān)業(yè)人員協(xié)同工作，方可保證音質(zhì)設(shè)計(jì)的成功。
音質(zhì)設(shè)計(jì)的程序和步驟包括：
(1)廳堂用地的選擇。調(diào)查比較各種可供選擇的場(chǎng)地的環(huán)境噪聲和振動(dòng)的狀況，作出聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)，盡量選擇安靜的場(chǎng)所。
(2)總平面布置。根據(jù)場(chǎng)地聲環(huán)境影響的評(píng)價(jià)結(jié)果，考慮相應(yīng)的防噪減振的總體平面布置方案，包括觀眾廳與空調(diào)設(shè)備機(jī)房和其他容易產(chǎn)生噪聲與振動(dòng)干擾的房間的關(guān)系。
(3)觀眾廳容積和體型設(shè)計(jì)。選擇適當(dāng)?shù)挠^眾廳平面與剖面形式，選擇使廳堂容易達(dá)到最佳混響時(shí)間、響度和有利于充分利用有效聲能、避免音質(zhì)缺陷的方案。
(4)音質(zhì)指標(biāo)的選擇與計(jì)算。確定各項(xiàng)音質(zhì)指標(biāo)，選定其優(yōu)選值，進(jìn)行包括混響時(shí)間在內(nèi)的各項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算，必要時(shí)，可進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真或聲學(xué)縮尺模型試驗(yàn)，作為音質(zhì)設(shè)計(jì)的輔助手段。
(5)噪聲振動(dòng)控制。確定圍護(hù)結(jié)構(gòu)的隔聲方案。進(jìn)行包括空調(diào)與制冷設(shè)備等噪聲源在內(nèi)的消聲與減振設(shè)計(jì)。
(6)觀眾廳內(nèi)部的聲學(xué)設(shè)計(jì)。修正觀眾廳體型，從聲學(xué)角度參與考慮舞臺(tái)、樂(lè)池、包廂、樓座及座椅布置等細(xì)節(jié)，布置聲反射面，選擇布置吸聲材料和結(jié)構(gòu)，進(jìn)行廳堂內(nèi)部的聲學(xué)裝修設(shè)計(jì)。
(7)施行的音質(zhì)測(cè)試與調(diào)整。必要時(shí)，在施工過(guò)程中尚應(yīng)進(jìn)行音 質(zhì)測(cè)試工作，檢驗(yàn)各項(xiàng)音質(zhì)指標(biāo)計(jì)算的精度，根據(jù)測(cè)量結(jié)果，進(jìn)行必要的修正設(shè)計(jì)。
(8)音質(zhì)評(píng)價(jià)與驗(yàn)收。竣工后進(jìn)行音質(zhì)評(píng)價(jià)，包括主觀評(píng)價(jià)、聽(tīng)眾調(diào)查和客觀音質(zhì)測(cè)量。重要的觀演建筑的音質(zhì)設(shè)計(jì)應(yīng)包括上述步驟和內(nèi)容，對(duì)于較次要的廳堂，有時(shí)限于條件，也可省略其中若干步驟和內(nèi)容，例如，計(jì)算機(jī)仿真，模型試驗(yàn)和施工過(guò)程中的聲學(xué)測(cè)量等，但其余的步驟和內(nèi)容都是不可缺少的。
建筑師應(yīng)根據(jù)預(yù)定的音質(zhì)設(shè)計(jì)的目標(biāo)，按設(shè)計(jì)程序組織協(xié)調(diào)各工種專(zhuān)業(yè)人員(包括聲學(xué)顧問(wèn)工程師)進(jìn)行各階段設(shè)計(jì)工作，將聲學(xué)要求與其他建筑要求有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使音質(zhì)設(shè)計(jì)融合于建筑總體設(shè)計(jì)之中。
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