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室內(nèi)空間聲學(xué)分區(qū)及特性
發(fā)布日期:2020-7-27   點(diǎn)擊次數(shù):
  一般認(rèn)為,人耳可聽(tīng)的頻響范圍是20-20kHz,在如此寬的頻帶中,不同頻段在房間中的傳播表現(xiàn)形式是不一樣的。對(duì)于低頻區(qū)域來(lái)講,房間混響對(duì)于房間聲學(xué)特性起主要作用,而在高頻段,線性傳播方式將對(duì)房間聲學(xué)特性起主要影響。

  如此寬的頻帶,混合不同的頻率,表現(xiàn)形式不一,這給我們了解房間的聲學(xué)特性帶來(lái)困擾,使計(jì)算變得很復(fù)雜。由此我們應(yīng)當(dāng)將全頻域分段,單獨(dú)進(jìn)行計(jì)算,以便了解房間聲學(xué)特性。

  當(dāng)我們面對(duì)一個(gè)小型房間時(shí),我們可以很容易的將房間頻響分為四個(gè)部分:

  第一部分:自由區(qū)(X區(qū))

  第二部分:典型區(qū)(A區(qū))

  第三部分:混合區(qū)(B區(qū))

  第四部分:線性區(qū)(C區(qū))


 

  在一個(gè)小房間四個(gè)分區(qū)中:自由區(qū)沒(méi)有任何模態(tài)耦合效應(yīng),而典型區(qū)更適用于利用點(diǎn)聲源聲傳播方式進(jìn)行計(jì)算,線性區(qū)更適用于線性聲源傳播方式進(jìn)行計(jì)算。混合區(qū)需要用復(fù)合方式進(jìn)行計(jì)算。

  舉例:

  在一個(gè)長(zhǎng)6.7米,寬5.5米,高4.3米的空間中。我們可以根據(jù)長(zhǎng)度得出空間的最低頻率分界點(diǎn)(X區(qū)與A區(qū)的分界點(diǎn))。分界點(diǎn)的計(jì)算公式為:聲速(一般空氣中傳播速度為344米/秒)除以房間最長(zhǎng)邊兩倍的距離。

  即:f=344/2L

  ▲▲▲

  在這個(gè)例子中分界點(diǎn)頻率約為26Hz。而A區(qū)和B區(qū)的分界點(diǎn)頻率計(jì)算公式為f=34000√(T/V),其中T代表房間的混響時(shí)間,而V代表房間容積。

  假設(shè)該房間混響時(shí)間為0.5秒,通過(guò)計(jì)算我們可以得出A區(qū)與B區(qū)的分界點(diǎn)約為107Hz。一般來(lái)說(shuō)B區(qū)與C區(qū)的分界線頻率約為4f,在這個(gè)例子當(dāng)中我們可以得出大約為428Hz。

  這樣我們就將這個(gè)小房間分為了4個(gè)部分:X區(qū)0-26Hz,A區(qū)26-107Hz,B區(qū)107-428Hz,C區(qū)408-20000Hz。

  正如上文所說(shuō)我們需要對(duì)不同區(qū)域運(yùn)用不同的計(jì)算方式進(jìn)行計(jì)算。除了X區(qū)以外,因?yàn)樵搮^(qū)域的劃定完全取決于房間最長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度和聲速。

  對(duì)于A區(qū),B區(qū),C區(qū)的分界線(f以及4f)我們需要強(qiáng)調(diào),該分界點(diǎn)只是通過(guò)一個(gè)數(shù)學(xué)模型區(qū)進(jìn)行分區(qū),方便我們之后的計(jì)算,而非在這個(gè)分界線兩端,聲音的表現(xiàn)將完全不同。他們之間的改變是連續(xù)過(guò)渡的。

  模態(tài)共振的次數(shù)會(huì)隨著由A區(qū)到C區(qū)的過(guò)渡而增加,但在X區(qū)卻基本沒(méi)有。這并不意味著在X區(qū)(344/2L及以下頻率)內(nèi)的頻率不存在于房間內(nèi),而是向我們指出,在這個(gè)區(qū)域的頻率并不會(huì)對(duì)房間頻率響應(yīng)造成很大影響。

  房間尺寸對(duì)于聲學(xué)質(zhì)量的影響可以通過(guò)下圖進(jìn)行概覽。在解釋這個(gè)圖示之前,我們要先明確一點(diǎn),即所采用的房間混響時(shí)間大約為0.5秒上下;祉憰r(shí)間在這里的作用僅限于對(duì) “阻尼”以及房間吸聲系數(shù)的一個(gè)說(shuō)明,而長(zhǎng)邊344/2L這個(gè)值是必須知道的。


 

  ▲▲▲

  通過(guò)圖中所示可看出,低頻下限與長(zhǎng)邊長(zhǎng)度相關(guān)。在體積越小的房間中,低頻下限越高,同時(shí)低頻響應(yīng)越差。在一個(gè)非常小的,僅限于語(yǔ)言擴(kuò)聲的場(chǎng)所中,這個(gè)問(wèn)題可能并不會(huì)有很嚴(yán)重的后果,因?yàn)橐话銇?lái)說(shuō)只有10%左右的語(yǔ)言信息會(huì)在200Hz以下的地方,當(dāng)然,這只是其中一部分的問(wèn)題。

  A區(qū)(典型區(qū))

  隨著房間體積的增大而減小,這意味著,越小的房間中,越多的可聽(tīng)到的頻率將會(huì)遵循點(diǎn)聲源擴(kuò)散的特性進(jìn)行傳播,也有更多的模態(tài)共振產(chǎn)生。這同時(shí)意味著,將有更多的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)區(qū)間,會(huì)造成更嚴(yán)重的聲染色以及更多頻段上的不規(guī)則性房間響應(yīng)。

  B區(qū)(混合特性區(qū))

  也會(huì)隨著空間的減小而增加。當(dāng)然在B區(qū)占主導(dǎo)的衍射及擴(kuò)散特性相較于A區(qū)的模態(tài)共振還有很大的不同,這些也會(huì)成為擴(kuò)聲問(wèn)題。

  C區(qū)(線性區(qū))

  表現(xiàn)為高度的線性擴(kuò)散特性,隨著A區(qū)及B區(qū)的增加而減小,當(dāng)房間聲學(xué)問(wèn)題在C區(qū)當(dāng)中產(chǎn)生時(shí),我們使用簡(jiǎn)單的聲學(xué)設(shè)計(jì)就可以解決相應(yīng)的問(wèn)題。

  總的來(lái)說(shuō),在系統(tǒng)設(shè)計(jì)及調(diào)試時(shí)應(yīng)著重對(duì)A區(qū)及B區(qū)所會(huì)產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)判。因?yàn)檫@兩個(gè)區(qū)域的聲學(xué)問(wèn)題可能會(huì)比較難解決。而X區(qū)是由于物理特性所無(wú)法控制的,且是不含有主要的信息的頻段,C區(qū)的聲傳播物理特性將幫助我們相對(duì)容易的解決在該頻段內(nèi)的所產(chǎn)生的聲學(xué)問(wèn)題。

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