▲上图:由著名声学专家Bolt带来的波尔围线(Bolt-Area),对后世房间比例的研究带来极大的帮助,图中的封闭曲线就是著名的波尔围线,图中的横轴为W(房间宽度比值),纵轴为L(房间长度比值),房间的高度比例定为1。Bolt认为封闭曲线内部的范围是较为理想的房间比例取值,而这条封闭曲线是针对中小型房间推导出来的,曲线内部左方对应的是体积相对较小的房间,右方则是对应体积较大的房间。当年Bolt也留意到在封闭曲线之外的区域同样也存在多个可以接受的房间比例,这正是由于他所依据的平均模式间隔作为基础的理论仍然存在缺陷所确定的。
涉及声学知识简介——房间固有共振频率
房间固有共振频率与小房间声学代表性问题之一的简并模式有着密不可分的关联关系。简单来说,对于某一刚性房间来说,房间的几何尺寸呈整数比,而导致房间轴向共振与切向共振频率的重合或相近,就会产生简并模式或简并现象。对于一个刚性墙面全封闭的矩形房间,可看作一个共鸣腔,其固有共振频率取决于房间长(L)、宽(W)和高(H)的长度。房间中所有的固有共振频率都可以由以下的公式计算出来。
▲上图:公式中,C为声速(340m/s),nx、ny和nz可以取任意正整数(0,1,2,…,n),因此不难发现对于每一组的数值都会有一个固有的共振频率,因而整个房间中会存在无数个共振频率。.
当用户的音响系统发出的某一声音频率与房间中的某个固有频率相同之时,整个房间便会在该频率上产生共振,使得房间中某几个固定位置上的声音出现叠加变成峰值,声音变得响亮;同时也会使得房间内的某几个固定位置上的声音出现谷值,声音变得柔弱,这就形成了驻波。假设当出现房间的简并模式,横向和纵向的共振频率出现叠加,就会大大增强房间中的驻波问题,特别是当中最容易出现驻波问题的是在整个声音频段的低频部分,也就是200Hz左右以下的频率范围内,导致室内原有的声音产生失真,具体表现为出现嗡嗡声。这也是在容积较小的家庭影院视听室中经常出现的现象。
房间共振的形成
实际上房间中大部分的共振频率都分布在200Hz以上的中高频段区,但由于共振频率数量多,分布密度高,不会出现明显的频率叠加与衰减。在200Hz以下的低频区域,共振频率的数量并不多,当出现简并现象的时候,更是会加剧低频部分的共振频率分布不均,出现严重的峰谷现象。
以标准的长宽高均为7m的房间声学模型,在10种振动方式时的最低共振频率,为下表:
振动方式 1,0,0 0,1,0 0,0,1 1,1,0 1,0,1 0,1,1 1,1,1 2,0,0 0,2,0 0,0,2
共振频率(Hz) 24 24 24 34 34 34 42 50 50 50
由上表可以发现在某些振动方式时的共振频率相同,例如24Hz、34Hz、50Hz,即为共振频率的重叠现象,这就是共振频率的简并现象,其频率就是简并频率。
据目前最新的研究所得,并不存在能够使得所有房间共振频率都能均匀分布的比例数值,只不过由于人耳在听觉上存在一定的宽容度,只要共振频率分布的不均匀度控制在合理的范围内,就能符合听觉的要求。Bolt所带来的波尔围线的概念也是在寻找这个控制范围。
值得注意的是,此共振的计算公式也存在着局限性,只适用于刚性墙壁,任何的吸收都会对声音的表现造成影响,例如会改变频率的特征。