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“微影院/影K视听空间设计”专题二:混响时间及吸音扩散处理

时间:2016-06-22      来源:影音中国      浏览次数:1459      

利用吸声与扩散来控制房间的混响时间 微影院改造过程中常用的手段


  当我们需要对一个视听室的声音质量进行评价时,往往会以最基础的混响时间来判断。采用混响时间这个参数,本身就是为了让人们能够通过数学的方式,以可分析、可计算的办法来测试一个空间的声音特性。混响时间的概念出现的时间并不是太久,由现代建筑声学之父塞宾在100多年前提出,第一次将声学控制从模糊预测的状态带进了数字量化的阶段。当我们要控制与测定房间中声音是否悦耳,人声是否清晰,都可以通过混响时间来判定,同时再利用吸声与扩散的方式来调整整个频段混响时间的平滑度,从而获得最适合观看电影大片与音乐的有效混响时间。

知识点:什么是理论上的混响时间?

  混响时间定义为室内声源停止发声后声压级衰减60dB 所经历的时间,单位是秒(s),简称为T60 或RT60,RT 为ReverberationTime 混响时间的简写。混响时间与房间体积成正比,与房间平均吸声系数成反比,也就是说房间体积越大混响时间越长;平均吸声系数越大,混响时间越短。另外,以音乐环境为主的房间比以语言环境为主的房间需要更长的混响时间。


  一般来说,混响时间的长短大致会给我们所带来的听感,就是过短时会让声音干枯,不够响亮与丰满;过长则会让声音含糊不清,不够真实自然。对于微影院而言,主要是以看电影和听音乐为主,混响时间不宜过长。如果你所经营的微影院属于影K 类型,与KTV 相结合,由于K 歌和看电影所需要的混响时间截然不同,要兼容两者往往需要透过KTV 音箱设备来获得足够回响的人声,但房间内部的声学处理则建议采用影院的处理方式。

混响时间的控制有一点非常关键,就是需要充分考虑混响时间与声音频率之间的关系。对于微影院视听室这种小房间声学系统,我们通常会以人耳最为敏感的中频段(大概在500-1000Hz 之间)的混响时间作为最佳的混响时间推荐范围。在这个推荐范围之内,我们推荐的最佳混响时间范围在0.3-0.5s 之内,这与国内外不少组织与机构所推荐的数值较为接近。下面我们先来看看国内外的相关推荐会有哪些不一样的地方。


  IEC( 国际电工委员会) 在IEC29-B 家庭视听室标准对于混响时间的建议,是在低频部分稍微增加混响的时间,高频部分则进行轻微削减处理,但基本上保证整个混响频率曲线的平稳,不能有明显的起伏。在100Hz 频率下,混响时间为0.4-1.0s;在400Hz 频率下,混响时间为0.4-0.6s;在1000Hz 频率下,混响时间为0.4-0.6s,在8000Hz 频率下,混响时间为0.2-0.6s。最佳混响时间的范围是0.4-0.6s。


  杜比实验室PREMIER STUDIO 顶级录音室的认证当中,全频段的混响时间应该从低到高逐渐平稳衰减,不能出现明显起伏,并且随着房间容积的增加单调递增。对于200m3 容积的房间,500Hz 时混响时间的推荐值约为0.18-0.34s;300m3 容积的房间,500Hz 时混响时间的推荐值约为0.21-0.38s。


  国内相关的《扬声器听音试验国家标准》所规定的视听室混响时间推荐标准如下:在250-4000Hz 之间,听音区内混响时间在0.3-0.6s范围内,最好为0.4±0.05s,而且各测量值偏离平均值不得大于25%。在250Hz 以下、4000Hz 以上,允许混响时间偏离上述平均值超过25%。除此之外,THX、PMI 以及国内的清华大学都有相关的标准与建议。


  如何控制混响时间,除了改变房间固有空间形状与尺寸这种大动作的处理方法之外,主要是通过改变房间表面的吸声量来进行调整。另外还需要留意一点,就是人体本身也具备一定的吸声量,微影院视听室混响时间的控制,还需要考虑到平均入场观看的人数。目前市面上有各种各样不同特性的吸声材料,能针对不同频率的声音进行吸声处理,但并不存在全频吸声材料,换言之就是没有万能药,又或者说你不能凭借单一的处理材料来解决所有的问题。而且声学处理材料最难对付低于250Hz 的低频声音,所有吸声材料的吸声系数会随着频率的提高而增加。如果想要取得理想的低频处理效果,建议采用特殊的低频吸收体,如亥姆霍兹共振器、薄板共振吸声材料等。

知识点:什么是吸声系数?

  吸声实际上是将声能转变为热能,每一种材料都会通过与声波相互作用来吸收部分声音。吸声通常以被吸收声能与入射声能之比来计量,也就是吸声系数。不同频率会有不同的吸声系数。


  对于微影院而言,如果投入的资金足够,则可以进行完整的专业化处理手段。首先透过测试仪器与设备对微影院视听室的最佳混响时间范围进行有效的测量,若发现混响时间太长,可以利用各种各样的吸声材料针对不同的频段有效地增加房间整体表面的吸声量,减低整体的混响时间。相反,如果发现混响时间过短,则可以通过反射或扩散材料来增加混响时间。通过上述两种处理手法,让整个房间的声音特性变得相对平顺,不会出现某个频段突起或凹陷的问题,同时低音响应也更为平均,每一个聆听位置都能取得相当不错的听感体验。


  那么,应该在房间内部进行怎样规模的声学处理?其实国内外不少机构与组织都有属于自己的推荐规范,基本上都属于分布式的处理方法,不建议进行某种单一的吸声或扩散的处理手法。这点尤其在微影院改造如影K 视听室的改造方面要注意,我们不难发现一些KTV 的包间往往采用大面积吸声的处理手段,这种方式对于以看电影、听音乐为主的微影院来说并不妥当。

  对于这一问题,我们曾咨询过在室内声学处理方面颇有经验的声博士公司的有关专家,认为传统的KTV 转成影K,在声学方面应该注意避免过多硬面为主的装饰物,如大面积的玻璃、石材等,这种装修对中高频反射过强,会影响多声道影院音效的清晰度,可适当增加软透声类吸音体,如软包、布艺沙发等,以减少高频反射声。如能适当采用漫反射类扩散体和角落低频陷阱等建声装置则效果更好,还有门窗等隔音效果也需考虑在内,以免出现声音泄漏影响到相邻包房的观影效果。



知识点:国际上一些组织与机构对于视听室吸声与扩散的建议

  IEC 规定音响前方的地面无地毯等吸音物料,音响的背后与天花顶棚呈现反射性,音箱的前面呈现吸声性。THX 公司推荐每块墙面25% 的面积应均匀分布吸声体,另外25% 的面积安装宽频带扩散体并间隔安装吸声体。PMI 公司推荐约20% 的墙面应作吸音处理,不要进行过度的吸声处理,同时也应注意不要吸声不足,太活跃的房间会导致声音的清晰度降低。


  在这里,我们简单讲讲各种不同的声学处理材料。首先在吸声材料方面就分为多孔吸声材料与共振吸声材料,前者主要针对中高频的声音,后者则用于处理250Hz 或以下的低频声音。多孔吸声材料在结构上是具有大量内外相连的微小空隙与孔洞的声学材料,原理上是当声波入射到多孔材料上,声波能顺着微小空隙与孔洞进入材料的内部,引起内部这些微孔中的空气产生振动,由于空气的粘滞阻力、空气与孔壁的摩擦和热传导作用等,使相当一部分声能转化为热能而被损耗。而共振吸声材料的基本原理,是根据密闭空腔中的物体在声波激发下会产生振动,而振动物体由于自身内部摩擦与空气摩擦,将一部分的振动能量转变成为热能而消耗。


  而物体有自身的固有共振频率,当声波频率与结构和物体的固有频率相同时,就会产生共振现象。此时物体的振动最为强烈,振幅与速度就会达到最大值,引起的能量损耗就越多,产生的吸声效果就越明显。

在结构与类型上,多孔吸声材料可以分为由有机纤维材料组成的毛毡、纯毛地毯等,由无机纤维材料组成的玻璃面板、岩棉、吸声棉等,由泡沫材料组成的泡沫玻璃、泡沫陶瓷等,由金属材料组成的卡罗母吸声板、发泡纤维铝板等。而共振吸声材料则主要是空腔共振吸声结构与薄板或薄膜吸声结构,前者较为典型的就是亥姆霍兹共振器,可以针对较窄频段的低音进行吸声处理。


  另外,用于声音反射与扩散处理方面的声学材料,主要包括定向反射结构、几何形状的扩散结构、MLS 数论扩散结构、QRD 数论扩散体等。这里就不再深入地分析每一种材料的声学特性,但是我们基本上都能通过这些材料的官方参数掌握它们所针对的频段以及所起到的作用。


  事实上,对于现阶段的微影院来说,除非是高端的视听室会采用这么专业的处理手段,很多情况下由于成本方面的问题,往往无法进行细致与全面的声学处理。这些时候,我们也可以通过普通的室内装潢布局来粗略地改善房间的声音特性与质量。例如在地面铺上足够厚的地毯,可以对中高频进行有效吸声处理;在墙的四周挂上壁画或装饰物,可以对反射声进行一定的扩散处理;当然如果你采用透声幕,还可以将枕头、棉被等作为吸声材料来调整房间内整个频带声音的顺滑度。除此之外,沙发的选择、音箱的摆位与调整对声音的表现都能有所提升。总而言之,要处理好视听室当中的声学问题,拥有各种各样的办法,并非一定需要专业的声学处理材料,不过当要精准地对某些频段的声音进行控制,专业的吸声和扩散材料具备一定的参数标准,使用起来效率更高也更加方便。


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