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听音室的声学设计

文章来源:admin    时间:2023-03-17

  

1、声环境概述

所谓听音室,实际上是一个很广义的概念,小型听音室的音质是由声源的音色结构、电声系统的质量、室内的声学条件、聆听者的音乐修养及心理因素等相互作用的结果。根据环绕立体声或立体声音响效果,小型听音室的用途主要有3种:一是以欣赏音乐为主的小型音乐厅,可采用3/2方式的A环绕立体声系统,要求混响时间稍长;二是以看DVD影碟或电影录像为主的小型影院,可采用5.1方式的AV环绕立体声系统,要求混响时间稍短,以保证电影的对白清晰;三是以看戏剧、杂技、球类比赛等为主的室内小运动场,可采用CinemaDSP环绕立体声系统,要求混响时间在0.35~0.5s,根据需要还可采用人工混响技术提供各类不同的声环境感和空间感。


2、影音室声学设计指标

听音室的房间音质应满足电声产品、设备、系统音质主观评价的要求。音质设计应包括房间尺寸、混响时间和吸声与扩散处理。听音室听音区内传输频率特性宜平滑,应无可察觉的声染色,并不应出现回声、颤动回声、声聚焦和共振等声缺陷。


2.1 混响时间

在频率为500Hz时,小型和中型听音室的混响时间应在0.3s~0.5s之间(图1),大型听音室的混响时间应在0.4s~0.6s之间(图2)

图1 小型和中型听音室频率500Hz时混响时间T的范围

图2 大型听音室频率500Hz时混响时间T的范围

②混响时间的频率特性,相对于500Hz的比值宜符合表2的规定。

表2 各频率混响时间相对于500Hz的比值

2.2、允许噪声级

听音室内噪声级不应超过表3的噪声评价曲线NR值的规定。


2.3、围护结构的隔声

听音室围护结构的空气声隔声性能和听音室顶部楼板的撞击声隔声性能宜符合表4和表5的规定。



3、听音室的基本要求

听音室的设计要遵循一些基本的原则:

3.1 房间尺寸

选择合适的房间比例、或使墙面不平行、或增加扩散,避免或减轻驻波的影响。矩形房间驻波产生的根本要素是长、宽、高之比。若尺寸比例不合适,房间内的某些位置在一些频率点上会形成峰谷,引起可闻的声染色。听音室可分为小型、中型和大型三种类型,各种类型的对应的房间标称面积、房间高度和房间比例宜符合表4.1的规定。如果采用其它比例,应进行室内谐振频率的计算,避免产生孤立、成群的简谐振动及驻波。


3.2 混响时间

混响时间合适,使临界距离尽可能远。听音室内的反射声和混响声对整个声音的质量影响较大,吸声材料的多少、类型以及放置位置决定室内混响时间(T)、混响声场的均匀性即扩散程度。混响时间的测量应利用粉红噪声源,用1/3倍频程的频率点,在无听音人员空场的情况下进行,根据国际标准规定,混响时间T和频率的均匀性为:在125Hz~4kHz之间,T的平均值在0.25~0.45秒,频率特性应平直或低频稍长、高频稍短,且在该频率内各点单个测量值与平均值之差不大于25%;125~165Hz内取0.35±0.05秒;200Hz~4kHz取0.3±0.05秒,允许T偏离中频平均值25%以上。根据实际经验,若听音室主要用于听音评价,混响时间在0.3~0.4秒效果较好,不能太短,否则会使开阔感变差;如果混响时间过长,声像定位便不够清晰,但开阔感较好。

3.3 传输频响

在选定声激励点、声源位置和接收点即传声器或听音人耳位置后,幅频响应的不均匀度应在规定范围内。测量使用正弦信号,也可用粉红噪声信号。评价立体声产品,声场的不均衡(左右二声道的对称值)应比单声道要求更高。

3.4环境条件

在无听音人员空场时,灯光、空调开启情况下,听音区背景噪声应低于25dB;有工作人员后不得超过35dB。房间内不得有低频嗡嗡声、高频咝音或颤动回声等。在距声源1m处,100Hz~5kHz频率范围内使用95dB以上的声级仪器测量室内环境时,不应有任何异常谐振和颤动回声。由于听音评价的可靠度受环境条件极限值的影响很大,环境温度为15~30℃,最好20℃;相对湿度为25~75%;气压为360~1060Hg,室内灯光要柔和,不要直射听音人的眼睛。

3.5 听感

采用相应于该房间用途的声乐和语言节目带,由一组受过训练的评价人员,在指定的听音位置上进行评价。听音评价结果要确定和分析,并排除由于房间声学条件或是由电声系统引起的缺陷,必要时可用演员原声进行特定参数的评价。

以上就是建立专业听音室要遵守的五个标准,按照这五个标准建立听音室,会有意想不到收获。

一个简单的声学处理实例如下:


4听音室的声学设计

4.1听音室的环境设计

小型听音室的环境设计可采用下述步骤。首先,选择合理的房间和位置,最好远离交通干道或繁华街道。其次,合理设计房间的容积、形状及长、宽、高的比例,最好满足黄金分割率,即房间的长、宽、高比例为1.618 :1 :0.618。良好的小型听音室容积建议设计在90~120m2,较大的容积可获得更好的音质。小型听音室允许混响时间为0.35~0.5s,要求在125~4000Hz频率范围内具有平直的或者低频平直、高频稍长的混响时间频率特性,并且不得有低频嗡嗡声、高频咝咝声或颤动回声等缺陷,使混响时间测量值和选取值的允许偏差在±0.05s范围内。然后按照要求的混响时间计算出所需的吸声量,根据吸声量决定吸声材料的选取、规定他们的布置和安装方法,并兼顾美学效果进行室内装修,以达到声学设计的要求。许多典型房间的室内平均混响时间的实测结果总是偏长。用125Hz的音频信号频率实测,40m2的客厅平均混响时间约为0.67s;15m2的卧室平均混响时间约为0.53s。虽然放置软椅、沙发等家具能减小一点混响时间,但仍不能满足设计要求。并且室内噪声级较高,楼板隔振也不好,因此直接用作听音室,其音质不会太令人满意,有必要进行改建或装修,以改善其音质。

4.2混响时间

通常听音室在保证语言清晰的条件下,要求声音圆润、丰满。为满足混响时间的要求,房间需进行声学处理,即在不同位置铺设不同类型的吸声材料或吸声结构。声学处理的材料应就地取材,室内吸声结构的分布要兼顾声学和建筑的要求。听音室的容积大一些有利于声学设计,有利于减弱低频共振的不良影响。如音质要求较高的听音室容积取160m3,中频混响时间为0.4±0.5s,室内噪声级要求35~40dBA。

这时在听音室内听音效果较好的下限频率约100Hz。若房间的长度(L)、宽度(W)、高度(H)的比例为黄金分割率,则由V=LWH可算出相应的数值为L=8.7m,W=5.4m,H=3.3m。在给定房间的容积和边长比例后,计算混响时间作为吸声处理的依据。由于听音室不满足导出混响时间计算公式的条件,因此计算不需要精确。在施工过程中,用测量结果来调整吸声处理和修正计算值,多次反复进行处理,就可获得期望的混响时间和混响频率特性。

4.3小型听音室的低频混响时间

在专业音响设计中,常用混响时间描述厅堂内声能的衰变情况,但对于小型听音室,低频混响时间与低频简正波的衰变概念密切相关,他已不是原来的混响时间的概念,而是经典混响时间的延伸。正确描述小型听音室的低频衰减过程应该采用波动的概念,即以各个简正波衰变来描述。由于听音室的容积小,低频简正波的数量少,各频率简正波的分布不均匀,简正波的阻尼不同。因此,两个相邻频率的简正波在衰变过程中会产生干涉效应。有时还会听到与原激发频率相邻的听音室简正波的衰变,而不是原来声信号的衰变。在听音室听到的混响是录音环境与听音室的混响效果之和。因此,通常要使听音室的混响时间短些,以便听节目时有临场感。由于听音室的阻尼增大,简正波的共振也不那么强烈,从而使共振带宽增大,幅频响应比较平滑。听音室的混响时间同时受录音室和听音室的影响。

4.4小型听音室的音质设计

4.4.1可从以下3种声学处理方法去考虑:

(1)前部(主音箱附近)采用宽频带吸声,后部采用扩散处理。

(2)前部(主音箱附近)以反射为主,后部采用吸声处理。

(3)室内采用均匀吸声为主。

听音室的音质是声源、室内的声学条件、聆听者的音乐修养等相互作用的结果。目前听音室的声学设计和控制虽然没有标准的模式,但对立体声或环绕立体声的听音室,最好采用第一种方式,可使立体声定位好,空间感明显,声音清晰且无染色效应等。

4.4.2小型听音室的声学特性小型听音室的声学特性与大型厅堂有明显的差别,设计时要考虑其特殊性。小型听音室的音质问题主要表现在低频段,目前电声系统重放的频率范围低端可达20Hz。对于小型听音室,其声场在低频段具有以强驻波方式为特征的共振,容易产生声染色,对听音室传输响应、声场分布有很大的影响。同时听音室的声学特性由听音室的容积、形状、边长的比例及吸声材料的布置所决定。因此设计时,只有混响时间可定量估算,其声学特性只能定性考虑。

案例:北京荣耀终端有限公司听音室


北京荣耀终端有限公司听音室主要应用于专业级别听音室,同时为后续引入专业多声道听音技术和环境扩展准备,达到提升和改善手机耳机多声道体验目的。用于音乐外放,耳机等调试,验证,对比听音。

为避免小房间内出现驻波现象,房间体形严格按照比例建造。房间尺寸高3.2m,宽4.5m,长6.1m,高:宽:长=3. 1:4.4:5.9=1:1.41:1.90,房间驻波响应平坦。


为保证听音室有足够的声音丰满度,声音立体具有空间感,音质饱满丰富,中频混响时间取值控制在0.35±0.1s范围内。房间背景噪声满足NR-15评价曲线。

为了控制混响时间和消除平行墙面间的颤动回声和回声,在侧墙上间隔交错配置了矩形扩散体和软包吸声材料。

前墙和天花均安装扩散体,符合声场扩散要求。为了更好的控制前期反射声能,在首次反射区域采用了强吸声处理,吸收掉过强的首次反射声能,保证在前期直达声的强度高于反射声,声音更具有空间感。同时保证侧墙漫反射的扩散,在侧墙增加布置扩散体。

听音室内的噪声控制,采用 “房中房”浮筑隔声结构。

听音室建成后现场实测混响时间为0.30s,特性平直,各项指标都达到了设计要求,反应效果较好。


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