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    音乐声学中反射与混响时间

      发表时间:2020-03-07 17:48:00  点击数:525 次

      1、表面的声吸收

      当声音投射到一个固体障碍物上时,大部分声能将被障碍物表面反射;一小部分被障碍物吸收并最终转化为热能;另一小部分将穿透这个障碍物。这三部分的相对份额要视障碍物表面光滑程度、障碍物材料的比重和障碍物的形 状及厚度等因素而定。光滑坚硬表面的声能反射系数比较大,一般在90%以上,而减少声波反射的最常用办法是增加声能的吸收和透射。

      这里存在两种物理机制:

      共振吸声和多孔吸声,一些柔软多孔的表面,吸收性能较好。

      2、直接声与反射声

      由舞台上传出的乐声,通过五种途径到达听众的耳中:

      第一,直接声D,由乐声声源按近似球面波的形式,直接传达听众耳中。这时声能密度,也即声强,大致与距离平方成反比,由于听众的眼睛基本上处在舞台声源到他 耳朵的联线上,因此可以说,凡是看得见舞台声源的听众也能听到发自该声源的直接声;反之也是。有的音乐厅楼厅的某些座位,听众靠在座位上就看不见舞台的声 源,这样就不能听到直接声,越靠近舞台,直接声越大,越远离舞台,直接声越小。

      第二,大厅两侧墙壁的反射声R1,R2,R1,R2到达听众耳中的时间延迟和响度(相对于直接声而言)均和大厅跨度、侧墙敷面材料及表面形状有关。就正厅中心轴线的座位而言。由于对称,R1和R2同时到达并且响度也相等。

      第三,天花板反射声R3。舞台上的声音传向天花板,再反射,到达听众耳中便是R3。R3的时间延迟、响度及频谱和大厅高度,附加天花板(有时称为”浮云“)的倾斜角度及其具体构造有关。

      第四,舞台罩反射声R4。舞台上的声音传向舞台罩,再经舞台罩反射后转传向听众的反射声。R4和舞台罩的形状和材料有关。

      第五,多次反射声,从舞台上发出的声音经大厅的侧墙、地面、舞台罩、天花板等处多次反射后传出听众耳中的声音。由于经历一次反射,声音便被吸收一些(其 频谱也多少会有变化),所以经历的反射次数越多,响度也越弱,方向也更杂乱而趋于各向同性。与此同时,由于多次反射声的传播路径较长,到达听众耳中的时间 也更加延迟。如此多次反射,声音逐渐溶入混响之中并逐渐消失。

      3.初始时间延迟间隙及混响

      从时间上看,直接声和它和各种反射声的时间分布如图所示,这里,当测听者座位不在正厅中轴线时,R1,R2并不等时,图中,直接声和R1之间的时间间隙被称为初始时间延迟间隙(通常以毫秒度量)。

      它是音乐厅音质的四个客观标准中的一个,并且直接关系到主观优选评价中的一个重要项目——亲切感。如果这个间隙小于20毫秒,听起来R1和直接声将共同 形成一个响度较大、音质较好的声音;如果厅的尺寸很大,使这个间隙大于70毫秒,听起来R1便是回声。在R4之后已属于多次反射声,经们越来越多,越重 叠,越弱。逐渐溶成室内音特有的混响,混响声的强度大体呈指数下降。

      混响声的定义是:在直接声消失后,室内持续的声音。为度量混响的时间,通常定义混响时间T为:混响声和声压级下降60分贝所需的时间(以秒度量)。由于声吸收通常和频率有关。因此混响时间一般与频率有关。所以通常区分为低频混响(取频率67,125,250赫兹)、中频混响(取频率500赫兹或 500-1000赫兹)、高频混响(频率≧2000赫兹以上),混响时间是音乐厅音质的四个客观标准中的另一个。对于语言厅,由于要求语言清晰,混响时间 效短,通常T500-(0.5-1.2秒);但对交响乐音乐厅,由于要求声音有很好的丰满性(参见下节叙述),混响时间要求较长:T500-(0.5- 2.2秒)。ss混响时间T500可用下面伊松公式确定。

      混响时间

      (7-1)=这里V是厅的体积(m3), 为平均吸收系数为厅内N种表面中的第I种表面的吸收系数,S为第I种表面的面积(m2),如果考虑听众的声吸收,可以认为每个人相当于0.4m2的吸收面积(a=1),相应的座位不再计入吸收面积。4mV项是考虑空气对高频声的吸收。

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