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      音樂聲學中反射與混響時間

        發表時間:2020-03-07 17:48:00  點擊數:4186 次

        1、表面的聲吸收

        當聲音投射到一個固體障礙物上時,大部分聲能將被障礙物表面反射;一小部分被障礙物吸收并最終轉化為熱能;另一小部分將穿透這個障礙物。這三部分的相對份額要視障礙物表面光滑程度、障礙物材料的比重和障礙物的形 狀及厚度等因素而定。光滑堅硬表面的聲能反射系數比較大,一般在90%以上,而減少聲波反射的最常用辦法是增加聲能的吸收和透射。

        這里存在兩種物理機制:

        共振吸聲和多孔吸聲,一些柔軟多孔的表面,吸收性能較好。

        2、直接聲與反射聲

        由舞臺上傳出的樂聲,通過五種途徑到達聽眾的耳中:

        第一,直接聲D,由樂聲聲源按近似球面波的形式,直接傳達聽眾耳中。這時聲能密度,也即聲強,大致與距離平方成反比,由于聽眾的眼睛基本上處在舞臺聲源到他 耳朵的聯線上,因此可以說,凡是看得見舞臺聲源的聽眾也能聽到發自該聲源的直接聲;反之也是。有的音樂廳樓廳的某些座位,聽眾靠在座位上就看不見舞臺的聲 源,這樣就不能聽到直接聲,越靠近舞臺,直接聲越大,越遠離舞臺,直接聲越小。

        第二,大廳兩側墻壁的反射聲R1,R2,R1,R2到達聽眾耳中的時間延遲和響度(相對于直接聲而言)均和大廳跨度、側墻敷面材料及表面形狀有關。就正廳中心軸線的座位而言。由于對稱,R1和R2同時到達并且響度也相等。

        第三,天花板反射聲R3。舞臺上的聲音傳向天花板,再反射,到達聽眾耳中便是R3。R3的時間延遲、響度及頻譜和大廳高度,附加天花板(有時稱為”浮云“)的傾斜角度及其具體構造有關。

        第四,舞臺罩反射聲R4。舞臺上的聲音傳向舞臺罩,再經舞臺罩反射后轉傳向聽眾的反射聲。R4和舞臺罩的形狀和材料有關。

        第五,多次反射聲,從舞臺上發出的聲音經大廳的側墻、地面、舞臺罩、天花板等處多次反射后傳出聽眾耳中的聲音。由于經歷一次反射,聲音便被吸收一些(其 頻譜也多少會有變化),所以經歷的反射次數越多,響度也越弱,方向也更雜亂而趨于各向同性。與此同時,由于多次反射聲的傳播路徑較長,到達聽眾耳中的時間 也更加延遲。如此多次反射,聲音逐漸溶入混響之中并逐漸消失。

        3.初始時間延遲間隙及混響

        從時間上看,直接聲和它和各種反射聲的時間分布如圖所示,這里,當測聽者座位不在正廳中軸線時,R1,R2并不等時,圖中,直接聲和R1之間的時間間隙被稱為初始時間延遲間隙(通常以毫秒度量)。

        它是音樂廳音質的四個客觀標準中的一個,并且直接關系到主觀優選評價中的一個重要項目——親切感。如果這個間隙小于20毫秒,聽起來R1和直接聲將共同 形成一個響度較大、音質較好的聲音;如果廳的尺寸很大,使這個間隙大于70毫秒,聽起來R1便是回聲。在R4之后已屬于多次反射聲,經們越來越多,越重 疊,越弱。逐漸溶成室內音特有的混響,混響聲的強度大體呈指數下降。

        混響聲的定義是:在直接聲消失后,室內持續的聲音。為度量混響的時間,通常定義混響時間T為:混響聲和聲壓級下降60分貝所需的時間(以秒度量)。由于聲吸收通常和頻率有關。因此混響時間一般與頻率有關。所以通常區分為低頻混響(取頻率67,125,250赫茲)、中頻混響(取頻率500赫茲或 500-1000赫茲)、高頻混響(頻率≧2000赫茲以上),混響時間是音樂廳音質的四個客觀標準中的另一個。對于語言廳,由于要求語言清晰,混響時間 效短,通常T500-(0.5-1.2秒);但對交響樂音樂廳,由于要求聲音有很好的豐滿性(參見下節敘述),混響時間要求較長:T500-(0.5- 2.2秒)。ss混響時間T500可用下面伊松公式確定。

        混響時間

        (7-1)=這里V是廳的體積(m3), 為平均吸收系數為廳內N種表面中的第I種表面的吸收系數,S為第I種表面的面積(m2),如果考慮聽眾的聲吸收,可以認為每個人相當于0.4m2的吸收面積(a=1),相應的座位不再計入吸收面積。4mV項是考慮空氣對高頻聲的吸收。

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