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【科普】小空間專業聲學設計簡述

2021-12-07 15:18:08


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小空間聲學設計是建筑聲學設計中的一個大類,小空間主要包括錄音室、琴房、家庭影院、小型專業混音室等具有較高聲學要求的空間。由于其空間小的特點,聲音在其中的傳播規律與劇院等專業觀演建筑空間有著顯著的區別,小空間容易引起駐波、振顫回聲、聲染色等聲學缺陷。


小空間,顧名思義是指室內空間相對尺寸較小的房間,其房間尺寸一般在3-5m,尺寸略大的能達到10m左右。其聲學設計主要包括混響時間控制和室內聲場控制。由于小空間內房間尺寸較小,與聲波波長能發生一定的比例關系,尤其是在200Hz以下的低頻部分。因此小房間固有的共振模式會引起某頻段聲音能量衰減不同于正常的衰減過程,或者共振頻率集中于某一頻段,造成聲染色現象,使得聲音的某些頻率成分被大大地加強,從而導致原有音色的失真或產生染色效應。


值得注意的是,混響時間是室內音質重要的衡量指標,不同的房間其要求的混響時間亦不同。因此應該選擇不同吸聲特性的材料進行合理搭配,控制室內混響時間曲線的平直性(響應)。在小空間內如混響時間過長,容易造成室內聲音尾音過長,含混不清。對于混音使用的房間來講,以上問題會嚴重影響混音質量。


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▌ 小空間室內聲學指標要求

根據小空間使用要求不同,其聲學指標也不盡相同。例如混音室,其聲學指標要求背景噪聲滿足NR-20曲線要求,混響時間一般要求0.4±0.1S。

而且,合格的室內聲學設計都必須要求消除駐波、振顫回聲、聲染色等聲學缺陷。

▌ 小空間建筑聲學設計難點

眾所周知,在規則的小空間內容易產生駐波、梳狀濾波、共振和簡并等聲學缺陷,使得聲音的某些頻率成分被大大地加強,從而導致原有音色的失真或產生染色效應。在混音空間內,此種缺陷造成的影響尤為明顯,造成以上現象主要有以下原因:

1、普通小空間內的空間尺寸較小,與低頻部分波長相近或者地低頻部分波長呈簡單的倍數關系,房間產生共振現象。

2、當聲波接觸到界面后被反射回來,墻面的吸收系數太小,反射聲能仍較大,與入射聲波發生干涉現象,產生駐波或梳狀濾波現象。

3、房間的幾何尺寸呈整數比,造成室內軸向共振和切向共振頻率重合或相近,產生簡并現象。

4、在混音空間內過強的一次反射聲會誤導觀眾對聲像定位的判斷,影響室內立體聲場的分布。當—側的音箱發出的直達聲經過另一側的墻面反射后,達到另一側的人耳時會略晚于另一側音箱的直達聲到達人耳,且存在一個極小的時間間隙。在反射聲強度足夠大或方向性足夠強的情況下,會擾亂大腦對聲音來源的判斷,造成聲像定位偏移。

▌ 小空間室內聲學處理方式

為避免以上聲學缺陷的產生,可以在室內聲學設計階段對設計方案和材料選擇進行有意識的調整。調整主要有以下方式:改變室內體型和合理布置室內不同吸聲特性的裝修材料。

1、室內體型比例的選擇

為避免以上聲學缺陷的產生,可以由前述所知,規則的體型容易在室內造成聲學缺陷。尤其是空間的長寬高比例是整數比的情況下。因此可在空間體型設計之初,確定室內空間大小時調整長寬高的比例。理想的長寬高比例是1:21/2:21/3,通常建筑設計條件很難滿足理想比例,以下表中的推薦比例可作為設計初期的參考。

采取上表中的推薦比例,可以使室內共振模式均勻分布在全頻帶的范圍內,避免集中在某一頻帶附近,造成聲染色現象。

2、室內擴散處理

為消除室內可能產生的聲學缺陷,可以采用在空間內部增加擴散體的做法,利用對墻面的凸凹的變化,使房間簡正模式均勻分布從而實現平滑的低頻響應,改善室內聲場。擴散構造常用的做法主要包括:

1)設置傾斜墻面以改變室內的規則形狀,改變室內聲音由墻面反射后的傳播方向,從而改變室內聲場的振動模式。但此種做法造成室內形狀不規則,尤其是在室內出現銳角空間,不利于家具、裝飾物品等在室內的擺放,減小室內有效使用面積,降低室內使用效率。而且低頻聲能容易在銳角部分聚集,形成新的聲場分布不均。

2)在墻面設置擴散體。擴散體可采用簡單的折板造型或圓弧造型對入射到擴散體表面的聲音能量進行散射,同樣能起到改善室內聲場的作用。此種做法可以與 裝修設計結合,避免出現聲學痕跡。

在小空間室內聲場設過程中,應結合裝修設計與聲學設計,因地制宜地選擇擴散方式,融聲學時于裝修設計之中,在保證美觀的情況下滿足聲學要求


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3、室內吸聲處理

小空間內的混響時間控制是聲學設計中的另一個重要方面,不同的使用空間要求有不同的混響時間指標。一般混音室要求較短的混響時間,有利于電聲系統塑造優秀的室內聲場,尤其是塑造良好的環繞效果。

常用的吸聲材料可分為薄板共振吸聲材料,主要用于低頻部分的共振吸收;代表性材料有石膏板、木夾板等薄板。

多孔性吸聲材料主要包括玻璃棉、密胺海棉(三聚氰胺海棉)、聚酯纖維板、布藝吸聲軟包等。其吸聲特性以吸收中高頻為主,主要吸聲頻段為500HZ以上,其吸聲系數可達0.9~1.0。

除上述傳統吸聲材料及做法,新型的吸聲材料及做法也大量出現,且裝飾性大大增強。其中Z為常見的是木質穿孔吸聲板后襯多孔性吸聲材料、木質吸聲板、微穿孔薄膜等。

家具的吸聲也是小空間內吸聲的重要組成部分。尤其是室內擺放的軟沙發,其吸聲量一般能占到室內總吸聲量的1/4~1/3,根據其規格不同,所占吸聲量份額會有所不同。在室內混響時間計算時應充分考慮家具吸聲。

▌ 隔聲處理

對空間圍護墻體和樓板等進行隔聲設計是保證房間有較低背景噪聲的基本手段,隔聲處理的另外一個目的就是防止室內的聲音對外界產生影響。當室內背景噪聲要求滿足NR-20曲線要求且該房間位于普通民用建筑內時,墻體隔聲量一般要求達到60dB。假如該空間所在位置周邊有高噪聲及振動源或者其內部有類似歌舞廳等場所,其墻體隔聲量還應更高,即應使用多層復合結構,結合隔聲吊頂和浮筑地面做法對室內空間進行整體隔聲處理。

▌ 混音室的設計要求

建聲設計主要為電聲系統工作創造良好的還原聲效,因此,一個理想的小型混音室的聲學要求應該包括

1)室內短混響設計,保證電聲使用要求;

2)混響時間頻率特性曲線盡可能平直,即不同頻率的混響時間應盡可能相同,低頻部分要求略有提高,有利于增高室內音質的豐滿度;

3)保證室內各處有足夠的響度和均勻度,防止回聲、顫動回聲、聲聚焦等房間聲學缺陷;4)控制噪聲,盡可可能降低房間內部噪聲,同時隔絕房間外部的噪聲進入。

小結:小空間的聲學設計涉及建筑設計、音質設計、隔聲設計和隔振設計等各個方面,良好的音質設計是各專業緊密配合的結果。而且聲學的設計要求應該盡早地提供給建筑設計和空調暖通專業等,提前進行相關的考慮和條件的預留。

同時,需要大家注意的是,聲學效果必須和裝修設計相配合,不但要求有良好的室內音質,還必須有美觀的視覺效果,為大家提供一個良好的聲學環境和舒適的家居環境。

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