私家影院視聽空間設計--混響時間及吸音擴散處理

人氣：2501    發表時間：2016-05-27 10:17:42

利用吸聲與擴散來控制房間的混響時間　影院改造過程中常用的手段

當我們需要對一個視聽室的聲音質量進行評價時，往往會以最基礎的混響時間來判斷。采用混響時間這個參數，本身就是為了讓人們能夠通過數學的方式，以可分析、可計算的辦法來測試一個空間的聲音特性。混響時間的概念出現的時間并不是太久，由現代建筑聲學之父塞賓在100多年前提出，第一次將聲學控制從模糊預測的狀態帶進了數字量化的階段。當我們要控制與測定房間中聲音是否悅耳，人聲是否清晰，都可以通過混響時間來判定，同時再利用吸聲與擴散的方式來調整整個頻段混響時間的平滑度，從而獲得最適合觀看電影大片與音樂的有效混響時間。


知識點：什么是理論上的混響時間？

　　混響時間定義為室內聲源停止發聲后聲壓級衰減60dB 所經歷的時間，單位是秒(s)，簡稱為T60 或RT60，RT 為ReverberationTime 混響時間的簡寫。混響時間與房間體積成正比，與房間平均吸聲系數成反比，也就是說房間體積越大混響時間越長；平均吸聲系數越大，混響時間越短。另外，以音樂環境為主的房間比以語言環境為主的房間需要更長的混響時間。

一般來說，混響時間的長短大致會給我們所帶來的聽感，就是過短時會讓聲音干枯，不夠響亮與豐滿；過長則會讓聲音含糊不清，不夠真實自然。對于微影院而言，主要是以看電影和聽音樂為主，混響時間不宜過長。如果你所經營的微影院屬于影K 類型，與KTV 相結合，由于K 歌和看電影所需要的混響時間截然不同，要兼容兩者往往需要透過KTV 音箱設備來獲得足夠回響的人聲，但房間內部的聲學處理則建議采用影院的處理方式。

　　混響時間的控制有一點非常關鍵，就是需要充分考慮混響時間與聲音頻率之間的關系。對于微影院視聽室這種小房間聲學系統，我們通常會以人耳最為敏感的中頻段（大概在500-1000Hz 之間）的混響時間作為最佳的混響時間推薦范圍。在這個推薦范圍之內，我們推薦的最佳混響時間范圍在0.3-0.5s 之內，這與國內外不少組織與機構所推薦的數值較為接近。下面我們先來看看國內外的相關推薦會有哪些不一樣的地方。

IEC( 國際電工委員會) 在IEC29-B 家庭視聽室標準對于混響時間的建議，是在低頻部分稍微增加混響的時間，高頻部分則進行輕微削減處理，但基本上保證整個混響頻率曲線的平穩，不能有明顯的起伏。在100Hz 頻率下，混響時間為0.4-1.0s；在400Hz 頻率下，混響時間為0.4-0.6s；在1000Hz 頻率下，混響時間為0.4-0.6s，在8000Hz 頻率下，混響時間為0.2-0.6s。最佳混響時間的范圍是0.4-0.6s。
杜比實驗室PREMIER STUDIO 頂級錄音室的認證當中，全頻段的混響時間應該從低到高逐漸平穩衰減，不能出現明顯起伏，并且隨著房間容積的增加單調遞增。對于200m3 容積的房間，500Hz 時混響時間的推薦值約為0.18-0.34s；300m3 容積的房間，500Hz 時混響時間的推薦值約為0.21-0.38s。
國內相關的《揚聲器聽音試驗國家標準》所規定的視聽室混響時間推薦標準如下：在250-4000Hz 之間，聽音區內混響時間在0.3-0.6s范圍內，最好為0.4±0.05s，而且各測量值偏離平均值不得大于25%。在250Hz 以下、4000Hz 以上，允許混響時間偏離上述平均值超過25%。除此之外，THX、PMI 以及國內的清華大學都有相關的標準與建議。

如何控制混響時間，除了改變房間固有空間形狀與尺寸這種大動作的處理方法之外，主要是通過改變房間表面的吸聲量來進行調整。另外還需要留意一點，就是人體本身也具備一定的吸聲量，微影院視聽室混響時間的控制，還需要考慮到平均入場觀看的人數。目前市面上有各種各樣不同特性的吸聲材料，能針對不同頻率的聲音進行吸聲處理，但并不存在全頻吸聲材料，換言之就是沒有萬能藥，又或者說你不能憑借單一的處理材料來解決所有的問題。而且聲學處理材料最難對付低于250Hz 的低頻聲音，所有吸聲材料的吸聲系數會隨著頻率的提高而增加。如果想要取得理想的低頻處理效果，建議采用特殊的低頻吸收體，如亥姆霍茲共振器、薄板共振吸聲材料等。

知識點：什么是吸聲系數？

　　吸聲實際上是將聲能轉變為熱能，每一種材料都會通過與聲波相互作用來吸收部分聲音。吸聲通常以被吸收聲能與入射聲能之比來計量，也就是吸聲系數。不同頻率會有不同的吸聲系數。
對于微影院而言，如果投入的資金足夠，則可以進行完整的專業化處理手段。首先透過測試儀器與設備對微影院視聽室的最佳混響時間范圍進行有效的測量，若發現混響時間太長，可以利用各種各樣的吸聲材料針對不同的頻段有效地增加房間整體表面的吸聲量，減低整體的混響時間。相反，如果發現混響時間過短，則可以通過反射或擴散材料來增加混響時間。通過上述兩種處理手法，讓整個房間的聲音特性變得相對平順，不會出現某個頻段突起或凹陷的問題，同時低音響應也更為平均，每一個聆聽位置都能取得相當不錯的聽感體驗。

那么，應該在房間內部進行怎樣規模的聲學處理？其實國內外不少機構與組織都有屬于自己的推薦規范，基本上都屬于分布式的處理方法，不建議進行某種單一的吸聲或擴散的處理手法。這點尤其在微影院改造如影K 視聽室的改造方面要注意，我們不難發現一些KTV 的包間往往采用大面積吸聲的處理手段，這種方式對于以看電影、聽音樂為主的微影院來說并不妥當。
對于這一問題，我們曾咨詢過在室內聲學處理方面頗有經驗的有關專家，認為傳統的KTV 轉成影K，在聲學方面應該注意避免過多硬面為主的裝飾物，如大面積的玻璃、石材等，這種裝修對中高頻反射過強，會影響多聲道影院音效的清晰度，可適當增加軟透聲類吸音體，如軟包、布藝沙發等，以減少高頻反射聲。如能適當采用漫反射類擴散體和角落低頻陷阱等建聲裝置則效果更好，還有門窗等隔音效果也需考慮在內，以免出現聲音泄漏影響到相鄰包房的觀影效果。

知識點：國際上一些組織與機構對于視聽室吸聲與擴散的建議

　　IEC 規定音箱前方的地面無地毯等吸音物料，音箱的背后與天花頂棚呈現反射性，音箱的前面呈現吸聲性。THX 公司推薦每塊墻面25% 的面積應均勻分布吸聲體，另外25% 的面積安裝寬頻帶擴散體并間隔安裝吸聲體。PMI 公司推薦約20% 的墻面應作吸音處理，不要進行過度的吸聲處理，同時也應注意不要吸聲不足，太活躍的房間會導致聲音的清晰度降低。
在這里，我們簡單講講各種不同的聲學處理材料。首先在吸聲材料方面就分為多孔吸聲材料與共振吸聲材料，前者主要針對中高頻的聲音，后者則用于處理250Hz 或以下的低頻聲音。多孔吸聲材料在結構上是具有大量內外相連的微小空隙與孔洞的聲學材料，原理上是當聲波入射到多孔材料上，聲波能順著微小空隙與孔洞進入材料的內部，引起內部這些微孔中的空氣產生振動，由于空氣的粘滯阻力、空氣與孔壁的摩擦和熱傳導作用等，使相當一部分聲能轉化為熱能而被損耗。而共振吸聲材料的基本原理，是根據密閉空腔中的物體在聲波激發下會產生振動，而振動物體由于自身內部摩擦與空氣摩擦，將一部分的振動能量轉變成為熱能而消耗。
而物體有自身的固有共振頻率，當聲波頻率與結構和物體的固有頻率相同時，就會產生共振現象。此時物體的振動最為強烈，振幅與速度就會達到最大值，引起的能量損耗就越多，產生的吸聲效果就越明顯。

在結構與類型上，多孔吸聲材料可以分為由有機纖維材料組成的毛氈、純毛地毯等，由無機纖維材料組成的玻璃面板、巖棉、吸聲棉等，由泡沫材料組成的泡沫玻璃、泡沫陶瓷等，由金屬材料組成的卡羅母吸聲板、發泡纖維鋁板等。而共振吸聲材料則主要是空腔共振吸聲結構與薄板或薄膜吸聲結構，前者較為典型的就是亥姆霍茲共振器，可以針對較窄頻段的低音進行吸聲處理。
另外，用于聲音反射與擴散處理方面的聲學材料，主要包括定向反射結構、幾何形狀的擴散結構、MLS 數論擴散結構、QRD 數論擴散體等。這里就不再深入地分析每一種材料的聲學特性，但是我們基本上都能通過這些材料的官方參數掌握它們所針對的頻段以及所起到的作用。
事實上，對于現階段的微影院來說，除非是高端的視聽室會采用這么專業的處理手段，很多情況下由于成本方面的問題，往往無法進行細致與全面的聲學處理。這些時候，我們也可以通過普通的室內裝潢布局來粗略地改善房間的聲音特性與質量。例如在地面鋪上足夠厚的地毯，可以對中高頻進行有效吸聲處理；在墻的四周掛上壁畫或裝飾物，可以對反射聲進行一定的擴散處理；當然如果你采用透聲幕，還可以將枕頭、棉被等作為吸聲材料來調整房間內整個頻帶聲音的順滑度。除此之外，沙發的選擇、音箱的擺位與調整對聲音的表現都能有所提升。總而言之，要處理好視聽室當中的聲學問題，擁有各種各樣的辦法，并非一定需要專業的聲學處理材料，不過當要精準地對某些頻段的聲音進行控制，專業的吸聲和擴散材料具備一定的參數標準，使用起來效率更高也更加方便。