1、房間聲學設計清華大學建筑物理實驗室 朱相棟家庭影院對聲環境的要求音質良好房間的要求和對策要 求對 策足夠的響度正確選擇體型，必要時安裝擴聲系統最佳的混響時間按照用途選擇合適的混響時間和它的頻率特性聲能均勻分布讓室內聲場充分擴散不出現回聲正確的選擇體型，并進行吸聲擴散處理降低室內噪聲和振動干擾采取隔聲和減振措施房間的響度問題（在家庭影院中主要以電聲為主）最佳的混響時間室內聲場建立和衰減過程不同混響時間計算公式的區別賽賓公式：適用于房間內吸聲能力較弱的空間，例如音樂廳等長混響的房間。（可用于簡單條件下的估算）艾潤公式：適用與房間內吸聲能力較強的房間，例如錄音室等短混響的房間。賽賓努特生公式：在賽賓

2、公式的基礎上增加了針對高頻部分的空氣吸收。適用與房間較大，且吸聲能力較弱的房間。艾潤努特生公式：在艾潤公式的基礎上增加了針對高頻部分的空氣吸收。適用于房間較大，且吸聲能力較強的房間。室內聲能均勻分布不出現回聲前面所示的兩個圖片是典型的室內聲場分布的形象化表示。 第一張圖片中顯示的低頻部分在室內形成的穩定聲場。從圖中可以看出室內聲場的起伏較大。造成這個現象的主要原因是低頻部分聲波波長較大，與房間室內的幾何尺寸能夠形成簡單的倍數關系，因此不能再室內形成穩定的混響聲場，加之平行墻面造成的駐波現象存在。 第二張的圖片中是高頻部分聲能在室內形成的穩定聲場。圖中顯示聲場起伏較小。高頻部分聲波的波長較短，能

3、再在房間內形成多次反射。降低室內噪聲和振動干擾家庭影院中的聲環境問題家庭影院的空間特點（一）： 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，尤其是在低頻部分200Hz甚至是更低的頻段左右。因此小房間固有的共振模式會引起某部分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，造成室內聽音效果變差。 家庭影院特點（二）： 家庭影院一般位于家庭或者寫字樓內，因此家庭影院與周圍空間的相互干擾問題需要妥善的解決。同時要求滿足家庭影院內背景噪聲的要求。小空間內的聲學指標 根據小空間使用要求不同，其聲學指標也不盡相同。例如錄音室，其聲學指標要求背景噪聲滿足NR-

4、20曲線要求，混響時間一般要求小于0.5S，個別用途的錄音室混響時間要求小于0.3S；家庭影院、試聽室等一般要求背景滿足NR20曲線要求即可，混響時間一般控制在0.30.4S即可。 小空間內避免出現的聲學問題 所有的小空間內都要求消除駐波、振顫回聲、簡正等聲學缺陷。 小空間內需要達到的聲學效果 對于用于視聽視聽使用的小空間，室內直觀的聽音效果包括：清晰的對白、準確的聲音定位、空間感十足的環繞聲場、平滑的聲像移動、均衡的音色、寬廣的動態范圍、每個座位都有好的效果。 小空間內存在的聲學問題 普通小空間內的空間尺寸較小，與低頻部分波長相近或者與低頻部分波長的 呈簡單的倍數關系，房間產生共振現象。 軸

5、向共振切向共振斜向共振 當聲波接觸到界面后被反射回來，墻面的吸收系數太小，經吸收衰減的反射波能量較大，仍然能夠與入射波發聲干涉現象。產生駐波或梳狀濾波現象。 在視聽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。當一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。當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。 音響系統的重放頻率的下限可以達到20Hz，成熟的室內音質控制技術是125Hz，因此在家庭影院這樣的小空間內，如何處理低頻部分的聲場分布和混響問題是

6、解決室內音質的首要問題。解決途徑主要有室內體型、比例、吸聲和擴散材料布置。其中，混響時間可以進行計算，其他指標只能定性考慮，根據工程經驗進行解決。家庭影院聲學設計房間體型 當房間內存在聲源發聲時，激發信號會引起房間的共振。在激發頻率范圍和相鄰頻率內形成簡正波。房間內聲壓等于所有簡正波聲壓之和。當簡正波的密度足夠大時，聽覺上就會感覺到聲壓分布均勻。 室內的容積和幾何尺寸決定了室內簡正波的數量和密度。房間內簡正波的數量和房間的容積和頻率的三次方成正比，簡正波的密度與房間容積和頻率的平方成正比。 在一個6mX7mX8m的房間內，房間共振頻率隨頻率的分布情況。從右圖可知，房間容積越大，頻率越高，共振頻

7、率的峰值越接近，聲場分布越趨于均勻。 房間的最小容積與房間需要重放頻率下限存在如下關系： 其中：V是房間最小容積m3，是下限頻率對應的波長m。 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處，確定室內空間大小時調整長寬高的比例。理想的長寬高比例應該是無理數的比，這樣可以避免簡正波發生簡并。高111111寬1.141.281.601.401.301.50長1.391.542.331.901.902.10 當房間內原有的尺寸及實際中可調的尺寸不能滿足理想的比例要求時，可以通過調整室內墻面和天花的形狀使簡正波均勻分布?；蛘咄ㄟ^增加房間的共振阻尼來減

8、弱房間的共振效應。 對于較低頻率的共振引起的室內聲場分布不均勻的問題，調整室內空間效果并不明顯，建議通過電聲系統對其進行彌補。家庭影院的聲學設計室內反射聲 小房間內的反射聲分布是為觀看者提供空間感得重要來源。 在混響時間過短的房間內，反射聲不足，人們聽到的只是音響發出來的聲音信息，會感覺聲音蒼白無力，沒有空間感。即使依靠揚聲器重放加有混響效果的聲音，聲像會更加立體，但是不可能重塑空間感。通過實驗發現，當反射聲的延時不超過100ms，反射聲是從側面反射向觀眾，且各個反射聲毫不相干的情況下，主要保證能存在幾個反射聲，也能塑造良好的空間感。室內混響時間過長，會造成反射聲過于密集，混響聲壓較高，能夠掩

9、蔽室內出此案的聲學缺陷。由反射聲造成的空間感較強，但是音響系統的聲音效果會變得含混不清。室內混響時間過短，混響聲壓較低，室內存在的聲學缺陷會比較突出。雖然音響效果明顯了但是同樣不可取。而且在過短的混響時間條件下，反射聲相對較弱，同樣會影響空間感的塑造。反射聲的處理方式和室內混響控制存在著相矛盾的一些因素。在家庭影院的設計中，通常做法是在前部，也就是音響附近進行強吸聲處理，消除反射聲，避免音箱后墻反射回來的聲音與音箱發出的聲音相干涉。在后部進行擴散處理，保留反射聲創造室內空間感。家庭影院的聲學設計混響時間計算室內混響時間控制的主要步驟：（一）確定室內混響時間指標；（二）根據裝修方案，和室內家具布

10、置對室內混響時間進行初步計算；（三）如計算結果不能達到設計指標，則調整裝修用材的面積和做法。常用材料的吸聲特性： 薄板共振吸收特性主要以吸收低頻為主，主要吸收頻率約在125Hz250Hz附近。根據板材的厚度和其背后空腔大小不同，吸聲特性會發聲變化，通常為增加板材的低頻吸聲特性，可增加板材后空腔的深度。常用的薄板吸聲構造主要有木質板材系列，包括木夾板、薄木板、密度板等；礦物板材系列，包括石膏板、硅酸鈣板等。 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，其吸聲系數可高達0.91.0. 常用裝修材料的吸

11、聲系數（低頻吸收材料）：1252505001000200040009厚石膏板0.260.130.080.060.060.06三夾板0.250.200.100.080.080.08硅酸鈣板0.030.040.040.040.060.06常用裝修材料的吸聲系數（高頻吸收材料）：125250500100020004000玻璃棉氈0.400.800.850.900.850.85吸聲軟包0.200.600.800.850.900.90密胺海棉0.150.510.880.950.920.92 混響時間計算樣表： 混響時間計算中，家具的吸聲系數同樣不容忽視。下表是典型房間內混響時間值。隨著布藝裝飾和軟質家具

12、使用增加，室內混響時間會更短。在室內吸聲材料布置中，切忌將某一類型的吸聲材料集中布置。不同類型吸聲材料宜交錯布置，且均勻分布在室內（房間前部音響附近除外）。 家庭影院內的混響感是聲音信號錄制和調制的混響效果與聽音環境的混響效果之和。因此在家庭影院內播放節目時，實際的混響感通常會比節目錄制的混響感略長。家庭影院的聲學設計擴散處理為消除室內可能產生的聲學缺陷，在空間內部增加擴散體的做法，通過對墻面進行凸凹的變化，使房間簡正模式均勻分布從而實現平滑的低頻相應，改善室內聲場。對于由于反射聲引起的聲像定位偏移現象，可以在引起反射的墻面設置擴散體或者強吸聲材料，消除反射聲的影響。 根據經驗，它們的尺寸關系

13、可由下式估算：式中：a擴散體寬度，m； b擴散體凸出高度，m；g擴散體間距，m；c空氣中聲速，ms；f聲波的頻率，Hz；聲波的波長，m。 為墻面平整美觀，可以采用以下擴散處理方式。使用透聲飾面材料將不規則的擴散體進行遮擋。家庭影院的聲學設計隔聲設計 當室內背景噪聲要求滿足NR-15曲線要求時，墻體隔聲設計要求隔聲量指標達到60dB要求，當室內背景噪聲要求滿足NR-20曲線要求時，墻體隔聲量指標可相應降低至55dB。此設計要求是針對普通住宅空間和普通辦公空間提出。 環繞立體聲家庭影院的電聲設備中包括有低音音箱，其聲音能量和振動能量巨大，因此要需要對其設置減振基座。 設計實例介紹 該試聽室位于普通

14、商用辦公樓中間。主要用于電影等娛樂活動使用，建聲設計主要為電聲系統工作創造良好的還原聲效的建聲環境。 設計指標背景噪聲滿足NR-20曲線要求，混響時間中頻0.40.1S，音響系統工作條件下室內聲場不均勻度小于2dB，無聲學缺陷。設計實例室內聲場設計 裝修設計在試聽室兩側墻采用壁柱和布藝吸聲軟包交錯布置的方式。根據聲學要求，將壁柱的外表面使用木夾板包裹成圓弧形狀，對聲音進行擴散。壁柱中間的布藝吸聲軟包部分外在保持外表面表觀一致的情況下，在內部布置擴散構造，對入射到其表面的聲音能量進行吸收和散射。 在試聽室后墻設置多寶格裝飾構造。其后壁安裝吸聲材料，同時由于多寶格凸凹不平的外觀樣子和交錯布置的薄板封面，對入射到其表面的聲能也能起到一定的散射作用。有外窗一側安裝厚重的吸聲窗簾，拉開和閉合窗簾能夠調節室內混響時間。吊頂采用根據數論計算確定的QRD擴散構造，避免頂面和地面之間產生共振現象。 設計實例室內混響時間控制 墻面使用布藝吸聲軟包和木夾板交錯布置，合理控制室內混響時間。布藝吸聲軟包吸聲特性以中高頻為主，通過增加軟包后空腔大小，增加低頻部分吸聲特性。外窗內側安裝厚重的吸聲窗簾，一是增加室內吸聲量，降低混響時間，二是能起到良好的遮光作用，保證室內觀賞影片時不受外界干擾。 墻面使