聲場(chǎng)中擴(kuò)散和混響關(guān)系的理論研究
來(lái)源：博網(wǎng)新材 日期：2010/6/2 17:52:05
室內(nèi)聲場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)研究是以分析室內(nèi)混響過(guò)程為其主要內(nèi)容的。我們知道吸聲材料（博網(wǎng)針孔復(fù)合吸聲鋁板）對(duì)于室內(nèi)聲學(xué)的影響很重要，另一個(gè)重要影響因素就是擴(kuò)散體。將統(tǒng)計(jì)聲學(xué)用于分析室內(nèi)聲場(chǎng)時(shí)，要滿足的第一個(gè)條件則是這一聲場(chǎng)必須是擴(kuò)散聲場(chǎng)。可見(jiàn)，擴(kuò)散與混響有著十分密切的關(guān)系。
可以對(duì)混響作以下描述：在室內(nèi)聲場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定的情況下，聲源停止發(fā)聲，由于聲音的多次反射或散射，而使其延續(xù)的現(xiàn)象即為混響。這種現(xiàn)象是封閉空間中(室內(nèi))聲場(chǎng)的一個(gè)重要特征。
試考慮一種極端的情況。設(shè)想一束聲波(可用一條聲線代表)在一個(gè)形狀不規(guī)則的剛性壁面的大房間中傳播。顯然，這一聲束在到達(dá)邊界面(壁面、天花板或地面)之前；它是以直線方式傳播的。一且到達(dá)某一邊界面，它就按照反射定律反射。經(jīng)反射后的這一聲束將改變?cè)瓉?lái)的傳播方向繼續(xù)傳播。經(jīng)過(guò)某一傳播距離之后，它又到達(dá)另一邊界面，并再次反射，以新的傳播方向又繼續(xù)向前傳播，依此類推。對(duì)于形狀不規(guī)則的大房間而言，任何方向的入射波經(jīng)過(guò)若干次反射之后，總可以改變?yōu)檠啬骋惶囟ǚ较騻鞑サ姆瓷渎暋Ｓ捎诼暡ㄔ谑覂?nèi)各反射面上連續(xù)反射，并不斷改變其傳播方向，這種能使室內(nèi)任一位置上的聲波可以沿所有方向傳播的聲場(chǎng)稱為擴(kuò)散聲場(chǎng)。這里所說(shuō)的：“擴(kuò)散”，具有明確的．物理意義。嚴(yán)格意義上的擴(kuò)散聲場(chǎng)必須滿足以下三個(gè)條件：(1)室內(nèi)的聲能密度均勻，即聲能密度處處相等；(2)聲能在室內(nèi)各個(gè)方向傳遞的幾率相等；(3)從室內(nèi)各個(gè)方向到達(dá)任一點(diǎn)的聲波，其相位是無(wú)規(guī)的。在這樣的聲場(chǎng)中，聲波無(wú)論在空間位置上，還是在傳播方向上都不會(huì)一成不變地“聚集”在一起，而是隨著傳播過(guò)程的進(jìn)行逐漸擴(kuò)展，并分散開(kāi)來(lái)，直至充滿全部空間并遍及所有方向。
在一般情況下，擴(kuò)散聲場(chǎng)的條件是難以滿足的，但在一定條件下，把不規(guī)則的大房間中的聲場(chǎng)近似地作為擴(kuò)散聲場(chǎng)處理，所得的結(jié)果與實(shí)際情況相差不大。然而，如果房間的形狀簡(jiǎn)單而規(guī)則，情況則不然。這時(shí)在室內(nèi)就可能出現(xiàn)聲場(chǎng)的嚴(yán)重“不擴(kuò)散”狀況，聲波就可能在某些位置或某些方向上特別加強(qiáng)，而在另一些位置或方向上特別削弱。例如在圓形大廳中，聲波將聚集在大廳中部；在正方形房間中，沿某些方向的駐波將較強(qiáng)等等。為了盡可能在室內(nèi)形成擴(kuò)散聲場(chǎng)，應(yīng)避免采用凹形壁面，而凸面反射體的正確使用，則是使室內(nèi)聲場(chǎng)趨向擴(kuò)散的一種有效方法。這種能夠促進(jìn)聲場(chǎng)擴(kuò)散的反射體通常稱為聲擴(kuò)散體。
在以上分析討論中，實(shí)質(zhì)上包含著幾何聲學(xué)的基本概念。因此，雖然可以對(duì)室內(nèi)聲場(chǎng)與體型之間的關(guān)系作定性的說(shuō)明，但卻難以對(duì)某些假定作出明確的解析。例如，為什么要假定是形狀不規(guī)則的大房間?對(duì)于小房間，即使形狀不規(guī)則的小房間是否適用呢?對(duì)于這類問(wèn)題，只能用封閉空間聲場(chǎng)的波動(dòng)理論才可能獲得滿意的說(shuō)明。哪怕因計(jì)算異常繁雜而難以得到定量的結(jié)果，但在理論上至少可以給予指導(dǎo)性的解析。
混響聲場(chǎng)通常指的是由反射聲形成的聲場(chǎng)。嚴(yán)格地說(shuō)，它必須是擴(kuò)散聲場(chǎng)，亦即滿足擴(kuò)散聲場(chǎng)的要求是混響聲場(chǎng)的必要條件。在實(shí)際應(yīng)用中，由于擴(kuò)散聲場(chǎng)的要求大多數(shù)是難以滿足的，所指的混響聲場(chǎng)基本上是通常意義上的反射聲形成的聲場(chǎng)。明確這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)檫@是統(tǒng)計(jì)理論所得的結(jié)果與實(shí)際情況有一定距離的一個(gè)重要原因。
混響對(duì)房間的音質(zhì)有重要影響，它是決定房間音質(zhì)的必要條件。因此有必要對(duì)其進(jìn)行定量量度。這—工作首先由W·C·賽賓(Sabine)于二十世紀(jì)初提出并加以實(shí)踐。為了使混響的量度僅僅取決于房間本身的聲學(xué)特性，而排除其它因素(如室內(nèi)原聲場(chǎng)聲級(jí)的大小及背景噪聲水平等)的影響，使其具有良好的重復(fù)性，目前國(guó)際上公認(rèn)的是以室內(nèi)聲場(chǎng)的聲能密度衰減到原始值的百萬(wàn)分之一時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間進(jìn)行量度，稱為混響時(shí)間。因此，混響時(shí)間可定義為室內(nèi)聲音已達(dá)到穩(wěn)態(tài)后停止聲源發(fā)聲，平均聲能密度自原始值衰減60分貝所需的時(shí)間，并用T60或RT表示。在實(shí)際測(cè)量時(shí)，由于種種條件的限制，往往不可能獲得衰減60分貝的相應(yīng)時(shí)間，通常以開(kāi)始一段的聲壓級(jí)衰變情況為基本依據(jù)，然后外推到衰變60分貝時(shí)所需要的時(shí)間。 |
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