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声学检测、音频分析与DSSF3操作详解·9

4.6 混响时间

混响时间是衡量一个房间声学特性最重要的指标之一,从混响时间的长短,大致可以判断环境中的音质好坏。通常,如果使用同样多的吸声材料和声学处理,房间越大则混响时间越长,房间越小则混响时间越短。同样大小的房间,吸声材料和声学处理越多混响时间越短,吸声材料越少混响时间越长。对不同类型、不同大小和不同用途的房间来说,最佳混响时间的长短也是不同的。

实验表明,普通房间和小型厅堂的混响时间在1.06秒之内最佳,房间体积增加,最佳混响时间也相应增加,到10万立方米的体积时,最佳混响时间则应达到2.3秒。同样,声音中的各频段在环境中的混响时间与声能衰减情况也有所不同。通常,低频的混响时间要大于中高频的混响时间。

要求较高的声学环境,比如录音棚、音乐厅、影院剧场、高档厅堂场馆等,各频段的混响时间均需要进行严格的控制。以中小型录音棚的混缩间为例,为了听到最真实原始、没有染色或互扰的声音,其平均混响时间往往要控制在极低的范围之内(0.3秒或者更短),否则就会影响到工作和作品的质量。大中型录音棚的收声间和较理想的听音室、家庭影院等环境,混响时间一般控制在0.3—1.2秒之间,或者使用移动式、可拆解的吸声、扩散装置,随时改变并调整混响时间。

录制或收听语音朗诵、配音播音、普通电声乐队的流行音乐、爵士乐、R&B、摇滚乐等节奏快而鲜明、需要较高清晰度的声音时,混响时间需要短一些;而抒情音乐、人声演唱、交响乐、教堂音乐等节奏缓慢悠长的声音,混响时间则要长一些。家庭式的超小型录音室,无论混缩间还是录音间,通常都做全吸声短混响处理。下面给出在常见的典型环境中,不同类型的声音自相关时间所对应的最佳混响时间(简单说,现实中的声音往往由一连串长度不同的单信号构成,每一个单信号自身的发声时间称为自相关时间。表1以脉冲信号音量衰减60dB、人耳清晰可辨的原则为依据):

自相关时间(秒) 最佳混响时间(秒)
0.01-0.03 0.2-0.7
0.02-0.06 0.5-1.0
0.03-0.08 0.8-1.5
0.08-0.13 1.2-1.8
0.12-0.16 1.5-2.3
0.15-0.2 2.0-2.6

表1:声音自相关时间与最佳混响时间对应表

由表1可知,环境的混响特性很大程度上影响到人类的听觉感受。不同类型的声音所对应的混响时间太长,会导致声音模糊,定位不准,甚至出现严重的干扰和染色,而混响时间过短,则会显得声音干涩、无力、声场不匀。但是,即使在最佳混响时间完全相同的不同环境里面,有时候人的感觉也会差别很大。这和直达声、早反射、混响声的比例与间隔时间有关(也就是与房间大小、体积、形状有关)。

实验表明,直达声和早反射的间隔如果不超过50毫秒,那么人类就感觉不到二者的差别与先后,只能感到原始声音的音量被增强了。如果二者间隔超过50毫秒,就会感觉到明显的回声。这个结果被称为哈斯效应。在室内声学设计时,要慎重考虑和计算直达声、反射声的时间差,也就是直达声经过的路径和反射声经过的路径之差一旦超过17米,就会出现哈斯效应(声音在空气中的传播速度大约为340米/秒,该值受气温、湿度、大气压等指标的影响)。

事实上,房间混响时间与混响特性是否恰当,不仅关系到声音的清晰度,而且还直接关系到声音是否真实自然,动听悦耳。主观听音评价的丰满、温暖、清晰、通透、空间感强等都与混响是否适当密切相关。要把混响控制到适当的程度,首先要知道适当的混响时间是多少,又受什么因素的影响。通过对厅堂音质及其混响时间的科学测量、统计分析,以及主观听音评价,声学专家提出了“最佳混响时间”的概念,语言清晰度这项参数就是确定最佳混响时间的指标之一。

最佳混响时间是在对音质效果公认较好的厅堂场馆、音乐厅、影院剧场、录音棚、演播室等环境进行大量实测和科学分析的基础上得到的。其中,声音中低频部分的混响时间通常比中频长20%—50%,对普通类型的房间来说,这样可使听感更显浑厚丰满。而2KHz以上高频的混响时间则最好与中频基本相同。但是由于室内家具、物品、人本身和空气对高频的吸声性能比较显著,所以体积越大的房间,高频混响时间反而会越有所下降。一般情况下,允许高频比中频(500—1KHz)下降10%—20%,此时对音质的影响基本可以忽略。要求较高的录音棚、混缩室,则往往采取各频段混响时间趋于一致,A计权声能曲线接近平直的吸声处理。这个要求对建声设计和声学装修来说,难度很大。

国际上公认的最富生气感的大中型音乐厅,中频混响时间多在1.5—2.0秒之间,高频混响略长的大厅,声音就明亮;低频混响长,声音则显得温暖。125—250Hz低频的混响时间与中频混响时间平均比值在1.2左右为宜。一般认为最佳混响时间在1.5—1.7秒之间的音乐厅,可以较好的展现出莫扎特和其他古典作曲家作品的清晰、细致等特点;而混响时间为2.0秒左右,则可以为勃拉姆斯、施特劳斯和马勒等浪漫派音乐提供融洽浑厚的声音;现代音乐,则以1.3-1.8秒之间为宜。
下面给出一系列表格,对具有代表性意义的典型房间的类型、体积、用途和最佳混响时间做直观的描述,以供读者在声学测量和设计装修时参考(全部以500—1KHz中频部分的混响时间为准,低频和高频部分最佳混响时间的确定,可参照上文)。

语音类房间
体积(m³) 小于200 200~500 500~2000
最佳混响时间(秒) 0.3-0.5 0.5-0.6 0.6-0.8

影院剧场
体积(m³) 小于500 500~2000 大于2000
最佳混响时间(秒) 单声道 0.3-0.6 0.5-0.8 0.8-1.2
立体声 0.3-0.5 0.4-0.6 0.6-1.0

舞厅、KTV、舞蹈房
体积(m³) 小于300 300~500 大于1000
最佳混响时间(秒) 0.6-0.8 0.8-1.0 1.0-1.3

大中型厅堂场馆
体积(m³) 小于4万 4万~8万 大于8万
最佳混响时间(秒) 1.2-1.4 1.3-1.6 1.5-1.9

家庭影院、听音室
体积(m³) 小于36 36~75 大于90
最佳混响时间(秒) 0.3-0.4 0.4-0.6 0.6-0.8

中小型录音棚
体积(m³) 小于60 60~120 大于120
最佳混响时间(秒) 录音室 0.3-0.4 0.4-0.6 0.6-0.9
混缩室 0.2-0.3 0.2-0.5 0.4-0.6

普通民居(总面积在160㎡之内)
房间类型 卧室 书房 客厅
最佳混响时间(秒) 0.5-0.6 0.4-0.6 0.6-1.0

本章结束。下一章讲解DSSF3的噪声测量系统。