建筑声学实验报告--厅堂混响时间测量

ACHITECHTUREANDURBANDESIGN建筑声学实验报告厅堂混响时间测量2009-10-10一、实验目的与要求：混响时间是用于评价厅堂音质的一个重要的指标，对于各种用途不同的房间对应有不同的混响时间，因此在厅堂音质设计中混响时间是重要的一个方面，对于音乐厅、影剧院、播音室、多功能厅、会议厅等鉴定其音质质量，混响时间是主要手段。混响时间国外一般采用专用的直读式混响计，测量0.3-10秒的混响时间。希望通过实验能使我们了解测试仪器的组成、测试方法和结果的整理。实验的意义：指导我们今后的对音质有要求的空间的设计。因为不同的房间对音质的要求不同，混响时间也就不同。如果房间的混响时间过长，会导致听音的清晰度下降。但混响时间过短，就会影响声音的丰满度。二、实验原理与要求混响时间的测试是根据混响时间的定义，（室内声场达到稳定，声源停止发声后，残余声能在室内往复反射，经表面材料吸收，室内平均声能密度下降为原有数值的百分之一所需要的时间，或者说声音衰减60dB所经历的时间。）通过测量声场中生压的衰减曲线求出混响时间。由于实测中难以得到高于室本底噪声60dB的声压级，故常取衰减曲线以其声压级5-35dB一段为准，。每个点中心频率测量三次。三、实验装置与方框图厅堂混响时间测量常用仪器设备分为声源装置和接受装置两大部分。仪器组成及布置方框图如下。声源装置：由讯号源、功率放大器和输出声源讯号的扬声器组成。接收装置：由传声部器、测量放大器或声级计带滤波器和电平记录仪组成。我们这次实验用的是丹麦的直读式混响计，主要包括扬声器、传声器、滤波器、信号发生器。由丹麦生产，所用频程为1/3倍频程。操作简单，方便快捷。四、实验方法与步骤1、声源的布置：我们把扬声器放在报告厅前台右上角。2、传声器的位置：我们在报告听里选择了六个不同的位置，离开声源1.5米以外，高度为1.5米，进行测量，每个位置测量三次，然后取其平均值。具体报告厅平面图如图13、测量方法:（1）将电平记录仪电源开关置“开”、将输入衰减器置0db、低频响应置“20hz三记录速度置“315mm/s”、整流响应置“有效置”、按下“100mv”校准电压开按钮，调节输入电位器使笔位于20db线处。（2）将滤波器的频率选择在测试的倍频率的中心频率上，依据125HZ,250HZ,500HZ,1000HZ,2000HZ,4000HZ,6300HZ七个中心频率。（3）按下开始，仪器将自动读数。（4）将仪器自动读取的数据依次记录下来。（5）实验结束后，关上各仪器的电源开关，拔下电源插头。五、实验地点：（南四实验室）测量的空间示意如图所示。所测实验室空间为夹层空间，有一2m左右的梯段上二层。空间中包括一个占所测实验室一半面积的半球形的模拟天光的天穹和几个实验仪器。有1个窗，四扇木门。说明：本次实验用的是直读式混响计。我们进行了三次测量，每次测量扬声器都响三下，时间间隔为2s，仪器自动计算这三声所产生的混响时间平均值，即读取的结果，然后再将三次测量结果平均即为下面的平均值所以实际是测了9次。六、实验数据整理及分析1、数据整理：120HZ160HZ200HZ250HZ315HZ400HZ500HZ630HZ第一次测0.380.710.961.051.21.371.471.5第二次测0.40.540.630.891.121.281.511.5第三次测0.440.950.690.971.211.341.31.56三次平均0.410.730.760.971.181.331.431.52剖面示意(比例不太准确)平面示意声源平面位置声源立面位置2、统计图表：由下面四个图表1-4知：低频和高频混响时间低于中频；中频变化平缓；低频区段，随着频率增长，混响时间变长，高频区段则相反。各图表的分析如下由图表1知中频段混响时间在1.4s附近出现类似正弦曲线的变化比较图表1和2知：低频段混响时间曲线为下凸，而图1为上凸，两次测量的变化情况不同，可能由于外边环境噪音的影响（当时测试时，测量间外有很多学生，噪音大）由图3知：在160hz出现了一个突变点。应该还是由于外界环境噪声的影响所造成的。而且折线变化比前两次大，说明本次环境影响大（测量间外人变多，声音更嘈杂）800HZ1000HZ1250HZ1600HZ2000HZ2500HZ3150HZ第一次测1.341.421.511.411.441.331.19第二次测1.591.471.521.511.51.391.28第三次测1.571.491.41.41.481.41.29三次平均1.501.461.481.441.471.371.25图表1图表2图表3图表2由图表4的混响时间的平均值变化知，除了频率160hz的混响时间不正常外，其他测量值均可反映所测房间的音质特性。2、综合分析1）由混响时间的定义知，混响时间即为某一频率声源发生后经过各表面的反射和吸收后衰减一定量的声能密度所用时间。由测量数据可知，同一个空间，不同频率的声音的混响时间不同，说明不同频率的声音在声源停止发声后，声音衰减所经历的时间不同，表明不同频率声音在这空间中的反射和吸收的情况不同。2）所测的实验室，低频混响时间均小于中频，高频混响时间略低于中频，这一特性符合语音清晰度高的空间的要求。一般对于主要用于音乐演出的的大厅，为了使音质更加丰满、浑厚，应该使低频（125、250HZ）的混响时间为中频（500、1000HZ）的1.2-1.3倍。最多不超过1.5倍；而高频（2000，4000HZ）的混响时间应与中频的相等。实际工程中，很难达到上述要求。故允许高频混响时间略低于中频。对于主要用于语音的厅堂，尤其是播音室，为了提高语音清晰度，低频混响时间应不高于中频，一般认为混响时间频率特性曲线以保持平直为好。3）实验室500HZ的声音的混响时间为1.43s(通常以此频率为标准来推荐不同厅堂的最佳混响时间。而这点则说明所测的实验室空间又比较符合听音乐为主的房间的混响时间要求。一般来讲，对以语言声为主的房间，如教室、演讲厅、话剧院，混响时间不可过长，以1s左右为宜，而对听音乐为主的房间，就如音乐厅等，则希望混响时间稍长些，如1.5s～2.0s。综合2)和3),我们所测的实验室的音质效果应该是介于比较适合播音和比较适合听音乐两者之间，也就是，里边说话，听起来不是特清晰，也不是很模糊。七、所测空间混响时间影响因素分析出现上述结果的原因肯定跟所测实验室的空间特性有关，下面我们就根据实验的结果尝试分析一下由赛宾公式：混响时间T60=K*V/A（K-常数，一般取1.61；V-房间容积；A-室内总吸声量，与房间平均吸声系数成正比，而又与各表面材料的吸声系数有关）知，混响时间与房间容积，房间各表面所使用的材料和室内的陈设等因素有关。我们所测的实验室空间：1、容积小，由赛宾公式，其他因素不变，混响时间也小。这也许是低频混响时间低，比中频混响时间低的主要原因之一。2、表面材料，地面为木地板，墙面和顶部为白色涂料，门为木门，梯段为木质，天穹的表面材料为塑料类，窗为铁窗框。不同材料的吸声系数不同，不同频率的声音遇相同的图表4材料的吸收情况和反射情况也可能不相同。所以出现不同频率的混响时间不同。3、实验室空间特性和陈设：由前面所示的剖面图可看出，我们所测的实验室空间有一夹层，面积为一层的一半左右。空间中的陈设有一些实验仪器，但我觉得影响最大的是那半球型模拟均匀天光的天穹。其内表面对声音的反射能力很强，能产生多次回声。外表面性质则相反，我想这些也是决定该空间混响特性的主要因素之一。要改善所测实验室的音质，可以采取如下处理：加大室内响度，以满足语言和音乐的要求，在顶棚面加设置反声材料，如反射板，来增加内的响度使之可以提高语言，音乐的音节的清晰度并可以达到80%以上的音节清晰度，使听众达到满意程度。由于室内长度不是很长，避免了出现回音现象印象室内的声音，在声音比较的弱的地方设置声音反射来增加的其强度，如是很理想，可以用电声系统来增加其强度，使室内各处声音强弱保持均匀。在门窗部分设置隔声材料，阻断或降低低频噪声对语言和音乐的遮蔽。以保持室内的宁静的声环境。