音樂聲音學(xué)中聲反射和混響時間

當(dāng)聲音投射到一個固體障礙物上時，大部分聲能將被障礙物表面反射；一小部分被障礙物吸收并最終轉(zhuǎn)化為熱能；另一小部分將穿透這個障礙物。這三部分的相對份額要視障礙物表面光滑程度、障礙物材料的比重和障礙物的形狀及厚度等因素而定。光滑堅硬表面的聲能反射系數(shù)比較大，一般在90%以上，而減少聲波反射的最常用辦法是增加聲能的吸收和透射。這里存在兩種物理機(jī)制：共振吸聲和多孔吸聲，一些柔軟多孔的表面，吸收性能較好。

這是由于，在柔軟多孔介質(zhì)中，聲波的空氣振動比較容易轉(zhuǎn)化為介質(zhì)的振動并通過摩擦轉(zhuǎn)達(dá)化為熱能耗散掉。增加多孔性材料表面對聲波吸收的辦法通常有三種，參見下面圖 7-1(à)、（b）、（c）及說明。

聲波吸收

在表中列舉了一些常用建筑材料的吸收系數(shù)。一些常用建筑材料的吸收系數(shù)

建筑材料的吸收系數(shù)

2、直接聲與反射聲

由舞臺上傳出的樂聲，通過五種途徑到達(dá)聽眾的耳中：第一，直接聲D，由樂聲聲源按近似球面波的形式，直接傳達(dá)聽眾耳中。這時聲能密度，也即聲強(qiáng)，大致與距離平方成反比，由于聽眾的眼睛基本上處在舞臺聲源到他耳朵的聯(lián)線上，因此可以說，凡是看得見舞臺聲源的聽眾也能聽到發(fā)自該聲源的直接聲；反之也是。有的音樂廳樓廳的某些座位，聽眾靠在座位上就看不見舞臺的聲源，這樣就不能聽到直接聲，越靠近舞臺，直接聲越大，越遠(yuǎn)離舞臺，直接聲越小。阿強(qiáng)家庭影院網(wǎng)m.vxru.cn

第二，大廳兩側(cè)墻壁的反射聲R1，R2，R1，R2到達(dá)聽眾耳中的時間延遲和響度（相對于直接聲而言）均和大廳跨度、側(cè)墻敷面材料及表面形狀有關(guān)。就正廳中心軸線的座位而言。由于對稱，R1和R2同時到達(dá)并且響度也相等。

第三，天花板反射聲R3。舞臺上的聲音傳向天花板，再反射，到達(dá)聽眾耳中便是R3。R3的時間延遲、響度及頻譜和大廳高度，附加天花板（有時稱為”浮云“）的傾斜角度及其具體構(gòu)造有關(guān)。

第四，舞臺罩反射聲R4。舞臺上的聲音傳向舞臺罩，再經(jīng)舞臺罩反射后轉(zhuǎn)傳向聽眾的反射聲。R4和舞臺罩的形狀和材料有關(guān)。

第五，多次反射聲，從舞臺上發(fā)出的聲音經(jīng)大廳的側(cè)墻、地面、舞臺罩、天花板等處多次反射后傳出聽眾耳中的聲音。由于經(jīng)歷一次反射，聲音便被吸收一些（其頻譜也多少會有變化），所以經(jīng)歷的反射次數(shù)越多，響度也越弱，方向也更雜亂而趨于各向同性。與此同時，由于多次反射聲的傳播路徑較長，到達(dá)聽眾耳中的時間也更加延遲。如此多次反射，聲音逐漸溶入混響之中并逐漸消失。

3.初始時間延遲間隙及混響

從時間上看，直接聲和它和各種反射聲的時間分布如圖所示，這里，當(dāng)測聽者座位不在正廳中軸線時，R1，R2并不等時，圖中，直接聲和R1之間的時間間隙被稱為初始時間延遲間隙（通常以毫秒度量）。

它是音樂廳音質(zhì)的四個客觀標(biāo)準(zhǔn)中的一個，并且直接關(guān)系到主觀優(yōu)選評價中的一個重要項(xiàng)目——親切感。如果這個間隙小于20毫秒，聽起來R1和直接聲將共同形成一個響度較大、音質(zhì)較好的聲音；如果廳的尺寸很大，使這個間隙大于70毫秒，聽起來R1便是回聲。在R4之后已屬于多次反射聲，經(jīng)們越來越多，越重疊，越弱。逐漸溶成室內(nèi)音特有的混響，混響聲的強(qiáng)度大體呈指數(shù)下降。

混響聲的定義是：在直接聲消失后，室內(nèi)持續(xù)的聲音。為度量混響的時間，通常定義混響時間T為：混響聲和聲壓級下降60分貝所需的時間（以秒度量）。

由于聲吸收通常和頻率有關(guān)。因此混響時間一般與頻率有關(guān)。所以通常區(qū)分為低頻混響（取頻率67，125，250赫茲）、中頻混響（取頻率500赫茲或500-1000赫茲）、高頻混響（頻率≧2000赫茲以上），混響時間是音樂廳音質(zhì)的四個客觀標(biāo)準(zhǔn)中的另一個。對于語言廳，由于要求語言清晰，混響時間效短，通常T500-（0.5-1.2秒）；但對交響樂音樂廳，由于要求聲音有很好的豐滿性（參見下節(jié)敘述），混響時間要求較長：T500-（0.5-2.2秒）。ss混響時間T500可用下面伊松公式確定。愛威家庭影院網(wǎng)m.vxru.cn

混響時間

(7-1)=這里V是廳的體積（m3），  為平均吸收系數(shù)為廳內(nèi)N種表面中的第I種表面的吸收系數(shù)，S為第I種表面的面積（m2），如果考慮聽眾的聲吸收，可以認(rèn)為每個人相當(dāng)于0.4m2的吸收面積（a=1），相應(yīng)的座位不再計入吸收面積。4mV項(xiàng)是考慮空氣對高頻聲的吸收。