1.5 室内声学

人耳听音的实际音响效果与室内声学特性有着密切的联系。本节从应用角度对室内声学的基本知识与基本特性进行简要介绍。

1.5.1 室内声学特性

对音响效果有决定作用的室内声学特性主要包括3个方面，即室内声场分布、隔音效果和混响效果。

1. 声场分布

理想的室内声场分布应该是均匀的，即室内空间各点的声能密度均匀一致，各点的音量大小基本一致。如果室内声场不均匀，在发出猝发声后，会有嗡嗡声不绝于耳，如同洞穴里的拖尾音效果，将影响正常听音。

造成室内声场不均匀的因素很多，如四周墙壁形状对声波的反射、物件摆设对声波的影响等，其中首先应该考虑的是房间尺寸。每个房间都有3个与其高、宽、长有关的固有谐振频率，如果高、宽、长的尺寸比例不合适，使谐振频率分布不合理，就会产生声染色，使得话音的某些频率成分不自然地得到加强，因而讲话声变得生硬、刺耳。室内声染色也会影响音乐，只是不易觉察。

为了使室内声场分布均匀，避免声染色现象的发生，需要注意的一条原则是不要使房间的高、宽、长的比例为整数之比，如1∶ 2∶ 3是不合适的比例。房间尺寸比例合适是产生均匀声场的必要条件，但不是唯一的条件。

2. 隔音效果

隔音是为了防止外来噪声干扰音响效果。外界的噪声来源很多，如马路上的汽车喇叭声、行人的喧闹声、空调机的振动声、鼓风机的马达声等。它们一般通过两种途径传入室内，即空气传导和固体传导。

噪声经空气媒质，从房间的门、窗、墙透进室内。通常可采用双层门、窗、墙，在门廊墙面和天花板上用吸声效率高的材料覆盖。将听音室背向马路或远离市区等，能够有效地隔离外界噪声，达到较好的隔音效果。

但是，经固体构件传入室内的噪声是很难消除的。如马路上重型车辆开动引起的噪声经建筑物本身振动传入室内，在一般情况下几乎是毫无办法。只有采用浮地建筑，才能取得一些隔音效果。

3. 混响效果

混响效果取决于混响时间，与室内四周墙壁与地板及天花板等吸声能力的强弱有关，是影响音响效果的主要因素，有关混响时间将在下面进行详细讨论。

1.5.2 混响时间

室内声音包括直达声、反射声和混响声。其中混响声是指经过多次往复反射所形成的袅袅余音。混响声从最强值到衰落60 dB（即百万分之一）为止，所经历的时间称为混响时间。

1. 混响时间估算

混响时间与房间的容积、面积、墙面与地面及天花板材料的吸声系数有关，还与房间内物件摆设及人员多少等因素有关。通常，在声场均匀分布的封闭室内的混响时间，可用著名的赛宾公式进行工程估算：

T60=0.161·V/A，A=S·

式中，T60为混响时间，单位为秒（s），下标表示衰减60dB所需的时间；V为房间的容积，单位为m3；S为室内总表面积，包括地面、四周墙面及天花板，单位为m2；A为室内总吸声量；为室内表面的平均吸声系数。

若室内各块内表面的材料不同，则总吸声量A及平均吸声系数α分别为：

式中，αi为室内表面各种不同材料的吸声系数；Si为各种不同材料的面积。

赛宾公式揭示了混响时间的客观规律，是一个高度简化的声学模型。根据房间内各种材料的面积与吸声能力，由该公式即可估算出混响时间的大小。在音响工程的室内声学设计时，一般都用它来估算闭室的混响时间。

2. 最佳混响时间

一个房间的混响时间不同，其音响效果亦不同。混响时间过短，只能听到直达声和近次反射声，使人感到声音干闷。混响时间过长，混响声会掩盖或干扰后面发出的声音，有隆隆声的感觉，从而降低了清晰度。因此，应该选择一个最佳混响时间。

最佳混响时间视房间的用途不同而有所差别。对于语言录音室，为保证清晰度，应使混响时间短些，如0.30s左右，对于以语言为主的大型会场，混响时间也不宜过长，可选取0.8～1.0s左右；对于剧院、音乐厅等以音乐为主的场所，其混响时间可稍长些，约1～2s左右。

通过室内的声学处理或者运用混响器，可以有效地控制混响时间。

1.5.3 吸声材料

吸声材料用于室内声学处理，以控制混响时间。由于黏滞性、热传导性和分子吸收效应，吸声材料可把声能转变为热能。

按照材料的物理性能和吸声方式，吸声材料可分成多孔材料，薄板共振吸声材料和空腔共振吸声材料。不同的吸声材料具有不同的吸声系数，如石膏板、胶合板、玻璃、水泥地面、木地板、窗帘等都有不同的吸声系数。

吸声材料一般装在房间的边界面上，但也可以做成单元悬挂在空间。吸声材料按照各自的技术条件并根据房间的吸声要求进行选择。除了在宽的频率范围内要求具有高的吸声系数外，还应考虑其力学特性，如压缩性、耐冲击性、抗弯强度和稳定性，以及防潮、耐火、施工简便和价格适宜等因素。最后，吸声材料也是房间的装饰材料，还应该考虑其美观的装饰特性。