利用吸聲與擴(kuò)散來(lái)控制房間的混響時(shí)間　影院改造過(guò)程中常用的手段

當(dāng)我們需要對(duì)一個(gè)視聽室的聲音質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，往往會(huì)以最基礎(chǔ)的混響時(shí)間來(lái)判斷。采用混響時(shí)間這個(gè)參數(shù)，本身就是為了讓人們能夠通過(guò)數(shù)學(xué)的方式，以可分析、可計(jì)算的辦法來(lái)測(cè)試一個(gè)空間的聲音特性。混響時(shí)間的概念出現(xiàn)的時(shí)間并不是太久，由現(xiàn)代建筑聲學(xué)之父塞賓在100多年前提出，第一次將聲學(xué)控制從模糊預(yù)測(cè)的狀態(tài)帶進(jìn)了數(shù)字量化的階段。當(dāng)我們要控制與測(cè)定房間中聲音是否悅耳，人聲是否清晰，都可以通過(guò)混響時(shí)間來(lái)判定，同時(shí)再利用吸聲與擴(kuò)散的方式來(lái)調(diào)整整個(gè)頻段混響時(shí)間的平滑度，從而獲得最適合觀看電影大片與音樂(lè)的有效混響時(shí)間。

知識(shí)點(diǎn)：什么是理論上的混響時(shí)間？
混響時(shí)間定義為室內(nèi)聲源停止發(fā)聲后聲壓級(jí)衰減60dB 所經(jīng)歷的時(shí)間，單位是秒(s)，簡(jiǎn)稱為T60 或RT60，RT 為ReverberationTime 混響時(shí)間的簡(jiǎn)寫。混響時(shí)間與房間體積成正比，與房間平均吸聲系數(shù)成反比，也就是說(shuō)房間體積越大混響時(shí)間越長(zhǎng)；平均吸聲系數(shù)越大，混響時(shí)間越短。另外，以音樂(lè)環(huán)境為主的房間比以語(yǔ)言環(huán)境為主的房間需要更長(zhǎng)的混響時(shí)間。

一般來(lái)說(shuō)，混響時(shí)間的長(zhǎng)短大致會(huì)給我們所帶來(lái)的聽感，就是過(guò)短時(shí)會(huì)讓聲音干枯，不夠響亮與豐滿；過(guò)長(zhǎng)則會(huì)讓聲音含糊不清，不夠真實(shí)自然。對(duì)于微影院而言，主要是以看電影和聽音樂(lè)為主，混響時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。如果你所經(jīng)營(yíng)的微影院屬于影K 類型，與KTV 相結(jié)合，由于K 歌和看電影所需要的混響時(shí)間截然不同，要兼容兩者往往需要透過(guò)KTV 音箱設(shè)備來(lái)獲得足夠回響的人聲，但房間內(nèi)部的聲學(xué)處理則建議采用影院的處理方式。
混響時(shí)間的控制有一點(diǎn)非常關(guān)鍵，就是需要充分考慮混響時(shí)間與聲音頻率之間的關(guān)系。對(duì)于微影院視聽室這種小房間聲學(xué)系統(tǒng)，我們通常會(huì)以人耳最為敏感的中頻段（大概在500-1000Hz 之間）的混響時(shí)間作為最佳的混響時(shí)間推薦范圍。在這個(gè)推薦范圍之內(nèi)，我們推薦的最佳混響時(shí)間范圍在0.3-0.5s 之內(nèi)，這與國(guó)內(nèi)外不少組織與機(jī)構(gòu)所推薦的數(shù)值較為接近。下面我們先來(lái)看看國(guó)內(nèi)外的相關(guān)推薦會(huì)有哪些不一樣的地方。

IEC( 國(guó)際電工委員會(huì)) 在IEC29-B 家庭視聽室標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于混響時(shí)間的建議，是在低頻部分稍微增加混響的時(shí)間，高頻部分則進(jìn)行輕微削減處理，但基本上保證整個(gè)混響頻率曲線的平穩(wěn)，不能有明顯的起伏。在100Hz 頻率下，混響時(shí)間為0.4-1.0s；在400Hz 頻率下，混響時(shí)間為0.4-0.6s；在1000Hz 頻率下，混響時(shí)間為0.4-0.6s，在8000Hz 頻率下，混響時(shí)間為0.2-0.6s。最佳混響時(shí)間的范圍是0.4-0.6s。
杜比實(shí)驗(yàn)室PREMIER STUDIO 頂級(jí)錄音室的認(rèn)證當(dāng)中，全頻段的混響時(shí)間應(yīng)該從低到高逐漸平穩(wěn)衰減，不能出現(xiàn)明顯起伏，并且隨著房間容積的增加單調(diào)遞增。對(duì)于200m3 容積的房間，500Hz 時(shí)混響時(shí)間的推薦值約為0.18-0.34s；300m3 容積的房間，500Hz 時(shí)混響時(shí)間的推薦值約為0.21-0.38s。
國(guó)內(nèi)相關(guān)的《揚(yáng)聲器聽音試驗(yàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的視聽室混響時(shí)間推薦標(biāo)準(zhǔn)如下：在250-4000Hz 之間，聽音區(qū)內(nèi)混響時(shí)間在0.3-0.6s范圍內(nèi)，最好為0.4±0.05s，而且各測(cè)量值偏離平均值不得大于25%。在250Hz 以下、4000Hz 以上，允許混響時(shí)間偏離上述平均值超過(guò)25%。除此之外，THX、PMI 以及國(guó)內(nèi)的清華大學(xué)都有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與建議。

如何控制混響時(shí)間，除了改變房間固有空間形狀與尺寸這種大動(dòng)作的處理方法之外，主要是通過(guò)改變房間表面的吸聲量來(lái)進(jìn)行調(diào)整。另外還需要留意一點(diǎn)，就是人體本身也具備一定的吸聲量，微影院視聽室混響時(shí)間的控制，還需要考慮到平均入場(chǎng)觀看的人數(shù)。目前市面上有各種各樣不同特性的吸聲材料，能針對(duì)不同頻率的聲音進(jìn)行吸聲處理，但并不存在全頻吸聲材料，換言之就是沒(méi)有萬(wàn)能藥，又或者說(shuō)你不能憑借單一的處理材料來(lái)解決所有的問(wèn)題。而且聲學(xué)處理材料最難對(duì)付低于250Hz 的低頻聲音，所有吸聲材料的吸聲系數(shù)會(huì)隨著頻率的提高而增加。如果想要取得理想的低頻處理效果，建議采用特殊的低頻吸收體，如亥姆霍茲共振器、薄板共振吸聲材料等。
知識(shí)點(diǎn)：什么是吸聲系數(shù)？
吸聲實(shí)際上是將聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽恳环N材料都會(huì)通過(guò)與聲波相互作用來(lái)吸收部分聲音。吸聲通常以被吸收聲能與入射聲能之比來(lái)計(jì)量，也就是吸聲系數(shù)。不同頻率會(huì)有不同的吸聲系數(shù)。
對(duì)于微影院而言，如果投入的資金足夠，則可以進(jìn)行完整的專業(yè)化處理手段。首先透過(guò)測(cè)試儀器與設(shè)備對(duì)微影院視聽室的最佳混響時(shí)間范圍進(jìn)行有效的測(cè)量，若發(fā)現(xiàn)混響時(shí)間太長(zhǎng)，可以利用各種各樣的吸聲材料針對(duì)不同的頻段有效地增加房間整體表面的吸聲量，減低整體的混響時(shí)間。相反，如果發(fā)現(xiàn)混響時(shí)間過(guò)短，則可以通過(guò)反射或擴(kuò)散材料來(lái)增加混響時(shí)間。通過(guò)上述兩種處理手法，讓整個(gè)房間的聲音特性變得相對(duì)平順，不會(huì)出現(xiàn)某個(gè)頻段突起或凹陷的問(wèn)題，同時(shí)低音響應(yīng)也更為平均，每一個(gè)聆聽位置都能取得相當(dāng)不錯(cuò)的聽感體驗(yàn)。

那么，應(yīng)該在房間內(nèi)部進(jìn)行怎樣規(guī)模的聲學(xué)處理？其實(shí)國(guó)內(nèi)外不少機(jī)構(gòu)與組織都有屬于自己的推薦規(guī)范，基本上都屬于分布式的處理方法，不建議進(jìn)行某種單一的吸聲或擴(kuò)散的處理手法。這點(diǎn)尤其在微影院改造如影K 視聽室的改造方面要注意，我們不難發(fā)現(xiàn)一些KTV 的包間往往采用大面積吸聲的處理手段，這種方式對(duì)于以看電影、聽音樂(lè)為主的微影院來(lái)說(shuō)并不妥當(dāng)。
對(duì)于這一問(wèn)題，我們?cè)稍冞^(guò)在室內(nèi)聲學(xué)處理方面頗有經(jīng)驗(yàn)的有關(guān)專家，認(rèn)為傳統(tǒng)的KTV 轉(zhuǎn)成影K，在聲學(xué)方面應(yīng)該注意避免過(guò)多硬面為主的裝飾物，如大面積的玻璃、石材等，這種裝修對(duì)中高頻反射過(guò)強(qiáng)，會(huì)影響多聲道影院音效的清晰度，可適當(dāng)增加軟透聲類吸音體，如軟包、布藝沙發(fā)等，以減少高頻反射聲。如能適當(dāng)采用漫反射類擴(kuò)散體和角落低頻陷阱等建聲裝置則效果更好，還有門窗等隔音效果也需考慮在內(nèi)，以免出現(xiàn)聲音泄漏影響到相鄰包房的觀影效果。

知識(shí)點(diǎn)：國(guó)際上一些組織與機(jī)構(gòu)對(duì)于視聽室吸聲與擴(kuò)散的建議
IEC 規(guī)定音箱前方的地面無(wú)地毯等吸音物料，音箱的背后與天花頂棚呈現(xiàn)反射性，音箱的前面呈現(xiàn)吸聲性。THX 公司推薦每塊墻面25% 的面積應(yīng)均勻分布吸聲體，另外25% 的面積安裝寬頻帶擴(kuò)散體并間隔安裝吸聲體。PMI 公司推薦約20% 的墻面應(yīng)作吸音處理，不要進(jìn)行過(guò)度的吸聲處理，同時(shí)也應(yīng)注意不要吸聲不足，太活躍的房間會(huì)導(dǎo)致聲音的清晰度降低。
在這里，我們簡(jiǎn)單講講各種不同的聲學(xué)處理材料。首先在吸聲材料方面就分為多孔吸聲材料與共振吸聲材料，前者主要針對(duì)中高頻的聲音，后者則用于處理250Hz 或以下的低頻聲音。多孔吸聲材料在結(jié)構(gòu)上是具有大量?jī)?nèi)外相連的微小空隙與孔洞的聲學(xué)材料，原理上是當(dāng)聲波入射到多孔材料上，聲波能順著微小空隙與孔洞進(jìn)入材料的內(nèi)部，引起內(nèi)部這些微孔中的空氣產(chǎn)生振動(dòng)，由于空氣的粘滯阻力、空氣與孔壁的摩擦和熱傳導(dǎo)作用等，使相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被損耗。而共振吸聲材料的基本原理，是根據(jù)密閉空腔中的物體在聲波激發(fā)下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，而振動(dòng)物體由于自身內(nèi)部摩擦與空氣摩擦，將一部分的振動(dòng)能量轉(zhuǎn)變成為熱能而消耗。
而物體有自身的固有共振頻率，當(dāng)聲波頻率與結(jié)構(gòu)和物體的固有頻率相同時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象。此時(shí)物體的振動(dòng)最為強(qiáng)烈，振幅與速度就會(huì)達(dá)到最大值，引起的能量損耗就越多，產(chǎn)生的吸聲效果就越明顯。

在結(jié)構(gòu)與類型上，多孔吸聲材料可以分為由有機(jī)纖維材料組成的毛氈、純毛地毯等，由無(wú)機(jī)纖維材料組成的玻璃面板、巖棉、吸聲棉等，由泡沫材料組成的泡沫玻璃、泡沫陶瓷等，由金屬材料組成的卡羅母吸聲板、發(fā)泡纖維鋁板等。而共振吸聲材料則主要是空腔共振吸聲結(jié)構(gòu)與薄板或薄膜吸聲結(jié)構(gòu)，前者較為典型的就是亥姆霍茲共振器，可以針對(duì)較窄頻段的低音進(jìn)行吸聲處理。
另外，用于聲音反射與擴(kuò)散處理方面的聲學(xué)材料，主要包括定向反射結(jié)構(gòu)、幾何形狀的擴(kuò)散結(jié)構(gòu)、MLS 數(shù)論擴(kuò)散結(jié)構(gòu)、QRD 數(shù)論擴(kuò)散體等。這里就不再深入地分析每一種材料的聲學(xué)特性，但是我們基本上都能通過(guò)這些材料的官方參數(shù)掌握它們所針對(duì)的頻段以及所起到的作用。
事實(shí)上，對(duì)于現(xiàn)階段的微影院來(lái)說(shuō)，除非是高端的視聽室會(huì)采用這么專業(yè)的處理手段，很多情況下由于成本方面的問(wèn)題，往往無(wú)法進(jìn)行細(xì)致與全面的聲學(xué)處理。這些時(shí)候，我們也可以通過(guò)普通的室內(nèi)裝潢布局來(lái)粗略地改善房間的聲音特性與質(zhì)量。例如在地面鋪上足夠厚的地毯，可以對(duì)中高頻進(jìn)行有效吸聲處理；在墻的四周掛上壁畫或裝飾物，可以對(duì)反射聲進(jìn)行一定的擴(kuò)散處理；當(dāng)然如果你采用透聲幕，還可以將枕頭、棉被等作為吸聲材料來(lái)調(diào)整房間內(nèi)整個(gè)頻帶聲音的順滑度。除此之外，沙發(fā)的選擇、音箱的擺位與調(diào)整對(duì)聲音的表現(xiàn)都能有所提升。總而言之，要處理好視聽室當(dāng)中的聲學(xué)問(wèn)題，擁有各種各樣的辦法，并非一定需要專業(yè)的聲學(xué)處理材料，不過(guò)當(dāng)要精準(zhǔn)地對(duì)某些頻段的聲音進(jìn)行控制，專業(yè)的吸聲和擴(kuò)散材料具備一定的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，使用起來(lái)效率更高也更加方便。