◎你知道室內殘響時間嗎?◎《新音響雜誌2003年八月號 陳博士講座》

家用音響系統, 訊源、音響、家庭劇院、音響觀念等音響系統討論專區。

◎你知道室內殘響時間嗎?◎《新音響雜誌2003年八月號 陳博士講座》

文章brucehon 發表於 週一 9月 01, 2003 7:01 am


本文轉自◎你知道室內殘響時間嗎?◎《新音響雜誌2003年八月號》

文:陳湘允

上期可參考:喇叭擺位的真相一文
http://www.ks-hifi.com/dr.chen/200307/chen0307.htm


上一期我們從技術角度討論了喇叭擺位的一些情形,得到很多讀者的反應,其中有位元北京的朋友以傳真方式提出一些新的問題。這位元朋友承包了國家電影審片單位的一個看片室工程,他希望以較科學的方式計算空間聲學效果,讓這個空間中的每個座位都有平均的聲音表現。網路上有人提供了RT60(室內殘響時間Reverberation Time)的計算方式,很可惜這些道?塗?的RT60公式是錯誤的,什麼是RT60?與一般發燒友有什麼關係?要如何利用RT60?我想利用幾次的機會來說明,儘量以淺顯的方式表達出來,希望對大家都有幫助。


簡單地說,RT60是計算一個聲音訊號從發出到消失,在某個空間內所需要的時間。RT60太長也就是反射音太多,聲音會混濁不清晰;反之則是吸音過度,聲音乾澀不夠圓潤。不過要瞭解室內殘響時間,最好先從認識人耳朵對聲音的反應開始,耳朵反應的功能課題對於設計一個視聽室或音樂廳來說是很重要的。


雖然普遍認為一個健康年輕的人所能感受到的聲音頻寬是20Hz-20kHz,但在美國AES和德國DIN的標準中對人耳所能確切聽到的頻率範圍只保守定為28Hz-16kHz(參考圖一),而且對於空氣中每秒鐘的壓力變化都會有反應。人耳所能感受到最輕微的音量稱為0dB,而最大的音壓承受力很少超過130dB,如果超過了這個範圍,耳朵不但感覺很痛苦,甚至將造成永久的聽覺損害。



圖檔

(圖一)


圖檔
(圖二)

聲音從外耳進入,有一個膜片會隨聲壓振動稱為耳膜或鼓膜。接在鼓膜上的是一小塊錘骨,緊壓在錘鼓上的是一塊砧骨,砧骨又壓在一塊叉形的鐙骨上,鐙骨直接連在中耳的耳蝸上(請參考圖二)。耳蝸有三萬多根細如毛髮的聽神經纖維一直連到腦子的聽覺部分,轉變成微弱的神經電流,再經由聽神經纖維將電流輸送到腦中,讓腦子辨識這些信號。年輕人比較能適應聲量強度變化,而年老人的耳朵由於耳內構造變得較堅硬,所以無法承受強烈的聲音。


在測試耳朵反應的頻率曲線中(請參考圖三),我們可以發現到耳朵對不同的頻率會有不同的音壓反應,也就是人耳對不同頻率的敏感度有差異。各種測試參數都以1000Hz為基準,理論上我們也將標準耳朵的音壓反應設定1000Hz為0dB,但在真實測試中耳朵對1000Hz的反應卻是4dB。從曲線圖中看到,耳朵要感應到30Hz的訊號需要60dB的音壓,也就是對低音的反應非常遲鈍。聽覺曲線顯示2000Hz-6000Hz時產生的凹陷,是聽覺管道的共鳴迴響,而3500Hz-4000Hz會在耳朵管道中產生最大的共鳴,並形成一個凹陷的峰值點,所以它的音壓峰值倍數是在0dB或-0dB以下。


從這個圖看得更明顯,在不同的音壓下,耳朵產生不一樣的頻率反應。越小的音量下對低音越不敏感,對2kHz-6kHz的訊號分辨力卻很強;隨著音壓增加低音的感受度提升,同時2kHz-6kHz共鳴也大幅提升,所以大音量時我們容易覺得中高音吵雜。(請參考圖4)

圖檔

(圖三)

圖檔

(圖四)

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文章brucehon 發表於 週一 9月 01, 2003 7:05 am

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認識耳朵的特性與對不同頻率的靈敏度後,我們再來探討空間反射的問題。當音源發射之後,直射聲音和第一次反射聲音會分別以不同的時間到達聽眾(請參考圖五)。如果直射聲音和第一次反射聲音到達時間差別太大的話,聽眾就會有一種被隔離的感覺,我們會說這個表演讓聽眾缺少“現場感”和“親密感”。假設從音源發射出去的第一次反射聲音,以30m/sec到達邊界線(天花板),再從邊界線以50m/sec反方向的反射到聽眾的位置,而音速是以343.3m/sec(常溫下的音速)前進的話,那麼直射聲音和第一次反射聲音的音波長度分別是10m和17m。


但我們知道聲音不是一種直射波,而是一種球形波,它會有許多的反射點與不同反射角度,所謂的殘響(或稱反響)就是在聆聽位置對所有反射聲音的收集(請參考圖6)。太多的反射會使聲音“散掉”,例如一個人在反射雜亂的空間中演講,語句會變得模糊不清楚,甚至連位置感也不容易區分,這時候就要塑造一個良好的殘響環境,而首先要知道殘響時間的參數,才能進行吸音處理或者是擴散的安排。



圖檔
(圖五)


圖檔
(圖六)


圖檔
(圖七)

一些音樂廳會在天花板的位置懸掛一個碟形狀的擴散物體(請參考圖七),用來加快第一次反射聲音到達聽眾座位的時間,這樣就可以改進“現場感”的感覺。因為這些擴散物體將天花板的位置降低了,因此縮短了整個反響時間。


下面這幾個圖是多個不同形狀的密閉空間(請參考圖八)。在不同形狀的密閉空間,如果沒有經過吸音的處理,就會形成不同的反射效果。在這
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殘響時間並非越長或越短就越好,得視不同用途與需求來決定,例如錄音室甚至必須以人工方式加上殘響。大部份的錄音室為了要控制錄音的品質,因此都會以不同方法進行吸音和擴散,以便清除來自外部的噪音和內部的共鳴,所以錄音室的音響環境是很“死聲”的。如果要收錄真實樂器的效果,必須在錄音時加上適當的殘響效果,混合殘響的聲音就會更有質感和比較圓滑及具真實性。在現場的表演中通常也被要求增加殘響效果,以便加強表演的自然性,唱卡拉OK時所使用的回音就是最簡單的方式。


音樂廳的建築構造會因為使用不同的建築或裝飾材料,而擁有不一樣的吸音係數(Absorption Coefficients)。除了以上的因素外,聽眾人數的增加也會降低殘響時間,因為其中一部份的移動音波會被這些物體所吸收。以下的表就是一些主要的建築及裝飾材料和人物的吸音係數。(請參考表一和表二)

表一:建材料的吸音係數

圖檔

表二:人物的吸音係數

圖檔

表三:溫度和溼度的空間吸音係數


我們常常會在殘響時間的計算中忽略了聽眾席的空間吸音。對於一個空間很大的聽眾席來說,空間吸音是很重要的,其對於高頻率的吸收是很大的,而且是根據其空間的溫度和濕度來作判斷的。以上是在特定的溫度和濕度下的空間吸音係數表。(請參考表三)

圖檔

(圖十二)


從圖十二可以更清楚明白RT60的意義。0dB時聲源並沒有發出聲音,但實際上空間受到外界多種因素的干擾還是有某些共鳴,最好的例子是在一個非常寧靜的房間中,拿起玻璃杯套住耳朵,你仍能聽到空氣共鳴造成的聲響。這種空間共鳴稱為基本背景噪音,從0dB到基本背景噪音之間有段時間差,這就是RT60所要處理的範圍,改變RT60的時間,同時會導致背景噪音的增加或減少。

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殘響時間並非越長或越短就越好,得視不同用途與需求來決定,例如錄音室甚至必須以人工方式加上殘響。大部份的錄音室為了要控制錄音的品質,因此都會以不同方法進行吸音和擴散,以便清除來自外部的噪音和內部的共鳴,所以錄音室的音響環境是很“死聲”的。如果要收錄真實樂器的效果,必須在錄音時加上適當的殘響效果,混合殘響的聲音就會更有質感和比較圓滑及具真實性。在現場的表演中通常也被要求增加殘響效果,以便加強表演的自然性,唱卡拉OK時所使用的回音就是最簡單的方式。


音樂廳的建築構造會因為使用不同的建築或裝飾材料,而擁有不一樣的吸音係數(Absorption Coefficients)。除了以上的因素外,聽眾人數的增加也會降低殘響時間,因為其中一部份的移動音波會被這些物體所吸收。以下的表就是一些主要的建築及裝飾材料和人物的吸音係數。(請參考表一和表二)

表一:建材料的吸音係數

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表二:人物的吸音係數

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表三:溫度和溼度的空間吸音係數


我們常常會在殘響時間的計算中忽略了聽眾席的空間吸音。對於一個空間很大的聽眾席來說,空間吸音是很重要的,其對於高頻率的吸收是很大的,而且是根據其空間的溫度和濕度來作判斷的。以上是在特定的溫度和濕度下的空間吸音係數表。(請參考表三)

圖檔

(圖十二)


從圖十二可以更清楚明白RT60的意義。0dB時聲源並沒有發出聲音,但實際上空間受到外界多種因素的干擾還是有某些共鳴,最好的例子是在一個非常寧靜的房間中,拿起玻璃杯套住耳朵,你仍能聽到空氣共鳴造成的聲響。這種空間共鳴稱為基本背景噪音,從0dB到基本背景噪音之間有段時間差,這就是RT60所要處理的範圍,改變RT60的時間,同時會導致背景噪音的增加或減少。

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文章brucehon 發表於 週一 9月 01, 2003 7:09 am


沒有一個音樂廳是萬能的,不同的音樂廳有其獨特的個性,因此也必須選擇合適的表演來取得最佳效果。例如柏林愛樂廳的殘響時間較短,比較適合節奏複雜的現代音樂演出;而維也納金色大廳的殘響時間較長,演奏古典樂派或浪漫樂派的作品能相得益彰,獲得溫暖飽滿的聲音。錄音中有時會用一些電子設備作殘響時間的調整,同樣必須考慮音樂的內容。幾個世界上最有名的音樂廳,它們的平均殘響時間分別是:


維也納金色大廳Musikvereinsaal:2.05秒

波士頓交響樂廳Symphony Hall:1.8秒

紐約卡內基音樂廳Carnegie Hall:1.7秒

以下的表就是不同用途的殘響時間建議值(500Hz為基準)。
(請參考表四)

圖檔

(表四)

圖檔

(圖十三)


理想的殘響時間應該是多少?前面已經說過了,不同的用途需要有不同的殘響時間,圖十三顯示不同殘響時間的環境中,對於演奏或演講的用途會有不同的反應。
這次先把RT60的定義與計算方式告訴大家,目前很多測試軟體都能進行RT60的測試,並以曲線呈現出來,對處理音響空間的幫助很大。但多數讀者手中並沒有儀器,可以依此自己計算求得大概的數值,下一期我們再來討論如何將RT60實際運用在音響房中,並協助大家架構一個理想的聽音環境。


殘響時間的計算方式


方程式:RT60=(0.161×V)/A


我舉例來計算,假如一個空間高為4米,長為12米,寬為8米,房間容量的立方米V=384立方米。0.161是常溫下音速343.3m/s與空氣密度的比值,詳細計算方式我們就不說了。A則是所有吸音表面積的總和,A的計算比較麻煩。
A=(甲牆吸音表面積×吸音係數平均值)+(乙牆吸音表面積×吸音係數平均值)+(丙牆吸音表面積×吸音係數平均值)+…
一個房間會有左右、前後、上下共六面牆,我們假設這個房間的牆面都是一致的,先算左右二邊牆的吸音表面積。


二邊牆的面積分別為高×寬=32平方米。牆上使用的材料其吸音係數為:125Hz/0.06;500Hz/0.2;2kHz/0.5;吸音係數平均值AC=0.25333。二邊牆的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=8.1067。


接著看前後牆的吸音表面積。前後牆面積高×長=48平方米,牆上使用的材料其吸音係數為:125Hz/0.07;500Hz/0.05;2kHz/0.05;吸音係數平均值AC=0.056667。前後牆的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=2.72。


天花板與地板的材料往往不同,需分別計算。天花板面積長×寬=96平方米,使用的材料吸音係數為:125Hz/0.06;500Hz/0.05;2kHz/0.04;吸音係數平均值AC=0.050。天花板的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=4.8。


地板的面積同樣是96平米,使用的材料吸音係數為:125Hz/0.07;500Hz/0.06;2kHz/0.06;吸音係數平均值AC=0.063333。地板的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=6.08。


把這些數字加起來後,我們就可以獲得總吸音表面積A=32.5333,再套入RT60的計算公式(0.161×V)/A
RT60=(0.161×384立方米)=32.5333。那RT60=1.90033


如果要獲得更精確的RT60數值,還應該將空間中所有人的吸音係數考慮進去,站立者與坐在椅子上的吸音係數是不同的,家庭中使用不需要這麼精確,我們就掠過不談。別忘了環境中的溫度與濕度也會影響吸音,一般是以攝氏20度,濕度30%為基準計算,這時計算方程式應增加為(0.161×V)/A+mV,mV就是溫度和濕度的吸音,其吸音係數為:125Hz/0.0011;500Hz/0.0056;2kHz/0.012;吸音係數平均值為0.006。


以上僅是基本的計算方式,如需更精確數值必須考慮更多因素,我們就不再介紹了。




本文摘自新音響雜誌 2003年七月號

NEW AUDIOPHILE

總編輯:賴英智

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文章brucehon 發表於 週一 9月 01, 2003 7:10 am


沒有一個音樂廳是萬能的,不同的音樂廳有其獨特的個性,因此也必須選擇合適的表演來取得最佳效果。例如柏林愛樂廳的殘響時間較短,比較適合節奏複雜的現代音樂演出;而維也納金色大廳的殘響時間較長,演奏古典樂派或浪漫樂派的作品能相得益彰,獲得溫暖飽滿的聲音。錄音中有時會用一些電子設備作殘響時間的調整,同樣必須考慮音樂的內容。幾個世界上最有名的音樂廳,它們的平均殘響時間分別是:


維也納金色大廳Musikvereinsaal:2.05秒

波士頓交響樂廳Symphony Hall:1.8秒

紐約卡內基音樂廳Carnegie Hall:1.7秒

以下的表就是不同用途的殘響時間建議值(500Hz為基準)。
(請參考表四)

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(表四)

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(圖十三)


理想的殘響時間應該是多少?前面已經說過了,不同的用途需要有不同的殘響時間,圖十三顯示不同殘響時間的環境中,對於演奏或演講的用途會有不同的反應。
這次先把RT60的定義與計算方式告訴大家,目前很多測試軟體都能進行RT60的測試,並以曲線呈現出來,對處理音響空間的幫助很大。但多數讀者手中並沒有儀器,可以依此自己計算求得大概的數值,下一期我們再來討論如何將RT60實際運用在音響房中,並協助大家架構一個理想的聽音環境。


殘響時間的計算方式


方程式:RT60=(0.161×V)/A


我舉例來計算,假如一個空間高為4米,長為12米,寬為8米,房間容量的立方米V=384立方米。0.161是常溫下音速343.3m/s與空氣密度的比值,詳細計算方式我們就不說了。A則是所有吸音表面積的總和,A的計算比較麻煩。
A=(甲牆吸音表面積×吸音係數平均值)+(乙牆吸音表面積×吸音係數平均值)+(丙牆吸音表面積×吸音係數平均值)+…
一個房間會有左右、前後、上下共六面牆,我們假設這個房間的牆面都是一致的,先算左右二邊牆的吸音表面積。


二邊牆的面積分別為高×寬=32平方米。牆上使用的材料其吸音係數為:125Hz/0.06;500Hz/0.2;2kHz/0.5;吸音係數平均值AC=0.25333。二邊牆的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=8.1067。


接著看前後牆的吸音表面積。前後牆面積高×長=48平方米,牆上使用的材料其吸音係數為:125Hz/0.07;500Hz/0.05;2kHz/0.05;吸音係數平均值AC=0.056667。前後牆的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=2.72。


天花板與地板的材料往往不同,需分別計算。天花板面積長×寬=96平方米,使用的材料吸音係數為:125Hz/0.06;500Hz/0.05;2kHz/0.04;吸音係數平均值AC=0.050。天花板的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=4.8。


地板的面積同樣是96平米,使用的材料吸音係數為:125Hz/0.07;500Hz/0.06;2kHz/0.06;吸音係數平均值AC=0.063333。地板的吸音表面積=面積×吸音係數平均值=6.08。


把這些數字加起來後,我們就可以獲得總吸音表面積A=32.5333,再套入RT60的計算公式(0.161×V)/A
RT60=(0.161×384立方米)=32.5333。那RT60=1.90033


如果要獲得更精確的RT60數值,還應該將空間中所有人的吸音係數考慮進去,站立者與坐在椅子上的吸音係數是不同的,家庭中使用不需要這麼精確,我們就掠過不談。別忘了環境中的溫度與濕度也會影響吸音,一般是以攝氏20度,濕度30%為基準計算,這時計算方程式應增加為(0.161×V)/A+mV,mV就是溫度和濕度的吸音,其吸音係數為:125Hz/0.0011;500Hz/0.0056;2kHz/0.012;吸音係數平均值為0.006。


以上僅是基本的計算方式,如需更精確數值必須考慮更多因素,我們就不再介紹了。




本文摘自新音響雜誌 2003年八月號

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文章key111 發表於 週一 9月 01, 2003 9:38 am

小弟只有一個問題 :eeh:



那就是您有得到作者or雜誌的許可張貼這篇文章嗎? :evil: :evil: :evil: :evil: :evil: :evil: :evil:

請尊重作者好嗎~~~~
開悟了,半退休狀態中 。

閒閒沒事灌灌水~~

世界上最幸福的事是聽耳機聽到睡著~~~~~~~~
自認Audio Technica ATH-W1000 發揮程度..........45%以下(自家耳擴)

                    ..........55%(FOO家耳擴)(1/5)
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文章brucehon 發表於 週一 9月 01, 2003 3:03 pm

不好意思 沒有說清楚
這是和新音響雜誌和作者本身取得授權

在網路上進行連載
您查之那一篇"喇叭擺位的具相"便有看到說明了

連載的網址如下:

http://www.ks-hifi.com/dr.chen/dr-chen.htm

:)
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文章key111 發表於 週二 9月 02, 2003 9:18 pm

brucehon 寫:不好意思 沒有說清楚
這是和新音響雜誌和作者本身取得授權

在網路上進行連載
您查之那一篇"喇叭擺位的具相"便有看到說明了

連載的網址如下:

http://www.ks-hifi.com/dr.chen/dr-chen.htm



了解了~~~

在此跟您說聲對不起~~~ :bow: :bow: :bow: :bow: :bow:

因為小弟的公司粉重視著作權這東西~~~所以看到這文章才有這種反應~~ :x
開悟了,半退休狀態中 。

閒閒沒事灌灌水~~

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文章FireDragon 發表於 週二 9月 02, 2003 11:40 pm

key111 寫:了解了~~~

在此跟您說聲對不起~~~ :bow: :bow: :bow: :bow: :bow:

因為小弟的公司粉重視著作權這東西~~~所以看到這文章才有這種反應~~ :x


老哥可能沒注意之前的文章,之前也是一樣的問題.
使人前進腳步不是希望是意志
使人停止腳步不是絕望是放棄
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文章brucehon 發表於 週三 9月 03, 2003 8:43 am

key111 寫:
brucehon 寫:


了解了~~~

在此跟您說聲對不起~~~ :bow: :bow: :bow: :bow: :bow:

因為小弟的公司粉重視著作權這東西~~~所以看到這文章才有這種反應~~ :x


key111兄:

您太客氣了

it's ok.

希望這些文章對大家有所助益

:)
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Re: ◎你知道室內殘響時間嗎?◎《新音響雜誌2003年八月號 陳博士講座》

文章狂人 發表於 週三 9月 03, 2003 4:08 pm

brucehon 寫:
雖然普遍認為一個健康年輕的人所能感受到的聲音頻寬是20Hz-20kHz,但在美國AES和德國DIN的標準中對人耳所能確切聽到的頻率範圍只保守定為28Hz-16kHz(參考圖一),而且對於空氣中每秒鐘的壓力變化都會有反應。人耳所能感受到最輕微的音量稱為0dB,而最大的音壓承受力很少超過130dB,如果超過了這個範圍,耳朵不但感覺很痛苦,甚至將造成永久的聽覺損害。


上次去靶場玩... :ya: 旁邊來了個拿 MP5-K (MP5 迷你版本) :bs: 的警察,然後開始射擊... :ale: 我戴的工業用耳罩根本沒用,吵死了 :x 快被吵翻了... 耳朵真的很痛苦啊。
每個數位線路中,都有個類比信號在大喊著 "放我出去~"
In every digital circuit, there is an analog signal screaming to get out.
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