電教用房聲音處理的探索與研究

摘 要電教用房的室內聲音包括直達聲、前期反射聲和混響聲。本文運用室內聲學、建筑聲學和電聲學的理論知識，從室內混響聲和最佳混響時間入手，探討了電教用房的幾何尺寸、吸聲材料、吸聲結構、隔聲降噪等聲音處理方法，并對室內音質改善提出了兩種解決方法。

關鍵詞 電教用房；吸聲處理；隔聲降噪；音質改善

中圖分類號：G484 文件標識碼：A文章編號：1671-489X（2007）01-0044-03

Exploration and Research on Dealing with the Sound in Audio-Visual Room//Yan Kai

Abstract The indoor sound in audio-visual room consists ofthrough sound， early reflex sound and the reverberations. The article using the theory of room acoustics， architecture acoustics and electrical acoustics， starting with indoor reverberations and the best reverberation time， discusses many methods in dealing with the sound in the geometrical size， the smallest volume， sound-absorbing materials and sound-absorbing structure， sound insulation and noise reducing， also advances some ways in making further improvements about tone quality.

Key Word rooms with electrical audio-visual aids; management of sound-absorbing;sound insulation and noise reducing; tone quality improvement

Author’s address Laiwu Vocational and Technical College，Laiwu， Shandong 271100

學校電教用房包括語音室、錄音室、演播室、多媒體教室等，是開展電化教育的基礎場所。一方面要保證室內具有良好的聽音條件，使學習者在各個位置上都能獲得基本相同的聲音效果；另一方面要使教師所播出的聲音信息具有較高的保真度，特別是在外語或漢語的語言教學中尤為重要。由于電教用房是教學用房的一部分，在內部環境方面必然受到學?；顒蛹霸肼暤挠绊懀谕獠凯h境方面也會受到周圍工廠、交通及社會噪聲的干擾，導致電教用房的使用效果不夠理想。因此，有必要對電教用房的聲音進行處理和改善。

1 室內聲音的組成

在日常教學活動中，聲音的輻射、傳輸與接受是在室內進行的。在室內，聲源發出的聲波向四周輻射出去，聲波的能量被墻壁、地面、天花板等障礙物多次吸收與反射，聲波在室內的傳播過程就是聲能量逐漸衰減的過程。在室內任何位置聽到的聲音包括兩部分：一部分是直達聲，即聲源直接傳播到聽者處的聲音；另一部分是反射聲，即反射聲波經過一系列反射和吸收而逐漸衰減的延遲聲，延遲聲分為前期反射聲和混響聲。根據人的聽覺延遲效應，那些緊跟在直達聲后面的前期反射聲，人們是不會在聽覺上將它們與直達聲分開的；但那些經過墻壁或室內物品的多次反射，彼此之間的時間間隔又非常小，好像是在同一時刻從各個方向上以相同的頻率反射而來的，這些反射聲被稱為混響聲，混響聲能與直達聲區別開來，因此室內聲主要包括直達聲、前期反射聲和混響聲三部分。

2 閉室的混響聲與幾何尺寸

室內存在混響是有界空間的一個重要的聲學特性，混響聲是聲波在室內的多次反射聲，在室內不可避免地引起復雜的駐波現象。這樣，閉室就可以被看作是一個多元線性諧振系統，當聲源在閉室內發聲時，它將激發出封閉容積內一系列簡正頻率的簡正振動。當聲源停止發聲后，一系列簡正振動將按照其固有頻率的衰減速度逐漸減弱下去，于是形成了混響聲。

如果閉室的尺寸與聲源所發聲波最低頻率分量的波長相比不是太小時，則該閉室在這個聲音的頻帶內就會有非常密的簡正頻率，這樣聲音的所有頻率都能激發出混響聲。如果閉室的尺寸比較小，則只有個別的頻率分量能激發出簡正波，將會導致室內聲音在個別頻率分量上突出地加強或減弱，聽起來特別不舒服，這在聽覺上叫“聲染色現象”。由此我們可以得出一個結論，要想閉室的聲音有良好的效果，則閉室的容積必須足夠大，以提高聲場的均勻性。

3室內混響時間與吸聲處理

3.1 最佳混響時間

在閉室容積足夠大的條件下，閉室混響過程的特點就是衰減速度的問題。在聲學中，常用“混響時間”來描述衰減的速度，它是指聲能衰減下跌到原有強度的百萬分之一(即60dB)所需的時間?；祉憰r間是評價閉室聲學特性的一項重要指標，對人們的聽覺效果具有重要影響?；祉憰r間適度，可使樂音豐滿、語音飽滿；混響時間太長，聲音含混不清，語音清晰度下降，樂音缺乏力度和節奏感；混響時間太短，則聲音較干硬且缺少生氣，常有“呆板”、“沉寂”的感覺，聽起來很不自然。混響時間除用公式計算外，也可以用儀器測定，對于不同的聲音，人們對混響時間的要求不一樣，作為錄音的錄音室一般容積為30~120m3，混響時間可取0.2~0.4s就能保證語言聲有足夠的清晰度，作為演播室需要容積250~4000m3，混響時間可取0.8~1.3s，錄制的音樂有力度且豐滿。

3.2 吸聲處理

對于一個已確定容積的閉室，混響時間與室內表面材料的吸聲系數有關，可以通過控制室內表面材料來達到所需的混響時間和規定的頻率特性，防止回聲和聲能集中等現象。當一個閉室的混響時間不合要求時，可以用更換墻面材料的辦法加以解決，即改變墻面的吸聲系數。吸聲系數決定了單位時間內單位面積的材料表面吸收的聲音能量大小，根據吸聲機理的不同，吸聲體可分為多孔吸聲材料和共振吸聲結構。

3.2.1 多孔吸聲材料

多孔吸聲材料的吸聲機理主要是指孔洞中的空氣質點在聲波作用下振動產生黏滯性摩擦和纖維材料在聲波作用下發生形變產生的內摩擦等來消耗聲波的能量。常用的多孔吸聲材料有超細玻璃棉、礦渣棉、化纖棉、木絲板、甘蔗板、聚氨酯吸聲泡沫塑料、泡沫橡膠、膨脹珍珠巖、多孔陶土磚、欽藝彈性吸聲板和欽藝穿孔吸聲板等，這些多孔吸聲材料主要吸收聲波中的中高頻成分。根據試驗測得，影響吸聲性能的主要因素有4個：一是材料厚度；二是材料容量，以超細玻璃棉為例，一般每立方米用15~25Kg為宜；三是空氣層，在材料層和墻壁面間留出一定厚度的空腔，相當于增加材料層的有效厚度，空氣層以5~10cm較為合適；四是護面層，多孔材料一般較疏松，直接用于室內既無法固定又不美觀，因而需在其表面覆蓋護面層，通常在護面板上要鉆圓孔、開槽縫或做花紋，使面板的穿孔率要盡可能大，一般不小于20%，穿孔率越高，對低頻吸聲性能越好。

3.2.2 共振吸聲結構

共振吸聲結構是由一個薄板和空氣組成的振動系統，相當于彈簧振子，薄板相當于質量塊，空氣層相當于彈簧。當聲波傳來時，迫使薄板振動，就將振動的機械能轉化為熱能而消耗，從而達到吸聲的目的。當入射聲波的頻率接近于振動系統的固有頻率時，將發生共振，吸收的聲能達到最大值。常見的共振吸聲結構有2種：一種是薄板共振吸聲結構，這種結構是將薄板的周邊固結于框架上，并將框架牢牢地與剛性墻壁固定，構成薄板共振吸聲結構，當在空氣層中填充多孔吸聲材料，又在板與龍骨交接處墊襯一些柔韌性阻尼材料，可使吸聲頻帶變寬，吸聲量增加；另一種是穿孔薄板共振吸聲結構，相當于許多單個共振器并聯而成的共振吸聲結構，是一種寬頻帶吸聲結構，這種穿孔薄板結構常用來做天花板，在噪聲控制中也是一種應用較為廣泛的吸聲裝置。

4 隔聲降噪處理

學校電教用房的建筑環境應該是相對“安靜”的，但由于條件限制，常常受到外界環境噪聲的影響，特別是在作為聲音信號產生第一關的演播室、錄音室、語音室等電教用房，應把噪聲降低到噪聲容許標準內，使噪聲對有用信號不會產生明顯的掩蔽效應，必須采取措施隔絕外界噪聲的傳入即隔聲降噪。噪聲按傳播途徑可分為2種：一種是由空氣傳播的噪聲，即空氣聲；另一種是由建筑結構傳播的機械震動所輻射的噪聲，即固體聲。

對于空氣聲，常用的隔聲結構有2種：一是單層密實均勻結構，當聲波入射到這些構件上時，引起它們的振動，振動構件作為新的聲源向另一面輻射聲波，要增大構件的隔聲性能就必須抑制構件的振動，因此構件越重就越不容易振動，隔聲效果就越好；二是雙層密實均勻結構，在兩層密實結構中間留出一定距離就構成了雙層密實均勻結構，由于層中空氣與雙層結構的特性阻抗相差很大，聲波在它們的分界面處將產生明顯的衰減，空氣層的厚度一般取8~10cm為宜，為了防止共振可在空氣層中填入少量玻璃棉、礦渣棉等松軟的多孔吸聲材料。

對于固體聲，隔聲相對要困難些。通常采用彈性襯墊的方式，在樓板面層上或地面板與承重樓板之間設置彈性層，使2個固體間不是直接接觸，彈性襯墊起著減振作用而衰減固體聲，在建筑中常用的彈性襯墊有鋼彈簧、隔振軟木、玻璃棉氈、礦渣棉氈以及橡膠制品等；其次是在機械設備下面設置隔振器，以減弱震動，這是建筑設備隔振的主要措施。

5改善室內音質的方法

音質是室內聲音追求的最重要的目標之一，為了使室內聲音保持自然聲的優良品質，在電教用房的設計或改建中，要對聲音信號進行必要的加工和美化。

5.1 從基礎建設入手獲取良好的音質

室內音質的好壞，很大程度上取決于環境噪聲的高低，在進行電教用房的選址時，要選擇在沒有強干擾聲源處，或者將干擾聲源搬遷，否則就要通過隔聲方法將其控制在噪聲容許標準內，或者對電教用房進行自身處理，如安裝消聲窗、修建窗外聲障等方法來控制環境噪聲。對于對靜態環境要求較高的電教用房如演播室、錄音室等，應盡可能不與其他振動的房間直接毗連，為防止從地下傳來的振動，可在房間與聲源間挖較深的防振溝或將房間整體性懸浮。

5.2 通過電聲手段改善音質

由于建筑設計不當造成的室內音質缺陷，可以通過電聲途徑來彌補，以增強自然聲和提高直達聲的均勻程度，合理的電聲設計可使室內音質得以美化。一是增加擴音量抑制環境噪聲和振動干擾，提高信噪比；二是采用強指向性聲源，增加直達聲半徑，提高語言聲清晰度，彌補因混響時間過長造成的聲缺陷；三是采用效果器，人為增加混響時間及延時效果，提高語言特別是音樂聲的豐滿和力度；四是恰當進行擴音布置，彌補原聲場的不均勻；五是通過聲源組的恰當布置，造成聲像效應；六是提高擴聲系統的最大功率增益，改進擴聲質量和系統的穩定性，抑制聲反饋所引起的聲音畸變。

總之，改善電教用房的聲環境，既要研究室內聲波傳輸的物理條件和聲學處理方法，以保證室內具有良好的聽聞條件；又要研究控制電教用房外部一定空間內的噪聲干擾和危害，將噪聲控制在噪聲容許范圍內；再加上室內電聲設備的合理布置和運用，彌補室內音質缺陷，才能獲得最佳的聲音效果。