小型房間的聲學分區及特性概述

胡楠

在自由場中對點聲源的計算或無阻礙球面傳播的計算相比于房間內部的聲學計算要簡單許多。我們一般認為，人耳可聽的頻響范圍是20-20kHz，在如此寬的頻帶中，不同頻段在房間中的傳播表現形式是不一樣的。對于低頻區域來講，房間混響對于房間聲學特性起主要作用，而在高頻段，線性傳播方式將對房間聲學特性起主要影響。如此寬的頻帶，不同的頻率混合，表現形式不一，將會對我們了解房間的聲學特性造成困擾，計算變得相當復雜。由此我們應當將全頻域分段，單獨進行計算，以便了解房間聲學特性。

當我們面對一個小型房間時，我們可以很容易的將房間頻響分為四個部分（圖1）：

第一部分：自由區（X區）

第二部分：典型區（A區）

第三部分：混合區（B區）

第四部分：線性區（C區）

在一個小房間四個分區中：自由區沒有任何模態耦合效應，而典型區更適用于利用點聲源聲傳播方式進行計算，線性區更適用于線性聲源傳播方式進行計算。混合區需要用復合方式進行計算。

舉例來說在一個長6.7米，寬5.5米，高4.3米的空間中。我們可以根據長度得出空間的最低頻率分界點（X區與A區的分界點）。分界點的計算公式為：聲速（一般空氣中傳播速度為344米/秒），除以房間最長邊兩倍的距離，即：f=344/2L。在這個例子中分界點頻率約為26Hz。而A區和B區的分界點頻率計算公式為f=1905√（T/ V），其中T代表房間的混響時間，而V代表房間容積。假設該房間混響時間為0.5秒，通過計算我們可以得出A區與B區的分界點約為107Hz。一般來說B區與C區的分界線頻率約為4f，在這個例子當中我們可以得出大約為428Hz。這樣我們就將這個小房間分為了4個部分：X區0-26Hz，A區26-107Hz，B區107-428Hz，C區408-20000Hz。

正如上文所說我們需要對不同區域運用不同的計算方式進行計算。除了X區以外，因為該區域的劃定完全取決于房間最長邊的長度和聲速。對于A區，B區，C區的分界線（f以及4f）我們需要強調，該分界點只是通過一個數學模型區進行分區，方便我們之后的計算，而非在這個分界線兩端，聲音的表現將完全不同。他們之間的改變是連續過渡的。

模態共振的次數會隨著由A區到C區的過渡而增加，但在X區卻基本沒有。這并不意味著在X區（344/2L及以下頻率）內的頻率不存在于房間內，而是向我們指出，在這個區域的頻率并不會對房間頻率響應造成很大影響。

房間尺寸對于聲學質量的影響可以通過下圖進行概覽：

在解釋這個圖示之前，我們要先明確一點，即所采用的房間混響時間大約為0.5秒上下。混響時間在這里的作用僅限于對“阻尼”以及房間吸聲系數的一個說明，而長邊344/2L這個值是必須知道的。

通過圖2所示可看出，低頻下限與長邊長度相關。在體積越小的房間中，低頻下限越高，同時低頻響應越差。在一個非常小的，僅限于語言擴聲的場所中，這個問題可能并不會有很嚴重的后果，因為一般來說只有10%左右的語言信息會在200Hz以下的地方，當然，這只是其中一部分的問題。

A區（典型區）隨著房間體積的增大而減小，這意味著，越小的房間中，越多的可聽到的頻率將會遵循點聲源擴散的特性進行傳播，也有更多的模態共振產生。這同時意味著，將有更多的穩態響應區間，會造成更嚴重的聲染色以及更多頻段上的不規則性房間響應。B區（混合特性區），也會隨著空間的減小而增加。當然在B區占主導的衍射及擴散特性相較于A區的模態共振還有很大的不同，這些也會成為擴聲問題。C區（線性區）表現為高度的線性擴散特性，隨著A區及B區的增加而減小，當房間聲學問題在C區當中產生時，我們使用簡單的聲學設計就可以解決相應的問題。

總的來說，在系統設計及調試時應著重對A區及B區所會產生的問題進行預判。因為這兩個區域的聲學問題可能會比較難解決。而X區是由于物理特性所無法控制的，且是不含有主要的信息的頻段，C區的聲傳播物理特性將幫助我們相對容易的解決在該頻段內的所產生的聲學問題。