墙面扩散体位置对多功能厅音质影响仿真分析

2011-05-12王静傅荣

中国新技术新产品 2011年7期

王静傅荣

(中国海洋大学，山东青岛 266100)

1 引言

随着我国经济的发展，人民的文化事业也越来越受到重视。由于多功能厅能够实现“一厅多用”，大大提高了其经济和社会效益，广受欢迎。在多功能厅里既要保证语言的清晰度，又要保证声场均匀的扩散，避免出现不良的声学缺陷[1]。运用声扩散体可以有效地提供侧向反射声,消除声聚焦,使室内声场更加均匀。

工程中布置扩散体时，首先需要解决的问题就是墙面扩散体的布置位置。本文将以典型的矩形多功能厅为研究对象，采用基于ODEON的计算机仿真软件，对目前装饰工程中应用最广泛的三角柱扩散体进行研究。探讨相同面积扩散体分布在不同位置时，对多功能厅声场的影响，以获得良好的扩散声场。

2 多功能厅模型和扩散体布置

厅堂的结构应尽量避免驻波的产生[2]，因此，设计该多功能厅长24m，宽16m，高7m，如图1所示，该图是使用ODEON建立的3D模型图。ODEON软件经过了15多年的不断完善，基于虚声源和声线跟踪相结合的方法，系目前计算机声场仿真领域内公认的准确度最高的软件之一[3]。声源点设置在 P1（6，8，1.2）处，如图 1 中红点所示；6个接收点设置在观众厅一侧，其坐标如表1所示。在图1中为蓝点标示，由于该厅堂是完全对称的，因此在另一侧没有设置接收点。

图1 多功能厅3D模型图及声源点和接收点位置

表1 接收点坐标

本文采用三角柱体扩散体，如图2所示，将其频率下限定为200Hz左右。根据公式[4]

图2 三角柱扩散体模型及其尺寸

可选取a=1m，b=0.2m，如图2中所标示。该尺寸对频率为216Hz以上的声波可达到有效的声扩散。

为了探讨扩散体布置在不同位置时对多功能厅声学特性的影响，本文共研究11种典型的布置方案，将面积为56m2的三角柱扩散体分别布置在侧墙、后墙、顶棚等部分，如图3所示。

表2 多功能厅各界面吸声材料一览表

图3 扩散体布置方案

各界面吸声材料列于表2中，扩散体为硬质木板，地面为地毯，天花为石膏板，墙面为木制吸声板。

3 仿真结果及分析

图4 各声学参数仿真平均值

表3 各声学参数1000Hz倍频带统计结果

ODEON可模拟计算接收点位置处的许多声学参数，如早期衰变时间EDT、混响时间T30、声压级SPL、清晰度C80等。图4为对11种不同方案仿真得到的各声学参数结果的平均值，表3为各声学参数在1000倍频带处的平均值及标准偏差的统计结果。图4、表3与图3中的数字编号是对应的。

早期衰变时间EDT是指声能量停止辐射后，能量最先衰减10dB的时间，早期衰变时间EDT对人们的混响时间感受特别重要。由图4(a)和表3可知，各模型的EDT平均值相差不大，当方案为5、7、8、11几种情况时，其中频早期衰变时间的空间标准偏差较小[5]，均不大于0.07s。

混响时间T30描述室内声音衰减快慢的程度，其长短主要决定于厅堂中吸声材料的设置，因此在图4(b)中，混响时间的平均值无明显差异，由表 3 可得，当方案为 4、5、6、7、8 时，中频混响时间的空间标准偏差几乎不大于0.05s，这表明厅堂的各座位之间的混响时间差异甚小，可以认为整个厅内混响时间基本均匀。

由图4(c)可知，各模型听众区域声压级差异不大，对同一频段处的各模型听音区域的声压级差异在2dB之内。扩散体设置在不同位置对平均声压级无明显影响。当方案为 3、5、6、7、8时，其声压级的空间标准偏差几乎不大于1.5dB。整个厅内的声压级基本达到均匀。

清晰度C80反映了听众区域的语言清晰度。由图4(d)和表3可知，清晰度空间分布较为均匀的方案有 3、5、7、8、11几种。

综合以上分析可知，当扩散体布置方案为3、5、7、8、11 几种情况时，该矩形模拟多功能厅扩散情况较好，各声学参数的空间分布比较均匀，空间标准偏差比较小。在这几种布置方案中，扩散体布置在多功能厅的后部，包括侧墙后部、顶棚后部以及后墙。但是，这几种布置方案其声学参数的平均值较其它方案欠理想，可以通过改变吸声材料和吸声结构达到理想的声学条件。因此，建议在厅堂后部敷设一定的扩散体，以达到良好的扩散声场。