认识你的房间

发表于 2018-2-15 12:24:36

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分为三章：《认识你的房间》、《吸声材料之多孔吸音材料》、以及《扩散体，共振板，赫尔姆》。

第一章：认识你的房间
首先我希望我写的东西能够让大家在更短的时间内了解更多的室内声学的知识，所以我可能会省略更多定性的东西，而给更多实践中更容易用到的定量的东东。而且希望大家能在第一时间把声学知识使用到音乐中。搞音乐的，这是个让人幸福的称呼，但是搞好音乐却也是一个艰辛的路程。

首先，房间是有基本属性的。我们假设房间的四壁都是射不出去声音的刚性墙体（隔音的部分会在之后的章节专题讨论）而房间的基本属性就包括房间的形状，体积，以及声阻尼（空房子主要是墙壁材质）。

一，房间的形状

房间形状可以直接决定房间固有简正频率的分布。这类简正频率是房间固有的性质，假设当一个全频声源停止发声后，这一系列简正振动将按它们固有的（房间的特性）衰减速度逐渐减弱下去。这个逐渐减弱的声音即为混响声。而不再房间固有频率范围内的就会很快衰减。

计算房间固有频率的公式是：

N不能全为O

而定性的来讲，简正频率分布的越均匀那么声音的频率相应就会体现的越好。需要注意的是即使咱们觉得很干的声音也是拥有反射声辅助的，而当在低频范围内如果出现极度稀疏的情况，那么每一个独立的固有频率就变成了大家弹之变色的有害驻波。会非常影响大家的听音准确性。

上图右边是一个典型的房间简正频率频谱，在18HZ左右和28HZ左右就是典型的声染色，就是咱们常常说的低频驻波，而55HZ以上由于简正频率相对密集听感上就是对原声良好的辅助。也是对于这个房间来说相对完美的频率。

捷径公式：取得房间好的固有频率分布或者了解所在房间的固有频率的捷径有：

1，使房间长宽高尽量为无理数或者黄金分割比例（如果房间比例不好在高频都会出现声染色，即简正频率过度的不均匀）

2，若需要足够良好的低频响应需要足够大的空间。PS：这个尤其重要，可以通过知道一个房间的体积就判断这个房间适合录制哪些东西而不适合那些，简单的估算一个，要达到相对不错的80HZ的房间混响，那么至少需要差不多250立方米的体积，所以绝大部分的BASS都是通过LINE IN方式和音箱模拟录制的，在录音室里，动圈MIC完全无法捕捉那没有房间谐振的帮助的一瞬间的低频，而电容MIC又无法承受那么大的声压级，因此小房间对低频乐器的录制要出来好音色基本是很难很难的，依此类推，如果一个只有10立方米的小地方那么人声也是要斟酌的，低频部分除了驻波就会只剩下干瘪。

需要最低的良好频率相应所需体积的公式为：

C0为声速，可取344M/S f为所需要的最低频率

3，当房间确实无法改变形状、或者体积过小，那么请使用强吸音处理并针对低频驻波使用 BASS TRAP（低频陷阱，之后会提到）或者共振板吸收。

理由很简单，假设简正频率所带来的反射声声压为原声的40%使用强吸引使其降低到10%自然影响就会降低，这类方法就是尽量较少环境影响而使用扬声器的单元发声进行相对平直的监听。（具体吸音也要兼顾房间简正频率选择吸引材料和方法，之后会讲到）。

二，房间体积

主要决定房间的混响时间。（在墙壁牺牲系数不变的情况下）

这一部分我们不用去研究具体的如果的来。直接进去捷径公式部分。当然混响时间只是一个很片面的，东西，其实还有混响频率相应，混响活跃度，TT20 50MS内早期反射等等决定混响听感的东西，后边在不同的部分都会有所涉及。这里对应房间体积主要讲T60 即声源停止发声后房间内声能下降60DB所需的时间（基本就是直到咱们听不见）。

捷径公式

PS：这些混响公式可以在更理性的角度上了解这个声场的混响时间是否适合我们需要录制或者回放的音乐。比如在一个教堂即将演奏说唱，那么这个混响实践长达8~10秒的厅堂会让人抓狂……你听到的就是一个家伙永远也听不清的没完没了的絮叨，絮叨……同理，在一个300立方米但是强吸音的会议厅演奏交响乐也可以让台下的人抓狂，第一从响度上完全听不见，而且干瘪的像手纸一样的音色也足够让你无奈了……

1，在正常的几乎无吸音状态使用赛宾公式：

（插入一个小概念，吸声系数的概念）

2，在强吸音状态下计算混响时间使用艾润公式

3，在空间较大状态下使用奴特森公式（比如音乐厅什么的）

4，常用建议混响时间

5，古典音乐与现代，浪漫主义音乐主观听感判定最佳混响时间

库勒做过一个混响时间喜好的测试，选用莫扎特的《朱比特交响曲》和史蔡云斯基的《春之祭》50%的被测者对混响时间的偏好是1.5s，而对于浪漫主义选用的曲目为勃拉姆斯的交响乐，50%的被侧着对混响偏好是2.1s，库勒因此推断，这些音乐史古典，现代和浪漫的代表，因此这些混响时间可以作为制作这类音乐选用的混响厅堂或者后期制作的参考。

而声阻尼的问题会在吸音材料与吸音原理中重点剖析，而具体的使用，以及如果在成本和声学上找到经济实用的点会在最后几篇中涉及，希望大家不要太着急，因为如果没有这些基础知识的铺垫后边是讲不明白的。

第二章：吸声材料之多孔吸音材料
首先要说说吸声这个东西不是一堆鸡蛋棉就搞定的...

人耳听音范围 20~20KHZ，没有任何一种吸音材料可以达到全频，往往大家会很盲目的选择鸡蛋棉全贴上，结果会是这样的，咱们看看我从网上查到的一些参数：

125Hz 250Hz 500Hz 1KHz 2KHz 4KHz
.32 .93 1.43 1.33 1.29 1.21

其实稍微明白点的就知道这个参数特扯淡…因为吸引系数是吸收量/入射量达到1也就意味着全吸收了…这最高居然到了1.43…但是频率响应倒是差不多，如果全部使用这类装修材料可以发现他对低频的吸收基本没有，而低频又附带着大量的能量，所以所谓的闷罐效应就是由此而来。

当一个房间高频混响时间为0.2S，低频（假设为 250Hz 以下，足以影响大部分的乐器或者人声）为1S的时候就知道什么叫浑浊什么叫闷了。请注意我特意说的是混响时间，这个东西如果是频率还可以修正，但是混响时间是没法修正的。这个浑浊会永远伴随着你的素材。这也是很多贴满吸音材料的房间的问题，贴的那些东西对低频没有办法。那么贴的越多，死的越惨也就是很正常的事情了。

这篇文章让我们先来说说最常用的一种吸音物理形式――多孔吸音材料。

理论部分，想要踏踏实实学打好基础的从这里看起~

1，啥叫多孔吸音材料？

用麻、棉、木丝、兽皮、玻璃棉、矿岩棉等纤维材料加入适当的粘结剂制成的板材或毡材，以及聚氨酯等高分子材料制成的泡沫塑料、成型的微孔砖、泡沫玻璃砖等。

2，多孔吸音材料为啥能吸音？

在声波作用下，空洞中的空气质点产生粘滞摩擦、纤维材料因发生变形产生内摩擦等原因消耗声波的能量。

3，为什么背后空腔，厚度和密度（容重，即每平米重量）会影响多孔吸音材料的吸音？

首先是背后空腔和厚度可以一起考虑，因为吸音方法类似。这个东西往往会用到BASS TRAP（低频陷阱）的制作上。

这里借用传媒大学李星宇大师的一篇文章，讲得非常清晰，而且有理有据，极品文章~

《多空吸音材料制作BASS TRAP原理》

低频声陷的作法有很多，最理想的方法是：将房间布满10cm厚的块状玻璃棉并与墙体间保持至少40cm的空间，这样可以很有效的吸收低至125Hz附近的声音，但是这么做会极大的浪费室内空间，更为合理的方法是：将低频声陷设置在墙角。角落是声音反射最强烈的地方，会对低频有严重提升，所以角落是低频声陷设置的理想位置，如图

与墙体形成的空隙对于低频声陷非常重要。当提高声陷中间层空隙距离时，可扩展低频吸收范围，并提高同等频率吸收能力。如图，由于声波行进1/4奇数倍波长时达到最大速率，而且声能?E=动能?Ep+位能?E

k=（V0 /2）ρ0（υ2+(1/2ρ0c02)p2 ）所以当间距等于某波长的1/4时可达到其最大吸收量。

因为当声波撞击墙面的一瞬间，传播介质空气分子并没有速率，所以如果我们把吸音材料设置在靠近或者贴住墙面，吸收的效果便非常微弱。声音以很大的速率传播，当达到最大速率时穿过吸音材料，速率被降低，声能转化为热能，以此达到吸音效果，如图

声音信号包含各种各样的频率，当我们使用薄的吸音材料时，由于 1/4波长吸声最佳而1/2波长吸声最少，频率之间的吸音效果会有很大差距。最理想的状态便是：选用较厚的吸音材料，并使中间空隙层的厚度与吸音材料厚度相等。其原因如下：当我们选用10cm的玻璃棉，并保持与墙面间距同样为10cm，利用声速公式（波长=速度/频率）可以得出无数个频率值，其1/4奇数倍波长恰好会经过吸音材料。这样便可以有效避免频率吸音不均匀的问题。如图。

（引用结束，感谢李星宇大师~）

发两个图佐证一下：

这样密度问题就很好理解了。这个东西越密那么在质点穿过的过程中所摩擦消耗的能量也就越多，但是密也必要破坏了他的声学结构，一定要是多孔，而且是都可以相通的孔，不要用胶封上用漆糊上或者等等等等。

穿孔板的运用

啥是穿孔板？

结构：在金属板、薄木板、水泥板、石膏板上穿以一定密度的圆孔，并在其后设置一定厚度的空气层和适当的多孔吸声材料，即为穿孔板吸声结构，如图所示。

这比之之前的多孔吸音材料的背空还有另外一层吸音结构。

若穿孔板后面的空气层厚度不太大，板上孔中的空气将与后面空气层组成一个声学的谐振系统。于是在声波入射时，孔中的空气将在该声学系统的谐振频率以及谐振频率附近的频率上激烈的振动起来，则空气质点与孔壁及其后的多孔材料发生剧烈的摩擦，因而表现出较大的吸声系数。
故，穿孔板的吸声表现为谐振特点。

当然如果愿意研究穿孔板吸音的我也给出公式：

第三章：扩散体，共振板，赫尔姆
开始还是大家烦的不能再烦的理论基础

众所周知，把耳朵靠近海螺可以听到大海的声音。其中的道理大家也都了解：海螺周围任何的声音，包括空气在海螺外侧发出的沙沙声，都会使海螺里面的空气产生振动，海螺能聚拢并放大的振动频率与它的内腔所决定的共鸣频率（即固有频率）相同。哪怕是极微弱的声音也会被增强。因为海螺内的空气振动起伏不定，所以人们能听到波浪般的声音。

赫尔姆霍兹共鸣器

上个世纪，德国人赫尔姆霍兹（Herman von Helmholtz）在海螺共鸣原理的基础上发明了球形的玻璃共鸣器：他借助多个共鸣器对一个复杂声音（就像一件乐器发出的声音一样）的各种谐波进行分析。把共鸣器的小口贴在耳朵上，较大开口朝向声源。只有与球体的共鸣频率相同的声音才能被放大，而球体半径的大小是决定共鸣频率的因素之一。在其他因素不变的情况下，半径越大，共鸣频率越低。乐器的共鸣箱也是基于同样的道理，其形状弯曲而富于变化，这都是为了更好地放大所有的乐音，也就是说乐器的共鸣箱具有很多共鸣频率而不像共鸣器只有单一共鸣频率。

赫尔姆霍兹正是利用他的共鸣器来分析乐器发出的声音的频率，即频谱。

那么这个东西运用于声学中如何体现呢~（有现成的文章，还是借用星爷――传媒大学高才李星雨同学的文章，）

赫尔姆霍兹共鸣器，也是一种低频声陷，不同于玻璃棉构成的声陷，其可以吸收更低的低频成分。其拥有可调节的空腔结构，对某一频段的吸收非常有效。吸收频率范围与品质因数Q有关，赫尔姆霍兹共鸣器的空腔结构吸收带宽公式为：f2-f1=fr/Q ,（F2-F1为吸声频率带宽）fr为共鸣频率也就是最大吸收频率。通过添加玻璃棉或者增加几个不同大小的开口，可以使吸收频段变宽。赫尔姆霍兹共鸣器的种类有很多，通常的设计是使用一个大盒子，内部填充玻璃棉，前端覆盖一连串间距不同尺寸不同的薄木板。这种设计称为狭板共鸣器。虽然赫尔姆霍兹共鸣器可以有效吸收某一频段，但是它的可吸收范围有限，并且使用多个共鸣器拓宽其频率吸收范围会对声场的活跃产生影响，所以使用起来必须非常小心。

扩散体

首先我说理论部分，后边依然引用星爷的一篇文章：

现代的扩散体最早源于曼弗雷德，施罗德。他找到了一种定量分析声音扩散过程的方法，以数论为基础。施罗德建立了声扩散面设计方程。人们可以根据散射板上槽的宽度和深度确定声音的扩散频率。而扩散的好处除了增加最大听音范围，还可以无需吸声就衰减反射声干扰。而在录音室可以消除拍音混响还能增加混响的活跃度改善音质。

同时扩散体往往还是一个共振板吸音体，可以扩散高频的同时吸收低频。

找一个大家看的懂的数据，这是一个二维声扩散体。他将声波散射直半球。因此衰减效率是普通QRD声扩散体的两倍。

最后借用星爷的文章正题阐述一下扩散体：

扩散体对改善声场以及听感有着重要作用，二次余数扩散体由于其具有良好的扩散能力以及方便安装的特性，如今被广泛应用。二次余数扩散体的公式为hn = (λ0/2N)?'Sn，其中，Sn为以n平方除以N的余数，λ0为扩散中心频率的波长，N为扩散体格子数（必须为质数），h为格子的高度，n=0，1，2，3，4，5，6……。二次余数扩散体的扩散频率下限大约在中心频率下半倍频，上限则取决于格子数，可以达到中心频率的N-1倍。扩散体与光滑反射面相比，其可以有效的避免声聚焦。当声波经过光滑墙面反射后，所有的声能都将沿同一方向反射，其反射方向固定，取决于声源的位置。而当声波经过扩散体表面反射后，声能将被分散反射向不同的方向，且具有不同的相位差，如图。

这些形成的均匀能量的不规则的反射声会使人耳主观产生一种空间感，同时运用在中高频扩散时会提高声音的“明亮”度。其反射方向大致为一个半圆，声能平均扩散。扩散体还有另一个作用，如图所示。

黑色圆点表示侧墙反射，O为录音师位置。声波经过后墙反射，若反射面为光滑墙面，则某一频段只有固定的反射路径指向录音师的位置。而当反射面为扩散体时，由于声波以半圆方向扩散，则有无数条不同频段的反射路径汇聚在录音师的位置，以此类推，有无数相同性质的汇聚点，这样便无形中扩大了最佳听音区。扩散体不只可以用来打散声音能量，起到防止回声和驻波的作用，同时可以改善声音的明亮度，在早反射路径上适当添加扩散体反射2K附近高频可以增加明亮度，但是不能过多使用，应与吸声材料相互配合。

共振板

用胶合板、木纤板等具有一定弹性的薄板大面积的钉在龙骨上，以便使板后留有一个空气腔。该板与空气层组成一个共鸣吸声结构，同时可以在与龙骨接触端使用毛毡等弹性摩擦材料迅速消耗掉共振板共振的能量。同时也可以在空气层中填充弹性材料或吸声材料作为吸声减震，增加共振板的吸声系数。如图所示。

共振板通用法则

1、增加共振板单位面积的重量可使其共振频率降低。
2、增加共振板背面空气层的厚度可使其共振频率降低。
3、共振板多用于低频吸收，其共振频率多选于（80~300）HZ范围，其吸声系数α可在（0.2~0.5）。
4、为增加吸声系数，可在板与龙骨交接处置一些毛毡、软橡皮、海绵之类柔软材料，或在空气层中填充多孔吸声材料。

共振板公式

演化而来的还有一种薄膜吸声体

薄膜声陷也叫面板声陷是一种窄带声陷，其可吸收带宽为大约一个倍频程，它可以使用一连串一平米左右的面板声陷去覆盖整个低频，而不必使用非常厚重的材料去增加吸音范围。由于低频成分有将近4个八度，所以可以通过不同厚度的面板声陷的组合来吸收不同频率的低频，并且由于高频成分可以被其面板反射，所以安装多个面板声陷亦不会使得声能被全部吸收，造成声场过于沉寂。

当作用频率范围内的声波接触前面板时大部分能量传导至面板带动其振动（注意必须完全密闭），此时由于密封腔内空气被压缩，空腔内部绝缘吸声材料提供反作用力，动能相互抵消而转化为热能。通过改变前面板的密度与厚度可以改变其吸声频带。需要特别注意的是，面板声陷必须严格密封，否则内外压强相等，便破坏了其物理结构，相当于单一吸音材料的吸收。通常面板声陷的安装是平行于墙面的。角落的通常要安置两个声陷，用于分别控制两个墙面的反射。

小窍门（针对家庭工作室改善的窍门）
我啥也不想买怎么做建声？

这些多孔吸音材料在咱家里太多太多了，而且可以运用以上的理论搭配出非常非常靠谱的效果。我手头正好有一些家里常有的东西的吸音系数资料。

1，沙发

这个虽然没有统一的资料，但是布艺沙发放在房间的角落里确实对低频改造以及降低混响时间有很大的作用，由于沙发体积大，距离地面距离墙面都可以人为的空出空气层用来改进对低频的吸收（具体原理参看BASSTRAP那段），而且坐着舒服，还有沙发用的棉纤维都很不错，植物纤维不仅仅很环保而且吸音效果也不错，简简单单，实用美观的一个大BASS TRAP原来家里就有现成的！

2，窗帘

距离墙面或者窗户保持一定的背空距离，同时使用高褶皱度（简单的说就是1米的窗户用3米的窗帘）会有很好的吸收高频的效果，对于想要降低混响时间的也可以酌量使用。而且安装方便，改变混响时间也方便，往往家庭影音室经常会用到的。给一些常用的参数~

3，衣服

这个太太太太好找了，而且借助衣柜我们可以让衣服道道50CM的距离墙面距离，更好的处理低频。并且到处都是。而且更容易具有针对性，上次听一堆导向孔在背后的音箱，因为背后30CM就到墙了，导向孔的反射声严重影响听音。于是我就找朋友那的衣服，把从导向孔到墙壁间都塞上了衣服，这样很简单的减轻了这个问题（导像孔在背后的音箱要求距离墙壁50CM并且背后强吸音）而且穿在人身上的衣服也可以啊。

4，人

人也是具有吸音功能的（原理是人身体的反射，共振和衣物的多孔材质），当时在录制引子里那个音乐的时候我就让能进屋的人都进屋，尽量避开MIC拾音的轴向位置（别告诉我你用全指向……），怕录入人发出的噪音，但是让他们在别处呆着控制混响时间。当时一个10多平米的屋子做了7个人。呵呵效果还不错，有效的抑制混响过长。而且频响很均衡。

5，一切一切多孔吸音材料

比如被子一类的，只要是吹气气流可以通过的都可以使用。比如被子，毯子一类。但是千万注意对低频的控制，高频很容易吸收过量而造成低频无法均衡大量的闷灌声，有一些误区比如泡沫塑料。咱们常常见到的泡沫塑料确实有中空的气泡，但是这些气泡是独立的，空气质点无法穿过，所以无法作为多孔吸音材料使用，仅仅能用来做高频的共振吸音（高频一般不用共振吸音，用普通的多孔材料可以很好的控制了）因此要认真判断材料是否为可联通的多孔材料。