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       随着生活水平的日益提高,人们对文化生活的要求也逐渐提高,小型影院、影音室正逐步走入人们的视野。近几年,国内的定制安装行业得到了迅猛发展,各式各样的设计理念涌入国内。

      人们在设计影音室的时候就会提出 “吸音怎么吸?用什么样的材料?放多少?放在哪里?市面上买的扩散体可以改善音质吗?”这样的问题,在工程完工的时候又会提出“这样的声音就是最好的了吗?还有没有改善的可能?怎样改善呢?”等等。人们使用零散的理论和知识点应用到实际设计中,缺少系统的理论指导和测试、评判标准。

      小型影院声学设计是一项系统工程,从前期的数据采集、指标确立、数据测算、材料和结构订立,再到加工方法、测试验收,每一个步骤都需要拥有丰富的技术储备与实现方式的积累。而现在通行的影院设计标准多为商用影院,内容大部分为大的指标,并不具备实际的指导意义,对于声学指标更高、更细腻的小型影院并不适用。因此,中电声学与清华大学建筑声学研究所联合编制了一项《小型影院声学设计与认证标准》,作为对家庭影院、个人影音室蓬勃发展的响应和推动。该标准致力于为小型非商用影院的声学设计及认证提供更专业更有针对性的标准及方法,并对音质效果欠佳的影院提供整改方向。


  1、等级及适用范围
  针对容积小于等于500m的小型影院,根据小型影院客观技术指标,主观认证指标的综合考量,为小型影院制定了四个等级,即:
  小型影院声学认证B级    (不达标)
  小型影院声学认证A级   (标准级)
  小型影院声学认证A+级   (专业级)

  小型影院声学认证A++级  (实验室级)


  2、客观技术指标
  2.1  背景噪声限值
  最高上限为NC25(噪声源设备正常运转)。
  安静的背景噪声是音质设计的前提和基础,只有房间保持安静,才能体验到声轨的每一个细节,音质设计才有意义,否则再好的声音效果都会受到外界噪声的影响。
    

                                                      图1不同NC曲线对应人的主观感受


  非商业影院一般属于较私密的空间,更具个性化,因此在使用时更希望不受外界干扰而专注于欣赏。为此,根据实际情况及参考其他国家的设计指标,选择NC-25(噪声源设备正常运转)作为背景噪声限值。

  背景噪声的控制,需要从房间空气声隔声和撞击声隔声、通风与空调设备消声、管道系统的隔声减振、室内放映播放设备降噪等方面综合考虑。


  2.2空气声隔声
  当声源在室内发出90dB(A)以上白噪声时,临近敏感房间(横向、竖向)的声压级差大于等于45dB(A)。
  良好的隔声意味着:该房间可在任何时间使用并不干扰他人,也不会受到他人干扰。以家庭影院为例,正常放映时,声级范围约在85-105dB(A)。因此良好的隔声不仅是对室内背景噪声的保证,也是防止房间使用时对周围房间及环境造成影响。

  实际设计中,墙体经常是由不同的构件组成,比如门、窗。墙上的每一构件有不同的传声损失,而门、窗的传声损失低于其他部分,致使墙的隔声效果降低,组合墙体的隔声量与墙和门窗的隔声量以及面积有关。计算公式如下:



式中:τ——组合墙的透射系数;
          τw——墙体的透射系数;
          τd——门窗的透射系数;
          Sw——墙的面积;
          Sd——门窗的面积。

     隔声量R和透射系数τ的关系可由下式计算:

          
  为达到上述要求,建议设计时,构件空气隔声量达到:墙体Rw+C≥60dB;楼板Rw+C≥60dB;隔声门Rw+C≥45dB;隔声窗Rw+C≥40dB。
  小型影院、影音室在放映时存在较多的低频声音,隔声设计时应保证250Hz以下声音的隔声量,可采用多层复合隔声板,并带有空腔,各构件之间有弹性连接等隔声构造方法。

  本标准之所以提出了45dB(A)声级差的评价方法,一方面是方便实际评价工作的测量操作,二是提出了隔声指标是适中的、可实现的,这一指标与240砖墙或200厚混凝土墙的隔声性能相当。另外,评价测量的结果可能会受到测点选择的影响,因此本标准中对测点选择布置进行了详细规定。


  2.3  中频混响时间(500~1000Hz)
  指标如下:

  小型影院满场500~1000Hz混响时间



注:允许最大误差±0.05s。
  当声能密度达到稳态时,若声源突然停止发声,室内接收点上的声音并不会立即消失,而是有一个逐渐衰变的过程,室内声能密度将逐渐减弱,直至趋近于背景,这一衰变过程为“混响过程”。
  混响时间为在室内声音已经达到稳定状态后声源停止发生,平均声能密度至原始衰变到其百万分之一所需要的时间,即声源停止发声后衰减60dB所需要的时间。长期工程实践证明,混响时间是目前音质设计中能定量估算的重要评价指标,它直接影响听音效果。

  计算公式为 :



  混响时间与丰满度、活跃度以及清晰度等主观音质感受有关。混响时间长,将增加音质的丰满感,但如果这一过程过长,则会影响到听音的清晰度。混响过程短,有利于清晰度,但如果过短,又会使声音显得干涩,强度变弱,进而造成听音吃力。因此,在进行室内音质设计时,根据使用要求适当地控制混响过程是非常重要的。

  空间用途不同的房间应该有不同的混响时间。由于影院对语言听闻清晰度方面的要求是首要的,所以语言听闻要求较短的混响时间,以保证语言清晰度与可懂度。对于有听音乐要求的房间,如Hi-Fi室、卡拉OK等,可在本规范的要求做基础,然后根据不同房间体积的混响时间再上调0.1~0.2s。房间功能较多时,可设置可变混响结构。


  2.4混响时间频率特性

  指标:各频段的混响时间频率特性应在标准范围内,中频要求平直,低频可以略高,高频可以略低,但不应超出上下限规定。



                                                       图2混响时间频率特性范围



                                                                     图3 混音时间T60


  因为材料的吸声量是随频率而变化的,因此混响时间也随频率而改变。混响时间计算通常采用125Hz到4000Hz的六个频率。精准地还原声轨录制的音色,需要房间的混响时间频率特性曲线尽可能保持平直,考虑到人耳低频灵明度比高频灵敏度低,同时兼顾吸声处理时高频吸收比低频吸收更容易实现,因此,低频混响时间可高于中高频。


  2.5  声场不均匀度
  指标:观影区的声压级最大值与最小值之差不应大于6dB,最大值与平均值之差不应大于3dB。

  良好的声学设计不仅要保证听众能听到,而且在每个座位听到的响度基本一样。在小房间中,声场均匀度要求房间应具有良好的声扩散处理。如QRD(二次剩余扩散体的缩写)扩散板在录音室或听音室中是常被用到的一种扩散结构。



  3、主观评价指标

  长期以来,在与声学有关的行业一直流行着一些评价音质的行话或术语,例如丰满、活跃、温暖、干涩、沉寂、空间感、视在声源宽度、环绕感等。本标准针对小型影院从声学评价到环境的装饰及舒适度等方面,提出整体认证标准。



  注①:为“控制项”,是主观评价的基础,无明显声学缺陷、无装修异味或刺激性、有通风及温控系统时继续评价,相反则无法继续进行评价。


  3.1、无明显声学缺陷
  小型影院中,如果房间体形(尺寸)不合理、声反射(吸声)布置不合理,则容易出现一些声学缺陷,会严重影响听音质量,如回声、颤动回声、声染色、声聚焦、声遮挡等。
  回声:
  强度和时差都大到足以在听觉上和直达声区别开的反射声或由于其他原因返回的声音。
  在室内,当声源发出一个声音后,人们首先听到的是直达声,然后陆续听到经过各界面的反射声。一般认为在直达声后约50ms以内到达的反射声,可以加强直达声,而在50ms以后到达的反射声,则不会加强直达声。如果反射声到达的时间间隔较长且其强度又比较突出,则会形成回声的感觉。

  回声的感觉源于人耳的哈斯效应,图5表示了哈斯效应。



  图5中的横坐标是两个声音的时差,纵坐标代表了全体被测者中感到受干扰的人数的百分比。各条曲线代表两个声音声级差不同时的干扰情况?梢钥闯,时差越小,声级差越大,则干扰越小。
  回声感觉会妨碍语言和音乐的良好听闻,因而需要加以控制。
  颤动回声:
  声源在两个平行界面或一平面与一凹面之间发生反射,界面之间距离大于一定长度时,所形成的一系列回声。
  一对硬质的平行墙面或硬质的顶棚与地面,经常会产生颤动回声。如击掌或脚步声等单个脉冲声会产生多重回声,听起来音调很特别,类似于“噗噗噗”或“啵啵!。这种回声包含多次重复。
  处理方法:合理布置室内不同的吸声特性的装修材料。应避免光滑平整的反射表面,最好采用不规则的或凸的表面,使声音漫反射,均匀分布于听音区。
  声染色:
  普通小空间内的空间尺寸较小,与低频部分波长相近或者与低频部分波长呈简单的倍数关系的房间容易产生共振现象。
  图7中的实线为入射波,虚线为反射波,二者相向传播。在t=0时,反射的声波与入射声波压力相抵消,也就是声压的瞬时消失,用水平粗线表示;t=T/4时,入射声波与反射声波的叠加达到最大,同样用粗实线表示;在t=T/2时,同t=0时刻;t=3T/4时,同t=T/4时刻。共振使某些频率的声音在空间分布上很不均匀,即某些固定位置被加强,某些固定位置被减弱。

  在一个矩形房间中,计算房间共振频率(包括轴向、切向和斜向)的通用公式为:



  例如,计算一个尺寸为7m×7m×7m的矩形房间的轴向共振频率时,均为24Hz,这时,就会出现共振频率重叠现象,或称共振频率的简并。在出现简并的共振频率上,那些与共振频率相当的声音将被大大加强,这会造成频率的畸变,使人们感到声音失真,产生声染色。

  为了克服这种现象,就要选择合适的房间尺寸、比例和形状,并进行室内表面处理。图8为认证工作中,房间比例的推荐值。



  注:黑粗线上为最佳比例,阴影区域内均为合理范围。
  声聚焦
  像光一样,当比声波波长大得多的凹弧面反射声音时,声能集中于某一点或某一区域致使声音过响,而其他区域则声音过低。

  处理方法:应避免凹的表面形状。如果美学上需要凹型的反射面,最好先做吸声或扩散材料(按照需要)之后再在这些材料上做凹形表面的透声面层。或者改变凹曲面造型,并做好吸声、扩散处理。



  3.2精准的音色还原
  音色是反映复合声听感的一种特性,它主要是由复合声中各种频率成分及其强度而决定的,即通常所说的频谱。

  精准的音色还原是指听者接收到的声音的音色与声源发出声音的音色具有一致性(仅是响度的不同);例如,图10中的图(a)为某一声源由100、200、400Hz三个频率构成,图(b)各频率之间强度的差值大小是不变的,仅有响度的不同,音色的还原是精准的,图(c)为声源受房间声反射形成了叠加谐频的影响,产生了原来没有的频率300Hz,且原有频率间的强度差值发生了改变,从人耳的主观感受上,就是音色发生了改变。



  从主观听音角度来讲,对节目源的原始声音和影院内听到的回放声音进行比对视听时,音色应是一致的。虽然响度不同会造成一定听感上的差别,但可改变放大器音量进行调整。理论上讲,若响度相同,则两者听感上的音色就完全一样了。
  房间中不同频率的混响时间会对音色的还原产生影响,理想的音色还原应是房间各个频率上的混响感是相同的。因此精准的音色还原要求房间混响时间频率特性曲线尽可能保证平直,具体取值可参考“3.4混响时间频率特性”。因此,在声学材料布置时,应注意高、中、低频吸声材料用量的控制。

  例如,节目源为小提琴和大提琴的合奏,小提琴以高频为主,大提琴以中频为主,那么房间为小提琴提供的混响感与为大提琴提供的混响感应是一致的,不应改变其频率特性,以免使得小提琴或大提琴的声音听起来“变了味”;声音的频率特性,形成了人对音色的主观感受,就像人对光谱颜色的主观感受一样,当光谱发生变化,则“绿色”将不再是原先的“绿色”。


  3.3均衡的音色
  人在房间内听到的声音是经过房间各个界面多次反射和散射后的叠加,由于声音是一种波,叠加改变波动的振幅和相位。

  例如,在完全没有任何界面反射的消声室中,距离声源不同位置听音时,虽然听到声音的频率分量(振幅和相位)不同,但声音中这些分量的比例关系是与声源一致的,完全地保持了原有音色的均衡性,即所说的原汁原味的音色。



                                                  图11均衡的音色——振幅

  图11中,曲线(1)为声源直达声频谱,曲线(2)虽然响度与(1)不同,但各频率的变化程度是一致的,为均衡的音色;曲线(3)在各频率上的响度与声源相比变化程度是不同的,为不均衡的音色。影响振幅是否均衡的因素主要取决于房间的频响曲线是否平直,越平直的频响曲线,越能使音色被均衡地还原。在声学设计时,应注重室内声场的扩散处理。



  声音经过房间界面作用后,声音的相位与声源相比会发生变化,造成相位失真。具体见图12。

  例如,听音室内扬声器背面的墙面(一般安装有屏幕)声学处理问题。有人主观地认为,为了增加近次声反射,这一墙面应布置成为强反射性。这种认为在小房间中是不正确的。因为这一反射面离扬声器很近,其反射声强度与音箱辐射声强度相当,但是相位却不可能是一致,这就造成辐射声与反射声叠加后产生强烈的干涉作用,造成声音失真。正确的做法是,或者扬声器在墙面内卧装(使扬声器的声辐射表面与墙表面相同),以保证辐射声与反射声具有相同的相位,或者扬声器背面的墙面做强吸声处理,消除反射声的影响。



  图13中,左右两只音箱发出的声波到达人耳的相位是不同的,容易造成相位失真,音色不均衡。在建筑声学设计时,应注意音箱及听音位的布置。


  3.4清晰的语言对白

  清晰的语言对白是指语言可懂度高,每个音不拖泥带水。
  小型影院体积较小,室内声能密度较大,而影片中70%以上为对白,因此清晰的语言对白是决定影院设计成功与否的重要指标。
  人类的语言由元音和辅音构成。辅音(如b、p、m、f、d、t等)由瞬时语言生成,持续时间短暂,高频成分多,声能低,在高噪声环境下或房间声场设计不理想的情况下非常容易被干扰,使听音困难,因此,辅音听音清晰是房间有清晰的语言对白的前提。

  保持清晰的语言对白的关键是混响时间不能过长(尤其是低频混响声对辅音的掩蔽性大),并保证低的背景噪声。


  3.5明晰的音乐演奏
  明晰的音乐演奏是指音乐透明度好,能准确表达出音乐的层次感,音调高低明显,不浑浊。高音谐音丰富,清澈纤细而不刺耳;中音明亮突出,丰满充实而不生硬;低音厚实。

  小型影院音乐明晰度的控制主要是要注意在高频混响声与中频相比,既不能过多,也不能过少。高频混响声多,可能会形成一种金属脆声,听音有一种不清澈的眩晕感;更多的情况是,高频混响声太少,这是由于影院中采用的很多流行材料(如纤维类、泡沫类等多孔吸声材料)对中高频吸声较多,加之空气吸声主要在高频范围,造成高频混响时间很短。高频混响短会造成高频声被中低频声音掩蔽,形成一种如同听觉遮盖的感受(例如小提琴、钢琴等高频分量较多的声音好像被其他声音挡住了,穿透不出来)。


  3.6 准确的声像定位
  准确的声像定位是指多轨录音的节目源,在回放聆听时,能够良好地重现节目源中的声源方位。

  由于声源发出的声波到达双耳有一定的时间差、强度差和相位差,人们就可以据此来判断声源的方向和远近,进行声像定位。这种由双耳听闻而获得的声像定位能力,在频率高于1400Hz时,主要取决于到达双耳声音的强度差;低于1400Hz时,则主要取决于声音到达的时间差。房间中声音的反射会影响双耳听闻的强度差和相位差。例如,来自两侧的声能与来自头顶声音的比例关系会影响到声音的定位感,设想一间顶棚完全反射而两侧墙却完全吸声的房间,人们会过多地感到来自头顶的反射声,干扰了人们左右声音定位的能力。


  3.7真实的空间环绕感
  真实的空间环绕感是指场所印象逼真,空间感好,可准确还原电影导演所想表达的声场空间大小,清晰确定声场特征,使人有被环绕声场包围的强烈感受。
  在影片或音乐的制作过程中,制作人头脑中常有对其作品所表达或演奏的房间的亲切度的考虑。亲切度是指听众在尺寸较小的房间内听音的感觉,也即对厅堂大小的听觉印象。

  环绕感则指听众被声音包围的感觉,主要取决于反射声时间和空间的序列分布。如果这种混响声能从四面八方到达听众,则听众感到仿佛被声音所包围而沉浸于音波之中。环绕感还与房间的声扩散能有关。


  3.8  观影区有生动的临场感
  回放的声音使人有“身临其境”的感觉。在测试时播放一段具有良好的身临其境的声音片段,回放的声场不应破坏原有的身临其境感,应是声音与视觉的完美结合。

  该指标是对小型影院设计的总体把握,包括声源的轮廓感、立体感以及声源在横向的拓宽感和纵向的延伸感,是需要声源录制、音响设备及其摆位、建声设计联合控制才能达到的听音效果。


  3.9  装修异味或刺激性

  无装修异味或刺激性;触摸材料对皮肤没有伤害。


  3.10  通风及温控

  有无通风换气及室内温控系统,以满足室内基础的环境需求。


  3.11  装饰效果
  1. 装饰结构规格和比例合理,装饰布局及大小符合装饰审美标准。
  2. 材料、质感及色彩雅致,在符合原则前提下,满足使用者对色彩的偏爱,符合使用者的心理要求。能正确地运用和处理色彩的统一和变化规律,符合色彩心理学,室内装饰色彩基调应满足影院的视听需求,不应影响观影的效果。
  3. 空间布局合理,符合人在空间的活动规律,空间布局人性化,以人为本,沙发、暖卫、通风、电气设计合理。

  4. 做工精致细微,无瑕疵,隐蔽工程施工符合规范,施工尺寸符合设计要求。


  3.12  舒适度

  温度适宜,相对温度舒适;室内应根据使用人数设计适宜的新风交换量,使人无呼吸憋闷感;室内照明光线满足人的视觉舒适度。


  以上主要从各项指标的声学原理及主观感受来阐述,并提出了相应的建筑声学设计指导意见。为小型影院设计施工中提供可量化的指标、方法和检测手段,让使用者得到最佳的观影、音乐欣赏以及娱乐体验。
  对于此文的发表,我们希望为影音行业人士提供更多的对于小型影院声学设计的技术交流,共同探索与提高。因此,我们也十分欢迎大家能就此文提出宝贵建议,共同探讨,以提高国内家庭影院定制安装的设计水平,增强行业人员的技术水准。
 

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