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[声学技术] 驻波,反射声,主音箱和低音炮摆位,对房间声学的影响

7 天前 27060 10 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

大雁南飞 帖主

2021-6-25 22:59:32

原题目:音箱摆位细考虑" t6 W" x$ W. e
杜比、THX都供给了标准的音箱摆位图,可是现实是只是规定了音箱与听音者之间的方位(角度),并没有供给与墙壁、天花板、地板的位置关系。一些书籍和杂志上有各类百般的摆位原则,但都莫衷一词,让人莫衷一是。明天我们就来细细研讨一下,探个究竟,多问个为什么。
  b. ]+ l9 \2 v( G; X陈湘允博士在《新声响杂志》2003年七月号载有《喇叭摆位的真相》,大师可以看一下,但我感觉仍不够透沏。这是地址:http://www.ks-
1 X: R' `+ E" W' _. Khifi.com/dr.chen/dr-chen.htm# |7 E2 ?7 U& b* K" ^2 M
按照我的了解,音箱的摆位首要影响重放的低、中频特征,使频次响应曲线恶化,对音质影响很大。那末,决议音箱摆位的身分究竟有哪些呢?一句话,音箱摆位取决于房间的驻波和墙面的反射特征。下面听我细细道来。3 N: D  [; w* w& ?$ \+ |
一、驻波的影响5 a1 s% x) t; u5 d3 R$ l% H1 M  q
声波在两个平行的概况延续反射,当频次和振幅均不异、振动偏向分歧、传布偏向相反的两列波叠加后构成的波。波在介质中传布时其波形不竭向前推动,故称行波;上述两列波叠加后波形并不向前推动,故称驻波的现象,称为驻波。技术上来说这是由房间的形式即房间中空气的震动形式所决议的,所以我们也称之为房间形式。简单地说,驻波就是房间共振。
3 @! u3 A( [' ?- Y; E. U驻波轻易出现在两个反射面间隔为该频次波长一半的整数倍的空间内。对于一个给定的间隔,将会有很多的频次能够发生驻波。
6 c- B1 k2 {. v+ J设平行墙面间隔L米,驻波频次fs=n×(344/2L),n=1时称为基波(一次谐波),n=2时称为二次谐波,n=3时称为三次谐波……
1 g2 j6 Z2 ?9 `; }/ e9 m声音看不见,看一下弦丝上的驻波吧。从图中可以看出:1、驻波中,振动的振幅在空间有一定的散布纪律。2、分歧的激励源可激起分歧频次的驻波(n×fs)。
- U3 q' {$ i2 b: R( @1 z6 s+ N* h+ f 1.jpg
( H0 M8 L/ k* ]类比弦丝上的驻波,房间平行墙面间声音不竭反射,发生驻波,在某些地区声压(SPL)值较高,在另一些地区声压值(SPL)值较低。上述地区别离成为波腹和波节。在波节处就听不到这一频次的驻波声音,而在波腹处听到的声音出格强。画出房间长度偏向驻波的声压散布以下图,留意是声压散布图而不是波形图。# n7 V$ F, _5 w9 S  O% P
2.gif
, j7 v9 E% \+ H  ^* ~: C8 W& C温习一下中学物理,这是弹簧振子的受迫振动尝试装配。弹簧振子有自己的共振频次,但稳定状态下是不振动的,当经过摇把给它一个驱动力,它就以自己的固有频次起头振动,停止驱动,由于阻尼感化(能量有消耗),振幅渐渐减小,最初停止振动。同理,房间驻波频次是一定的,但没有激励是不会起振的,研讨发现,当音箱置于驻波节点位置,就不会激励该频次的驻波,这是一个很重要的结论,也是我们分析最好摆位的根据。
1 l; t% n5 h: w: R7 L* s 3.gif   b1 ^5 _5 ]' W7 C8 ?7 W$ a3 r: \
驻波是听音室的大敌。就象清水中滴入了墨水,原本纯洁的音乐声音中被加入了附加的成份,发生了扭曲,有了声染色。而且,驻波强度大,房间阻尼不良时衰减时候很长,使低频混响时候太长,发生隆隆声。6 w' W, A3 N# a  D
消除平行墙面可消除驻波。驻波能通太低频吸声处置来下降,增大低频阻尼,使它振不起来或很快衰减掉,低频平直了,也爽性爽利了。- z0 o) u& c% m. z
我们明天要研讨的是操纵公道的摆位,把驻波的影响最小化。
' M* w9 |8 f2 {' `. E$ a二、反射声的影响, [+ n* @8 a1 H$ D0 S
音箱发出的声音,有两种路子到达人耳,一种直线传布到人耳,称为直达声,另一种经过墙壁、天花板、地板等刚性概况一次或屡次反射到达人耳,称为反射声。由于反射声经过的途径长,会比直达声晚到,因而发生了时候差(相位差),按照波的干与理论,会在人耳处发生干与感化,使频次响应曲线发生梳状效应。& ~# B0 p2 q9 H
4.gif ( c+ a) \' o* k  q) [% t- d/ ^' e
5.gif
) W% A# {/ `9 c6 U" j: ^现实对频响的影响以下图的红线。9 W# [% ~, l* P
6.jpg * C6 y9 S3 i) F+ c' d
来自侧面的反射声干与经过调剂与侧墙的间隔、经过吸声或分散处理。来自音箱背墙的反射声也会与直达声发生干与,使低频发生增强或削弱的现象,称之为低频凸起。它的影响远远超越你的设想,听感上就是下潜不深。  \/ @: ?* v  ?% [0 ?7 D; w; j
要消除低频凸起,应使音箱与背墙连结一段最小间隔,计较公式以下:1 y3 ]' L: D* m% E- z/ |
dmin =1.4 c / 4 f-3dB
3 v' r3 Q- }1 J0 V5 p这里:dmin 是音箱与背墙间的间隔,c 是 20°C时空气速度 = 344 m/s,f-3dB 是音箱的-3dB低频停止频次2 L  Z, `( m7 q
管善群教授给我们整理出了下表,按照频次查表即可获得最小间隔:
0 h" {# {& P$ \3 i3 |- ` 7.png
' @# r3 z: U$ s% \/ O) q真力公司的保举值:1 B) t: K- r1 Z+ q. M
8.jpg
2 H7 N/ ]% S: ^  q0 V0 Z这组数据也是决议摆位的根据之一。* @0 H) o! b9 l+ f/ P" R
三、房间分析
+ F9 m% @) z% @& M" k3 G' R这里就不用 CARA 软件来停止仿真了,杀鸡焉用牛刀!* s7 S9 q& _  j0 Q+ b1 U" i
计较房间的驻波可以手工计较,也可以利用房间形式计较器,这里就是一个 JBL 供给的计较器:
8 h4 ~. X) X' r  I+ Ohttp://www.harman.com/about_harman/technology_leadership.aspx
1 S- |4 q8 A7 Y% n) l一般以为形式计较器也就是计较计较频次,现实还能反应驻波在某个偏向上的声压散布。找到了纪律才能寻觅合适的摆位。输入房间的长宽高,就能显现三个维度上的驻波频次和散布情况。洋人喜好用英制单元,只能自己先辈行单元转换了。
* }% A  L) t' K 9.jpg
7 a! i0 G" T8 i( C下图就是长度偏向的计较实例,包括基波(黑色)、二次(红色)、三次(蓝色)、四次谐波(绿色)。请留意看图中极点和节点的散布纪律。/ v' I# v; M4 o8 E- }& X
10.gif ( E% K) X6 K# Z. f; Z2 l
11.gif . W' j$ r. H, N' g: I; `
墙面处声压最强,意味着音箱或听音位靠墙是最糟糕的情况。节点散布,一次在1/2长度处;二次在1/4、3/4处;三次在1/6、3/6、5/6;四次在1/8、3/8、5/8、7/8处。
5 X  o9 x' k/ I宽度偏向一样分析,纪律不异但频次分歧。高度偏向就不斟酌了,就是找出了最好高度也不能把人悬在空中。7 t' g; c* p* }' _% r3 `1 l
查找最好摆位的进程,就是查找上图中四条曲线的幅度都较小的位置,优化的进程就是妥协的进程。这个位置还与你的音箱低频范围有关。如重低音频次在20-120Hz之间,在AV功放把分频点下降到100Hz,就不用斟酌绿色的线(115Hz)。  p* h, n: L& V2 Q
四、肯定主音箱摆位
& R" Y: ^( ?, e- r# z1 |" L首先假定一个房间尺寸,选典型的高6米、宽4.5米、高2.8米。主音箱低频停止频次50Hz。固然现实操纵时以自己的房间和音箱性能停止计较。' t* V! y0 b8 |
上面的分析仍不够清楚,下面用一种全新的更直观的方式来停止分析。首先画出房间的矩形图,然后把长、宽偏向形式图别离贴到矩形的边上,以下图。呵,没有做不到只要想不到啊,活学活用很重要啊。
% O# J9 v/ r, L4 W 12.gif ( }1 }! ^# Y5 m: S; [
下面起头开工,找出驻波最轻的位置并用直线画在图上。由于主箱低频停止频次50HZ,长度偏向上29Hz、宽度偏向38Hz的黑线就不用斟酌了,由于在频带之外,不会激励出这么低的驻波。150HZ以上的驻波,也可以不用斟酌,由于它比力轻易用吸声的方式处理。同时,权衡各频次时,频次低的优先度高。  g# a; W8 X- k# \3 `
是以,长度偏向剩下红蓝绿三线,宽度偏向仅剩下红蓝两线。按照上面的原则,画出几条直线,间隔前墙在1/6-1/4长度,即1-1.5米,宽度偏向距侧墙1/6-1/4宽度,即0.75-1.13米,即图中划出的几个小方块地区。按照互易定律,最好吸音区,最少要离后墙1米。: ]4 f1 X/ }* S- Z2 }
再按照低频凸起数据,获得最小离背墙间隔2.41米,不成能到达,要末入墙安装,否则只能迁就点了。
; C- [6 q0 K0 H4 s7 o, K肯定大致的地区今后,按照现实听音停止调剂,获得终极的最好位置。
# K6 Q! r( E/ K' _" n, ]* k9 V/ q; u! u比力一下 Linkwitz 尝试室给出的摆位图吧,留意要折算成比例来看,你会有启发。& m3 y- z1 K5 U
13.jpg " s+ a! [6 J' L0 h, O
五、肯定低音炮摆位
$ \0 D& |$ G4 C% t/ g1 \) Z首先计较低频凸起频次,假定炮的厚度0.5米,由于频次抵消发生在1/4波优点,计较频次为172Hz,已经在炮的工作频次之外了,不予斟酌。
  A# o/ Z* R- Q/ V& t* k怕麻烦,就不另绘图了。先按照频次范围决议所需斟酌的曲线。长度偏向斟酌黑红蓝线,宽度偏向斟酌黑红线。按照前述的优先原则,重点是黑线。毫无疑问,最好位置是在房间中心。固然这是不现实的,但摆放的位置要只管靠近墙的中点,万万不能放在墙角。* F2 y4 e* v7 O2 S) m' h, p
THX 保举的低音炮摆位就是墙的中点,假如是双炮,优先斟酌别离放在左右两侧墙的中点。% A/ ~4 _: F5 c2 P  @# Z$ z
后半贴写得慌忙,讲得不易了解,是以,将国际著名电声学家 Floyd E. Toole 的《Loudspeakers and Rooms for Multichannel Audio Reproduction : Part 3 - Getting the Bass Right》中,关于位置与驻波(形式)的部份内容整理以下,原文可在哈曼国际的官方网站找到。( g- U/ N$ L# j, J' a
14.gif
1 W' k  a+ s3 t3 L3 k9 ]1 ` 15.gif   i7 C  X3 r- B' J9 t+ N, ], K3 N3 ?3 r( W
16.gif
2 g4 P  d" \- b) A! M6 G7 y8 h 17.gif
. E. \6 W3 l& [5 v4 R, g6 x 18.gif
3 m( B1 ]9 b. x7 ] 19.gif
: r! d; j8 x' M7 h- ~0 @1 _0 ? 20.gif
+ Y6 O. z( D6 b 21.gif & U! Y4 p8 g( A5 C$ H6 E
Floyd E. Toole 博士有个概念,以为多声道声音系统应全数利用卫星箱,把100Hz以下频次全数交由低音音箱处置,用多个小低音音箱取代大的低音音箱,低音音箱要偶数设置,最好四只以上。他经过研讨发现驻波首要影响100Hz以下低频,经过避开偶次驻波和抵消奇次驻波,从而很好地处理驻波题目。+ ~+ X" i( W* C* \( p+ @
仔细体味上图,将一对低音放在某个驻波的波节(声压为0)处,就能避开该驻波。只要两只音箱关于中心对称,就能抵消奇次驻波,如基波、三次、五次……,这是由于奇次形式声压是中线对称的,而且极性(振动偏向)始终相反,而两只音箱发出的声音始终是同相的,这样就破坏了奇次形式的发生条件,抵消掉了。
8 z+ W$ z4 R2 J4 W( [. l1 N推行到双声道系统,即使是全频次音箱,对于100Hz以下频次,其相位根基上一样,也就是发出的声音不异,一样适用上面的结论。+ P7 d# L3 [! }4 I
如示例房间宽4.5米,驻波别离为38Hz、77Hz、115Hz、153Hz。四次驻波频次较高,此处不予斟酌。
+ e5 m- l/ E0 P& A将音箱放在离侧墙1/4房间宽度(1.125米)处,即二次驻波波节处,二次驻波不会被激起,同时由于音箱关于中线对称,奇次驻波(一次、三次)被抵消,即38Hz和115Hz的影响消除。
4 L3 {2 X! U; V/ M7 Q为了考证上述结论,不能不再次请出 CARA Plus 2.2。将房间设备成只要宽度偏向的驻波,将一对音箱分分袂侧墙1.125米,别离计较SPL频响曲线和房间声压散布。成果以下图:4 f( A& J* M0 f5 o
22.gif 2 t! H* s$ ?  x- W5 I/ x& C
23.jpg 24.jpg 1 W; L' }6 @7 M9 u( X
25.jpg 26.jpg 8 N- x# u; P4 \9 `3 x& g- J
频响曲线的低频可谓完善,红线与蓝线几近重合。从声压散布图中可以看出一、二、三次驻波完全消失,四次驻波(还包括六次、八次、十次……驻波)仍然不容轻忽,但这可以在侧墙采纳吸声办法来处理,150Hz以上的吸声难度不是很是高。, B& {% k# C$ V8 E
由上述分析,我们可以得出双声道宽度偏向摆位的普遍原则:将音箱摆在离侧墙1/4宽度处。
% f" [) X; P- b% }% R4 ?( M! l! v1 c在声学上讲的小空间情况来说,利用房间形式分析设想摆位还是很是需要的,由于驻波自己没法完全消除。
) O6 ]+ h- A' K5 u' f, q相信现在还没有合适声学上大空间界说的私人影院情况。, F" R+ u4 c6 p0 F" n* c: d" A# s
为了更好地了解和把握驻波和摆位的关系,引入几个新的概念。
( w- g9 ^* A$ d+ P9 z临界频次. \: B/ O- y! F" t' K% F
由于一切的房间都有自己的形式,在较低频次范围总有一个频次,低于它模态影响占主导,房间不再视作分散。即使是消声室也有较低频次的限制。房间形式的其中一个影响是引发房间频次响应的变化。由于驻波在空间上的变化,模态行为对频次响应的影响也与房间位置相关。一个重要成果是,在模态区内8 b8 b5 S* l0 u; W" z: O$ ]
不再支持分散声场,在些频次范围内,混响时候的方法无效,代之以模态衰减时候(modal decay time)。但在哪个频次发生转换呢?下面是一个房间的典型频次响应,标出了三个频次范围。2 q# t  K& j' \( {. Z$ |
27.gif
+ \' i; v: @  K8 a' ^1、停止频次区* }/ g3 a. O, w* Y
这个范围低于最低共振频次,偶然也叫房间停止频次区。在此范围内房间的任何一个尺寸都小于半波长,但这并不意味着房间不传布声音,现实上它的行为更象结尾封锁的气筒中的空气。这意味着成为分歧声源(扬声器或乐器)的情况“负载”,这负载的影响是下降了声音辐射进房间的才能,成果下降了这些频次的声压级(留意,不是播放不出来或听不到)。低频停止频次可以简单地计较:( s& F" {0 c' o" f
fcutoff = 344 /2Dmax
% T) J$ q5 s5 X# r9 q这里 Dmax 房间的最长尺寸,单元米  g! u4 a: T4 F. y: h) z/ e
这个频次小于即是最低形式的频次。假如最大尺寸取房间的长度,那末这个频次就即是最低形式频次,假如最大尺寸取对角线长度,则此频次低于最低形式频次。) y: o( I$ f0 X1 g+ s% v" L
3、模态区
' B8 S6 z, t! R% a第二个地区是模态区,在些范围内房间的声学性能模态行为占主导,基于分散声场的分析必定是毛病的。1 R+ h4 W7 W8 }
3、分散声场区
2 T0 @7 B. u& u- u最初的地区是存在分散声场的,混响时候的概念也适用。一般而言,这个频次范围的声音最好,混响特征好,由于房间形式的影响最小,听音者经过房间体验到均匀的混响声级。
  B  k! k2 P6 z2 u) ], ^在模态行为区和分散行为区之间有个转换鸿沟,就称之为临界频次。
( ]/ m3 _% H: E! ^8 R5 F6 V) i临界频次使我们可以在声学上界定“大房间”和“小房间”。声学大房间的临界频次低于声学最低频次,而声学小房间的临界频次落在声音频次范围内。如音乐厅、大讲授、大录音栅是声学大房间。大都情况下我们都是在声学小房间入耳音乐,如寝室、盥洗室、起居室等。- W2 _2 c9 A. y* A5 J3 [0 d* Y  f
若何计较临界频次?有两种方式。第一种以为当声音波长接近房间的自在均匀路程(MFP),模态行为的能够性增大,由于声波“打仗”房间的一切墙面。8 a- \  }. H/ y, p& t" n3 e
计较公式以下,它假定一旦自在均匀路程即是一个半波长,模态行为占主导。
2 y" k. m. t* ^fcritical = (3/2)(c/MFP) = (3/2)(344ms-1/MFP). }% R  U6 ~2 _+ P' }- l
这里 MFP =4V/S      ……(V为房间容积,单元立方米,S为房间内总概况积,单元为平方米)+ F1 z' r' f6 A4 j1 |
这个公式可快速肯定一个给定房间的临界频次。可是,现实的临界频次能够比它高,由于假如吸声较低,一个房间也能够有严重的高频模态行为。是以临界频次的界说是基于形式带宽。
6 B0 r; ^* H( ]' H4 q第二种方式是按照混响时候来计较:f critical = 2102  SQRT(T60 /V)) ?+ t+ c0 Y3 p' g5 g
这里 T60 为混响时候,单元秒,V为房间容积,单元立方米。2 y; w* L2 r' D9 d1 C9 C
下面停止实例计较。以典型的高6米、宽4.5米、高2.8米的房间为例。V=75.6立方米,S=112.8平方米,假定混响时候为1秒。3 E, S  f8 N; `5 P% G
最长尺寸轴向为6米,对角偏向为8米。
& \' G( ?' [7 N3 U3 g; j房间停止频次=344/12=28.7Hz,严酷一点,=344/16=21.5Hz
) N& a3 _, Y) F  c# [9 CMFP=4V/S=4X75.6/112.8=2.7米
8 x9 m3 N- \" y+ d临界频次(方式一)=1.5X344/2.7=191 Hz6 [9 ^) b+ Q; N9 @
临界频次(方式二)=2102X0.115=241.7Hz: K7 C8 O' }- O" x& e- L
那末,我们在处置驻波和摆位时就只要斟酌 28Hz 到 200 Hz的情况,从中也可以看出,容积大的房间临界频次比容积小的房间的临界频次低,也就是要斟酌的频次范围要小,是以挑选房间时宁大勿小。
: @! l/ ]+ M- {. \. |4 ^9 O从计较方式二可以看出,增加吸声可以下来临界频次,吸声真的很重要。/ g  ~. u4 C9 B1 s9 J- ]
原文出处199:城东大头7 y- A9 i0 z5 R  y
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hxd418 发表于 2021-6-26 09:20:01

hxd418 2

2021-6-26 09:20:01

nb,就是太学术了。。。
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nismo 发表于 2021-6-27 21:35:49

nismo 3

2021-6-27 21:35:49

楼主辛苦!
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13725967195 发表于 2021-6-28 09:18:08

13725967195 4

2021-6-28 09:18:08

牛呀,收拾下可以出论文了,学习学习了!
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xdccc8805 发表于 2021-6-29 15:48:14

xdccc8805 5

2021-6-29 15:48:14

长见识
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xingyun 发表于 2021-6-29 17:17:20

xingyun 6

2021-6-29 17:17:20

原来如此,难怪要安装四周,我以为就放前面的一面就足以了
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comnd 发表于 2021-7-6 17:10:51

comnd 7

2021-7-6 17:10:51

涨姿势,看来在烧的路上还要走很远
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goochenhui 发表于 2021-7-7 14:21:27

goochenhui 8

2021-7-7 14:21:27

好好学习,多看几遍。。。
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450387818 发表于 2021-7-22 00:05:07

450387818 9

2021-7-22 00:05:07

我去,这个牛了
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tuguosong 发表于 2021-7-22 12:07:37

tuguosong 10

2021-7-22 12:07:37

有点高深呀
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hnluyi2018 发表于 7 天前

hnluyi2018 11

7 天前

客厅党表示就不研究这题目了。。。!
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