界面声散射定量测试及其对室内音质的影响研究

本项目首先在足尺混响室内建立了界面随机入射声散射系数测试系统，探讨了试件形状及安装方式对声散射系数测试精度的影响及其改善措施。采用圆形试件或将方形试件沉放安装在圆形边界内是消除边界效应影响的有效手段；转台连续旋转和步进旋转两种转动方式下，试件的散射系数测试结果高度一致。利用该测试系统，对7种不同序列和厚度的MLS扩散体的散射系数进行测量，其散射系数频率特性的测量结果与理论上的有效散射频率完全吻合，证明了测试方法及测试系统的正确性和高精度。这是国际上首次获得MLS扩散体的散射系数。在此基础上，本研究还针对室内装饰中常用的板条构造、圆柱形扩散构造等进行了散射系数的测量，获得上述构造的散射系数数据。本项目还建立了1:10缩尺混响室界面随机入射散射系数测试系统并进行典型扩散构件的声散射系数测试。进而在1：10音乐厅缩尺模型内，探讨了乐台界面的声散射对舞台支持度的影响，以及观众厅侧墙及顶棚的声散射对观众厅重要音质参量的影响，并通过计算机仿真和双耳可听化技术及心理声学主观听音评价试验，初步探讨了界面散射对观众厅音质主观评价的影响。本项目培养博士生1名，硕士生4名。项目研究成果对于提高室内声场计算机仿真和缩尺模型实验精度具有重要作用，为我国声散射系数测试标准的建立和声散射系数测试工作的开展提供了可借鉴的经验。研究成果并被应用于包括台湾高雄文化艺术中心在内的多项厅堂音质设计实践。

界面声散射是影响厅堂音质的重要因素之一，界面散射性能的表达和精确测定也是影响厅堂音质计算机仿真计算结果精度的重要方面。本项目首先在足尺和缩尺混响室内建立界面声散射系数测试系统，制备足尺和缩尺典型扩散构件，初步建立典型扩散构件的声散射系数资料库。将测试结果应用于室内声场三维计算机仿真计算，对声扩散现象作较精确的描述，在声场脉冲响应的计算中考虑建筑界面的散射频率特性；应用可听化技术，并通过心理声学实验，探讨界面声散射与室内声场客观参数及主观听音感受的影响。本项目是对界面声散射方面的系统研究，研究成果对于提高室内声场计算机仿真和缩尺模型试验精度具有重要作用，为我国声散射系数测试标准的建立和声散射系数测试工作的开展提供可借鉴的经验，并可应用于指导厅堂音质设计。

①防止外部噪声及振动传入室内，使室内的背景噪声足够低。---室内音质设计的一个前提条件。

②充分利用直达声，使室内各处都有足够的响度，并保证声场分布尽可能均匀。（对于以自然声为主的厅堂，要注意选择适当的规模。）

③听众各点应安排足够的近次反射声。

④使房间具有与使用目的相适应的混响时间。

⑤防止出现回声、多重回声、声聚焦、声遮挡、声染色等声学缺陷。

室内音质 是指房间中传声的质量。音质评价是从人们主观听觉感受出发的各种描述。例如对语言用语言清晰度百分率，对音乐则用音乐的欣赏价值来评定。评价具有某种主观性，因而在量的描述上必然有相当大的幅度变化，对音乐尤其如此。所以音质评价的标准只是反映某种统计方式的结果。

室内音质设计音质是建筑环境质量优劣的一个组成部分，即使是普通的住宅居室，也有其特定的音质。随着家庭影院和听音室的日益普及，以及多媒体技术进入千家万户，对居室的音质要求也将越来越高。对于一些音质要求较高的建筑，如剧院、音乐厅、电影院、会堂、录音室、电视演播室等，则必须做专门声学设计，否则将影响建筑物的正常使用，甚至无法使用 。

在声学工程中，有必要弄清主观音质评价的实际意义，并根据物理量规定出相应的客观标准，以作为判断房间音质的依据。室内音质评价的物理参量主要有下列五个：

室内音质评价混响时间

混响时间。即声音在室内交混回响的时间。短混响时间是保证语言清晰度的重要条件，但会降低声音的强度。对音乐来说，会使人感到音质干涩，因而希望有较长的混响时间以增加活跃的声学效果，使音乐丰满动听。这是对已建大厅作了大量实验，从主观评价和混响时间测量互相对照而得出的结果。对低频则允许略长，如125赫，可比给出的值最多增加到1.5倍。对高频则最好保持中频的值。

室内音质评价扩散程度

扩散程度。混响时间不是唯一的音质评价标准。在大小相近、混响时间也差不多的房间里，音质可能不同。这在很大程度上是由于室内混响声的空间取向不同。如混响声以近乎相同分量从各方向到达听者耳中，则表示扩散程度最高。这是长混响时间和许多不规则界面作用的综合结果。在实际房间中，几乎没有充分扩散的声场，而且即使有,对音质来说也未必理想,因为它削弱了对声源的方位感。在短混响时间的矩形小房间（如录声室）中，扩散程度往往较低。这不仅会使音质不佳，而且对传声器位置的选择也会带来一定的困难，因此，在设计时就应注意。

扩散程度是反映室内一点从各方向传来声能是否均匀的度量。但它和听者主观评价之间的关系还未完全确立，迄今还处在定性分析阶段。

室内音质评价反射声的干扰度

反射声的干扰度。语言和音乐都是带有脉冲性质的声音，因此要用室内脉冲响应来分析反射声序列对清晰度的干扰。曲线上所标的是反射声相对于直达声的声级差(分贝)，纵坐标为听者感到有回声干扰的人数百分率，横坐标为回声的延迟时间。这是在混响时间为0.8秒的一间试听室内，每秒5.3个音节的速率讲话时所得的实验结果。在试听室的混响时间不同、讲话速率不同的条件下，直达声和反射声有相同声级时的回声临界（取50%干扰率）延迟时间如表所列。

室内音质评价早期反射声能与混响声能之比

早期反射声能与混响声能之比。在室内脉冲响应的反射声序列中，开始一段时间内到达的所有反射声对房间的主观音质评价均起有利作用（如提高响度和清晰度）。这种反射声称为早期有利反射声。许多学者认为计算早期有利反射声的时间界限不是一个临界值，而且各个反射声也不是等效的。时间界限可计算到95毫秒。

对音乐来说，情况要复杂得多。不仅要考虑到早期反射声能所占的比重，还要考虑它们传来的方向。因为80毫秒之内的侧向和非侧向早期反射声能比，会影响到听音的立体感（又称空旷感）。即适当加强侧向早期反射声,能使声源的空间距离展宽；如果超过一定比值,又会造成虚声源，引起移位错觉的不良后果。

室内音质评价信号噪声比

信号噪声比。为了保证室内有安静的理想听音环境，一般允许的噪声级为35～40分贝（无人占用时）。至于清晰度条件的决定，还要考虑信号和噪声的相对关系。信号噪声比增大，语言清晰度也随之增大。一般说来，语言信号只要比环境噪声（宽带而无突出的纯音成分）高出10～15分贝就足够了 。