音乐声学中反射与混响时间

 1、表面的声吸收

　　当声音投射到一个固体障碍物上时，大部分声能将被障碍物表面反射；一小部分被障碍物吸收并最终转化为热能；另一小部分将穿透这个障碍物。这三部分的相对份额要视障碍物表面光滑程度、障碍物材料的比重和障碍物的形 状及厚度等因素而定。光滑坚硬表面的声能反射系数比较大，一般在90%以上，而减少声波反射的最常用办法是增加声能的吸收和透射。这里存在两种物理机制： 共振吸声和多孔吸声，一些柔软多孔的表面，吸收性能较好。

    2、直接声与反射声

　　由舞台上传出的乐声，通过五种途径到达听众的耳中：第 一，直接声D，由乐声声源按近似球面波的形式，直接传达听众耳中。这时声能密度，也即声强，大致与距离平方成反比，由于听众的眼睛基本上处在舞台声源到他 耳朵的联线上，因此可以说，凡是看得见舞台声源的听众也能听到发自该声源的直接声；反之也是。有的音乐厅楼厅的某些座位，听众靠在座位上就看不见舞台的声 源，这样就不能听到直接声，越靠近舞台，直接声越大，越远离舞台，直接声越小。

    第二，大厅两侧墙壁的反射声R1，R2，R1，R2到达听众耳中的时间延迟和响度（相对于直接声而言）均和大厅跨度、侧墙敷面材料及表面形状有关。就正厅中心轴线的座位而言。由于对称，R1和R2同时到达并且响度也相等。

    第三，天花板反射声R3。舞台上的声音传向天花板，再反射，到达听众耳中便是R3。R3的时间延迟、响度及频谱和大厅高度，附加天花板（有时称为”浮云“）的倾斜角度及其具体构造有关。

　　第四，舞台罩反射声R4。舞台上的声音传向舞台罩，再经舞台罩反射后转传向听众的反射声。R4和舞台罩的形状和材料有关。

　  第五，多次反射声，从舞台上发出的声音经大厅的侧墙、地面、舞台罩、天花板等处多次反射后传出听众耳中的声音。由于经历一次反射，声音便被吸收一些（其 频谱也多少会有变化），所以经历的反射次数越多，响度也越弱，方向也更杂乱而趋于各向同性。与此同时，由于多次反射声的传播路径较长，到达听众耳中的时间 也更加延迟。如此多次反射，声音逐渐溶入混响之中并逐渐消失。

3.初始时间延迟间隙及混响

　　从时间上看，直接声和它和各种反射声的时间分布如图所示，这里，当测听者座位不在正厅中轴线时，R1，R2并不等时，图中，直接声和R1之间的时间间隙被称为初始时间延迟间隙（通常以毫秒度量）。

　 　它是音乐厅音质的四个客观标准中的一个，并且直接关系到主观优选评价中的一个重要项目——亲切感。如果这个间隙小于20毫秒，听起来R1和直接声将共同 形成一个响度较大、音质较好的声音；如果厅的尺寸很大，使这个间隙大于70毫秒，听起来R1便是回声。在R4之后已属于多次反射声，经们越来越多，越重 叠，越弱。逐渐溶成室内音特有的混响，混响声的强度大体呈指数下降。  

　　混响声的定义是：在直接声消失后，室内持续的声音。为度量混响的时间，通常定义混响时间T为：混响声和声压级下降60分贝所需的时间（以秒度量）。

　 　由于声吸收通常和频率有关。因此混响时间一般与频率有关。所以通常区分为低频混响（取频率67，125，250赫兹）、中频混响（取频率500赫兹或 500-1000赫兹）、高频混响（频率≧2000赫兹以上），混响时间是音乐厅音质的四个客观标准中的另一个。

对于语言厅，由于要求语言清晰，混响时间 效短，通常T500-（0.5-1.2秒）；但对交响乐音乐厅，由于要求声音有很好的丰满性（参见下节叙述），混响时间要求较长：T500-（0.5- 2.2秒）。ss混响时间T500可用下面伊松公式确定。
    混响时间

　　(7-1)=这里V是厅的体积（m3）， 为平均吸收系数为厅内N种表面中的第I种表面的吸收系数，S为第I种表面的面积（m2），如果考虑听众的声吸收，可以认为每个人相当于0.4m2的吸收面 积（a=1），相应的座位不再计入吸收面积。4mV项是考虑空气对高频声的吸收