小房间的声场计算

第二节　小房间的声场计算

图6-2所示为典型的容积不足80m³的小型会议室。其平均吸声系数为=0.2，总的表面积为111m²，因此房间常数是28m²。

图6-2　小房间室内声音系统增益的计算

此前我们已知道如何计算针对一个说话人的临界距离(标称指向性指数为3dB)，在所给的例子中，声源的指向性指数为3dB时的D_C是1m。

图6-2所示为说话人、听音人、说话人使用的传声器，以及主轴对着听音人的安装在墙壁上的指向性指数为6dB的扬声器间的几何关系。我们假定传声器是无指向性的。

第一步：计算出说话人在传声器和听音人处产生的相对声压级。

首先从系数关闭情况下开始。尽管计算可以只采用相对声压级，但是我们将插入典型的数据，以使所进行的处理有更好的听感。

传声器距说话人的距离是0.6m，在这一距离上，直达声产生的声压级为70dB。由于无扩声帮助情况下说话人的D_C仅为1m，所以0.6m的传声器距离是处在说话人的直达声声场与混响声声场间的过渡区域。如图6-3所示，在0.6m距离处的直达声声场和混响声声场混合声压级大约要比单独有直达声声场时高1dB。因此，我们假定只有直达声声场时的声压级为70dB，那么在传声器处的总声压级为71dB。

图6-3　相对SPL与相对临界距离的声源距离的关系

接下去，我们要用类似的方法来计算出无扩声帮助时说话人在听音人位置上产生的声压级。

听音人距离说话人4.2m，比1m的临界距离大3倍多。所以，它已完全处于说话人的混响声场区域中。我们知道，在混响声声场中的任何地方的声压级，都等于在临界距离处单独直达声声场所产生的声压级。如果直达声在0.6m的距离上产生的声压级为70dB的话，那么在1m的距离处的声压级一定要比前者低4.6dB，即为65.4dB，并且混响声声场的电平一定也为65.4dB。所以无扩声帮助时，说话人在听音人位置上产生的声压级为65.4dB。

这时，我们要对所使用的处理方法进行两方面的考虑。首先，应用声压级的临界距离定义是用随机入射角传声器测得的。例如，我们选择无方向的系统传声器，以便使其确实能“听到”与我们计算所表示的声场相同的声场。第二，虽然我们在计算中使用零点几分贝是为了避免混乱，但是公式的可信限度并没有扩展到整个分贝值之外，我们必须在整个计算结束后对答案进行取舍。

第二步：计算出单独由扬声器产生的声场。

让我们再回到例子中，计算由扬声器产生的声场，系统传声器仍是关闭的，我们用一个虚拟的测试信号来进行计算。假定测试信号在传声器处产生的声压级为71dB，该值与前面假定的无扩声帮助时说话人产生的声压级是相同的。

扬声器安装在墙壁和天花板的结合部，故其指向性指数假定为6dB。在这一房间中，针对扬声器的临界距离为1.4m，与扬声器与传声器的距离基本相同。由于传声器是处在扬声器的临界距离上，并且由于我们假定在此点的总声场的声压级为71dB，所以在传声器处的直达声声场一定等于71dB-3dB，即68dB。

听音人距扬声器的距离为4.8m(3倍于临界距离)，所以它处在扬声器的混响声声场中。我们知道在混响声声场中的声压级，一定等于在临界距离处单独由直达声产生的声压级，所以扬声器在听音人位置上产生的声压级为68dB。

第三步：考虑潜在的声学增益。

由于我们精心设立的例子代表的是正确均衡过的系统最大理论增益的条件，所以我们可以用这些相同的图表来计算在听音人位置上无扩声帮助时说话人之和系统打开时说话人之间的声压级差。我们已经计算出无扩声帮助时说话人在听音人位置处产生的声压级为65.4dB，也计算出扬声器在听音人位置处产生的声压级为68dB。针对这种特定条件下的系统声学增益一定是这两者间的差值，即仅有2.6dB。很显然，此时这种扩声系统就没有打开的价值。

应注意的是，系统声学增益是与传声器与听音人间的距离无关的。更为普遍的概念是系统的Delta值。研究表明，正确均衡过的系统的最大理论上的Delta值是1。在我们的例子中，Delta值是-3dB，为什么会这样呢?

对于最大的系统增益而言，传声器必须处在说话人的直达声声场和扬声器的混响声声场之中。但在我们的例子中，传声器并不是正好处在说话人的直达声声场中，而是处在扬声器的临界距离上。要想取得更大的增益，则必须将传声器移至距说话人0.3m处，并采用指向性更强的扬声器。这样会使△值提高3dB，在听音人位置上的潜在声学增益大约为9dB。

但实际上，我们让系统工作于刚刚低于产生持续反馈的那一点上。即使我们按以上所述修正了系统，实际上的实用工作增益也仅有大约3dB。我们的计算只是证明我们事先所做的猜测：在这种小房间中，无扩声帮助的说话人可以很容易地在整个房间中产生65dB的声压级，音响系统没有实际使用的必要性。