房间内早期反射声方向分布的声强法测量

    1 引 言

    厅堂音质研究中客观音质参量具有重要的意义, 一方面这些参量与主观音质之间存在密切的关系, 因而可用于厅堂的音质评价中; 另一方面, 在厅堂音质设计中通过对这些客观音质参量的预测、控制达到音质设计的目的。所以, 长期以来室内声学研究提出了各种用于描述主观音质的客观参量, 其中一些量更成为音质评价和设计的标准参量, 如: 混响时间(RT)、声场力度(G)、明晰度(C80) 等。这些参量均可通过单通道脉冲响应测量得到, 它们反映了室内声场中接收点上反射声的时间-能量分布关系。上世纪六十年代末, Marshall[1]通过研究厅堂形状与音质之间的关系后发现较窄的厅堂中经侧墙反射的声能容易使听众产生被声音包围的感觉, 也就是空间感。随后 Barron[2]提出了反映空间感的客观物理参量-侧向反射声因子(LF)。由于来自不同方向的反射声能对空间感的作用不同, 所以在该参量计算中对反射声的方向进行余弦平方计权, 实际测量采用“8”字形指向性传声器[3]。其后 Morimoto[4]提出了前后声能比(FBR) 和左右声能比(LRR), 来描述围感(LEV)。这些新参量均要求考虑房间中早期反射声的方向特性, 因而对房间中声场的测量提出了新的要求, 即不但需测出接收点上的时间、能量关系, 同时还要求能反映接收点上早期反射声的方向信息, 也就是时间、能量、方向分布。

    自上世纪九十年代, 人们开始提出了一些测量反射声方向的方法, 这些测量方法主要分为两类, 一类是利用特殊的传声器阵列将接收到的声信号在时域上进行处理, 如 K.Sekiguchi[5]将传声器布置在正四面体的四个顶点上组成接收阵列, 而 B.N.Gover[6]则将传声器布置成球形阵列, 通过不同传声器上的时间差或相位差推算出反射声的入射方向。这类方法对测试设备要求较高, 特别是对传声器的相位匹配要求严格, 而且在测量宽带反射声方向分布时的计算量大, 速度慢。另一类方法是利用声强测试原理, 测量接收点上不同方向上的瞬时声强, Guy 和Abdou[7]、Oguro[8]提出了各自的三维声强测量方法和实验装置, 通过对空间直角坐标系中沿三坐标轴方向的声强分量进行测量, 合成后得到总声能的方向分布。该方法的优点是计算简单, 可同时对不同频率反射声的方向分布进行测量, 但为了减小测量误差, 测量中传声器必须按特定的方式布置。

    本文通过分析声强矢量与入射声方向之间的关系, 提出运用不在同一平面上的四只全指向性传声器测量房间内早期反射声方向分布的方法, 并在此基础上建立了反射声方向分布测量系统, 用于实际房间的测量。