家庭听音室的房间响应横向比较及改善建议

古林强，谢 璇

（1.广州大学 建筑与城市规划学院，广东 广州 510006；2.广州美术学院 建筑艺术设计学院，广东 广州 510006）

1 引言

房间响应是反映听音者偏好度的重要指标，是指经过房间内主要听音位置的空间平均后得到的频率响应。不平坦和平坦的频率范围小的听音环境与听音者的主观偏好度呈明显的负相关关系，尤其是低频响应不足时，可以明确感知声音被染色。此外，研究指出，绝对平坦的房间响应不是终极追求目标，因为从听音偏好度的调查看，绝对平坦的房间并不能带来最佳的评价［1］。目前，有关的国际标准如国际音频工程协会AES［2］、国际电工委员会IEC［3］、欧洲广播联盟EBU 的技术文档［4］以及国际电信联盟ITU 的推荐文件［5］等，都对听音室的房间响应规定了明确的定量范围或容差范围。只要房间响应没有超过规定的容差范围，即认为这些响应是符合要求的。本次研究随机调查了7 个形态各异且经过音响爱好者刻意处理的家庭听音室。与一般的起居室或客厅不同，就使用目的而言它们是高度确定的，用作家庭增强声音体验的空间。基于家庭听音室的定位，如果没有专门的校准仪器帮助，将很难在房间响应上满足上述标准文件所要求的容差范围。因此，找到普遍存在的房间响应问题并提供解决办法，对改善大多数家庭听音室的音质条件十分必要。

2 测试家庭听音室的概况

测试前，通过参与兴趣群的讨论和媒体宣讲，本项目组共收到来自24 个家庭听音室的测量请求。考虑到时间关系，随机选取了其中的7 个。所选取家庭听音室的房型如图1 所示，AES 标准听音间房间的各项参数如表1 所示。这里的有效面积和有效体积主要指当待测空间与室内其他空间存在难以清晰分割的小通道时，对该通道采用近似估计的办法并入这些空间的总面积和总体积，因此这里的有效面积（UA）和有效体积（UV）不是一个非常精确的定义，取整数近似。

表1 AES 标准听音间房间的各项参数

7 个家庭听音室中，5 个面积范围为28～32 m2，2 个面积范围为42～46 m2。从形状和体积看，有6 个听音室的基本形式为长方体，体积范围为73～159 m3，有1 个听音室为流行的Loft 空间，即有两层空间，厅的第二层镂空，高度较高，体积最大，为182 m3。AES 标准技术文件对听音间的房间尺寸建议如表1 所示。可以看到，对于随机抽取的7 个家庭听音室，除了3个房间的地面面积略小于参考值、1 个房间的比例不满足要求以及1 个房间的扬声器相对宽度和听音距离不满足要求，其他有关尺寸的参考值均达到了相关要求。因此，可以判断这些音响爱好者除了受制于房间面积之外，了解房间尺寸的相关建议，说明流行音响媒体会强调这方面的信息，因此普通音响爱好者是基本遵守规定的。

3 声学测量与结果分析

3.1 声源与测点布置

家庭听音室的声学测量分两种情况。一种是利用业主的音响设备播放测试信号，在离音箱主轴1 m 处分别测量左右音箱主轴在近场处的频率响应；另一种是在主要听音位置处测量频率响应和反射声序列。每个测点测量3 次，尽量减少因测量位置和测量时间带来的不一致。

3.2 测量结果汇总及分析

将主听音位置测到的房间响应与扬声器近场的响应结合在一起进行比较可以看到，在房间本身的声学处理与扬声器质量的双重影响下，反射声序列的测量位置在主听音位。与该位置的房间响应相结合，可以看到15 ms 内到达的强反射对房间响应的影响。左右声道在近场与听音位置的频率响应和听音位置的反射声序列（1 000 Hz）结果，如图2～图15 所示。

根据AES 技术文档，测量每一个单独的扬声器在参考听音位置的声压级的频率响应，对于听音环境至关重要。该文档对房间频率响应的要求如图16 所示。

本次测量只考虑左右主音箱在近场1 m 声学中心和参考位置的频率响应，用于研究房间声学环境给听音质量带来的影响。图2～图15 的频率响应中，黑色线是近场1 m 处测到的频率响应曲线，可以代表扬声器自身的影响；蓝色线是参考位置的频率响应曲线，代表扬声器和房间的综合影响。从1、4、5、6 号听音间左右扬声器的近场频率响应曲线可以看到明显、单独的起伏，起伏变化范围可达±6 dB，且起伏位置不同。明显、离散程度很高的锯齿形说明这些听音间的扬声器频率特性一致性和频率响应一般，不能称为优秀的双通道立体声系统。相比之下，2、3、7 号听音间的扬声器性能相对优秀。观察所有听音间参考听音位置的频率响应，发现它们均不能落在图16 相对声压级容许的范围内。尤其对2、3、7 号房间而言，虽然扬声器本身性能优秀，但是房间频率响应带来了很大畸变，使得两者叠加后的性能变得不理想。房间的频率响应受体型、各种反射面、吸声面以及扩散面的综合影响。从图2～图15 的蓝色线可看到，1、2、3、5、6 号听音间的曲线存在明显的离散锯齿状，相对声压级相差可达15～20 dB。这种现象主要是受房间简正模式的影响，如果激发频率与这些简正模式的频率一致，在频率响应上形成明显的波峰和波谷。经访谈获知，所有听音间的音响系统和声学装修是爱好者根据自己的喜好亲自动手制作、改良和调试的，所以即使音响爱好者对音质有很高的追求，在没有专业仪器设备辅助校准的情况下是不能满足图16 的容许范围的，而且有50%的概率会使原来的音箱性能变得更差。

3.3 反射声序列

AES 技术文档对反射声序列的要求是15 ms内（1～8 kHz）的反射声要比直达声低10 dB 以上。考虑到听音间的各表面离参考听音位置较近，波前扩张带来的声强减少并不明显，也就是说某些表面的高频吸声系数要达到0.8 以上。表1 显示了1 kHz 时各个房间的反射声序列，其中1、4、5、6、7 号听音间的反射声序列不满足AES 技术文档的要求。1 号听音间的侧面布置了25 mm 的吸声软包，1 000 Hz 的吸声系数可大于0.8，合理判断强反射声应来自高频没有吸声能力的天花板。2 号听音间的反射声满足要求，尽管侧面和顶面的吸声材料有限，但有限的吸声材料布置的位置正确，且天花板很高，由波前扩张带来的声强减少相对较强。3 号听音间由于各个表面都有吸声能力较好的材料，因此反射声序列满足规范要求。4 号听音间的强反射声强度大，持续时间短，估计来源于一个大的坚硬表面，很有可能是没有声学处理的天花板。5 号和6 号听音间的强反射声存在共性部分，强反射声来得很早，估计是由于光滑瓷砖地面的反射。对于该不该去除来自地面的强反射声，学术界并没有统一的看法。有些文献建议应该去除［6］，从而减少因强反射声带来过早的梳状滤波效应；而有些文献则认为不必去除，认为人的听音经验可以通过某些心理机制自动屏蔽来自地面的强反射声，去除后反而带来奇怪的感觉［7］。7 号听音间的强反射声来自很多表面且连续到达，判断是来自侧面和顶面扩散能力很弱的装饰扩散体。尽管各个听音间都有吸声材料，大部分的吸声材料吸声能力尚可，但是由于有些听音间中吸声材料布置位置不当，造成了反射声过强的情况。

4 结语

将现场的测量结果与AES 技术文档进行对比分析发现，7 个音响爱好者自己设计装修的家庭听音间尽管有刻意调整的努力，但所有的房间响应均存在声学缺陷，因此提出了以下指导建议。第一，增加250 Hz 以下低频的吸声量。就容积70～100 m3的听音间来说，低频段吸声量的范围应该在20～30 m2。第二，尽量保证各个频带的吸声量一致。第三，在没有吸声系数的实验室数据的情况下，不应只用单一类别的吸声体或吸声结构。如果只是采用吸声软包，后面要留50～100 mm 的空腔。第四，利用镜面反射原理，确定好“声源—反射面—参考听位”关系中第一阶反射声的反射面位置，并在此位置放置不小于1 m2的全频吸声体。第五，应该对天花板进行吸声处理，尤其是天花板中给听音位置带来强反射声的部位。