建声与电声的协同效应：物理场域中现代声学环境应用研究

　　声音，在我们的生活中无处不在，但大家未必了解声音的物理特性，比如在空气中的传输特性，影响声音效果的因素，以及如何改善音质等。首先要明白建筑声学的重要性，尤其是声场环境不佳的情况下，如何通过扩声设计改善音质问题，一直是“音响人”经常遇到的头疼问题，下面将给大家细细道来。

01

声音的传播特性

　　声音是由物体振动产生的声波，通过介质进行传播，在声场中传播包括直达声、反射、折射、绕射、穿透和吸收等形式。室内观众区听到的声音除了直达声，还有经过反射的近次反射声和混响声，这些声音的共同作用形成了系统的音质效果。

　　直达声 ：指从声源直接传播到听音点的声音，其传播路径是从声源到该点的直线段。主要起到提供声源的方向，提高声音清晰度和声压级的主要来源。

　　近次反射声 ：指相对直达声延迟50ms以内到达的反射声。近次反射声难以和直达声分开，相互融合。主要起到提高声压级和声音清晰度，增强声音的空间感。

　　混响声 ：指在近次反射声后陆续到达的、经过多次反射的声音。没有方向性和声音信息，但它使声场分布均匀，音质丰满。若混响时间合适则声音丰满，语音饱满;混响时间短则声音较干硬、呆板;若混响声过长则声音含混不清，语音清晰度下降，乐音缺乏力度和节奏感。

　　因此，要获得良好的音响效果，除良好性能的音响器材和合理的系统设计外，还需具备良好建声基础，即声场建声环境。

　　02

　　最佳混响时间

　　混响，是一种物理现象。 声波在室内传播时，被墙壁、天花板、地板等障碍物吸吸和反射，直到完全消散。当声源停止发声后，声波在室内要经过多次反射和吸收，最后才消失。声学中的混响时间RT60定义即声音突然停止发声，到平均声能密度自原始值衰变到其百万分之一，即声压级降低 60 dB 所用的时间，单位为“秒”。 为保证扩声的清晰度和层次感，各类厅堂的最佳混响时间建议参考如下;

　　1.普通会议室最佳混响时间：0.6–1.0秒。小型教室建议0.4–0.6秒。大型阶梯教室需避免回声，混响时间不超过1.0秒。

　　2.视频会议室最佳混响时间：0.6秒。为避免给远端造成视频会议“回声”问题，建议0.6秒左右。

　　3.多功能厅最佳混响时间：0.8–1.4秒。以语言清晰度为主时(如演讲、会议)，建议0.8–1.2秒;兼顾小型演出时，不得超过1.4秒。

　　03

　　建声与扩声协同原则

　　建筑声学条件（简称“建声”）与扩声系统设计之间的关系密不可分，两者共同决定了声音的最终表现效果 。建声是空间本身的声学特性，在建筑声学条件不佳(如混响时间过长、回声严重、声聚焦等)的会议厅中，无法通过扩声完全修正严重缺陷。而扩声是人为通过设备增强和优化声音的过程 。若建声条件不佳，即使使用高端扩声设备，也难以获得理想音质;当然，合理的扩声设计可以一定程度上弥补建声缺陷，通过合理的声学补偿和系统优化来提升语音清晰度和听感。扩声系统通过技术手段可部分修正建声缺陷，但无法完全替代良好的建声基础。整体协同原则：

　　充分利用直达声 。应使厅内早期反射声声场均匀分布，减少多次反射声(混响声)，使到达观众席的早期反射声相对于直达声的延迟时间宜小于或等于50ms(相当于声程差17m)。在扩声设计音箱位置时应考虑主音箱直达声覆盖范围，保证坐席区所有位置能听到音箱的直达声。

　　造型吊顶消除声缺陷 。吊顶可根据声线分析设计宜于扩散的造型，吊顶造型能为后排观众提供足够的反射声，由于声音会通过距离的增长而衰减，但通过反射声的补充可以补充声能，使后排观众获得良好音质。

　　合理布置音箱，保证声场均匀 。一般来说，多功能厅侧墙宜设计成反射、扩散功能的墙体，为观众提供早期侧向反射声，使观众获得良好的音效。同时控制厅内混响时间控制在报告厅容积所对应的最佳混响时间范围内，在扩散体表面增加吸声材料增加吸声量，以使声场尽可能均匀。

　　合理控制混响时间 。为控制混响时间，提高声音的清晰度，则两边的侧墙需补充适当的吸声材料。为防止声音通过后墙反射至观众前区而引起回声缺陷，报告厅的后墙必须铺设强吸声材料，控制反射声能，避免声学缺陷的产生。

　　04

　　建声与扩声的设计指引

　　建声设计思路: 在装修设计时，不仅要注意美观性、实用性和造价成本，也必须注意建声的问题，应优先考虑声学处理，否则后期音响系统效果达不到理想要求。

　　吸音材料：如木质吸音板、矿棉吸音板、聚酯纤维吸音板等，安装于墙面、天花，有效吸收多余声能，降低混响时间，提升语言清晰度。 吸音棉/毡：填充于墙体、吊顶空腔，或制成吸音模块，高效吸声，减少回声与噪声。 吸音软包：布艺或皮革包裹的吸声材料，安装于墙面，兼具吸声与装饰效果。

　　声学扩散材料：如QRD扩散板、圆柱扩散体、金字塔扩散体等，分散声波能量，消除声聚焦，使声场均匀分布，提升音质。

　　隔音材料：隔音墙/隔断：采用隔音砖、隔音板、隔音窗等构建，阻隔外部噪声干扰，确保内部声环境的纯净。 隔音门：特制的隔音门体，配备密封条与隔音玻璃，有效隔绝声音传播。

　　吸音窗帘/帘幕：悬挂在窗户或舞台两侧，吸收高频声波，降低反射声，增加声学舒适度。

　　声学地毯：铺设于地面，吸收脚步声、座椅移动声等低频噪声，提升听音舒适度。

　　声学涂料：涂覆于墙面，形成吸声涂层，实现既有空间的声学改造，兼顾装饰性。

　　电声设计与调试： 混响时间过长，如空旷场所声音反射过多，导致语音清晰度下降。

　　选用辐射角度较小的强指向性音箱 ，让声音更精准传输到扩声目标区域，减少顶面、墙面和地面反射，适用于高混响空间。选用声音透亮的偏语言类音箱 ，避免音箱低频较多造成音染，影响声音的清晰度和层次感。多点布置小功率音箱减少声反射 ，如在主要扩声区均匀设置吸顶音箱。

　　声场均匀度： 如不规则厅堂，特别是圆形或穹顶结构的房间，或硬质墙面容易引发驻波或声聚焦。

　　采用合理音箱布局，尽量采用分散式声场，避免出现多只音箱相互干涉。 音箱安装应杜绝安装在厅堂角落，避免形成驻波，而降低声音清晰度。

　　数字信号处理： 通过反馈抑制处理。调试好话筒在合适拾音距离不产生啸叫，避免反馈导致声音不清晰。 通过数字均衡调整优化。结合相关软件测试房间混响过长的主要频率，通过数字音频处理设备适当衰减混响过长的频率。设置合理的延时。在大型厅堂的多音箱系统中，主、辅音箱应根据距离设置正确的延时，避免声音不同步导致声音不清晰。 例如：在连续说话过程中(一二……)，观众席听到辅助音箱发出“二”时，主音箱的声音到听众还在发出“一”。

　　建声是基础： 决定了声音传播的“底色”，无法通过扩声完全修正严重缺陷(如极端混响或噪声)，因此做好建声处理非常重要，不能只考虑装修装饰的美观性，而忽略对音响系统的实用性。

　　扩声是工具： 通过技术手段优化声能分布和音质，但需依赖建声条件，在有限的建声条件基础上，只能做适当优化和提升，不能根本解决问题。

　　05

　　案例应用分享

　　案例1：某省级气象局

　　基本情况： 某省气象局采用短杆话筒，4只8寸多功能音箱，整个房间面积为160㎡左右，吊完顶后层高约为4.5m。现场使用话筒讲话时，回声严重，声音清晰度极差。

　　现场房间布局图

　　现场情况： 吊顶采用铝合金格栅，房间硬反射面(玻璃、墙面、弧形屏等)导致声波多次反射，基本没有吸声处理。

　　测试数据： 混响时间(RT60)长达2秒左右。甚至有些地方超过了2.3秒，远超正常会议室标准(推荐RT60≤0.6-0.8秒)。

　　处理办法： 将原壁挂音箱音量调小，减少较大声压级在墙面、 地面和天花顶面等反射，并在会议桌上方增加8只吸顶音箱，使吸顶音箱成主扩，提高声场均匀度，从而提高整体的清晰度。

　　案例2：某报告厅

　　基本情况： 某该报告厅体型为长方形，长18.3米 X 宽13.5米 X 高6.7米。该报告厅体型面积约248㎡，容积约1660m³。采用6只多功能音箱采用落地支架安装。现场存在明显回声、声场不均匀，语言清晰度差，听感不适，影响报告厅的正常使用等问题。

　　现场房间布局图

　　现场情况： 该报告厅墙面采用木饰面、布艺硬包，吊顶普通装饰板，地面为地毯，且存在大面积玻璃。整个厅堂吸音量不足，平行面易产生颤抖回声、多重回声等不良声学现象。

　　测试数据： 混响时间(RT60)长达2秒左右。甚至有些地方超过了2.21秒，远超正常大会议室标准(推荐RT60≤0.8-1秒)。

　　处理办法： 将原多功能音箱更换为音柱音箱，减少音箱过多的中低频输出 ，从面提高声音清晰度。同时选用音箱的覆盖角度更窄 ，声音可以更集中传输到听众区域，以减少较大声压级在墙面、地面和天花顶面等反射，提高声场均匀度，从而提高整体的清晰度。

　　广州市艾索技术有限公司成立于2007年 ，公司专注于音视频技术与互联网通讯技术融合应用，致力于为用户提供全空间业务场景音视讯软硬件产品和信息化融合解决方案，集生产、销售、方案设计和技术服务 为一体的国家级高新技术企业。

　　艾索坚持走“数字化、信息化、智能化、平台化”产品和技术创新路径，注重用户体验和价值认同，已自主研发了数字会议系统、分布式视频系统、无纸化会议系统、多媒体信息发布系统、会议智能协作系统、物联网管控平台 等多个系列的软硬件产品，产品体系和解决方案已覆盖会议室、会议中心、指挥中心、体育场馆、教室、园区等各类空间，为党政、公检法、教育、企事业等行业用户提供完整的信息化融合应用整体解决方案。