HIFI圈中最大謬論之:如果空間尺寸低于半個波長就聽不到這個頻率以下的聲音?

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楊迎春
全國圈內(nèi)知名小空間聲學(xué)設(shè)計達(dá)人
Cedia巡回展受邀12城講師、成都國際音響節(jié)受邀聲學(xué)講師
上期回顧知識丨解讀視聽空間的最佳混響時間

網(wǎng)上流傳這樣的定論,如果空間尺寸低于半個波長就聽不到這個頻率以下的聲音,其實(shí)這是一個Hi-Fi界的謬論,哪怕是9平的房子都能不管是客觀指標(biāo)儀器所測,還是主觀體感的沙發(fā)振顫及樓板震蕩都可以明確證明下潛到20Hz以下。

全頻段20Hz-20kHz聽音位實(shí)測瀑布圖能量最少在300毫秒內(nèi)衰減20dB以上。主要是超低頻累積頻譜能量瀑布圖要做到快速消散

另外,事實(shí)上我還看到來自發(fā)燒友這樣的定論:“9米的房子到不了20Hz吧,40米差不多”。

但這又是一個能害了99%發(fā)燒友的理論

下面就以數(shù)據(jù)說話,以一個房間結(jié)構(gòu)圖來進(jìn)行分析,這個房間規(guī)格為(長)3.2m×(寬)3.3m×(高)2.9m。

在這個空間中,我們進(jìn)行一些測量和分析,在使用陣列式3×12英寸的有源超低音炮下,原生頻響消聲室EQ:16- 160Hz開口/22-160Hz密閉,擺位調(diào)試好后,聽音位實(shí)測。

炮加主箱16Hz-100Hz基本正負(fù)3.5dB;瀑布能量圖在約23Hz能量消散最慢,經(jīng)過250毫秒衰減20dB,其它頻率能量幾乎衰減完畢。

 

這個理論是聲學(xué)中高頻才符合的,幾何統(tǒng)計聲學(xué)法,用接近光反射的特性來分析聲學(xué),超低頻是波動聲學(xué),可以簡單地看作是一缸水。

發(fā)這個10平正方體異形,炮是明確不管是主觀還是客觀,頻率都下到了20Hz以下的。

——全頻段20Hz-20kHz聽音位實(shí)測±5dB以內(nèi)

如果是按那個理論,人耳要能接收到至少2分之1波長來算,344/3/2=57Hz。

就是說57Hz以下,就不管是主觀還是客觀,都不會有聲壓存在了,所以那個房間尺寸達(dá)不到半波長就不能接收一個完整聲波,就聽不到這個頻段以下的聲音的理論,是歷史以來在玩家圈流傳害了無數(shù)人的謬論,超低頻涉及空間阻尼,不再光是簡單的像光一下的反射疊加和抵消

說到這里了就細(xì)科普一下為什么會出現(xiàn)謬論,并且?guī)资炅鱾鬟@么久這么廣泛的原因:

 

聲流在空間里的傳播主要是下面三種方法研究:幾何聲學(xué)法、統(tǒng)計聲學(xué)法和波動聲學(xué)法。

幾何聲學(xué)方法是指在研究自由聲場的擴(kuò)散性時,忽略聲的波動特性,采用聲線來描述聲音傳播途徑的方法。

當(dāng)室內(nèi)聲音傳播到一個尺寸比聲波長度大得多的界面時,可用幾何聲學(xué)方法研究聲音的傳播規(guī)律。

這種而用聲線概念研究聲傳播途徑是根據(jù)反射定律:聲線的反射角等于入射角,且反射聲線和入射聲線與法線在同一平面上。在輔助理解的情況下,可以看作是和光的特性類似。

 

統(tǒng)計聲學(xué)方法是指從能量的觀點(diǎn)出發(fā),忽略聲的波動特性,用統(tǒng)計學(xué)手段來描述聲場平均狀態(tài)的方法。

這種用能量概念研究聲場狀態(tài)是根據(jù)反平方規(guī)律:對一個波陣面為球形的點(diǎn)聲源來說,聲場強(qiáng)度與離聲源中心距離的平方成反比。

一個連續(xù)發(fā)聲的聲源在室內(nèi)開始發(fā)聲時,穩(wěn)定聲場并不立刻建立,是隨時間逐步增長而達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。聲源停止發(fā)聲后,聲場也不會立刻消失,而有一隨時間逐漸衰減的過程。

室內(nèi)總吸聲量越大,衰減就越快;房間體積越大,衰減越慢。

聲源停止發(fā)聲后,聲音還會在室內(nèi)延續(xù)的現(xiàn)象稱為混響,其衰減過程為混響過程。所以空間聲學(xué)重最重要的其中一個參數(shù)就是混響時間(也響殘響時間)。

在聲音停止發(fā)聲后?,?室內(nèi)的聲能立即開始衰減,聲音自穩(wěn)定聲壓級衰減60dB?所經(jīng)歷的時間稱為混響時間。

特別提一下, 不管是幾何聲學(xué)法還是統(tǒng)計聲學(xué)法,都是忽略聲學(xué)的波動性的,適用于比較大一些的空間,什么是比較大一些的空間,在THX之類的一些培訓(xùn)中提及的是長、寬、高任何一面小于10米的空間稱為小空間。

波動聲學(xué)法是指用波動理論研究室內(nèi)駐波共振影響的方法。當(dāng)室內(nèi)界面的幾何尺寸與聲波波長可比時,聲的波動特性就不能忽略,成為突出的研究重點(diǎn)。

根據(jù)波動聲學(xué)原理,當(dāng)一對平行墻面間的距離l等于聲波半波長 λ/2的整數(shù)倍n時在這尺度方向上會產(chǎn)生駐波,即聲波傳播的壓縮和稀疏“圖案”在空間有著固定的位置,或者說室內(nèi)空氣振動出現(xiàn)共振。

當(dāng)人沿著駐波方向從一端走向另一端時,會感到聲強(qiáng)有忽高忽低的變化,高低相差最多可達(dá)20dB左右。這些能產(chǎn)生駐波的頻率稱為簡正振動頻率或稱簡正頻率。

其結(jié)果使聲場極不均勻,而且會使聲源中符合上述情況的若干頻率成分得到過分增強(qiáng),也比別的頻率衰減得更慢些,因此就會造成嚴(yán)重失真。

超低頻在小空間內(nèi)不會聽不到,同時因?yàn)樾】臻g聲學(xué)的強(qiáng)烈RoomMode駐波模型的存在,導(dǎo)致超低頻能量各頻段起伏可能較大,所以也不宜用混響時間來評估空間的吸音狀況,而改為Waterfall瀑布圖更為適合看出低頻能量消散的速度。例如文章開頭的全頻段瀑布圖。