一些国外的声学的文章

无影9307

借宝地存些搜集的声学文章，虽然现在看不太懂。也许将来能找到，还能看的懂。

文章摘自 ACOUSTIC FRONTIERS, 翻译：微软翻译。

施罗德/过渡频率解释

《声音与视觉》的作者布伦特·巴特沃思 (brent butterworth) 对 "施罗德" 的频率进行了很容易理解的解释。施罗德或 "过渡" 频率是一个关键的概念, 因为它解释了很多关于房间中的声音行为, 帮助我们如何衡量/分析它们, 以及如何对待它们

我只会让他完美的文章比需要的更复杂, 所以我只想发布他的第一段, 供大家阅读!
你至少有两个听力室。即使你住在一室公寓, 你也至少有两个听力室。从某种意义上说。从声音的角度来看, 每个听力室本质上都是两个听力室。
对于中端和高音频率, 您的监*听室就像台球桌。就像台球一样, 中、高频的声音往往会在你的房间里蹦蹦跳跳, 直到它们的能量耗尽。由于这种狂乱的反射, 中频和高音频率在整个房间中均匀分布--或扩散。
对于低音频率, 你的听力室就像一个啤酒瓶, 当你吹过它的顶部。换句话说, 它是一个谐振器。其波长与房间尺寸相匹配的声音会产生共鸣--换句话说, 它们会被放大。波长与房屋尺寸不匹配的声音不会被放大。根据你的扬声器放在房间里的位置, 以及你在房间里听音的位置, 一些低音声波会相互强化, 而另一些声音会相互抵消。移动到房间中的不同位置, 不同的频率可能会被增强或抵消。

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房间声学问题101
房间的特色声学区域
频谱的不同部分有不同的房间声学问题或失真。
声音失真可以定义为声源，例如扬声器及其放置扬声器的声学环境，的相互作用所引起的音质退化问题。
在声场, 我们相信有三个主要区域与用于音频再现的房间类型相关:
"稀疏spares" 房间模式区域
"密集dense" 的房间模式区域
扬声器离轴（off axis）区域


从一个区域到下一个区域并没有真正的清晰过渡, 过渡发生的频率也因房间大小而异。与大型房间相比, 小房间的频率较高, 会出现房间模式。有关详细信息, 请参阅转换频率文章。
这三个区域都有不同的声学特性, 这有助于分析和解决房间声学问题。
"稀疏" 房间模式区域
在这一区域中, 反应通常表现为剧烈的波动和下降, 其中15db 或更多的 spl 变异很常见。响应由房间模式为主, 这些模式彼此间隔足够远, 它们不会相互作用。
例如, 可能有25hz、45hz 和60hz 的房间模式。其中每一个都离下一个距离足够远, 每个都会在每一个响应之间发生明显的下降。
这个区域的房间模式也是所有房间模式中最强大的, 是主要的轴向和切线模式。
这个区域很难通过声学处理来改善, 因为声音的波长很长。典型的商业低音陷阱, 除了少数例外, 如 rpg modex 板和边缘, 在100hz以下变得越来越无效。
我们处理这一区域问题的办法包括:
房间尺寸优化, 以空间的房间模式尽可能一致地分开
结构优化 (是的, 墙壁、天花板, 在较小的程度上地板可以起到 "陷阱" 的作用)
扬声器/听音位置优化, 也可以改变与房间模式的交互
多个低音炮阵列, 相消室内模式
EQ, 以平缓响应并减少时域中的回响。

"密集" 的房间模式区域
这个区域仍然以房间共振为主, 但个别模式在相互作用的频率上彼此足够接近。
通常, 在这个频率范围内处理问题要比在 "稀疏" 区域处理问题容易得多。我们在这一领域的方法包括:
声学处理
房间尺寸优化

扬声器离轴区域

在这一区域, 在双声道的和家庭影院中, 听音位置的响应是以扬声器的离轴响应为主。从表面上看, 这似乎是 "很杂乱"...... 直达声音肯定主导吗？

在录音室或其他近场收听情况下, 直达声音确实占主导地位, 但正如哈曼的研究表明, 在房间过渡频率上方的收听位置的频率响应是个组合数据: 14% 的直达声音 + 44% 的早期反射声音 + 44% 的延迟反射声音。

当然, 在墙壁、地板或天花板的反射点进行声学处理或其他材料可以改变反射声音的能量谱和时间。

改善这一声学区域的主要方法是:

扬声器离轴–选择具有良好离轴响应的扬声器
声学处理, 管理好从室内反射点返回的能量和后期反射声音的总能量。

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ROOM MODES 101
什么是房间模式, 它们如何影响音质？

一些不可避免的事实:

--所有房间都有自然产生的共振频率称为房间模式或驻波。如果你在网上阅读, 你会发现一些更深奥的术语, 比如特征语或特征模式。我很喜欢称它们为模式共振。
--房间模式是在过渡频率以下的频率造成声学失真的主要原因, 导致频率响应的峰值和下降量达到20db或更多。
--模态谐振存储能量并且衰减缓慢, 使得附近的频率造成声音问题, 如 "一个音符低音" 和 "嗡嗡声"。
--几乎所有的系统, 即使是那些具有极高端设备, 都受到模态共振的负面影响。
如果对您的家庭影院、听力室或录音室在低音和较低的中频频率中的表现不满意, 那么问题很有可能与模式共振的负面影响有关。您需要了解一些有关房间模式背后的科学, 以了解如何减少或消除其对音质的影响。

是什么原因导致房间模式？

当声波在两个相对的边界之间移动时, 例如左右侧墙或地板和天花板之间, 就会创建房间模式。第一模态共振发生在两个边界之间的距离等于半个波长的频率处。如果一个房间是18英尺长, 那么第一个模态共振将在31hz。在这个频率的倍数处还有进一步的共振。网上有大量关于房间模式的好信息, 所以我不会在这里尝试复制。
英国的声音和振动研究所在驻波和室内模式上有一些优秀的动画。很高兴认识到, 造成房间模式的同样的物理现象也会产生产生在拔出弦乐器时产生声音的共振。

房间模式计算器-他们有什么好处？

在学习房间模式的同时, 你几乎肯定会遇到 "房间模式计算器"。这些预测模态共振发生的频率。对于矩形空间, 可以很容易地从长度、宽和高度尺寸来预测房间模式。

如果你有一个非矩形或畸形的房间 (例如 l 形或开放式计划), 那么我建议完全跳过计算器, 直接去测量, 或聘请专业人员与做正确的建模能力。在这样的空间中预测房间模式是一件不重要的事情--我们使用边界元素建模 (bem)。

使用计算器产生的结果, 可以看到频率响应测量的峰值与房间模式相关, 哪些峰值是由扬声器边界干扰等其他机制引起的。





重要的是不要太在意在房间模式计算器的结果, 因为它不告诉你模式共振在您的房间的影响。

第一个原因是, 房间模式计算器没有向您显示模态共振对系统频率响应或时域性能的影响。两个尺寸相同的房间, 由于房间的施工所使用的材料和使用的家具, 可以有非常不同的性能。

第二个原因是, 在现实生活中, 实际的房间模式可能会受到墙壁与门, 窗户和其他远离坚硬的表面使用的数学计算器使用的很大影响。因此, 重要的是要测量你的房间, 以确定有哪些模式共振问题, 并有一个参考点进行比较, 一旦你实现了一些改进。

如何使用声学测量来识别模态谐振？

在我们的测量中, 可以从三个方面看到共振的证据:

频率响应中的窄峰值。
在时域中回响。
房间内不同点的频率响应和时域行为的变化。
在 xtz Room Analyzer ii pro 拍摄的高分辨率频率响应图中, 可以看到房间模态活动的明确证据。你可以从软件, 如REW和 Omnimic, 以及旧的学校图表纸, 测试音调和 spl 测试表获得类似的情节。有关声学测量选项的更多信息, 请参见我们的博客文章: 房间声学测量的四种方法。

这个二维瀑布或累积光谱衰变图 (csd), 是在REW中拍摄, 清楚地显示模态共振的证据, 可以通过它们在时间维度中的缓慢衰变来识别。

如何检查我的房间是否存在模式共振问题？

房间模式可以通过频率响应的峰值和时域中的缓慢衰减来识别。我们制作了一个视频, 展示如何解释声学测量和现场室内模式。此视频显示 xtz 房间分析器 ii pro, 但您可以使用类似的技术为其他测量解决方案

无影9307

HARD PROOF THAT EQUALIZATION KILLS ROOM MODES近年来, 关于EQ在减少房间模式负面影响方面的有效性, 一直存在着诸多争论。房间模式的特点是频率响应的峰值和时域的扩展回响。它们造成低频着色和清晰度缺乏, 也许是最普遍的声学问题之一, 因为它们存在于所有的小房间中。本文提供了EQ在减少与房间模式相关的峰值和回响方面的效果的有效果的证据。
       均衡应被视为优化过程的最后一个组成部分。首先, 应在考虑空间使用 (双声道听力室或家庭影院; 座位数量; 家庭室与专用等)、扬声器的辐射特性和低音炮数量等的情况下完成适当的声学设计允许。一旦设计完成, 声学处理和设备的安装就需要进行。接下来是校准过程, 通过调整测量和扬声器位置、水平、延迟、相位和交叉频率来确定早期和晚期反射水平、模态衰减、频率响应和 rt60 的声学目标。最后是在进行了所有其他调整后进行EQ。
    正确应用EQ处理房间模式并不是一个简单的主题。从历史上, 均衡滤波器是根据频率响应的简单反转计算的, 没有考虑模态谐振的位置/q、问题的纠正性或与扬声器边界干扰有关的位置。可能是这些简单的校正过滤器引起了关于EQ效果的争论。
房间模式共振校正背后的理论由Floyd Toole清楚地描述:
"室内谐振在低频表现为" 最小相位 "现象, 因此, 如果振幅与频率特性得到校正, 相位与频率特性也会如此。如果振幅和相位响应都是固定的, 那么必须固定瞬态响应, 即必须消除回响或overhang "(toole, 《家庭影院的声学设计》, 1999年)

关于这一理论是否适用于小房间, 以及小房间是否有任何最低阶段的区域, 一直存在争论。关于后一点, 声学测量包REW的创建者 john mulcahy 撰写了一篇有用的文章, 解释了如何使用称为群延迟的测量来了解房间响应的哪些区域是最小相位。在前一点上, 我们提出了本文中的测量值, 以证明回响确实可以通过正确部署的均衡来减少或消除。

以下测量是在我的朋友 Jeff Hedback设计的一个专门的9个座位的家庭影院中进行的。在这个项目上, 我们拆分了工作量--我做了校准, 杰夫做了声学设计。空间和费用的实际限制限制了可以部署的低频吸收量, 因此, 人们从一开始就知道, EQ在帮助提高业绩方面是适当的。设计完成的方式是, 座椅到座椅在频率响应上的变化很低, 从而使均衡得到有效应用。在验证测量过程中确认, 一对PEQ 滤波器将有利于提高房间的音质。采用了两个均衡滤波器, 分别为25hz 和50hz。由于房间模式的带宽非常狭窄 (通常在5hz 左右), 因此您需要较窄的带宽或高 Q 滤波器来正确解决这些问题。所使用的滤波器的带宽为0.35 octaves。25hz 的衰减为 13db, 50hz 的衰减为6db。
       在均衡应用之前, 由于50hz 的共振, 钢琴、低音吉他和鼓的发音稍有主观损失。此外, 还有一个显着的 "激励" 的房间在25hz 这样的低频效果从电影稍微吹出风, 甚至使屏幕明显动摇!均衡后, 有一个非常明确的改善发音和在25hz 的房间的通电几乎完全无效, 创造了一个非常清晰和动态的低音呈现。当然, 一个更好的家庭影院, 我有很高兴校准, 一个伟大的证明了家庭影院安装人员, 专家校准器和专业声学设计师的综合技能都发挥着自己的作用。
提出了三种不同的测量结果: 频率响应、时频响应和脉冲响应。频率响应测量清楚地显示了均衡滤波器是如何将响应压平的。时间频率测量, 既表现为瀑布和光谱图, 清楚地显示了衰变时间的减少。脉冲响应测量最清楚地显示了回响的减少。

Frequency response

Time / energy / frequency

Impulse Response

的确, 正确应用均衡可以降低与房间模式相关的频率响应峰和时域ringing。
        家庭影院有9个座位。家庭影院声学设计的重要事项之一是通过声学处理、低音炮放置和座椅位置, 最大限度地减少座位到座位的低音响应变化。如果座椅到座椅的变化较低, 则可以有效地应用均衡。记住, EQ实际上是全体的, 因为它以同样的方式适用于所有席位。在声学设计过程中, hd声学公司的 jeff heedback 对一些低音炮位置进行了建模, 目的是最大限度地减少座椅到座椅的可变性, 包括相对的墙壁和地板位置。最后, 两个低音炮被放置在屏幕后面, 大约在地板和天花板之间

下图显示了频率响应和在位置 b 处的光谱图前后, 位置是对房间的前面的右侧。之前测量的位置是在座椅 c & d 之间 (两个座位的沙发被改成了三个座位)。这两个图形的相对电平不能完全反映由于两个参数 eq 滤波器而产生的变化, 因为在校准过程中对电平进行了其他调整。为便于参考, 这两个测量值都超过20hz 至 20khz, 使用 c 加权计将电平设置为 75db spl。在任何情况下, 它是曲线的形状和 +/-错误是重要的, 看看这个, 你可以看到, 均衡没有使事情变得更糟, 并大大改进了光谱图。

KyleP

楼主把原文链接发一下吧。这反正看着蛋疼。很多错误

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http://www.acousticfrontiers.com/category/blog/，你们英文好的自己看，俺们只好需要微软翻译帮忙。

无影9307

Issue 1: Speaker Boundary Interference (SBIR)

扬声器边界干扰响应 (简称 sbir) 是一个鲜为人知和理解不足的问题, 它是造成过渡频率以下的低音响应中深度下降或sucks-out的原因。sbir 是由扬声器的直接声波和附近边界反射的间接声波的破坏性相互作用引起的。如果直接路径长度和间接路径长度之间的差异 (其中路径长度是声音必须移动的距离) 等于半个波长, 则两个声波将破坏性地结合在一起, 并在频率响应中出现一个凹槽。通过应用波长公式可以计算出干扰发生的频率, 如下所示: 抵消频率 = 声速/(2 * 路径长度差)。小房间中的所有边界都会造成干扰和声音的suck-out--天花板、前墙、后墙、侧壁和地板

A frequency response chart showing evidence of SBIR at 79Hz. A good measurement would not show any deep nulls. Note that measurements of frequency response in the bass region need to be taken with high resolution (here 1/24th octave smoothing is used).

使用正校正滤波器 (例如, 以 79 hz 的 6 db 升压) 试图消除这种抵消将是无效的, 因为直接声的增加强度将反过来增加

间接声

强度。只有在有关边界的反射点使用吸收, 才能减少抵消深度的大小, 这将减少间接波前的幅度, 从而减少抵消的量。如果间接波前的幅度可以减少 50%, 那么在 null 时预期的取消也将减少50%。sbir 发生的频率也可以通过扬声器的运动和听位置的变化而变化。在扬声器和低音炮交叉频率在80赫兹的情况下, 将主音箱定位在距离任何边界超过四英尺的地方, 并将低音炮放置在角落, 将有效地消除 sbir 的影响, 因为低音炮的直接路径长度和间接路径长度没有差异, 并且主音箱的抵消频率将低于低音炮的交叉频率。

Issue 2: Strong Early Reflections

当我们在一个小房间里听音乐时, 我们听到的是扬声器的直达声音和通过房间表面反射回来的声音的结合，如 Benade (从仪器到耳朵在房间, 音频工程学学会学报 1985年) 陈述:
"听觉系统将组合一组重复的声音序列 (即直接声音及其反射音) 的信息组合在一起, 听到它们, 就好像它们是一个单一的实体一样。单独感知的复合实体表示有关信号集共享的声学特征 (音调颜色、清晰度等) 的累积信息。听到这里的声音, 仿佛所有后来的到来和第一个没有任何延误。“
在小房间里, 反射对我们听到的声音的贡献可以达到 6 0%。因此, 我们从声音质量的角度在一个小房间里听到的东西, 既是由反射的声音决定的, 也是由直接的声音决定的。已知到达耳朵的反射声音会导致色调颜色的感知变化, 并增加声场的宽度和空间宽敞。由于这些影响, 声学家普遍接受的目标是, 所有反射的大小都比直接声音低 10 db。请注意, 在负 10 db 的声音被认为是响度减少大约一半。

This diagram shows energy against time. Evidence of strong early reflections can clearly be seen where the plot crosses the -10dB line - there are a number of these prior to 13ms. A good measurement would show a plot that did not cross the -10db line after the direct sound at 0ms.
可以明确地说, 房间校正产品不能降低从边界反射的声音的百分比。如果应用-3 db 的校正过滤器, 则直接声音和反射声音的电平确实都将减少-3 db, 但重要的是, 直接声音与反射声音的比率仍然相同。反射的水平只能通过适当使用吸收或扩散或选择旨在控制方向性的扬声器 (即波导、偶极子、角) 来控制。这些扬声器的一些例子是那些公司的Emerald Physics, GedLee and Gradient, , 这都是为了控制色散和减少从相邻边界反射的声音能量量。

Issue 3: Long decay times

衰减时间更广泛地被称为混响时间, 通常由 "rt60" 测量定义, 或声音水平衰减 60 db 所需的时间。从纯粹的科学角度来看, 在小房间中使用 rt60 是无效的, 因为科学和推理是基于 "统计上扩散" 声场的假设, 而这不是一个小房间的特点。然而, 从实际角度来看, rt60 是一个很好的指标, 在以实现高质量的声音再现时，混响时间是否在可量范围内 。经验丰富的声学顾问或声音工程师将能够检测到一个现场的房间, 只需发言或拍手, 并听取声音场的回响。对于两个声道音频和家庭影院, 目标 rt60 是不同的。两个声道音频需要一个衰变时间较长的房间, 以制造包络的假象, 因为在这方面没有环绕声扬声器来协助。过度的混响, 即使在无法检测到明显的回声的情况下, 也可以听到减少系统对关键声学线索 (如录音室的衰变特性) 的检索。此外, 如果声音在房间内衰减时间过长, 低平的细节和色调颜色都会受到影响。

This is a decay time graph, where the vertical axis represents decibels and the horizontal axis represents time. RT60 is calculated based on an extrapolation of part of this graph, typically the part from -5 dB to -35 dB. The smooth black line, if extended to -60 dB would read about 1.1s on the time axis, which is the RT60 of this room. This is way too high for high quality sound reproduction - the reverberation time should be around 0.4s for a two channel system, slightly less for a home theater.
只有通过适当的装饰选择、家具和使用吸受等声学处理, 才能将房间的衰变时间提高到高质量的声音再现所需的水平。正如声学科学公司创始人 art noxon 所说: "如果你房间里没有声学处理, 而且你有一个 dsp 处理器, 房间里的声音的清晰度会发生什么变化？你还在给房间添加能量。你还有混响的时间。你仍然缺乏你之前的清晰度..。dsp 不能解决房间的衰减率系数问题, 均衡也不能解决房间的衰减率问题。没有电子吸音器出售。

结论

我希望你已经发现这篇文章有教育意义, 你现在对房间校正产品无法解决的三个声学问题有了很好的理解。房间矫正并不是一个神奇的万能药, 并不能解决我们的房间给我们造成的音质问题。它不能解决相位交互问题, 如扬声器边界干扰, 导致可听到的低音suck-out。它也不能解决长时间的混响时间和强烈的早期反射, 降低成像, 声音分级和清晰度。这些问题只能通过良好的声学设计、处理和系统设置技术来解决。
你如何看待房间校正在现代高品质声音再现系统中的作用？你意识到房间校正不能解决我们的听力室的所有声学问题吗？

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ejizhan1978

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