【今日讲坛】建筑声学基础知识：视听空间的房间比例设计

　　【家庭影院网 HDAV.com.cn】一套家庭影院的组建成功与否，最直观的表现就是所得到的音效。然而声音好不好听，除了使用的音响器材本身因素以外，还存在着器材搭配、调整和空间因素的影响。在这其中，空间因素是影响最大的，也是最难以克服的。各种不同类型房间的声学特性，将会对声音的回放造成各种各样的影响，这其中的房间大小与比例则是至关重要的部分。　　 转自www.laowoniu.com

　　下面，小编就与大家一同来了解视听空间房间比例设计的原理，认识国际公认的效果比较理想的视听空间房间比例。

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　　一、视听空间房间比例设计的原理

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　　1、波尔围线(Bolt-Area) 转自www.laowoniu.com

　　在上个世纪早期关于房间比例的研究与讨论过程中，取得最大成果的当数来自著名声学专家Bolt所带来的波尔围线(Bolt-Area)，将生硬的数字比例转变为具体的图像范围。Bolt假定刚性矩形房间的固有共振频率被均匀分开，那么在声音频率响应曲线上将会更加平坦，不会出现过多的峰谷。不过就现在的声学理论来看，利用平均模式间隔作为基本理论并不够理想，但是在当时来说，不能不说是重大的突破。　　 转自laowoniu.com

　　波尔围线 hdav.com.cn

　　波尔围线对后世房间比例的研究带来极大的帮助，图中的横轴为W(房间宽度比值)，纵轴为L(房间长度比值)，房间的高度比例定为1。Bolt认为封闭曲线内部的范围是较为理想的房间比例取值，而这条封闭曲线是针对中小型房间推导出来的，曲线内部左方对应的是体积相对较小的房间，右方则是对应体积较大的房间。当年Bolt也留意到在封闭曲线之外的区域同样也存在多个可以接受的房间比例，这正是由于他所依据的平均模式间隔作为基础的理论仍然存在缺陷所确定的。　　 转自老蜗牛家庭影院博客

 

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　　2、小房间声学系统

　　谈及家庭视听空间的声学缺陷，就必然联系到小房间声学系统。由于房间容积较小，三边的长度与声波波长能产生一定的比例关系，必然会由于房间的固有共振频率模式而引起某部分频段的声音叠加或者衰减的现象，造成房间声染的问题，导致房间声音质量下降。　　

　　家庭视听空间的声学缺陷包括了驻波、梳状滤波、共振与简并等声学缺陷。当中与房间大小与比例相关的包括驻波、共振与简并。当房间的尺寸与低频部分波长相近或与低频部分波长呈简单倍数关系时，房间就会产生驻波现象。房间共振方式有三种，包括轴向共振、切向共振以及斜向共振。

　　下图为房间共振形成图：　　

　　当用户的音响系统发出的某一声音频率与房间中的某个固有频率相同之时，整个房间便会在该频率上产生共振，使得房间中某几个固定位置上的声音出现叠加变成峰值，声音变得响亮;同时也会使得房间内的某几个固定位置上的声音出现谷值，声音变得柔弱，这就形成了驻波。　　

　　二、视听空间房间大小与比例研究发展历程

　　从上个世纪开始，声学界对视听空间房间比例的探讨就层出不穷。下面我们将从早期视听空间房间推荐比例、目前著名的视听空间房间比例范围计算方法和目前国内外组织与机构关于视听室房间大小与比例的推荐标准三个方面着手，对视听空间房间大小和比例研究发展历程来做回顾。

　　1、早期著名的视听空间房间推荐比例

　　对于视听空间的房间大小与比例的研究，其实从上个世纪40年代就陆续得到了不少著名声学专家的重视，并发现房间的比例与大小是两个互相影响的房间声学特性。起初大多数的研究是围绕演奏厅、录音室等环境而进行的，经过数十年的发展，随着家庭影院逐渐成熟与普及，国际上也出现了针对小空间家庭视听空间房间大小与比例的标准。现在，绝大多数优秀的家庭影院视听空间的建立都是基于这些标准之上。　　

　　关于视听空间房间的形状，这些声学专家认为矩形的房间易于建筑以及进行声学控制，同时任何环境都要尽量避免凹表面，因为它会引起声学上的聚焦点与盲点，难以消除影响。以下为最著名的几个声学专家推荐房间比例(高：宽：长)：

　　A、Sabine 1:1.5:2.5

　　该比例的声学模拟图：　　

　　高:3m，宽:4.5m，长:7.5m，面积:33.75m²，容积:101.25m³

　　B、Volkmann 1:1.6:2.5

　　该比例的声学模拟图：　　

　　高:3m，宽:4.8m，长:7.5m，面积:23.04m²，容积：69.12m³

　　C、Knudsen 1:1.88:2.5　　

　　高:3m，宽:5.64m，长:7.5m，面积:42.3m²，容积：126.9m³

　　D、Harmonic 1:2:3

　　该比例的声学模拟图：　　

　　高:3m，宽:6m，长:9m，面积:54m²，容积：162m³

　　E、Boner 1:1.26:1.59

　　该比例的声学模拟图：　　

　　高:3m，宽:3.78m，长:4.77m，面积:18m²，容积：54m³

　　F、黄金比例 1:1.62:2.62

　　该比例的声学模拟图：　　

　　此外，还有早期欧洲声学专家们推荐的1:1.67:2.67。从这7个推荐的房间比例可以得知，大致将房间比例的范畴定于1:(1~2):(1.5~3)区间之内，虽然上面几个房间推荐比例多是针对容积较大的音乐厅而设定的，但也为后期的小房间比例标准的建立打下了坚实的基础。当中值得留意的是由Boner所推荐的1:1.26:1.59，这是为容积较小的广播演播室而推荐的房间比例，也最终成为家庭影院视听空间房间推荐比例国际标准的前身。

　　

　　2、视听空间房间比例范围计算方法

　　在早期声学专家对房间比例方面取得的研究成果的基础上，自上世纪60年代到现在，不断出现全新的寻求最佳房间比例范围的计算方法，当中较为出名的包括以下几种：

　　A、Gilford：松散共振频率统计法

　　Gilford对大约20Hz的驻波带宽进行查找分组，改变房间的尺寸，不断计算，直到出现一个令人满意的平均分布。当年，Gilford是通过手工计算的方式来完成，工作量之巨大让人佩服。Gilford当时也指出了Bolt所建议的1:1.5:2.5比例存在着一定的问题，原因在于轴向模式导致房间声学特性的改变。　　

　　B、Louden：共振频率分布标准差均匀度统计法

　　1971年，著名的声学专家Louden使用共振频率分布标准差的均匀度统计方法，计算精度比早期Bolt所提出的采用平均差统计法的更加精确。Louden在1:(1.1～1.9):(1.1～2.8)的房间比例范围内，比例间隔为0.1的125个矩形房间分别计算出前36个共振频率及其标准差。为了避免房间容积方面的影响，Louden所选取的各个比例的体积均选取了201.6 立方米，然后再以标准差为判断方式列出统计所得出的125个房间的尺寸比例的优劣次序。

　　于是就产生了现在国际广播电视组织与欧洲广播联盟推荐的1:1.4:1.9的房间比例，另外1:1.5:2.1、1:1.4:2.1以及1:1.6:2.1等经典房间比例都出现在Louden的研究成果之中。从Louden的研究所得出的房间比例数值与Bolt所带来的波尔围线相比较，最佳的三个数值均在围线的中部，与波尔围线相当接近，为后人选取最佳的房间比例尺寸提供了便利。　　

　　C、Bonello：1/3倍频驻波密度统计法

　　1981年，又一位声学专家Bonello对房间比例的统计方法展开全新的研究。Bonello的研究的主要根据是：当进行1/3倍频程至更高带宽时驻波密度是不会减少的，5个或更多一致的频率模式在1/3倍频程中是可以接受的。Bonello认为一个良好的视听空间共振频率在1/3倍频程内的共振频率密度是单调递增的，后一频程中的共振频率数量总是比相邻的前一频程更多。

　　一种全新的统计方式出现了：只需将各种不同比例的房间低频段的共振频率计算出来，分析各1/3频程中的共振频率数量，如果属于单调递增，那么这个房间尺寸比例就较佳。　　

　　Bonello也将自己的研究结果与Bolt的波尔围线相比较，发现封闭曲线中的某些比例不能满足要求，相反曲线外的某些比例则可以接受。此外，Bonello指出：共振频率的分布状况除了与房间长宽高的比例有关之外，还与房间的容积有关。

　　对于小容积房间合适的比例，在容积较大的房间就不一定合适。反之也一样。当中，Bonello发现1:1.25:1.6这个比例，对于60m²、200m²以及400m²同样也能符合共振频率分布密度呈单调递增的要求。Bonello的这套理论在目前专业演播室与录音室的设计过程中都取得了非常理想的效果。　　

　　3、关于视听室房间大小与比例的推荐标准

　　经过前人的研究积累，目前关于视听空间形状、大小与比例方面，国内外组织与机构都订立了相关的标准与推荐值，当中包括国际电工委员会、国际广播电视组织、欧洲广播联盟、Dolby公司、THX公司、PMI公司、清华大学等等。

　　在这些规定之中，尤以国际电工委员会带来的IEC29-B家庭视听空间标准为重点，是家庭影院房间设计参考的重点标准。而又Dolby公司专门为顶级电影后期审片室而制定的相关推荐标准，对于家庭影院视听空间的设计同样也有着重要的意义。因为家庭影院的前身就是电影后期审片室，电影后期审片室是家庭影院建造的标准。相对而言国际广播电视组织与欧洲广播联盟所推荐的房间大小与比例标准是针对广播录音室环境而制定的，与家居环境仍有一定差异。　　

　　值得注意的是，大家在参考相关标准的时候，除了要留意房间的推荐比例之外，还需要留意推荐的房间容积，两者都会影响房间的声学特性。房间容积较大的推荐比例，也许并不适合作为容积较小的房间的推荐比例。

　　除此之外，在各种的推荐标准中，也展开了对房间形状的讨论，如THX与PMI公司就认为，除了矩形的房间形状，其他形状的房间也可用来作为视听空间(当中不包括正方形)，但是由于很难对房间的声学特性进行预测、计算与控制，并不推荐使用。　　

　　A、IEC29-B家庭听音室设计标准

　　关于视听室的建立标准，由IEC所建立的IEC29-B家庭视听室标准是最具权威性的标准。与IEC早期带来的IEC268-13视听室标准相比，IEC29-B标准更加详细与准确，适合于面积较小的房间使用，便于用户在普通家居环境之下建立家庭影院视听室。由于IEC机构是建立在欧洲地区，因而IEC29-B标准也是根据欧洲家居环境的状况对房间三边的长度、比例以及房间的面积以及混响时间等提出了相关的建议。　　

　　在房间的形状方面，建议最佳的房间形状是矩形，稍微梯形的四边形也在接受范围，但是绝不建议采用正方形或者窄长的形状，以减低低频共振所造成的房间声染的严重问题。推荐的房间比例为1:1.6:2.4(高:宽:长)，建议的房间面积应该在24m²以上。此外，IEC29-B标准还对房间内部的装饰进行了细致的规定，要求音箱前方的地面无地毯等吸音物料，音箱的背后与天花顶棚呈现反射性，音箱的前面呈现吸声性。

　　B、Dolby在顶级电影后期审片室房间设计方面推荐建议

　　Dolby(杜比)在电影后期审片室房间设计方面有着相当独到的一面，具体就表现在Dolby最顶级的PREMIER STUDIO顶级电影后期审片室的认证之中，当中有提及房间设计这方面的要求。Dolby认为最佳的房间面积应该在45m²以上，最佳的房间容积应该在150m³以上。由此，可以发现空间过小的房间特性较差，同时也更难进行声学处理。　　

　　C、专业广播视听室的国际标准EBU(欧洲广播联盟)在房间比例与容积方面的推荐

　　专业广播试听室的房间设计实际上也属于小空间的房间声学范畴，与家庭视听室实际上也同出一辙。EBU与OIRT对于广播视听室房间比例与尺寸都有共同的推荐标准，以1:1.4:1.9与120m³为立体声试听室的最佳比例与房间容积，这个比例广泛应用于欧洲各国的广播试听室的设计中。值得留意，这个参考标准是依据当年Louden共振频率分布标准差均匀度统计法所得的参考标准，同时也完全符合波尔围线推荐的房间比例。推荐的房间比例(高:宽:长)：1:1.4:1.9，建议房间容积：120m³。

　　D、国内相关的家庭视听室标准

　　环顾全球IEC29-B标准已经成为家庭视听室房间设计标准的主流。不过国内同样也有关于家庭视听室房间设计的的标准，其中《扬声器听音试验国家标准》规定了视听室的最佳混响时间，《家庭影院用环绕声放大器通用规范》则规范了家庭影院视听室的基本特征，关于房间比例与容积推荐标准则在《家庭影院用环绕声放大器通用规范》之中。《家庭影院用环绕声放大器通用规范》认为视听室内声音频响曲线应尽可能平滑，无明显声染色。　　

　　在100～5000Hz频率范围内，室内不应有任何异常共鸣和颤动回声。至于空场(无聆听者)时的本底噪声，在视听室的聆听区域测得的本底噪声级别应低于35dB(A计权、慢档)。视听室推荐容积为80 m³，高为2.8m，长为6.7m，宽为4.2m，房间的比例为1:1.5:2.39。将这个推荐房间比例放置在波尔围线中，正好在封闭曲线之内，属于Bolt推荐的房间比例之一。从我国对于房间比例与容积方面的推荐，不难发现这与国际标准非常吻合，表明了我国在房间声学设计方面已经与国际完整接轨。推荐的房间比例(高:宽:长)：1:1.5:2.39，建议房间容积：80m³。　　

　　E、清华大学在家庭视听室房间设计方面的推荐建议

　　清华大学在建筑声学方面也有相当深入的研究，包括在小空间的家庭视听室设计方面。清华大学方面认为规则的房间形状容易在室内造成声学缺陷，尤其是空间的长宽高比例是整数比的情况。因此，可以在视听室设计之初，确定房间大小的同时调整房间的长宽高比例。理想的视听室房间长宽高的比例应该为1:1.4:1.26，不过这样的比例在建筑设计条件中是很难达到的，以下表格中的推荐比例可作为参考：　　

　　采取上表中的推荐比例，可以使室内共振模式均匀分布在全频带的范围内，避免集中在某一频带附近，造成房间声染现象。清华大学在这里并没有特别强调房间的容积，实际上由于这些比例均是建立在家庭视听室的小空间，因此，都符合普通家庭环境中使用，大家在选择的过程中，可以结合房间的形状来综合考虑，不必拘泥于某种最佳比例。

　　结语：房间比例与大小是构建理想视听空间的重要基础。通过了解目前国际上比较公认的视听空间房间比例，可以帮助我们更好地进行室内声学设计，以得到理想的听音效果。更多新鲜好玩的家庭影院资讯请关注家庭影院网http://www.hdav.com.cn (微信：hdavcomcn)，全国极具影响力的家庭影院音响玩家互动媒体网站。

　　注：本文转自影音新生活。 文章为作者独立观点，不代表家庭影院网立场