混响时间 RT60

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混响时间是一个房间最重要的声学特性之一。不管是日常起居室,演出场所还是办公室,知道其混响时间都有非常重要的意义。

虽然在 ISO 3382 和 ASTM E2235 等标准中对混响时间有详细说明,我们还是为您介绍从技术原理到实际测量的一些基本内容。

我们是声学测量领域的专业仪器制造商和专家。

您不仅能学到知识,也能找到帮助您完成工作的重要工具。

什么是混响时间?

室内的声音会在各个表面,如地板、墙壁、天花板、窗户或桌子等不断反射,当这些反射声互相掺杂,就会出现人们熟悉的混响现象。混响是一系列反射声的集合。

混响时间是指在一个封闭的区域内,声源停止后声音“消逝”所需的时间。

混响时间是评价室内声学品质的重要参数。

若反射声遇到吸声平面,如窗帘,软椅甚至人,混响时间都会减小,而遇到墙壁,吊顶,门或玻璃窗等,则会互相叠加,从而增大混响时间。

直观感受下混响时间,了解如何拍拍手就能估算 RT60

混响时间 RT60 如何定义?

RT60 是测量混响时间的客观方法,表示从声音突然停止到声压级降低 60 dB 所用的时间。RT60 也经常被用作混响时间的缩写。

房间内不同位置的 RT60 值各不相同。因此,最常见的是用各处测量的平均值作为结果。

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若室内混响时间 RT60 < 0.3 秒则声学上称其是“沉寂”的。

而在混响时间 RT60 > 2 秒时称其是“浑浊”的。

混响为何重要?

太多的混响对语言清晰度有不利影响,也就是说,你更难听清别人在说什么。

混响十分常见,很多演讲者会放慢语速,并在每句话之间些许停顿以给混响留一些时间,这样听众才更容易听清,演讲者的态度和观点更易于接受。

会议室的声学环境尤其充满挑战。演示白板,时尚的玻璃墙和面积很大的会议桌都极为容易反射声音。这无疑会增加混响时间并影响语言清晰度。

另一方面,如果混响太少,又会使声音不够饱满丰富,这对音乐会等意义重大。

视频:如何测量混响时间 RT60

视频介绍了如何使用 XL2 分析仪,DS3 十二面体扬声器和 PA3 功放测量混响时间 RT60。

七步测量混响时间 RT60

1.

在 XL2 的主菜单中选择 RT60 功能。

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2.

在房间安静时选中 SET 并确认。

NTi-Audio-XL2-RT60-SET-Finger_410_231

3.

在 PA3 功放(或其它声源)选择“EQ Pink”经均衡的粉噪声信号,并调节电平(注意听力保护)。

NTi-Audio-PA3-Level_410_231

4.

按下 XL2 上的开始键测量 RT60。

NTi-Audio-XL2-RT60-Start-Finger_410_231

5.

开关声源至少 3 次(测量三次)。

NTi-Audio-PA3-Remote_410_231

6.

按下 XL2 停止键。

NTi-Audio-XL2-RT60-Stop-Finger_410_231

7.

生成报告。

NTi-Audio-RT60-office-report-410-231

测量仪器

推荐使用 XL2 声学分析仪测量混响时间 RT60,它的全自动测量功能大大简化了操作,省时省力。

XL2 声学分析仪 RT60 功能

XL2 特性

  • 对脉冲和闸控噪声信号自动触发
  • 自动平均多次测量
  • 频谱结果
  • 完整的文档记录
  • 符合各国标准

更多关于测量设备的拓展

不确定度和相关因子

RT60 使用实际测得的衰减曲线,通过最小二乘法计算而来。简单来说,通过计算,找到一条最能拟合测量数据的直线(线性拟合)。

XL2 还会自动计算两个辅助结果,相关因子和不确定度。这都是标准要求的,能体现结果的精度。

  • 相关因子(Correlation)表示计算出的线性修正和实际衰减曲线的匹配度有多高。较高的相关因子代表线性度更好,失真更小的衰减曲线。
    相关因子以百分比表示,100% 表示声源停止后声压级完美线性衰减。实际相关因子不会这么高,一般在 80% 至 100% 之间。
  • 不确定度(Uncertainty)的引入是因为粉噪声不是连续信号而是随机信号。不确定度取决于测得的混响时间(混响时间越长,不确定度越低)和每个频带的带宽(带宽越宽,不确定度越低)。低频部分的不确定度更高。

    不确定度受测试周期,测试方法(T20 或 T30 结果)和测量时分辨率(1/3 或 1/1 倍频程)影响。

    所以,要获得更小的不确定度(也就是更好的结果):

    • T30 结果比 T20 结果更好;
    • 1/1 倍频程比 1/3 倍频程结果更好;
    • 5 个周期比 3 个周期的结果更可靠(注意:标准通常要求至少测量 3 个周期)。
我应该怎样放置麦克风位置?临界距离的概念。

推荐将麦克风和声源多放几处不同位置,并将测量结果平均,以补偿房间声学响应(由房间空间结构造成的声学响应)。

麦克风一定要距离任何反射面(墙壁,门,窗户,地面,桌子等) 1 米以上。

此外,还有一个公式帮助我们确定麦克风与声源间的距离。它确定了进行有效 RT60 测量时麦克风与任意类型声源的最小距离。

这被称作临界距离(critical distance,单位:米)。公式并不复杂:

V = 房间的体积 [米3]
C = 声速 [米/秒]
T = 预估的混响时间 [秒]

比如,20 ℃时,在一间 10 米 x 9 米 x 3 米的小厅,预估混响时间 2 秒,则麦克风必须离声源 1.6 米以上。

V = 10*9*5 = 450 米3
C = 342 米/秒 (@ 20℃)
T = 2 秒

临界距离 Dc = 2*√ 450/(342*2) = 1.6 米

1/3 倍频程和 1/1 倍频程分别率应该选哪个?

标配的 XL2 分析仪以 1/1 倍频程测量混响时间 RT60,安装扩展声学包可以测量 1/3 倍频程分辨率。

对大多数应用来说,测量 1/1 倍频程结果已经足够,除非标准中明确要求测量 1/3 倍频程。

T20 和 T30 方法怎么选?

声源声压级能达到 100 dB,房间本底噪声最大 55 dB 的情况下就可以使用 T30 方法

通常情况下一个房间(比如公寓或办公室)的环境噪声所产生的本底噪声约在 40 - 50 dB。要测量 60 dB 的衰减,声源就必须在本底噪声基础上再加 75 dB(5 dB 为自动触发需要,10 dB 为余量)。也就是需要在整个频带上发出 125 dB 的声音,这不仅在实践中,即便技术上也很难实现。

因此,在实践中,我们通常只测反射声衰减 20 dB 或 30 dB 的时间。这就是人们熟悉的 T20 或 T30 测量法。如果衰减是线性的,可以推算出

  • RT60(T20) = 3 * (声压衰减 20 dB 所需的时间)
  • RT60(T30) = 2 * (声压衰减 30 dB 所需的时间)

总的来说,T30 比 T20 更好,因为它不确定度更低。但是当本底噪声太大或者声源不足以发出 45 dB 的余量时,T20 是您最好的选择。

怎样得出单一的 RT60 结果?

可以通过平均一系列频带的测量值计算单一 RT60 结果。

当您使用单一 RT60 值作为结果时,不要忘记注明结果平均所用到的频率,否则结果毫无意义。

比如,可以使用倍频程结果中 500 Hz 和 1000 Hz 的值计算单一的 RT60 值。

频率 f [Hz]倍频程 RT60 [s]
630.90
1250.87
2500.76
5000.67
10000.59
20000.56
40000.56
80000.51

(0.67 + 0.59) / 2 = 0.63

结果可以表示为:RT60[500Hz, 1000Hz] = 0.63

对于 1/3 倍频程测量结果,您可以选择从 400 Hz 到 1250 Hz 上 6 个频带的值用于平均。

频率 F [Hz]1/3 倍频程 RT60 [s]
500.29
630.25
800.31
1000.20
1250.22
1600.21
2000.27
2500.22
3150.41
4000.34
5000.36
6300.25
8000.22
10000.23
12500.22
16000.22
20000.25
25000.21
31500.20
40000.22
50000.22
63000.21
80000.23
100000.22

(0.34 + 0.36 + 0.25 + 0.22 + 0.23 + 0.22) / 6 = 0.27

结果可以表示为:RT60[400Hz-1.25kHz] = 0.27

根据 ISO 3382-1 标准,上述两个结果还可以额外标注 T30,midT20,mid,取决于您测量 RT60 时所选的衰减量(20 dB 或 30 dB)。为了得到规范的报告,也为了便于日后在相同测试条件下复现结果,推荐在报告中列出完整频率和结果。

我应该一个人测量吗?

整个测试流程和 XL2 声学分析仪就是为单人设计的。

不过,虽然很吵,但多一个人帮您移动声源总是好的。

测量过程中所有人都要保持静止和安静。所有人都要带听力保护设备。不要让任何人靠近麦克风。

房间中的人会吸收声音能量从而降低 RT60 值。您需要记录测量中在现场的人数。

XL2 RT60 技术指标。

XL2 声学分析仪:

  • 符合 ISO 3382 和 ASTM E2235;
  • 63 Hz - 8 kHz,1/1 倍频程结果,可选 T20 和 T30 方法;
  • 安装扩展声学包选件测量 1/3 倍频程的 RT60,可选 T20 和 T30 方法;
  • 结果范围:10 ms - 30 s;
  • 最小 RT60 (典型)
    • < 100 Hz:0.3 s
    • 100 - 200 Hz:0.2 s
    • > 200 Hz:0.1 s
  • 基于施罗德法测量;
  • 测试信号:脉冲声或闸控粉噪声,由 MR-PRO,MR2 或 测试 CD。
XL2 是怎样测量 RT60 的?

XL2 声学分析仪自动测量混响时间 RT60:

  • 检测到声压级降低了 5 dB,这表明声源已经关闭,XL2 开始测量时间和声压级衰减;
  • 根据用户选择,确定声压级降低 20 或 30 dB 的时间;
  • 对测得的衰减曲线进行线性拟合;
  • 计算混响时间
    RT60(T20) = 3 * (声压衰减 20 dB 所需的时间)
    RT60(T30) = 2 * (声压衰减 30 dB 所需的时间)

RT60 测量声源

一定要注意听力保护,因为 RT60 测量声源的声音响度非常大!

取决于您所测房间的类型和用途,有多种声源可以选择。

根据 ISO 3382 和 ASTM E2235 等标准,多数混响时间 RT60 的测量都需要使用扩散声源,也就是说,声音在各方向的能量必须一致。对于精确测量,声源必须具备全指向性。

脉冲声的声音几乎是瞬时的,如拍击,爆裂或枪击。 ASTM E2235 标准不允许使用脉冲声源。

选择声源

十二面体全指向性声源


十二面体声源套件(点击放大)

专业解决方案

强大的全指向性声源适用于多数应用。

优势

  • 相对能发出 120.5 dB 的声源十分轻便
  • 无线远程控制
  • 均衡的粉噪声涵盖 100 Hz - 8 kHz
  • 较低功率压缩确保长时间工作的稳定性
  • 可重复使用
  • 在 ASTM E2235 不允许使用脉冲声源时仍可使用

不足

  • 您需要额外带上它
场地现有扩声系统

MR-PRO 音频信号发生器

如果场馆实在太大(如大型体育场),那使用其自带的扩声系统或许是您的唯一的合理选择。

尽量让扩声系统发出的声音符合要求,尤其是低频。

优势

  • 粉噪声覆盖全频带
  • 可重复使用
  • 在 ASTM E2235 不可使用脉冲声时可使用

不足

  • 扩声系统可能无法将声音均匀送达各处
功率足够的可移动扬声器

MR-PRO 音频信号发生器

确保您的扬声器能发出足够的能量,尤其是低频。

为了补偿扬声器指向性问题造成的不确定度,您需要在尽量多的位置多次测量。

优势

  • 成本较低
  • 粉噪声能覆盖测量频率
  • 房间尺寸仅受扬声器大小限制
  • 可重复使用
  • 在 ASTM E2235 不允许使用脉冲声源时也可使用

不足

  • 由于扬声器指向性问题,测量结果可能不够准确
  • 您得自己带着它
发令枪

不推荐携带发令枪进入机场或学校等场所。

枪的口径越大,其能涵盖的频率越多,能产生的声能也越大,便能测量更大的空间。

枪弹击发会留下火药残留 - 请在使用前确认是否合适,特别是对火药比较敏感的场所,比如酒店。

优势

  • 携带方便
  • 使用简单
  • 重复使用成本较低 - 只需换弹药
  • 具备全指向特性

不足

  • 枪械可能会造成不必要的紧张
  • 空间较大时发令枪的能量可能不够
  • 发令枪可能无法覆盖整个测量频率
  • 购买发令枪或许不便
  • 需要购买弹药
  • 一些标准不允许使用脉冲声源
戳破气球

气球越大,其能涵盖的频率越多,能产生的声能也越大,便能测量更大的空间。

请使用质量合格的气球,便宜的气球或许会在您的客户面前不合时宜的爆炸。

优势

  • 便于携带
  • 符合全指向特性

不足

  • 可能更费时间,你需要给气球充气
  • 气球或许难以覆盖测量频率
  • 气球的声音可能不够大
  • 一些标准不允许使用脉冲声源,如 ASTM E2235
拍击板

优势

  • 携带方便
  • 无需设置
  • 重复使用
  • 符合全指向特性

不足

  • RT60 结果可能无效,因为拍击板难以覆盖测量频率
  • RT60 结果可能无效,因为拍击板声音可能不够大
  • 一些标准不允许使用脉冲声源,如 ASTM E2235
拍手

拍手可以预估混响时间 RT60。

优势

  • 快速评估的好方法
  • 零成本
  • 全指向性

不足

  • RT60 结果可能无效,因为拍手难以覆盖测量频率
  • 拍手难以触发测量
  • 一些标准不允许使用脉冲声源,如 ASTM E2235

关于声源的扩展

声源需要播放多久?

在关闭声源触发测量前,应该播放足够长的时间让注入声和吸收声达到平衡。换句话说,要有足够的时间让声音充满整个空间。

总的原则是,粉噪声播放时长不能短于预估的混响时间 RT60。

如果不确定,每次测量前播放声源 5 秒。

跳出思维局限

如果你发现自己要测量的是一间很大或很长,又没有扩声系统的房间,那你就得想一些有创意的方法发出声音了。比如用一本结实的书摔在地上。

我们鼓励大家跳出思维局限,您可以关注我们,分享自己富有创意的测量方法。

为什么我们要 12 个扬声器?

十二面体
名词
十二面体是指由十二个面组成的三维多面体。源于希腊单词“dodekaedros ”,也就是十二个面的意思。

建筑隔声和精确的混响时间测量需要使用全指向性声源。全指向性声源能向所有方向发出均衡的能量。安装于多面体的扬声器组能够输出一致,全指向的声辐射。

可以用来制作全指向性声源的多面体只有以下五种:

四面体(tetrahedron)有四个三角形面
六面体或正方体(hexahedron / cube)有六个方形面
八面体(octahedron)有八个三角形面
十二面体(dodecahedron)有十二个五边形面
二十面体(icosahedron)有二十个三角形面

国际标准 ISO 3382-1:2009 和 ISO 16283-1:2014 明确规定了无指向性声源的指向性。要得到充分接近无指向性的的一致声辐射,十二面体是最佳选择。

NTi Audio 在设计十二面体声源时,充分考虑了携带的便捷性,能提供强大的声功率,同时确保频谱的平坦和一致性 - 所有这些,都能以一个可接受的价格提供。

规范的报告

XL2 声学分析仪将测得的 RT60 结果保存在 SD 卡上。数据以文本格式包含了所有相关信息,所以可以被轻松导入到如 Excel 等电子数据表程序中处理。数据经制表符分隔,直接将 .txt 文本文件拖入 Excel 等软件即可方便的查看结果。

“室内声学报告软件”能帮您生成标准化报告。该软件是帮助声学专家可视化数据并详细分析测量结果的有力工具。

国际标准

ISO 3382-1 标准中明确了演出场所混响时间 RT60 的要求,普通房间的要求在 ISO 3382-2 中,而开放办公室则在 ISO 3382-3 中有所规定。ASTM E2235 中也有相关要求。

标准中列出了一些典型场所和推荐的 RT60 值:

场所体积临界距离 Dc推荐 RT60
 录音棚< 50 m31.5 m0.3 s
 教室< 200 m32 m0.4 - 0.6 s
 办公室< 1'000 m33.5 m0.5 - 1.1 s
 报告厅< 5'000 m36 m1.0 - 1.5 s
 音乐厅,剧院< 20'000 m311 m1.4 - 2.0 s
 教堂2 - 10 s

推荐阅读

直观感受下混响时间,了解如何拍拍手就能估算 RT60

ISO 3382-1 标准定义了演艺场所的 RT60;ISO 3382-2 标准定义了普通房间的 RT60;另外还有关于 RT60 的 ASTM E2235 标准。

ISO 3382-1:表演场所
ISO 3382-2:普通房间的混响时间
ASTM E2235

一般情况下,混响时间都可以通过使用吸声材料,像厚地毯,窗帘,布艺家具或专门的吸声面板等来降低。此外,室内有人时也能降低混响,这时的混响时间 RT60 就比空场时要小。了解关于吸声材料的概念。

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