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。

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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。

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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]
63 0.90
125 0.87
250 0.76
500 0.67
1000 0.59
2000 0.56
4000 0.56
8000 0.51

(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]
50 0.29
63 0.25
80 0.31
100 0.20
125 0.22
160 0.21
200 0.27
250 0.22
315 0.41
400 0.34
500 0.36
630 0.25
800 0.22
1000 0.23
1250 0.22
1600 0.22
2000 0.25
2500 0.21
3150 0.20
4000 0.22
5000 0.22
6300 0.21
8000 0.23
10000 0.22

(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 m3 1.5 m 0.3 s
 教室 < 200 m3 2 m 0.4 - 0.6 s
 办公室 < 1'000 m3 3.5 m 0.5 - 1.1 s
 报告厅 < 5'000 m3 6 m 1.0 - 1.5 s
 音乐厅,剧院 < 20'000 m3 11 m 1.4 - 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。

接下来去哪儿?

了解完混响时间 RT60,还有你感兴趣的更多话题。

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