中华人民共和国国家标准
厅堂音质模型试验规范
GB／T50412-2007
条文说明
1 总 则
1．0．1 准确地预测厅堂的音质效果对声学设计有着重要的意义。室内声学的复杂性源于声音的波动性，音质模型试验方法是目前所知最接近实际情况的模拟方法。厅堂音质模型试验是厅堂音质设计的重要辅助手段。20世纪60年代，厅堂音质模拟理论、测试技术逐渐发展完善，世界范围内进行了大量研究和实践后，比例模型在客观指标的测量方面已经基本达到了实用化。现在，声源、传声器、模拟声学材料已经可以和实物对应，仪器的频带也扩展了，在模拟混响时间、声压级分布、短延时反射声序列分布等常用指标上已经达到实用的精度。随着软件技术的发展，使用计算机进行声场的模拟研究成为现实。从数学的观点来看，声音的传播由波动方程，即由Helmholtz方程所描述。理论上，从声源到接收点的脉冲声响应可以通过求解波动方程来获得。但是，当室内几何结构和界面声学属性非常复杂时，人们根本无法获得精确的方程形式和边界条件，也不能得到有价值的解析解。从实用角度讲，使用几何声学的声线追踪法和镜像虚声源法，通过计算机程序可以获得具有一定参考价值的房间声学参数。但由于简化了声音的波动特性，处理高频声和近次反射声效果较好，模拟声场全部信息尚有很大不足。近年来，使用基于有限元理论的方法模拟声音的高阶波动特性，在低频模拟上获得了一些进展。
表1～表5为厅堂音质模型试验结果与厅堂建成后实测结果的对比，是遵照本规范进行试验工作，长期实践积累的成果，目的是为本规范的使用者提供应用参照。
1．0．2 厅堂中短延时反射声序列分布，即直达声后数百毫秒(主要是200ms)以内的反射声强度、数目以及在时间轴上的排列，是决定音质的重要因素。它取决于厅堂的大小、体形以及内部材料的布置。在缩尺模型中，用电火花作为脉冲声源测得的短延时反射声序列分布，与实际大厅的短延时反射声序列分布有良
好的对应，对在设计阶段确定厅堂的体形、界面吸声等有重要参考意义。这是厅堂音质模型试验的重要用途之一。混响时间是公认的一个可定量的音质参数，通过模型试验可以预测所要兴建厅堂的混响时间。制订本规范的目的在于通过厅堂音质模型试验，预测新设计的厅堂的音质特性，据此调整厅堂容积、形状以及吸声材料布置的数量和位置，以使未来的厅堂符合使用要求。模型试验的重点在于检查厅堂体形缺陷，预测声场分布和分析厅堂内声反射情况。声场不均匀度也是一个重要的音质参数，以自然声为主的厅堂，目前对这个参数还未制定定量标准，而设有扩声系统的厅堂，原广播电影电视部制定的《厅堂扩声系统特性指标》GYJ25规定了声场不均匀度的标准，可供模型试验参照执行。模型试验的测量系统、测量方法和结果的表达应与实际厅堂相同，但需要根据厅堂模型的缩尺比n，在混响时间测量和声场不均匀度测量时对测量频率作相应改变。即：模型中，测量频率＝实际厅堂测量频率×n。在厅堂音质模型试验中，还可以进行其他音质参数、方向性扩散、主观评价等试验，但上述研究从总体上尚处于探索阶段。本规范只对已有的测试方法给予标准化。同 时，不限制厅堂音质模型试验的研究性工作。
2 术 语
2．0．1 不同频率的声波，在空气介质中传播，特别是高频声波，它由于空气吸收引起的衰减在不同温、湿度条件下差别很大，并且一般与模型试验的缩尺比n不成线性关系，导致试验结果与实际厅堂相比有较大误差。国外有人曾在模型试验中用干燥空气，或用吸湿方法降低模型内的湿度，或用氮气将模型中的空气排除等方法试图消除这种影响。但是，采用这些措施的设备都比较庞大，而且模型也不容易密封。本规范规定的模型内声传播介质仍为常温常湿空气，对混响时间测量结果，采取对空气吸收的影响作相应修正的方法，较为简易，且有足够的精度。
2．0．2 如果实际厅堂的长度为30m，缩尺比n为10，则厅堂模型的长度为3m。
3 厅堂音质模型的制备
3．0．1 对于短延时反射声序列分布测量，厅堂音质模型的缩尺比n一般采用5或10，也有采用20的，但因受试验设备和频率过高的限制，精度受到一定影响。对混响时间的测量，缩尺比n为20时只能对应实际厅堂2000Hz以下的频率。本规范推荐缩尺比n不大于10，对混响时间和声场不均匀度的测量可扩展至实际厅堂中的4000Hz。短延时反射声序列分布测量的精度也较高。
3．0．2 模型的内表面形状，有些起伏尺寸比较小，对声波的反射和扩散没有多大影响，在制作模型时可适当简化。但本规范规定，必须保留等于或大于实际厅堂中声波为2000Hz的波长的起伏，不能省略。因为这些部分会对声场的不均匀度有较大影响。
3．0．3 要使厅堂音质模型的内表面各个部分，包括观众席的吸声系数在所测量的频率范围内与相对应的实际厅堂内表面各部分及观众席的吸声系数完全相符，实际有很大难度，因此允许有土10％的误差。例如，实际材料1000Hz上的吸声系数为0．50时，缩尺比n＝10条件下，模型内的模拟材料10000Hz上的吸声系数应为：0．50±0．05。一般厅堂的观众席的吸收，占厅堂内表面总吸收的很大比重(约1／3～1／2)，因此这部分的吸声模拟应尽可能准确。模型试验吸声参考数据如表6所示。
3．0．4 为了避免在模型中的背景噪声过高导致动态范围达不到要求而影响精度，厅堂音质模型的外壳应有足够的隔声量。因为模型试验的信号频率比较高，使模型的外壳在高频段有一定的隔声量，并不困难。
3．0．5 舞台空间大小、形状及吸声状况，对观众厅的短延时反射声序列分布、混响时间及声压级分布有很大影响。在模型试验时，这部分宜包括在内。舞台空间部分的吸声状况也应进行相应的模拟。
4 测量系统
4．1 声源设备
4．1．1 短延时反射声序列分布测量所用的声源信号推荐采用电容器放电时产生的脉冲声，即高压放电脉冲声。放电电压在4000～6000V时，其脉冲宽度约为0．2ms，指向性近似球形，且有足够大的声功率，适于用作模型试验中的脉冲声源信号。清华大学建筑学院建筑物理实验室已成功研制出实用的高压放电脉冲
声发生器，并已在国内多家声学单位应用。声源中心位置规定为一般演出区的中心，高度相当于人的口部的高度。声场不均匀度测量的声源位置与高度，与混响时间测量相同。
4．1．2本规范规定声源的最大尺寸，是为了避免声源尺寸过大造成模型内声场与实际厅堂声场差异过大，同时也使声源辐射尽量无指向性。
4．2 接收设备
4．2．1 短延时反射声序列分布测量常用的方法是将接收到的直达声和反射声信号经过放大，以时间为横轴在示波器上显示，即脉冲响应声图谱(回声图)。图谱可采用数字化设备记录，将脉冲信号放大后经模／数转换存于计算机，再输出至绘图仪，描绘出脉冲响应图谱。为保证计算机绘制的图形有足够的精度，模／数转换器的分辨率(字长)不宜小于16bit，采样频率不宜小于100kHz。
4．2．2 接收用传声器，可以用电容传声器或灵敏度比较高的球形压电晶体传声器。
4．2．3 传声器口径不宜过大，一方面提高无指向性，另一方面防止传声器的圆柱体形在接收位置对声场形成影响。
5 测量方法
5．3．1 在测量时要求记录模型内空气的温度和相对湿度，是为了修正由于高频声在模型内过量的空气吸收所造成的低于实际厅堂混响时间的偏差。
5．3．3 通常情况下约为lm／n。