HIFI圈中最大谬论之:如果空间尺寸低于半个波长就听不到这个频率以下的声音?

 

杨迎春
全国圈内知名小空间声学设计达人
Cedia巡回展受邀12城讲师、成都国际音响节受邀声学讲师
上期回顾知识丨解读视听空间的最佳混响时间

网上流传这样的定论,如果空间尺寸低于半个波长就听不到这个频率以下的声音,其实这是一个Hi-Fi界的谬论,哪怕是9平的房子都能不管是客观指标仪器所测,还是主观体感的沙发振颤及楼板震荡都可以明确证明下潜到20Hz以下。

全频段20Hz-20kHz听音位实测瀑布图能量最少在300毫秒内衰减20dB以上。主要是超低频累积频谱能量瀑布图要做到快速消散

另外,事实上我还看到来自发烧友这样的定论:“9米的房子到不了20Hz吧,40米差不多”。

但这又是一个能害了99%发烧友的理论

下面就以数据说话,以一个房间结构图来进行分析,这个房间规格为(长)3.2m×(宽)3.3m×(高)2.9m。

在这个空间中,我们进行一些测量和分析,在使用阵列式3×12英寸的有源超低音炮下,原生频响消声室EQ:16- 160Hz开口/22-160Hz密闭,摆位调试好后,听音位实测。

炮加主箱16Hz-100Hz基本正负3.5dB;瀑布能量图在约23Hz能量消散最慢,经过250毫秒衰减20dB,其它频率能量几乎衰减完毕。

 

这个理论是声学中高频才符合的,几何统计声学法,用接近光反射的特性来分析声学,超低频是波动声学,可以简单地看作是一缸水。

发这个10平正方体异形,炮是明确不管是主观还是客观,频率都下到了20Hz以下的。

——全频段20Hz-20kHz听音位实测±5dB以内

如果是按那个理论,人耳要能接收到至少2分之1波长来算,344/3/2=57Hz。

就是说57Hz以下,就不管是主观还是客观,都不会有声压存在了,所以那个房间尺寸达不到半波长就不能接收一个完整声波,就听不到这个频段以下的声音的理论,是历史以来在玩家圈流传害了无数人的谬论,超低频涉及空间阻尼,不再光是简单的像光一下的反射叠加和抵消

说到这里了就细科普一下为什么会出现谬论,并且几十年流传这么久这么广泛的原因:

 

声流在空间里的传播主要是下面三种方法研究:几何声学法、统计声学法和波动声学法。

几何声学方法是指在研究自由声场的扩散性时,忽略声的波动特性,采用声线来描述声音传播途径的方法。

当室内声音传播到一个尺寸比声波长度大得多的界面时,可用几何声学方法研究声音的传播规律。

这种而用声线概念研究声传播途径是根据反射定律:声线的反射角等于入射角,且反射声线和入射声线与法线在同一平面上。在辅助理解的情况下,可以看作是和光的特性类似。

 

统计声学方法是指从能量的观点出发,忽略声的波动特性,用统计学手段来描述声场平均状态的方法。

这种用能量概念研究声场状态是根据反平方规律:对一个波阵面为球形的点声源来说,声场强度与离声源中心距离的平方成反比。

一个连续发声的声源在室内开始发声时,稳定声场并不立刻建立,是随时间逐步增长而达到稳定状态。声源停止发声后,声场也不会立刻消失,而有一随时间逐渐衰减的过程。

室内总吸声量越大,衰减就越快;房间体积越大,衰减越慢。

声源停止发声后,声音还会在室内延续的现象称为混响,其衰减过程为混响过程。所以空间声学重最重要的其中一个参数就是混响时间(也响残响时间)。

在声音停止发声后 , 室内的声能立即开始衰减,声音自稳定声压级衰减60dB 所经历的时间称为混响时间。

特别提一下, 不管是几何声学法还是统计声学法,都是忽略声学的波动性的,适用于比较大一些的空间,什么是比较大一些的空间,在THX之类的一些培训中提及的是长、宽、高任何一面小于10米的空间称为小空间。

波动声学法是指用波动理论研究室内驻波共振影响的方法。当室内界面的几何尺寸与声波波长可比时,声的波动特性就不能忽略,成为突出的研究重点。

根据波动声学原理,当一对平行墙面间的距离l等于声波半波长 λ/2的整数倍n时在这尺度方向上会产生驻波,即声波传播的压缩和稀疏“图案”在空间有着固定的位置,或者说室内空气振动出现共振。

当人沿着驻波方向从一端走向另一端时,会感到声强有忽高忽低的变化,高低相差最多可达20dB左右。这些能产生驻波的频率称为简正振动频率或称简正频率。

其结果使声场极不均匀,而且会使声源中符合上述情况的若干频率成分得到过分增强,也比别的频率衰减得更慢些,因此就会造成严重失真。

超低频在小空间内不会听不到,同时因为小空间声学的强烈RoomMode驻波模型的存在,导致超低频能量各频段起伏可能较大,所以也不宜用混响时间来评估空间的吸音状况,而改为Waterfall瀑布图更为适合看出低频能量消散的速度。例如文章开头的全频段瀑布图。