第三部分 现场实验比较

3.1 利用噪声切断法和脉冲积分法测量厅堂混响时间

3.2.1实验场地和仪器

这个实验在首都师范大学多功能厅进行。该厅堂准备进行声学改造，改造前须进行混响时间测定。测定采用了两种不同的测量方法。使用的仪器是Nor-840RTA实时分析仪。下图是测量现场的照片。

下图分别是噪声切断法测量使用的十二面体扬声器无指向声源和脉冲反向积分法使用的的发令枪脉冲声源。

3.2.2 实验步骤、方法和数据处理

测量中共设置了7个测点，其中舞台上2个，观众厅5个。测量频率是125Hz到8KHz之间的7个倍频程。

测量地点平面图如下：

噪声切断法分析仪设置如下：

"Filter bandwidth: 1/1-oct"  滤波器频段宽度：倍频程

"Time constant: 1/8s F"    时间常数：1/8秒 快档

"Lower frequency: 31.5Hz" 最低频率：31.5Hz

"Upper frequency: 16kHz"  最高频率：16kHz

"Measurement duration: 00:00:04:000"  测量持续时间：4s

"Period length: 00:00:00:020"  采样分段长度： 20ms

"Total number of periods: 220 Before trigger: 20"  总采样分段数220，触发前20

"Trigger condition: Noise off" 触发条件：噪声切断

脉冲积分法分析仪设置如下：

"Filter bandwidth: 1/1-oct"  滤波器频段宽度：倍频程

"Time constant: 1/8s F"    时间常数：1/8秒 快档

"Lower frequency: 31.5Hz" 最低频率：31.5Hz

"Upper frequency: 16kHz"  最高频率：16kHz

"Measurement duration: 00:00:04"  测量持续时间：4s

"Period length: 00:00:00:004"  采样分段长度： 4ms

"Total number of periods: 580"  总采样分段数580

"Trigger condition: Manual"  触发条件：手动

下图是台下测点1噪声切断法某次测量中1000Hz的衰变曲线。

在处理数据上，同样采取了用分析仪和程序分别进行计算和比较的方法。下面是通过程序计算得到的台下测点1噪声切断法某次测量的T20和T30值：

下图是程序计算的测点1噪声切断法三次测量的T30值比较：

在厅堂中所使用的算法，和在混响室内的算法是完全相同的。只是频率、采样数和采样时间段长度之类的常数有相应的调整，所以源程序就不再列出解释。

我们比较关心的是通过噪声切断法所测得的结果和使用脉冲响应反向积分法所得到的结果之间的区别。下面将对比7个测点两种方法的结果差异和误差差异。在比较下列数据的时候，我们采用的是分析仪自动计算得到的数据。目前，虽然没有发现自编程序计算的过程存在什么明显的问题，但是和分析仪的算法相比，自编程序的技术成熟度没有保证，而且计算得到的数值和分析仪计算得到的数值毕竟不同。具体算法的问题还有待于研究。

下图是台下测点1噪声切断法三次测量T20

下图是观众体厅测点1脉冲积分法三次测量T20

下图是观众厅测点1两种方法T20平均值比较

上图可以看出似乎存在一个规律，脉冲积分法测得的低频混响时间偏长，噪声切断法测得的高频混响时间偏长。

下图是观众厅测点1两种方法T20标准误差比较：

上图看出，在标准误差上，脉冲积分法总体略微低于噪声切断法，但没有明显的优势。这似乎和期望的结果不符。

为了考察脉冲反向积分法测量的稳定度，我们继续比较其他数据。

下图是观众厅测点1两种方法T30平均值比较：

和T20的比较情况相类似：脉冲积分法测得的低频混响时间偏长，噪声切断法测得的高频混响时间偏长。下图是观众厅测点1两种方法T20标准误差比较：

脉冲反向积分法的每次测量的误差仍然没有明显的优势。

为了进一步取得规律，再对其他测点进行比较。下图是舞台测点2两种方法T20和T30的对比：

上图并未体现脉冲积分法测得的低频混响时间偏长，但噪声切断法测得的高频混响时间偏长略微有所体现。下图是观众厅测点3两种方法T20和T30的对比：

上图同样并未体现出脉冲积分法测得的低频混响时间偏长，但噪声切断法测得的高频混响时间偏长略微有所体现。

下图是舞台测点2两种方法T20和T30标准误差比较：

在上面这张图中可以发现，脉冲积分法的标准误差明显小于噪声切断法。

下图是观众厅测点5两种方法T20和T30标准误差比较：

这张图上同样体现出脉冲积分法的标准误差明显小于噪声切断法。

由上述的比较可以得出这样的结论：

1)      一般地说，脉冲积分法的重复性好于噪声切断法，多次测量的标准误差较低。

2)      此实验中，脉冲积分法在高频测得的混响时间低于用噪声切断法，这应当视为一种系统误差。可能是由于声源造成的，可能是由于反向积分过程中选择积分的起止点造成的，也可能是由于测量方法本身造成的。

3.2.3 脉冲积分法计算其他声学参数

第一部分提到的若干声学参数都需要脉冲积分法得到，可见脉冲积分法具有明显优点。不过，早期侧向声能比需要使用八字型麦克风；双耳互相关系数需要人工头；声强对声源要求比较高。所以我们仅仅具备计算C₅₀和C₈₀的条件。

虽然在这一组参数中有多个指标，最简单的表示是早期与后期到达的声能比。可以使用50ms或80ms来计算早期到达声能，使用50ms主要是为了衡量语言用厅堂，使用80ms主要是为了衡量音乐用厅堂。

dB

这里，

是声能比指数；

是早期时间，为50ms或80ms，（被成为清晰度）。

下图是观众厅测点1的C80

同样的道理可以计算C50, 而

它与C₅₀有精确的关系，为：

dB

这里不多赘述。

清华大学建筑学院

2003年12月