聲學(xué)問答——教堂混響

為什么大教堂(和其他大封閉空間)有很久的混響?
拍拍雙手:拍擊聲很快消失。那么,聲能哪里去了?如果旁邊有打開的門窗,部分聲能是從那里跑出去了。房間的其他邊界會(huì)將一部分聲能反射回房間,并把其余部分吸收掉。比起堅(jiān)硬巨大的表面,如一堵石墻,聲學(xué)瓷磚和柔軟家具吸收的聲能要多得多。大教堂有很好的反射墻,以及少許打開的門窗——以及不夠多的靠墊兒(問問整日祈禱的人就知道)!
但還有一個(gè)重要的效應(yīng)。聲能存儲(chǔ)于空氣中,遇到表面即被吸收。一般地,大的廳堂有著大得多的體積-表面積比。說回來,混響時(shí)間衡量的是聲音‘消逝’過程的時(shí)長。通常用來RT60表示混響時(shí)間,意為一束極短促聲波衰減60分貝,或丟失99.999%聲能所花的時(shí)間。(關(guān)于能量與分貝的計(jì)算,見‘什么是分貝頁面’http://www.animations.physics.unsw.edu.au/jw/dB.htm )
華萊士·薩賓證明這種衰減是近似指數(shù)式的,并以所謂薩賓公式來計(jì)算RT60:
RT60=0.161*體積/(平均吸收系數(shù)*面積*1米)
普通房間的RT60是幾分之一秒,但在一座大教堂里可以是好幾秒,這是因?yàn)榇蠼烫玫拇笕莘e能儲(chǔ)存更多聲能,而聲波在此并不經(jīng)常碰到表面,尤其是吸聲的表面。你甚至能注意到一間空房子和有家具房子的不同:家具有著大量的外表面,其中很大一部分是吸聲的。值得注意的是,即使墻壁是完全反射的,混響時(shí)間也是有限的,因?yàn)橛行┞暷軙?huì)在傳播過程中丟失掉。
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