家庭影院的設計成功與否，最直觀的表現就是所得到的音畫效果。然而聲音好不好聽，除了使用的音響器材本身因素以外，還存在著器材搭配、調整和空間因素的影響。在這其中，空間因素是影響最大的，也是最難以克服的。各種不同類型房間的聲學特性，將會對聲音的回放造成各種各樣的影響，這其中的房間大小與比例則是至關重要的部分。
下面，小編就與大家一同來了解視聽空間房間比例設計的原理，認識國際公認的效果比較理想的視聽空間房間比例。
一、視聽空間房間比例設計的原理
1、波爾圍線(Bolt-Area)
在上個世紀早期關于房間比例的研究與討論過程中，取得最大成果的當數來自著名聲學專家Bolt所帶來的波爾圍線(Bolt-Area)，將生硬的數字比例轉變為具體的圖像范圍。Bolt假定剛性矩形房間的固有共振頻率被均勻分開，那么在聲音頻率響應曲線上將會更加平坦，不會出現過多的峰谷。不過就現在的聲學理論來看，利用平均模式間隔作為基本理論并不夠理想，但是在當時來說，不能不說是重大的突破。
波爾圍線
波爾圍線對后世房間比例的研究帶來極大的幫助，圖中的橫軸為W(房間寬度比值)，縱軸為L(房間長度比值)，房間的高度比例定為1。Bolt認為封閉曲線內部的范圍是較為理想的房間比例取值，而這條封閉曲線是針對中小型房間推導出來的，曲線內部左方對應的是體積相對較小的房間，右方則是對應體積較大的房間。當年Bolt也留意到在封閉曲線之外的區域同樣也存在多個可以接受的房間比例，這正是由于他所依據的平均模式間隔作為基礎的理論仍然存在缺陷所確定的。
2、小房間聲學系統
談及家庭視聽空間的聲學缺陷，就必然聯系到小房間聲學系統。由于房間容積較小，三邊的長度與聲波波長能產生一定的比例關系，必然會由于房間的固有共振頻率模式而引起某部分頻段的聲音疊加或者衰減的現象，造成房間聲染的問題，導致房間聲音質量下降。
家庭視聽空間的聲學缺陷包括了駐波、梳狀濾波、共振與簡并等聲學缺陷。當中與房間大小與比例相關的包括駐波、共振與簡并。當房間的尺寸與低頻部分波長相近或與低頻部分波長呈簡單倍數關系時，房間就會產生駐波現象。房間共振方式有三種，包括軸向共振、切向共振以及斜向共振。
下圖為房間共振形成圖：
當用戶的音響系統發出的某一聲音頻率與房間中的某個固有頻率相同之時，整個房間便會在該頻率上產生共振，使得房間中某幾個固定位置上的聲音出現疊加變成峰值，聲音變得響亮;同時也會使得房間內的某幾個固定位置上的聲音出現谷值，聲音變得柔弱，這就形成了駐波。
二、視聽空間房間大小與比例研究發展歷程
從上個世紀開始，聲學界對視聽空間房間比例的探討就層出不窮。下面我們將從早期視聽空間房間推薦比例、目前著名的視聽空間房間比例范圍計算方法和目前國內外組織與機構關于視聽室房間大小與比例的推薦標準三個方面著手，對視聽空間房間大小和比例研究發展歷程來做回顧。
1、早期著名的視聽空間房間推薦比例
對于視聽空間的房間大小與比例的研究，其實從上個世紀40年代就陸續得到了不少著名聲學專家的重視，并發現房間的比例與大小是兩個互相影響的房間聲學特性。起初大多數的研究是圍繞演奏廳、錄音室等環境而進行的，經過數十年的發展，隨著家庭影院逐漸成熟與普及，國際上也出現了針對小空間家庭視聽空間房間大小與比例的標準。現在，絕大多數優秀的家庭影院視聽空間的建立都是基于這些標準之上。
關于視聽空間房間的形狀，這些聲學專家認為矩形的房間易于建筑以及進行聲學控制，同時任何環境都要盡量避免凹表面，因為它會引起聲學上的聚焦點與盲點，難以消除影響。以下為最著名的幾個聲學專家推薦房間比例(高：寬：長)：
A、Sabine 1:1.5:2.5
該比例的聲學模擬圖：
高:3m，寬:4.5m，長:7.5m，面積:33.75m²，容積:101.25m³
B、Volkmann 1:1.6:2.5
該比例的聲學模擬圖：
高:3m，寬:4.8m，長:7.5m，面積:23.04m²，容積：69.12m³
C、Knudsen 1:1.88:2.5
高:3m，寬:5.64m，長:7.5m，面積:42.3m²，容積：126.9m³
D、Harmonic 1:2:3
該比例的聲學模擬圖：
高:3m，寬:6m，長:9m，面積:54m²，容積：162m³
E、Boner 1:1.26:1.59
該比例的聲學模擬圖：
高:3m，寬:3.78m，長:4.77m，面積:18m²，容積：54m³
F、黃金比例 1:1.62:2.62
該比例的聲學模擬圖：
此外，還有早期歐洲聲學專家們推薦的1:1.67:2.67。從這7個推薦的房間比例可以得知，大致將房間比例的范疇定于1:(1~2):(1.5~3)區間之內，雖然上面幾個房間推薦比例多是針對容積較大的音樂廳而設定的，但也為后期的小房間比例標準的建立打下了堅實的基礎。當中值得留意的是由Boner所推薦的1:1.26:1.59，這是為容積較小的廣播演播室而推薦的房間比例，也最終成為家庭影院視聽空間房間推薦比例國際標準的前身。
2、視聽空間房間比例范圍計算方法
在早期聲學專家對房間比例方面取得的研究成果的基礎上，自上世紀60年代到現在，不斷出現全新的尋求最佳房間比例范圍的計算方法，當中較為出名的包括以下幾種：
A、Gilford：松散共振頻率統計法
Gilford對大約20Hz的駐波帶寬進行查找分組，改變房間的尺寸，不斷計算，直到出現一個令人滿意的平均分布。當年，Gilford是通過手工計算的方式來完成，工作量之巨大讓人佩服。Gilford當時也指出了Bolt所建議的1:1.5:2.5比例存在著一定的問題，原因在于軸向模式導致房間聲學特性的改變。
B、Louden：共振頻率分布標準差均勻度統計法
1971年，著名的聲學專家Louden使用共振頻率分布標準差的均勻度統計方法，計算精度比早期Bolt所提出的采用平均差統計法的更加精確。Louden在1:(1.1～1.9):(1.1～2.8)的房間比例范圍內，比例間隔為0.1的125個矩形房間分別計算出前36個共振頻率及其標準差。為了避免房間容積方面的影響，Louden所選取的各個比例的體積均選取了201.6 立方米，然后再以標準差為判斷方式列出統計所得出的125個房間的尺寸比例的優劣次序。
于是就產生了現在國際廣播電視組織與歐洲廣播聯盟推薦的1:1.4:1.9的房間比例，另外1:1.5:2.1、1:1.4:2.1以及1:1.6:2.1等經典房間比例都出現在Louden的研究成果之中。從Louden的研究所得出的房間比例數值與Bolt所帶來的波爾圍線相比較，最佳的三個數值均在圍線的中部，與波爾圍線相當接近，為后人選取最佳的房間比例尺寸提供了便利。
C、Bonello：1/3倍頻駐波密度統計法
1981年，又一位聲學專家Bonello對房間比例的統計方法展開全新的研究。Bonello的研究的主要根據是：當進行1/3倍頻程至更高帶寬時駐波密度是不會減少的，5個或更多一致的頻率模式在1/3倍頻程中是可以接受的。Bonello認為一個良好的視聽空間共振頻率在1/3倍頻程內的共振頻率密度是單調遞增的，后一頻程中的共振頻率數量總是比相鄰的前一頻程更多。
一種全新的統計方式出現了：只需將各種不同比例的房間低頻段的共振頻率計算出來，分析各1/3頻程中的共振頻率數量，如果屬于單調遞增，那么這個房間尺寸比例就較佳。
Bonello也將自己的研究結果與Bolt的波爾圍線相比較，發現封閉曲線中的某些比例不能滿足要求，相反曲線外的某些比例則可以接受。此外，Bonello指出：共振頻率的分布狀況除了與房間長寬高的比例有關之外，還與房間的容積有關。
對于小容積房間合適的比例，在容積較大的房間就不一定合適。反之也一樣。當中，Bonello發現1:1.25:1.6這個比例，對于60m²、200m²以及400m²同樣也能符合共振頻率分布密度呈單調遞增的要求。Bonello的這套理論在目前專業演播室與錄音室的設計過程中都取得了非常理想的效果。
3、關于視聽室房間大小與比例的推薦標準
經過前人的研究積累，目前關于視聽空間形狀、大小與比例方面，國內外組織與機構都訂立了相關的標準與推薦值，當中包括國際電工委員會、國際廣播電視組織、歐洲廣播聯盟、Dolby公司、THX公司、PMI公司、清華大學等等。
在這些規定之中，尤以國際電工委員會帶來的IEC29-B家庭視聽空間標準為重點，是家庭影院房間設計參考的重點標準。而又Dolby公司專門為頂級電影后期審片室而制定的相關推薦標準，對于家庭影院視聽空間的設計同樣也有著重要的意義。因為家庭影院的前身就是電影后期審片室，電影后期審片室是家庭影院建造的標準。相對而言國際廣播電視組織與歐洲廣播聯盟所推薦的房間大小與比例標準是針對廣播錄音室環境而制定的，與家居環境仍有一定差異。
值得注意的是，大家在參考相關標準的時候，除了要留意房間的推薦比例之外，還需要留意推薦的房間容積，兩者都會影響房間的聲學特性。房間容積較大的推薦比例，也許并不適合作為容積較小的房間的推薦比例。
除此之外，在各種的推薦標準中，也展開了對房間形狀的討論，如THX與PMI公司就認為，除了矩形的房間形狀，其他形狀的房間也可用來作為視聽空間(當中不包括正方形)，但是由于很難對房間的聲學特性進行預測、計算與控制，并不推薦使用。
A、IEC29-B家庭聽音室設計標準
關于視聽室的建立標準，由IEC所建立的IEC29-B家庭視聽室標準是最具權威性的標準。與IEC早期帶來的IEC268-13視聽室標準相比，IEC29-B標準更加詳細與準確，適合于面積較小的房間使用，便于用戶在普通家居環境之下建立家庭影院視聽室。由于IEC機構是建立在歐洲地區，因而IEC29-B標準也是根據歐洲家居環境的狀況對房間三邊的長度、比例以及房間的面積以及混響時間等提出了相關的建議。
在房間的形狀方面，建議最佳的房間形狀是矩形，稍微梯形的四邊形也在接受范圍，但是絕不建議采用正方形或者窄長的形狀，以減低低頻共振所造成的房間聲染的嚴重問題。推薦的房間比例為1:1.6:2.4(高:寬:長)，建議的房間面積應該在24m²以上。此外，IEC29-B標準還對房間內部的裝飾進行了細致的規定，要求音箱前方的地面無地毯等吸音物料，音箱的背后與天花頂棚呈現反射性，音箱的前面呈現吸聲性。
B、Dolby在頂級電影后期審片室房間設計方面推薦建議
Dolby(杜比)在電影后期審片室房間設計方面有著相當獨到的一面，具體就表現在Dolby最頂級的PREMIER STUDIO頂級電影后期審片室的認證之中，當中有提及房間設計這方面的要求。Dolby認為最佳的房間面積應該在45m²以上，最佳的房間容積應該在150m³以上。由此，可以發現空間過小的房間特性較差，同時也更難進行聲學處理。
C、專業廣播視聽室的國際標準EBU(歐洲廣播聯盟)在房間比例與容積方面的推薦
專業廣播試聽室的房間設計實際上也屬于小空間的房間聲學范疇，與家庭視聽室實際上也同出一轍。EBU與OIRT對于廣播視聽室房間比例與尺寸都有共同的推薦標準，以1:1.4:1.9與120m³為立體聲試聽室的最佳比例與房間容積，這個比例廣泛應用于歐洲各國的廣播試聽室的設計中。值得留意，這個參考標準是依據當年Louden共振頻率分布標準差均勻度統計法所得的參考標準，同時也完全符合波爾圍線推薦的房間比例。推薦的房間比例(高:寬:長)：1:1.4:1.9，建議房間容積：120m³。
D、國內相關的家庭視聽室標準
環顧全球IEC29-B標準已經成為家庭視聽室房間設計標準的主流。不過國內同樣也有關于家庭視聽室房間設計的的標準，其中《揚聲器聽音試驗國家標準》規定了視聽室的最佳混響時間，《家庭影院用環繞聲放大器通用規范》則規范了家庭影院視聽室的基本特征，關于房間比例與容積推薦標準則在《家庭影院用環繞聲放大器通用規范》之中。《家庭影院用環繞聲放大器通用規范》認為視聽室內聲音頻響曲線應盡可能平滑，無明顯聲染色。
在100～5000Hz頻率范圍內，室內不應有任何異常共鳴和顫動回聲。至于空場(無聆聽者)時的本底噪聲，在視聽室的聆聽區域測得的本底噪聲級別應低于35dB(A計權、慢檔)。視聽室推薦容積為80 m³，高為2.8m，長為6.7m，寬為4.2m，房間的比例為1:1.5:2.39。將這個推薦房間比例放置在波爾圍線中，正好在封閉曲線之內，屬于Bolt推薦的房間比例之一。從我國對于房間比例與容積方面的推薦，不難發現這與國際標準非常吻合，表明了我國在房間聲學設計方面已經與國際完整接軌。推薦的房間比例(高:寬:長)：1:1.5:2.39，建議房間容積：80m³。
E、清華大學在家庭視聽室房間設計方面的推薦建議
清華大學在建筑聲學方面也有相當深入的研究，包括在小空間的家庭視聽室設計方面。清華大學方面認為規則的房間形狀容易在室內造成聲學缺陷，尤其是空間的長寬高比例是整數比的情況。因此，可以在視聽室設計之初，確定房間大小的同時調整房間的長寬高比例。理想的視聽室房間長寬高的比例應該為1:1.4:1.26，不過這樣的比例在建筑設計條件中是很難達到的，以下表格中的推薦比例可作為參考：
采取上表中的推薦比例，可以使室內共振模式均勻分布在全頻帶的范圍內，避免集中在某一頻帶附近，造成房間聲染現象。清華大學在這里并沒有特別強調房間的容積，實際上由于這些比例均是建立在家庭視聽室的小空間，因此，都符合普通家庭環境中使用，大家在選擇的過程中，可以結合房間的形狀來綜合考慮，不必拘泥于某種最佳比例。
結語：房間比例與大小是構建理想視聽空間的重要基礎。通過了解目前國際上比較公認的視聽空間房間比例，可以幫助我們更好地進行室內聲學設計，以得到理想的聽音效果。更多新鮮好玩的家庭影院資訊請關注家庭影院網http://www.hdav.com.cn (微信：cnHIFI)，全國極具影響力的家庭影院音響玩家互動媒體網站。
|
