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技術說明 / 知識專欄:殘響時間改善
REVERBERATION TREATMENT

殘響是什麼?殘響時間(RT60)如何改善

  殘響,是音源停止發聲後,聲音仍在空間內來回反射、迴盪殘留的現象;聲能衰減 60 分貝所需的時間,稱為殘響時間 Reverberation Time(RT60),又稱為餘響時間、混響時間。想知道室內聲場是好是壞,建築聲學的第一步就是分析這個指標。

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殘響時間 RT60 是什麼?如何評價空間聲場

定義與測量

  依照國際標準 ISO 3382 的定義,殘響時間(RT)是封閉空間內的音源停止發聲後,室內的聲能密度衰減 60 分貝的時間,所以又稱作 RT60。任何聲場都比較聲能衰減 60 分貝的速度,這樣一來,我們就可以在同一個標準進行比較。例如維也納金色大廳殘響時間實測數據是 2.05 秒,衛武營音樂廳是 2.10 秒。

RT60 殘響時間定義示意圖
RT60 殘響時間定義示意圖
延伸思考:殘響跟回音(Echo)差在哪?

兩者都是聲音反射的結果,差別在人耳能不能分辨。殘響是無數反射聲緊密疊合、連續衰減的「聲音尾巴」,聽起來是空間感或轟隆感;回音(Echo)則是延遲夠久(約 50 毫秒以上)、能被單獨分辨出來的反射聲,例如對著山谷喊話的回聲。日常說教室或會議室「回音很重」,多數情況其實是殘響時間過長,改善方式正是本文的主題。

  殘響時間應測量至少 6 個倍頻程段:125、250、500、1000、2000、4000 赫茲,涵蓋常用的低、中、高頻音域,我們通常會以 500Hz 殘響時間稱作該空間的殘響時間。殘響時間的定義來源:請參考 ISO 3382-1。

延伸思考:殘響時間如何測量?

傳統方式採用噪音測量例如 PINK 粉紅噪音,照著 RT60 殘響時間定義示意圖,播放聲音一段時間後,切斷音源,紀錄聲能衰減 60 分貝的過程。但實際上往往受到訊號音量、背景噪音、儀器訊噪比等問題,很難測量到衰減 60 分貝。因此 ISO 3382 提供替代方式,測量 -5 分貝到 -25 分貝的衰減過程,換算為殘響時間 T20,-5 到 -35 分貝則為殘響時間 T30。TPAE 測量方法主要採取更新的脈衝響應測量法,麥克風接收的 Sweep 掃頻訊號與音源所播放的測試訊號在系統同步處理及監控,提高訊噪比、減少儀器干擾,除了換算殘響時間,也能計算其他聲場指標。

02

各類空間的建議殘響時間(標準值一覽)

以空間用途分類為例
空間建議值來源參考
強吸音錄音室0.2~0.5秒建築聲環境,秦佑國、王炳麟
自然聲錄音室0.8~1.0秒建築聲環境,秦佑國、王炳麟
弱自然音個人練習室0.5秒ISO 23591
強自然音個人練習室0.4秒ISO 23591
電聲及團練室0.3秒ISO 23591
交響樂團音樂廳(滿席)1.8~2.1秒音樂廳與歌劇院,Leo Beranek
歌劇院(滿席)1.4~1.6秒音樂廳與歌劇院,Leo Beranek
現代敬拜教堂1秒以下TPAE
電影院(滿席)0.5秒TPAE
國際會議廳1秒以下TPAE
視訊會議室0.6秒以下TPAE
家庭環繞劇院0.2~0.4秒Dolby ATMOS Entertainment 要求
學校禮堂1秒以下TPAE
體育館1.5秒以下TPAE
教室0.6秒以下國民中小學設備基準,民國108年
音樂教室1秒以下英國 BB93 學校聲場標準
開放式教室-教學區域0.8秒以下英國 BB93 學校聲場標準
開放式教室-資源區域1秒以下英國 BB93 學校聲場標準
圖書館1秒以下英國 BB93 學校聲場標準

  空間的分類應依據用途、音源類型、觀眾和演奏人數、空間尺寸等進行區分,空間的聲場需求越專一,越容易統整為目標值,相關的成功案例也越多。反之,混用多種用途及使用條件,則殘響時間的目標定義越模糊。無論如何,首先釐清殘響時間目標,能夠確保聲場設計已經走在正確的決策方向。

03

現代科技如何協助殘響時間改善

MEASUREMENT & SIMULATION

1. 改善現有建築空間

  一般常見的問題會是室內鬧哄哄,說話聽不清楚,有許多回音,聲音產生了多餘的雜音,使用麥克風和喇叭卻還是聽不清楚,有人則覺得聲音太大……每個人描述聲音方式很不一樣,因為個人感受的評判標準不同,很難將聲音具體表達出來,實測的重要性也在這裡,此時若使用儀器測量,你我至少可以在同一標準上判斷數值多或少,剩下的是改善方案以何種數值為目標的問題。

會議廳殘響時間測量
會議廳殘響時間測量

  進行現場測量,會是最容易且最直接的方式,將測量儀器帶至現場,利用 ISO 3382 測量法,測量改善前的殘響時間,可以將聲場問題以客觀數據進行分析,提供後續找出解決方案和預估效果。

延伸思考:殘響時間如何預估?

傳統的預估方式是透過殘響時間計算公式,由 Wallace Clement Sabine 博士首開先河,可以在擴散聲場中有封閉容積 V 與吸音面積 A,計算殘響時間 RT=0.161V/A,單位為秒。Eyring 等人加以改良,遂發展為包含空氣吸音,能計算高吸音小空間的修正公式。在現代聲學技術的幫助下,現在我們可以將聲場解析為聲線的運動過程,觀察聲音在 3D 模型內從音源發散、到吸音、穿透、反射、散射、衍射等等現象,特別是在傳統計算公式無法處理的非擴散聲場情況預估殘響時間,更可繪製座位區域各點位的分佈圖。

  TPAE 應用多種聲場運算技術,為客戶剖析改善方案的合適度,我們能將複雜的現場情況建立成聲場模型,透過模擬的方式,在電腦內進行多次計算和分析,評估改善方案的預期效果,讓客戶了解預算的效益。TPAE 聲場模擬計算也能處理未落成的興建空間。

聲場模型計算
聲場模型計算

2. 提早進行聲場計算

  TPAE 的專業經驗和最新技術,讓設計階段(尚未興建)的建築空間也能進行殘響時間評估。事實上,這是現代建築設計的趨勢,在設計階段就將室內聲場品質納入規劃。通常建築設計階段需要對空間利用進行配置,確立房間或廳堂的正式用途、長、寬、高尺寸、空間造型、動線、採光、觀眾席次,聲場顧問團隊評估整體室內聲場材料與系統的用量和效益,若有需要,在早期階段變更設計的成本損耗最低。

  無論大型統包工程或小型音樂練習室規劃,在設計階段做聲場計算評估,可以避免後續改善工程的衍生、以及各種形式的浪費。

04

殘響時間改善後的聲音好不好聽

BEYOND RT

  殘響時間是一種呈現室內音質的科學觀點,代表著聲能衰減的過程,是歷史上最早期也是現在最常用討論聲場品質的方法,靠著將音質量化和客觀討論,我們可以開始逐步從改善聲場問題提升到改善聲音品質的可能性:

1.瞭解問題:現場實測,比較殘響時間建議值,訂出殘響時間目標值。
2.改善情況:採用聲場模擬計算,妥善分配預算,讓改善方案成形。
3.優化其他聲音成份:利用現代聲場發展的新穎觀點,挖掘音質體驗的組成成分。
4.試聽:模擬多個音源在模型內的表現,直接播放聲音,預先聆聽。

  顯而易見的是,我們可以很快且直覺地意識到回音太多、音樂廳聲音太乾、教室內鬧哄哄的問題,我們所欠缺的是採取何種方式改善這些問題,以符合原先使用目的。除了殘響時間,我們可利用現代聲場發展的新穎觀點,更細緻的深入聲場設計,例如聲強 G、溫暖度 Bass Ratio、清晰度 D50、音樂明晰度 C80、側向反射因子 LF80、舞台支持度 ST、語言清晰度 STI 等音質指標。換句話說,殘響時間改善以後,也代表聲音之中的種種音質指標也跟著改變,這些指標往往相互依存,TPAE 也可提供這些進階指標的計算。

音樂廳聆聽體驗

  試聽:會來到這個階段,也代表客戶對於音質有著較更高的要求,不僅要解決可能的聲學問題,數據指標已經不足以表達音樂的豐富性和藝術表現。透過 TPAE 聲場模擬技術,我們可以模擬多個音源在模型內的表現,直接播放聲音,你可以在音樂廳座位上模擬聆聽貝多芬,或是在現代教堂模擬聆聽樂團現場 LIVE。

開始您的空間改善

如果你的空間即將開始設計,或考慮進行改善優化,請聯繫我們的聲學顧問團隊,進行測量、模擬計算、和試聽。

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