房间声学
房间也在发声：模态、反射、混响与音箱摆位
同一只音箱在两个房间里听起来会完全不同。在大约 200 Hz 以下，根据音箱和听音位的位置，房间可以让低频电平变化 10 到 20 dB。这比一个设计糟糕的分频器所能造成的影响还要大。因此 Loudsmith 专门提供了“房间”工具。下面我们来解释它计算什么，以及为什么这样算。
你需要输入什么
- 房间尺寸：宽度（音箱背后的墙）、长度和层高。
- 混响时间 T60，即声源停止后声音衰减 60 dB 所需的时间。普通客厅为 0.4 至 0.6 s，地面坚硬的空房间可超过 0.8 s。
- 摆位：音箱与背墙和侧墙的距离、脚架高度、听音者到后墙的距离，以及耳朵高度。
- 可选：听音区（如果你只在大房间的一部分区域聆听）、立体声基线宽度的范围，以及固定的听音位。
音箱尺寸和单元高度直接取自你的设计。应用还知道它是普通音箱还是偶极子（开放式障板），后者在房间中的表现不同。
两个区域：模态与扩散声场
小房间的声学可以分为两个区域，分界线是施罗德频率（Schroeder frequency）：
fS = 2000 · √(T60 / V)
其中 V 是房间容积，单位 m³。对于 4 × 6 × 2.6 m、混响时间 0.45 s 的房间，结果约为 170 Hz。
在这个频率以下，房间就是一个谐振腔。平行墙面之间会形成驻波，也就是所谓的模态。其中最强的是两面墙之间的轴向模态：
f = n · c / (2 · L)，n = 1, 2, 3…
长度为 6 m 时，分别是 29、57、86 Hz，依此类推。除了轴向模态，还有切向模态和斜向模态。每个模态在某些位置形成峰值，在另一些位置形成波节。因此，低频可能在一个位置加倍，而在半米之外几乎消失。Loudsmith 会叠加所有模态的贡献，上限约为施罗德频率的两倍（至少 250 Hz）。音箱一侧以低音单元的位置计算，听音位一侧以头部位置计算。
在施罗德频率以上，模态多到融合成均匀的混响声场。在这一区域，应用按照 Siegfried Linkwitz 的方法计算音箱的直达声和扩散混响声。
临界距离
靠近音箱时直达声占主导，距离再远则反射声占主导。两者的分界就是临界距离（混响半径）：
rc = 0.1 · √(G · V / (π · T60))
G 是声源的指向性系数：普通音箱为 1，偶极子为 3。偶极子向两侧的辐射较少，因此临界距离约大 1.7 倍。如果你坐在 3 倍 rc 以外，听到的主要是房间的声音，立体声声像会变得模糊。
造成凹陷的反射
反射声到达耳朵时会有延迟。在延迟恰好为半个波长的频率上，反射声与直达声相互抵消，形成凹陷。应用根据直达声与反射声的路径差，计算三种最重要的反射：
- 音箱背后的墙。凹陷出现在 f = c / (4 · d)，其中 d 是单元到墙的距离。距离 1 m 时为 86 Hz。靠近墙面时，凹陷会移到更高的频率，超出低音单元的工作频段，所以把音箱紧贴墙面摆放也是一种办法。
- 侧墙。短于 3 ms 的反射会与直达声混在一起，使声像模糊。6 ms 以上则无害。
- 地面。音箱和听音者之间的地面反射。如果凹陷落在中频（120 至 600 Hz），均衡器无法修正。可以改变低音单元的高度或铺一块地毯。
九项摆位检查
计算结果会生成一张包含目标和建议的检查表：
| 检查项 | 目标 |
|---|---|
| 房间对低频的影响（25 至 250 Hz） | 波动在 ±4 dB 以内 |
| 立体声三角 | 夹角 60°，可接受范围 40 至 90° |
| 与音箱背墙的距离 | 至少 1 m（偶极子 1.2 m），反射晚于 6 ms |
| 与侧墙的距离 | 至少 1 m，或反射晚于 6 ms |
| 地面反射 | 凹陷位于 120 至 600 Hz 以外 |
| 房间混响 | 400 至 600 ms |
| 听音者与临界距离 | 不超过 3 × rc |
| 高音单元高度 | 与耳朵齐平，误差 ±12 cm 以内 |
| 房间大小 | 至少 15 m²（偶极子 22 m²） |
寻找最佳摆位
“寻找最佳摆位”按钮会遍历音箱位置和听音位的网格。它会保持音箱左右对称，寻找听音位低频最平直、立体声三角夹角最接近 60° 的组合。如果听音位是固定的，就只移动音箱；如果设定了听音区，搜索就不会超出该区域。
结果显示在带低频分布图的平面图上：绿色区域低频更平直，红色区域更差。平面图上还标出了侧墙上的第一反射点，那里适合放置吸音板或扩散体。一张图表对比房间内与自由场中的低频，一张表格列出 200 Hz 以下的轴向模态。
在 3D 视图中，你的音箱摆放在一个布置好家具的房间里，地板上显示低频分布图和立体声三角。你可以从听音位、从房间一角或从上方观察。
实用建议
- 不要坐在房间正中。长度的中点是第一个轴向模态的波节，那里的低频会缺失。通常坐在距离墙面约 38% 房间长度的位置更好。
- 音箱和听音位都要尽量远离墙角。墙角会同时激发所有模态。
- 如果音箱必须靠墙摆放，请在“设计”步骤中选择“靠墙”摆位。这样模型会按较小的低频下降计算，分频器也会采用较小的 baffle step 补偿。
- 在音箱和听音者之间铺地毯、挂窗帘、摆满书的书架，都能缩短混响时间并减弱地面反射。
模型假定房间为墙面坚硬的矩形房间，并处于稳态。真实墙面会让部分低频透过，家具会吸收声音，打开的门也会改变模态。结果用于比较不同摆位是可靠的，但准确的数值只有在听音位用麦克风测量后才能确认。