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房间声学原理与Schroeder混响算法实现

时间:2020-08-22 05:41:22

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房间声学原理与Schroeder混响算法实现

一、混响时间的计算与预测

所谓混响就是声音的直达声与反射声很紧凑的重合在一起时人耳所听到的声音,这个效果在语音的后期处理时特别有用。能产生混响最常见的场景就是房间内,尤其是空旷的房间中。

混响有直达声,早期反射和后期反射声组成。其中直达声是声源信号不经过任何障碍物直接到达人耳的那部分、早期反射声由一次或者几次反射的声音信号组成、后期反射声由随后更多次的反射声音信号组成。混响效果的空间感主要由早期反射声决定。

在一个房间中,声音衰减所消耗的时间是房间的吸声系数和声波走过的距离的函数。声波在其传输并衰减的过程中,经过每两个界面之间的平均距离就是众所周知的平均自由程,它可以通过如下公式计算得到:

(1.1)

这里:

MFP平均自由程,单位为米

V房间的体积,单位为立方米

S 房间的总表面积,单位为平方米

将式(1.1)除以声速,可以得到两次反射的时间间隔为:

(1.2)

假如每次反射时,都有a部分能量被墙壁吸收,这时a为墙壁的吸声系数,那么则有(1-a)部分的声能被反射回来,并作用于下一次反射,且每一次都有a部分声能被吸收,因此,经过n次反射后,回来的声能为:

(1.3)

由于a为小于1的系数,(1-a)也小于1,因此式(1.3)表示声能按指数规律衰减。为了求出声能衰减到指定比例所需要的时间,就要先求出在指定时间间隔内声波发生反射的次数,而这个可以通过将这个时间间隔除以两次反射的时间间隔得到,基于式(1.2)得到:

(1.4)

这里t为混响的总时间(单位为秒),

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