戴璐，孟子厚

(中國(guó)傳媒大學(xué)傳播聲學(xué)研究所，北京100024)

1 引言

混響是有界空間中存在的一種重要聲學(xué)現(xiàn)象。它一方面可以通過(guò)混響時(shí)間進(jìn)行度量，另一方面通過(guò)人的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)而被感知?；祉憰r(shí)間是室內(nèi)聲學(xué)中的基本概念和決定室內(nèi)音質(zhì)最重要的參數(shù)，但在實(shí)際中人們發(fā)現(xiàn)混響時(shí)間并非決定室內(nèi)音質(zhì)的唯一參量?；祉懙闹饔^感知是一種復(fù)雜的、綜合的感覺(jué)，到目前為止對(duì)于“混響感”這一概念仍然沒(méi)有一致的、明確的定義。但是幾乎所有的研究者都認(rèn)為單一的物理參數(shù)無(wú)法準(zhǔn)確描述廳堂的音質(zhì)。

從上世紀(jì)五、六十年代開(kāi)始，對(duì)混響主觀感知以及由它產(chǎn)生的各種心理聲學(xué)現(xiàn)象的研究逐漸受到重視。一部分學(xué)者在上世紀(jì)70年代就已經(jīng)指出混響的主觀感覺(jué)與早期衰變時(shí)間EDT相關(guān)［1］。Sum和Pan采用手槍作為信號(hào)，通過(guò)在八角形劇院的主觀試驗(yàn)指出，人耳聽(tīng)到的混響是無(wú)法計(jì)量的，但是可以描述感知到混響的程度［2］。Morimoto和Ando分別指出混響感除了受到時(shí)間特性的影響還與反射聲的方向有關(guān)［3，4］。Robert［5］利用計(jì)算機(jī)模型和統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)不同體型廳堂的聽(tīng)感進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果表明給定容積的矩形空間內(nèi)混響感比其它體形的房間 內(nèi) 混 響 感 更 大。Gade［6，7，8］多 年 的 研 究 以 及António［9］等人的調(diào)查指出廳堂的體型特性也會(huì)對(duì)混響感產(chǎn)生影響［10-13］，

莫方朔［14］等人研究了無(wú)頂空間的混響感，并通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件模擬進(jìn)行了單聲道和雙耳可聽(tīng)化的對(duì)比，結(jié)果表明不考慮反射聲方向時(shí)，能量衰變的時(shí)間特性是混響感的主要因素，有頂空間和無(wú)頂空間的混響感的區(qū)別不顯著，一旦加入反射聲方向，有頂空間的混響感比無(wú)頂空間混響感顯著增強(qiáng)。說(shuō)明反射聲的方向分布對(duì)混響感也會(huì)產(chǎn)生顯著的影響［15］。

還有一部分學(xué)者的研究顯示聲源信號(hào)和響度等因素也會(huì)對(duì)混響感產(chǎn)生影響［16-18］。也有學(xué)者認(rèn)為混響的主觀感覺(jué)還與視覺(jué)刺激、音樂(lè)類型、建筑以及文化背景有關(guān)［19，20］。雖然研究者們對(duì)混響感的研究已經(jīng)取得了一定的成果，但在具體的聽(tīng)感試驗(yàn)中素材種類的使用、連續(xù)混響和末端混響以及混響感等問(wèn)題上還有待進(jìn)一步明確和深入討論。不同研究者在研究混響感相關(guān)問(wèn)題時(shí)所采用的素材信號(hào)不同，有的使用截?cái)嘣肼曅盘?hào)，有的使用衰減信號(hào)，有的使用西方音樂(lè)信號(hào)等，而聲源本身的特性會(huì)對(duì)研究結(jié)果產(chǎn)生影響，不同的素材會(huì)引起不同的結(jié)論。有些研究者在讓被試判斷混響感時(shí)并未明確感知結(jié)果是根據(jù)連續(xù)混響還是末端混響而得到，有的研究結(jié)果是在某一特定廳堂內(nèi)得到的，有的研究成果只發(fā)現(xiàn)了某些聲學(xué)現(xiàn)象對(duì)混響感有影響，但這些影響因素具體是什么，以及它們的作用機(jī)理還尚不清楚。

2 混響感的構(gòu)成要素

混響感可以認(rèn)為是在有限空間中聽(tīng)者對(duì)聲音的一個(gè)整體感覺(jué)，具有一定的模糊性，應(yīng)從整體上來(lái)研究它。根據(jù)前期工作中對(duì)混響感的漢語(yǔ)語(yǔ)意調(diào)查結(jié)果，大部分被調(diào)查群體對(duì)主觀混響感有較大影響的語(yǔ)意因素主要集中在猝發(fā)聲源的衰變速率、房間的大小、感覺(jué)到的回聲、以及聲源與聽(tīng)音位置的距離以及音量大小等因素上［21］。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，選取不同的因素作為自變量，分別考察這些因素對(duì)混響感知影響的大小和規(guī)律。

Barron［22］曾指出混響可在時(shí)間和空間兩方面被感知，而混響的時(shí)間特性可以單獨(dú)由單聲道接收來(lái)確定，但是空間特性相對(duì)時(shí)間特性要更復(fù)雜。David Griesinger［23］在分析西方音樂(lè)混響感時(shí)指出對(duì)于旋律，立體聲比單聲道對(duì)混響感的影響更大，但是單聲道同樣也有效。他還指出不同的樂(lè)器會(huì)產(chǎn)生不同的混響感。由于在分析混響感的三維要素時(shí)涉及的空間變量較多，實(shí)驗(yàn)比較復(fù)雜，所以本文對(duì)混響感的分析都從單聲道出發(fā)，通過(guò)聽(tīng)感實(shí)驗(yàn)分別考察這些參量與混響感之間的因變關(guān)系，并對(duì)混響感的綜合評(píng)價(jià)方法進(jìn)行歸納。

3 混響感的實(shí)驗(yàn)方法

在所有聽(tīng)感實(shí)驗(yàn)實(shí)施之前，都會(huì)對(duì)被試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)背景解釋和訓(xùn)練，混響感的解釋采用引導(dǎo)的方式，在實(shí)驗(yàn)時(shí)不給出明確定義，而將混響感解釋為人在一個(gè)有限空間里聆聽(tīng)一個(gè)有內(nèi)容的聲音時(shí)所感受到的與無(wú)限自由空間所不同的一種感覺(jué)。

實(shí)驗(yàn)采用的素材為在無(wú)反射環(huán)境下專門(mén)錄制的信號(hào)，選取這些信號(hào)的特征片段作為實(shí)驗(yàn)信號(hào)，分別與不同的房間脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積，模擬具有不同聲場(chǎng)特點(diǎn)的聲源信號(hào)，并隨機(jī)呈現(xiàn)給被試。對(duì)所有實(shí)驗(yàn)信號(hào)的末端進(jìn)行統(tǒng)一的淡出處理，要求被試只判斷連續(xù)混響。為避免由雙耳效應(yīng)帶來(lái)的不可控的復(fù)雜影響，所有實(shí)驗(yàn)素材均通過(guò)耳機(jī)單聲道饋放給被試。耳機(jī)音量調(diào)整為播放白噪聲時(shí)約為75dBA左右。

混響的主觀感知受到多種因素的共同影響，每一個(gè)因素的變化都會(huì)對(duì)混響感產(chǎn)生影響，因此采用因素分析法研究各因素對(duì)混響感的影響時(shí)，應(yīng)保持其他因素不變，只改變所要考察的因素對(duì)應(yīng)的變量，在此條件下測(cè)定這一因素與混響感的因變關(guān)系。

3.1 實(shí)驗(yàn)信號(hào)與實(shí)驗(yàn)素材

實(shí)驗(yàn)所采用的素材為在短混響錄音室內(nèi)錄制的民樂(lè)信號(hào)，錄音室混響時(shí)間為0.05s(500Hz)。選取這些民樂(lè)信號(hào)的某些片段作為實(shí)驗(yàn)素材，片段時(shí)長(zhǎng)約為8～12s。根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康牡男枨笈c不同的房間脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積，模擬具有不同聲場(chǎng)特點(diǎn)的音樂(lè)片段信號(hào)，并隨機(jī)的呈現(xiàn)給被試。依據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的不同，所采用房間脈沖響應(yīng)有兩類:

混響器脈沖:以混響器TC.Reverb 4000中第29號(hào)的預(yù)置廳堂脈沖為基礎(chǔ)，均勻改變房間吸聲量來(lái)獲得同一空間內(nèi)具有不同混響時(shí)間的一組脈沖響應(yīng)，為減少其它因素的干擾，這一組房間脈沖響應(yīng)都調(diào)節(jié)到具有水平的頻率響應(yīng)特性，混響時(shí)間的變化范圍為 0.5s～6.0s［24］。

實(shí)測(cè)脈沖:通過(guò)對(duì)容積不同、結(jié)構(gòu)不同、用途不同的近百個(gè)有界空間進(jìn)行聲學(xué)測(cè)量，并選取其中具有代表性的房間脈沖響應(yīng)在實(shí)驗(yàn)中模擬現(xiàn)實(shí)聲場(chǎng)，混響時(shí)間的范圍為 0.28s～6.44s［25］。

仿真脈沖:首先對(duì)現(xiàn)實(shí)存在的空間或有特殊需要而現(xiàn)實(shí)中沒(méi)有的空間進(jìn)行物理建模，然后使用Odeon仿真軟件(虛擬聲源法和聲線跟蹤法)對(duì)物理空間聲場(chǎng)進(jìn)行模擬，并得到該空間的仿真房間脈沖響應(yīng)。

3.2 被試與尺度估計(jì)法

被試為20名左右的聲頻技術(shù)專業(yè)的研究生，年齡在20～25歲之間，聽(tīng)力正常，并具有相關(guān)的聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)。由于實(shí)驗(yàn)數(shù)量和實(shí)驗(yàn)素材較多，采用對(duì)偶比較法不現(xiàn)實(shí)，因此對(duì)混響感的不同因素分析時(shí)采用改進(jìn)的尺度估計(jì)法。常用的尺度估計(jì)法通常使用線性尺度，由于前期試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)線性尺度標(biāo)記方式不適用混響感的理解，因此在分析混響感的影響因素中統(tǒng)一使用更符合被試主觀感覺(jué)的尺度估計(jì)，并設(shè)定一參考信號(hào)，并假設(shè)參考信號(hào)的混響感強(qiáng)度為1。尺度設(shè)計(jì)如表1所示，被試在每個(gè)序號(hào)后會(huì)聽(tīng)到A、B兩個(gè)音樂(lè)片段，要求被試在聽(tīng)到音樂(lè)片段之后首先對(duì)A、B之間混響感的強(qiáng)弱進(jìn)行比較和判斷，并在右側(cè)的尺度欄里對(duì)混響感之間的倍數(shù)關(guān)系進(jìn)行估計(jì)并給出分?jǐn)?shù)。

表1 改進(jìn)的尺度估計(jì)表格

對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，在某些變量的觀測(cè)值上不同被試之間的離散度較大時(shí)，為提高數(shù)據(jù)的可信度，將95%置信區(qū)間外的數(shù)據(jù)予以剔除。本文中所述所有實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)均采用此種方法。

4 混響感實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

混響感的感知因素中，混響時(shí)間、聲壓級(jí)和頻率這三種因素與混響感知關(guān)系可能是最密切的［26，27］，當(dāng)空間環(huán)境和聽(tīng)音位置保持不變時(shí)，混響時(shí)間、聲壓級(jí)、頻率這三種影響因素與混響感之間的關(guān)系分別討論如下:

4.1 混響時(shí)間與混響感

混響感具有時(shí)空兩種特性，在不考慮空間特性的情況下，時(shí)間特性對(duì)混響的感知起主要作用。由韋伯—費(fèi)希納定律定理可知混響感與混響時(shí)間基本上滿足單調(diào)的指數(shù)函數(shù)關(guān)系。在不改變房間參數(shù)和聽(tīng)音位置，只改變吸聲量的情況下，調(diào)節(jié)混響器使混響時(shí)間的變化范圍從0.6s～6.0s，得到28個(gè)不同的房間脈沖響應(yīng)。將笛曲《春到湘江》的無(wú)反射信號(hào)，分別與這28個(gè)房間脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積，模擬不同混響時(shí)間時(shí)的聽(tīng)音情況。將混響時(shí)間為1.5s的樂(lè)段作為參考信號(hào)，并定義它的混響感為1，由尺度估計(jì)法要求被試判斷相對(duì)參考信號(hào)的混響感強(qiáng)度。由圖1可以看出，混響感與混響時(shí)間成指數(shù)函數(shù)關(guān)系，混響感隨著混響時(shí)間的增加而增強(qiáng)，其因變關(guān)系可通過(guò)下式描述:

圖1 混響感與混響時(shí)間的關(guān)系

4.2 聲壓級(jí)與混響感

Ando［28］的研究表明真實(shí)廳堂中的音質(zhì)與聆聽(tīng)聲壓級(jí)有關(guān)，當(dāng)混響時(shí)間和信號(hào)聲壓級(jí)都增大時(shí)，音樂(lè)和語(yǔ)音信號(hào)的混響感會(huì)隨之變大。選用四種民族樂(lè)器演奏的四首民樂(lè)片段作為實(shí)驗(yàn)素材，探討混響時(shí)間分別為1.0s、2.0s和3.0s時(shí)，聲壓級(jí)對(duì)民樂(lè)混響感的影響。將2s/80dBA信號(hào)的混響感設(shè)為1，作為參考信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明混響感隨著聲壓級(jí)的增大而增強(qiáng)，但這種變化趨勢(shì)不是固定的，而是在某一個(gè)聲壓級(jí)范圍內(nèi)到達(dá)一個(gè)最大值。每種曲目的混響感隨聲壓級(jí)逐漸變化的趨勢(shì)并不一致，這可能是因?yàn)椴煌瑯?lè)器的音色也會(huì)對(duì)混響感有所影響。圖2為當(dāng)混響時(shí)間2.0s時(shí)，聲壓級(jí)與混響感的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖中縱坐標(biāo)是以對(duì)數(shù)格式給出的混響感級(jí)(dB)，其定義為:

其中rref是參考信號(hào)的混響感，即為1，re是不同混響時(shí)間不同聲壓級(jí)信號(hào)的混響感相對(duì)于參考信號(hào)混響感的倍數(shù)值。

聲壓級(jí)(SPL)與混響感之間的因變關(guān)系可以用多項(xiàng)式進(jìn)行描述如下:

其中 a1，a2，a3為待定常數(shù)項(xiàng)

圖2 混響時(shí)間為2.0s時(shí)混響感與聲音強(qiáng)度的關(guān)系

4.3 帶限噪聲的混響感

聲音頻率對(duì)混響感的影響包括聲音本身的頻率特征、混響時(shí)間的頻率特征等，由上一節(jié)的實(shí)驗(yàn)以及 David Griesinger［29-31］的研究知道，由于頻率調(diào)制和位移現(xiàn)象，不同樂(lè)器具有不同的混響感，低頻對(duì)廳堂的混響感可能更重要。為考察頻率對(duì)混響感的影響，采用中心頻率范圍為125Hz～8000Hz的倍頻帶白噪聲作為實(shí)驗(yàn)素材，與混響器預(yù)置的脈沖進(jìn)行卷積，混響時(shí)間的變化范圍為0.5s～6.0s，選用中心頻率為1000Hz，混響時(shí)間為1.0s的頻帶噪聲作為參考信號(hào)。圖3是帶限噪聲的連續(xù)混性感的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，其中頻率軸按對(duì)數(shù)標(biāo)度。帶限噪聲的連續(xù)混響感與混響時(shí)間無(wú)關(guān)，與頻率相關(guān)帶限噪聲的中心頻率越低，混響的感知越強(qiáng)，其因變關(guān)系如下:

圖3 頻率與混響感的因變關(guān)系

4.4 感知距離與混響感

感知距離是相對(duì)于混響半徑對(duì)聲源距離的感知，與聲源距離和房間混響半徑的比值(d/r)相關(guān)。感知距離不僅與聲源的距離相關(guān)，還與所在空間的聲學(xué)環(huán)境相關(guān)。前期實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)房屋體形不同而混響時(shí)間也不同時(shí)，混響感不僅受到混響時(shí)間的影響，還受到感知距離的影響［25］，其相互關(guān)系為:

為考察同一廳堂內(nèi)感知距離(d/r)與混響感之間的關(guān)系，對(duì)三個(gè)實(shí)際空間內(nèi)位置不同的聲學(xué)環(huán)境進(jìn)行了測(cè)量，這三座廳堂為:中國(guó)傳媒大學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)樓400人報(bào)告廳、1500人大禮堂和800人小禮堂，測(cè)點(diǎn)如圖4所示。

這三座廳堂500Hz時(shí)的混響時(shí)間分別為:RT小禮堂=0.99s，RT400人報(bào)告廳=0.82s，RT1500人報(bào)告廳=1.03s。將測(cè)量得到的房間脈沖響應(yīng)與一段小提琴獨(dú)奏曲無(wú)反射信號(hào)進(jìn)行卷積作為實(shí)驗(yàn)信號(hào)，選擇小禮堂內(nèi)測(cè)點(diǎn)3位置為參考，其余不同位置處共20個(gè)信號(hào)樣本分別與參考信號(hào)進(jìn)行比較，被試要求給出實(shí)驗(yàn)信號(hào)相對(duì)于參考信號(hào)的混響感尺度估計(jì)。

由圖5以看出，當(dāng)空間環(huán)境不變時(shí)，混響感隨感知距離(d/r)的增大而增強(qiáng)，在感知距離(d/r)大于某一值之后混響感隨之增加的趨勢(shì)趨于平緩，三個(gè)廳堂中混響感隨感知距離變化的趨勢(shì)相似。在相同空間中混響感與感知距離的因變關(guān)系可通過(guò)下式進(jìn)行描述，由于廳堂具體情況不同，公式中的參量需要根據(jù)具體情況確定:

圖4 三個(gè)廳堂測(cè)點(diǎn)布置示意圖

圖5 三個(gè)廳堂內(nèi)混響感與感知距離d/r的因變關(guān)系

其中a1、a2和c為待定常數(shù)項(xiàng)。

4.5 平均吸聲特性與混響感

房間類型不同，混響感也會(huì)不同。對(duì)常見(jiàn)的75個(gè)大小不同，結(jié)構(gòu)不同的房間進(jìn)行了聲學(xué)測(cè)量，并對(duì)這些空間的混響感進(jìn)行了主觀評(píng)價(jià)，這75個(gè)空間的混響時(shí)間范圍為0.28s～6.44s。實(shí)驗(yàn)素材選擇北笛曲《春到湘江》中的一段，與測(cè)量得到的75個(gè)不同房間脈沖信號(hào)進(jìn)行卷積，選擇混響時(shí)間為1.06s的房間為參考樣本。

房間的物理屬性包括房間的容積、表面積、墻面材料等有一定關(guān)聯(lián)，而這些因素決定了空間的總吸聲量，因此房間的平均吸聲系數(shù)在某種程度上也能作為描述房間物理的參量之一。這75個(gè)空間的平均吸聲系數(shù)與混響感之間的關(guān)系如圖6所示，結(jié)果表明混響感與平均吸聲系數(shù)具有顯著的負(fù)相關(guān)性，混響感隨平均吸聲系數(shù)增加而減弱，其因變關(guān)系可表述如下:

圖6 不同空間的混響感

3.6 反射聲方向與混響感

Morimoto指出混響感具有時(shí)空特性，反射聲方向?qū)祉懙母兄灿忻黠@影響［3］。他利用揚(yáng)聲器重放實(shí)驗(yàn)研究了混響感的心理構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)中用對(duì)偶比較法討論了揚(yáng)聲器與耳朵軸線夾角α為10°、65°和83°的情況。使用一段小提琴獨(dú)奏和 30ms，1000Hz純音脈沖信號(hào)作為聽(tīng)感素材判斷混響感的差別。使用尺度估計(jì)法判斷與混響感相關(guān)的各因素，得到了連續(xù)混響和末端混響的多元回歸方程:

為調(diào)查前后方向和來(lái)自左右方向的反射聲對(duì)混響感判斷的影響，本文設(shè)計(jì)了一組聽(tīng)音實(shí)驗(yàn)，使用監(jiān)聽(tīng)揚(yáng)聲器重放方式模擬來(lái)自前、后、左、右四個(gè)方向的反射聲，音箱擺放如圖7所示。

實(shí)驗(yàn)在聽(tīng)音室中進(jìn)行，聽(tīng)音室的混響頻率特性如圖8所示。選用樂(lè)曲《春到湘江》中的一段作為素材，與具有不同混響時(shí)間并去除直達(dá)聲的一組房間脈沖進(jìn)行卷積來(lái)模擬聲場(chǎng)的混響，混響時(shí)間為0.5s、0.7s、1.0s、1.5s、2.0s、2.4s、3.0s、4.0s、5.0s、6.0s，房間脈沖具有平直的頻率特性，將混響時(shí)間為1s的信號(hào)作為參考信號(hào)，由置于被試正前方的揚(yáng)聲器重放，四只音箱所播放的實(shí)驗(yàn)信號(hào)分別為:前、后音箱播放來(lái)自前方和后方的反射聲，左、右音箱播放來(lái)自左側(cè)和右側(cè)的反射聲，前方的音箱還播放直達(dá)聲和參考信號(hào)。正式實(shí)驗(yàn)時(shí)四只音箱分別播放來(lái)自前后和左右方向的反射聲。聽(tīng)感實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9所示。

實(shí)線為前后方向反射聲與混響感的關(guān)系曲線圖，虛線為前后方向反射聲與混響感關(guān)系曲線圖

由實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，前后方向和左右方向的反射聲對(duì)混響感的影響趨勢(shì)近似。混響時(shí)間小于1.0s時(shí)，前后向反射聲和側(cè)向反射聲對(duì)混響感的影響區(qū)別不大?；祉憰r(shí)間大于1.0s時(shí)，被試的混響感在只有側(cè)向反射聲時(shí)要比只有前后反射聲時(shí)大。根據(jù)本文的實(shí)驗(yàn)究結(jié)果和Morimoto的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可假設(shè)混響感具有方向因子，該因子在反射聲來(lái)自左右方向時(shí)混響感最大，混響感可通過(guò)方向因子和混響時(shí)間的線性方程進(jìn)行描述:

其中a、b、c為待確定常數(shù)，θ為反射聲角度。

5 混響感與聲音內(nèi)容

目前對(duì)廳堂音質(zhì)的研究主要是以音樂(lè)為基礎(chǔ)而得到的結(jié)果，且多數(shù)都是以西方交響樂(lè)為測(cè)試音源，實(shí)際生活中人們可以接觸到各種各樣的內(nèi)容的聲音，聲源不同內(nèi)容也會(huì)對(duì)混響感產(chǎn)生影響。

5.1 語(yǔ)音的混響感

實(shí)驗(yàn)使用的語(yǔ)音素材由六位女生和兩位男生在短混響室內(nèi)錄制，有男、女聲朗誦，領(lǐng)讀、齊讀和唱詩(shī)等。這些素材與由Odeon仿真得到的九座教堂房間脈沖響應(yīng)進(jìn)行卷積模擬教堂的自然聲學(xué)環(huán)境。采用尺度估計(jì)法來(lái)判斷混響感的大小，參考信號(hào)是混響時(shí)間為2.52s時(shí)的素材片段［32］。

聽(tīng)感實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，語(yǔ)音和音樂(lè)的混響感隨混響時(shí)間的增加而增強(qiáng)，隨清晰度(C80)增大而減弱。語(yǔ)音的混響感普遍比音樂(lè)的混響感要強(qiáng)，這種趨勢(shì)隨著混響時(shí)間的增加更加明顯。清晰度較低時(shí)，相同的混響條件下，語(yǔ)音比音樂(lè)感知到的混響感更強(qiáng)。隨著清晰度的升高，音樂(lè)混響感減弱的趨勢(shì)較平緩，而語(yǔ)音的混響感則變化強(qiáng)烈，因此混響時(shí)間對(duì)語(yǔ)音和音樂(lè)的混響感都有較大的貢獻(xiàn)，而語(yǔ)音的混響感更易受到清晰度的影響，如圖10所示。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)論可以歸納出語(yǔ)音的混響感可通過(guò)下面的關(guān)系描述:

5.2 中國(guó)民樂(lè)的混響感

圖10 語(yǔ)音和音樂(lè)的混響感分別與混響時(shí)間和C80的關(guān)系

文獻(xiàn)［33］中對(duì)88首中國(guó)傳統(tǒng)民樂(lè)獨(dú)奏片段的混響偏愛(ài)度進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，并得到每首樂(lè)曲片段的最佳混響時(shí)間范圍。根據(jù)民樂(lè)混響主觀偏愛(ài)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)這些樂(lè)曲片段的最佳混響時(shí)間分布范圍比較廣，從0.6s到3.0s，這說(shuō)明民樂(lè)最佳混響跟演奏樂(lè)器和曲目表達(dá)的情感等都有關(guān)聯(lián)，這些因素是與混響時(shí)間不相關(guān)的因素，而是由樂(lè)曲本身及其內(nèi)容表達(dá)所產(chǎn)生的差異。因此，在混響時(shí)間相同的條件下，由這些因素產(chǎn)生的差異也可能對(duì)混響的感知產(chǎn)生影響。針對(duì)這88首民樂(lè)片段，對(duì)它們?cè)谧罴鸦祉憰r(shí)間條件下和同混響時(shí)間條件下的主觀混響感分別進(jìn)行了調(diào)查［34］。

5.2.1 相同混響時(shí)間下的民樂(lè)混響感

將民樂(lè)最佳混響調(diào)查所得民樂(lè)片段的最佳混響時(shí)間的平均值(1.3s)作為統(tǒng)一的混響條件，選取北笛獨(dú)奏樂(lè)曲《春到湘江》片段與1.3s的混響器脈沖響應(yīng)卷積得到的信號(hào)段作為參考信號(hào)，考察90首民樂(lè)獨(dú)奏片段在相同混響時(shí)間條件下的混響感，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖11所示。

結(jié)果表明，在相同的混響條件下，簫的混響感分布范圍最廣，混響感強(qiáng)度最強(qiáng)，其它樂(lè)器的混響感分布范圍接近。北笛和琵琶的混響感相對(duì)其他樂(lè)器較低，揚(yáng)琴和巴烏的混響感強(qiáng)度較強(qiáng)。借鑒對(duì)民樂(lè)協(xié)和性分析的方法［35］，利用 MIRToolbox分析工具對(duì)可用于描述這些民樂(lè)片段的26個(gè)聲學(xué)參數(shù)進(jìn)行了分析，并與主觀混響感結(jié)果進(jìn)行相關(guān)分析，得到6種與民樂(lè)的主觀混響感具有較強(qiáng)相關(guān)性的參量，通過(guò)逐步回歸的方法對(duì)得到的回歸方程進(jìn)行擬合優(yōu)度比較，得到在同混響條件下民樂(lè)混響感表達(dá)式如下:

R:95%頻譜能量截止頻率(Rolloff)(頻域參數(shù));C:音譜質(zhì)心(Chromagram Centroid)(時(shí)頻域參數(shù))

其中頻譜能量截止頻率R和音譜質(zhì)心C可用來(lái)描述音樂(lè)的音色(timbre)和音調(diào)(tonality)［36］說(shuō)明樂(lè)曲的頻域特征與混響感之間具有顯著的相關(guān)性，比如演奏的樂(lè)器和聲音的高低。

5.2.2 最佳混響時(shí)間下的民樂(lè)混響感

選取中國(guó)民族器樂(lè)最佳聽(tīng)聞的室內(nèi)聲學(xué)研究中使用的88首民樂(lè)信號(hào)為素材，將每首樂(lè)曲的最佳混響時(shí)間作為它們各自樂(lè)曲片段的混響時(shí)間，將最佳混響時(shí)間為1.0s的樂(lè)曲片段《上樓》作為參考信號(hào)與其他曲目進(jìn)行對(duì)比，不同曲目在最佳混響時(shí)間條件下的混響感結(jié)果如圖12所示。

圖11 相同混響條件下民樂(lè)的混響感

通過(guò)對(duì)音樂(lè)聲學(xué)相關(guān)參數(shù)相關(guān)分析得到譜通量(Sflux)和時(shí)域參數(shù):過(guò)零率(Zerocross)與主觀混響感具有較高的相關(guān)性，這兩個(gè)參量可表征民樂(lè)片段的頻域特性。將上述兩個(gè)參量與混響時(shí)間使用逐步回歸的方法進(jìn)行多元回歸分析，并對(duì)得到的回歸方程的擬合優(yōu)度進(jìn)行比較，確定描述最佳混響時(shí)間條件下不同民樂(lè)混響感的多元回歸方程如下:

圖12 最佳混響條件下民樂(lè)的混響感

其中Z:過(guò)零率(時(shí)域參量);Fu:時(shí)頻域譜通量(時(shí)頻域參量)［36］

民樂(lè)在相同混響和最佳混響條件下的混響感調(diào)查結(jié)果說(shuō)明，在混響時(shí)間不變的情況下，樂(lè)曲的頻域特性與混響感有較強(qiáng)的相關(guān)性，頻譜能量截止頻率和音譜質(zhì)心可用于描述樂(lè)曲的音調(diào)和音色特征。在最佳混響時(shí)間下，由于受到混響時(shí)間長(zhǎng)短的影響，混響感的感知與相同混響時(shí)間下有一定不同，但樂(lè)器的音色對(duì)混響感的感知在兩種混響條件下都具有顯著的影響。

6 結(jié)論

根據(jù)混響感漢語(yǔ)語(yǔ)意調(diào)查，得到可能對(duì)混響感產(chǎn)生影響的幾種因素，采用因素分析法分別設(shè)計(jì)了一系列主觀聽(tīng)感實(shí)驗(yàn)來(lái)探討不同聽(tīng)音環(huán)境下，各因素對(duì)混響感的影響以及它們之間的關(guān)系。聽(tīng)感實(shí)驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)一步說(shuō)明了混響感是一個(gè)綜合的主觀感知量，它不僅受到混響時(shí)間的影響，還與聲壓級(jí)、頻率、感知距離(d/r)、平均吸聲系數(shù)和反射聲方向以及聆聽(tīng)的內(nèi)容等因素相關(guān)。在混響感因素分析的聽(tīng)感實(shí)驗(yàn)中明確了被試在判斷混響感時(shí)是基于連續(xù)混響產(chǎn)生的主觀感覺(jué)，并采用了更符合聽(tīng)感的尺度估計(jì)法，對(duì)混響感的因素分析得到如下結(jié)論:

(1)聽(tīng)音空間不變時(shí)，混響時(shí)間與混響感呈指數(shù)關(guān)系。倍頻帶白噪聲的連續(xù)混響感與混響時(shí)間無(wú)關(guān)，而是隨著頻率的降低而增強(qiáng)，隨著頻率的升高而降低。聲壓級(jí)與混響感的關(guān)系并不是線性關(guān)系，混響感的峰值出現(xiàn)在85dBA左右。

(2)空間因素中側(cè)向反射聲對(duì)混響感貢獻(xiàn)最大，而矩形房間的混響感相比其他形狀的混響感更強(qiáng)烈。每座容積大的廳堂也具有較強(qiáng)的混響感。在廳堂距離聲源不同位置處的混響感也不相同，混響感與感知距離(d/r)成正比，先隨感知距離的增加而增加，在某個(gè)距離之后混響感隨之增加的趨勢(shì)趨于平緩。不管對(duì)于何種體形的普通房間而言，混響感除與混響時(shí)間相關(guān)外，還與平均吸聲系數(shù)成反比。在混響時(shí)間不變而空間未知的情況下，可以通過(guò)時(shí)間能量中心(Ts)對(duì)混響感進(jìn)行描述，二者符合指數(shù)關(guān)系;

(3)語(yǔ)音與音樂(lè)混響感的區(qū)別在于，音樂(lè)的混響感主要受到混響時(shí)間的影響，而語(yǔ)音的混響感同時(shí)受到混響時(shí)間和清晰度的影響;民樂(lè)的混響感主要受到樂(lè)曲音色的影響，因此樂(lè)器對(duì)民樂(lè)混響感的體驗(yàn)具有顯著的影響。

在對(duì)廳堂的設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)以及音樂(lè)的音效處理等方面，不應(yīng)當(dāng)將混響時(shí)間作為唯一的參量，而應(yīng)綜合的考慮混響的主觀感覺(jué)?；祉懜幸蛩胤治龉ぷ髦猩婕耙蛩乇姸?，某些因素與混響感之間的因變關(guān)系還有待進(jìn)一步確定，各因素之間的正交性也有待深入討論。

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