扩散,是声音朝着许多方向不规则反射、折射和衍射的现象。扩散使室内声场均匀。我们可以举个扩散的形象比喻:迪斯科舞厅的多棱镜面反射球就是一个光扩散的良好例子。由于敷设在球面上的许多镜片朝各个方向反射光线,而使光斑扩散到四周。
同样,房间的各种家具也有不同的反射面,对射入房间的光线起扩散作用而使整个房间亮度分布均匀。
声音亦如此,厅内的座椅、不平整的墙面装饰、圆柱、挑台立面、栏杆等等物体表面使声音朝各个方向扩散,使声场均匀。
理想的扩散应满足下面三个条件:
(1) 空间各点声能密度均匀;
(2) 在任何一点上,从各个方向传来的声强相同;
(3) 在各个方向传播的声波相位是无规律的,因而各个方向的声能可以直接相加。
要获得这样一个理想的扩散声场是不可能的,也没有必要。因为这样一个均匀的声场中,听者无从辨别声源来自何方,失去了声源的方位感。但如果使室内保持一定程度的声扩散,将是我们希望的。因为它可以改善室内声场分布,缩短前后排的声级差,调整清晰度与丰满度的平衡,消除回声,抑制声反馈。总之,扩散对改善厅堂音质十分有利。
为使剧场获得一定的声音扩散效果,可在剧场的顶棚、侧墙与后墙的表面设立不同几何形状的声扩散体,如圆柱形、三角形、半球形、多面体、棱锥形等。也有制成极具艺术装饰效果的立体浮雕图案形式。常见的声扩散体形状如图5所示,其中由于三角形和半圆柱体构造简单,扩散效果良好而被广泛地应用在声学工程实践中。这两种扩散体的扩散效果与它的尺寸和配置有关。图6是声波从450角投射至扩散体中心时所测到的声音扩散效果,可以看出圆柱体略优于三角形体,而中、高频优于低频。
设计与配置声扩散体时,应注意的是 :
(1) 扩散体不能同时是吸声体。
(2) 扩散体的材质应尽量采用比重大而具有一定刚度的材料,如混凝土、抹灰砖石体、大理石、花岗石等。
(3) 如用木材则宜采用实心硬木。如柚木、橡木、花梨木或硬木表面加贴多层组合板。而切忌用三合板、五合板等薄板制成空心体,这样会形成对低频的强吸收。
(4) 尽可能避免用石膏浇铸扩散体,虽然制作成本很低,但它会产生金属声染色,对音色不利。
(5) 扩散体各个扩散面的几何尺寸必须足以与声波波长相比,才有良好的扩散效果。
以上原则同样适用于其他听音室。
根据反射原理,一旦扩散体尺寸一定,室内声波的扩散程度随频率上升而递增。因此,在进行声扩散设计时,应注意采用大尺寸的扩散体,以增加对低音的扩散能力。