虚拟现实房间装修中的声学分析

摘  要：随着虚拟现实（下文称虚拟现实为VR）技术的发展和成熟，各种VR体验工作室、VR训练环境层出不穷，在构建VR环境的过程中处理好所涉及的声学问题、为VR提供相匹配的三维声效、对提升VR空间的整体效果十分重要。该文主要剖析装修中需要注意的一些声学问题，如体型、隔音、吸声和音质等，并为解决这些问题和处理好它们之间的关系提供了一些方案。

关键词：装修  声学  分析  调校

中图分类号：TU238                          文献标识码：A                    文章编号：1672-3791（2020）10（a）-0011-03

Abstract： With the development and maturity of virtual reality （hereinafter referred to as VR） technology， various VR experience studios and VR training environments emerge in an endless stream. In the process of building VR environment， it is very important to deal with the acoustic problems involved， provide matching 3D acoustic effects for VR， and improve the overall effect of VR space. This paper mainly analyzes some acoustic problems in decoration， such as shape， sound insulation， sound absorption and sound quality， and provides some solutions to solve these problems and deal with the relationship between them.

Key Words： Decoration; Acoustic; Analysis; Adjustment

1  VR环境中的声学客观技术指标与主观评价指标

在构建VR的过程中，声音的处理分为主观评价指标和客观技术指标两个部分（见表1）。由于主观评价因人而异很难统一，所以不做概述。客观技术指标包括声场不均匀度、混响时间频率特性、中频（610～920Hz）混响时间、空气声隔声、背景噪声限值等方面。（1）对于声场不均匀度的合理值，通过测试在常用的VR空间中，99～3999Hz范围内各频带倍频程声压级最小值与最大值之间的偏离应该低于7dB，平均值和最大值的偏离应该低于2dB。（2）在混响时间频率特性方面，不同频段的混响时间频率特性要处于标准区间内，高频在不超过上下限的前提下可以略低，低频可以稍高，中频尽量减少波折起伏。（3）中频段的混响时间（610～920Hz）要依据不一样的VR空间大小制定，当空间不大于150m2时，混响时间设到0.20～0.40s，当空间介于150～300m2时，混响时间设到0.35～0.45s，当空间大于300m2时，混响时间设到0.4～0.5s（4）VR空间中的空气声隔声指标要求对于90dB以上的粉红噪声，VR体验区和周围舱室的（垂直、水平）声压级差应该大于51dB。（5）最后一个声学指标背景噪声限值指VR空间中VR投影设备和换气口还有冷气机等运行时的噪音要低于噪音曲线NC30诸频带的阈值，或低于34dB。

2  声音质量和体型

VR空间的体型或宽高比也会影响声音的质量，在和空间大小有关联的一些频率上，音波可能会前后叠加，形成共振和驻波影响声音的重播，对音质产生不利的影响。如果在VR空间中有多种共振方式并且频率一致，那么还会出现不利的并简现象，会导致应有的共振频率失真，出现声染色、低频有嗡嗡声。此外，扩散体的处理和甄别以及VR空间墙壁的平行等，也会对声音的重播造成影响。规整的几何平面不代表就一定对声音的重播有利，VR空间的宽高比最好不使用整数，非整数的比值对音质的不利影响较小，可确保较高的声音还原度（墙面形状尽量避免使用正方形、宜使用宽高比为非正数的矩形或其他不规则形状）。另外，我们可以在VR内增加扩散体以此来消灭VR空间内产生的各种声学缺陷，对由于空间狭小所导致的内部声音比较集中的问题，需要对声音实施必要的扩散处理，对声音的还原重播是很有益的，例如对墙面实施凹凸化处理（见图1），达到VR空间简正模式均匀分布进而实现比较理想的线性低频响应声效。

3  VR装修对声学效果的影响

装修是否得当对VR空间的声音效果影响很大。适当的扩散和空间体型，可以显著改善简并、聚焦和回声问题;采用吸声特性好的装饰材料，可以得到理想的频率特性和混响时间;反射和吸声材料的合理布局，可以使声音的三维效果更加强烈;将吸扩散和吸声和合理地结合在一起，可以使声场内的分布更加均匀;最好還要做好空调等系统的消声和隔声措施，以降低VR背景噪声干扰。

4  吸声和吸声的做法

在VR的设计过程中，声学吸声极为必要，对于VR中的低频段的信号采用薄板吸声，对中频段的信号使用共振吸声，对于中高频声音我们采用多孔吸声方式。无损的声音还原指VR体验者感受到的声音的音色和音源发出的音色相同。对体验者而言VR中的声音和AR中声音的音色的音色应该一致，要达到这个目的，在装修中要确保对高、中、低频的声音吸声幅度是均匀的。音乐的透明度要好，才可以清晰地表达出声音的层次，音调高低不浑浊、细腻而明显;低音深层厚重、中音不生硬丰满充实、高音纤细清澈不刺耳并且谐音丰富，要实现这个目的，就要低中高频的吸音量可以满足声音明晰的要求。如果虚拟现实声音是从前后、上下、左右不同方位采集的声音之后发送，要使VR体验者听到声音方位与目视的音源所在位置一致，就需要吸纳声音的部位能满足声相定位的要求。

最后，吸声材料的选用也是有讲究的，要达到较好的空间感、声场影像逼真、能够准确地还原VR中的环绕音源和声场空间的大小，清晰确定声场的特征，则进一步要求反射材料和吸声材料合理分布，扬声器的位置和吸声材料的分布配合得当，只有这样当播放质量较好的音源信号时，回放的声场才能还原出身临其境的效果，这就是VR中视觉和声音的最好结合。

5  隔声的重要性和应对措施

对内外声音的阻隔重要性毋庸置疑，它决定VR最终音效的成败，要求不能让外部声音窜入室内，也不能够让内部声音扩散出去。VR中的隔声有消声和通风、墙体隔声、门窗隔声、浮筑地板隔震几个方面。浮筑地板隔震的方法是先铺隔离垫再在上面浇注水泥砂浆，这样以有效减少声音外泄，具体见图2。处理门窗隔声问题，采用减少门窗缝隙、设置吸声结构构成声闸、设置双道门、增加门窗厚度等常规方法，通风方面使用消音器来禁止声音的干扰和外泄。

6  结语

VR的实现过程中的声学处理和装修对VR的声觉体验效果很重要，处理好VR中的声音吸收、声音阻隔、VR体型、和音质方面的问题，是VR是否能满足完美效果的重点，在VR的音学处理和装修过程中需要足够重视。最后，装修设计要和音学效果相适应，既要美观还要兼顾优秀的音质，这才是一个完美的VR。

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