音响中不能不学的声学原理

音响中不能不学的声学原理
在音响的范围中，声音是十足的基础。在这里讲的声学原理，最主要是让一个调音员可以大概体会声学的各方面，而不是举办声学研讨，或是硕士、博士的声学论文，以是在这讲的声学理论都是实际可以给在现场把持音响的人用得上的。
(1)声学历史
当森林中有一棵树坍毁下来时，发出一阵砰然大响声音，然而没有人在这个原始森林中，以是就听不到这声音。这算不算有声音发出来呢？声音是确定发出来了，由于当树干及树枝构兵地面时，它们都会产生某些声音，但是没有人听见，但这声音唐塞人类或其他动物所听到的是有所不同，以是这即是声学上所说的心理(Psychoacoustics)。
1915年，有一个美国人名叫***m将一个当时的德律风收听器套在一个播放唱片的号角上，而声音可以给一群在旧金山市庆祝圣诞的群众听时，电声学就出生了。当第一次世界大战结束之后，在美国哈定总统(Harding)就职典礼上，美国贝尔公司把德律风的动圈收听器连接在当时的唱片唱机的号角上，就可以大概把声音传给寓目总统就职典礼的一大群群众，于是就孕育孕育产生了不少专业的音响研讨及斥地了扩声工程这门学问。音响研究人员不单纯是乐意地把音响器材进行改进，也做了各类迥异的实施来了解人类对听觉的反响反应。但最高级的音响研究人同都明白搭理音响学是要总体的研讨，要了解的每一个症结，及人类对听觉的生理回声反响，他们在过去多年内直至面前目今当今都作出了很大的孝顺。早在1877年，英国的莱李爵士(LordRaleigh)就已经做过声学的研讨，他曾经说过：“所有非论直接或间接有关音响的题目，一定要用咱们的耳朵来做决定，因为它是咱们的听觉的器官，而耳朵的决定就应该算是着末决议，是不必要再接受上诉的。但这不是即是扫数的音响研讨都是单靠用耳朵来进行。当咱们发现声音的根柢是一个物理的征兆时，咱们探测这个音响境界就要转到其余一个范围范围，它即是物理学。主要的定率是可以从研讨这方面而来，而咱们的听觉感触也必定要负担负责这些定率。”咱们可以从以上一段文字看到，就算在没有电声音响学孕育发生的时候，老前辈科学家都觉得这个是物理的领域。
闻名科学家英国的卡尔文勋爵通常说：“当你肚量你所述的事物，而能用数字来表达它，你对这事物已有些常识。但如果你不克不及用数字来表达它，那么你的知识仍然是简陋的和不完善的；对任何事物而言，这梗概是知识的始源，但你的意念还未达到科学的地步。”卡尔文勋爵(1824—1907)是19世纪最出色的科学家之一，后世的科学家为了要眷念这位巨人，把绝对温度—273.16摄氏度命名为0度卡尔文度。
戴维斯匹俦(Don＆CarolynDavis)是《音响系统工程》(SoundSystemEngineering)这本书的作者。这书被称为音响圣经，几乎是每一个外国研讨音响的人必读之物。我引述他书内这一段：“拥有数学和物理学的知识，是实质上了解音响工程学的必要条件。对这两种科学认识越深，越能使你超过从以为上所获取的意念，而达到用科学来引证事实。著名音响家占士摩亚曾经说过：‘在音响学中，任何在外面看来很较着的事情，经常都是不对的’。”
在以上引述了几位科学家及音响学家的训言，主要是因为面前目今现今大部分做音响的人士，他们虽然是对音响及音乐很有兴致，但是感触感染光靠他们的听觉就可以剖断什么是好或欠好的音响，不明白这是一门专业的工程学问，是做欠好音响的。远在19世纪的莱李爵士已经指出这是一个科学的地步，今世的音响工程学也像此外科学学术同样正在努力地发展，以是音响工程学是离不开数学及物理学的。
音频与波长的扳连
(2)现场音晌与录音室音晌的告别
在这里所讲解的现场音响地使用，它与录音妙技是有不少不同的地方，有得多人以为音响的最高境地就是录音技术，这是不全面的。在录音才略上，基础是没有碰着反馈的情况，因为在一个录音室内举办利用时，所有的外围因数都可以获取控制，但是在现场音响重播时，咱们是不可以阻拦有得多现场音响的问题，以是现场音响和录音音响是两种不同的学问。
现场音响跟录音室音响的要求是不同的，以是有得多器材也是不同的。譬如在录音室内所用的调音台，它们的每路输入都有多个参数均衡，让录音师可以把每路输入的音源尽管即使做最精密地微调，务求达到最佳的音源效果。一个用来做现场音响的调音台，平时在它的每路输入，均衡都是比力俭省的。由于不少时候，现场调音师基础底细根抵就没有不少时辰把每路的音源做很详细地微调，而在现场音响的调音台每路的音量控制推杆，它们除了可以把音量做衰减外，也可以增益10—14dB。假如做录音室用的调音台，这推杆不少时候是不必要做增益的，以是这推杆的英文名称即是fader，意思就是衰减器。用在现场音响的大功率功放，它们都会有风扇作为散热用场，由于现场音响的功放是每每在最大功率输出的景遇下事变，并且有得多时候是在户外做现场音响时，到处的温度梗概至关高。要是在录音室内，素日都必然会有空调，温度当然不会太高，而录音室内的功放，主要是用来推监听音箱用的，虽然不必要输出很大的功率，以是功放只须要用平居的散热器，就可以把很小的热量散走。倘使功放装有电扇的话，风扇发出来的声音反而造成噪音，以是在录音室内的功放基本上是不必要风扇的。
现场音响所用的音箱，为着要把很大的声压传播绘在远距离的观众，以是它们是必要很高效率的，但在录音室内所用的监听音箱，是录音师用来监听声源或录音的末端结果，录音师是坐在距监听音箱很近的地方来监听，以是监听音箱是一种近音场的音箱，不必要高灵敏度，感召跟现场音响音箱是完备不同的。
(3)音频与波长的关连
不少现场调音师都没有理会到音频与波长的扳连，实在这是很主要的：音频及波长与声音的速度是有直接的扳连。在海拔气氛压力下，21摄氏温度时，声音速度为344m／s，而我交兵国内的调音师，他们常用的声音速度是34Om／s，这个是在15摄氏度的温度时声音的速度，但巨匠最主要记得即是声音的速度会随着气氛温度及空气压力而变化的，温度越低，气氛里的分子密度就会增高，以是声音的速率就会低落，而若是在高海拔的地方做现场音响，由于空气压力减少，空气内的分子变得希罕，声音速度就会增长。音频及波长与声音的相干是：波长=声音速度／频率；λ=v／f，如果如果音速是344m／s时，100Hz的音频的波长即是3.44m，1000hz(即lkHz)的波长即是34.4cm，而一个20kHz的音频波长为1.7cm。
各类不同的纸盆
(4)音箱的高、中、低频率
比喻咱们面前目今目今现今有一个18时的纸盆扬声器单元，装置在一个用木材造的音箱内，而这音箱的面板面积是l平方米，即这面板的高度及宽度均是l米。咱们怎么样比力争论这音箱的高、中、低频率呢?首先咱们要策画这音箱面板的对角长度，是2的方根=1.414m，任何频率的l／4波长是赶过1.414m时，对这音箱来说它即是低频；借使一个频率的l／4波长是1.414m时，波长就是4×1.414m=5.656m，这频率=344m／s÷5.656m=60.8／s=60.8Hz，以是任何音频低于60.8Hz时，对这音箱来说就是它的低频率。当60.8Hz或更低的频率从这音箱传播出来时，它们的扩散形象是球型的，即是若是咱们把这音箱吊挂在一个房间中央时，这些频率的音量在音箱的先后旁边及上下所发出来的声压都是差不多的，放出来的声音变为没有方向性。当某频率的l／4波长是小于音箱面板的对角长度，但这波长又大于扬声器的半径时，这段频率即是这音箱的中频率。比喻咱们目前是用一个18时单元，这单元的半径为9寸，即是22.86cm=0.2286m,这个音频为344m/s÷0.2286m=1505Hz,从60.8Hz-1505HZ频即是这音箱的中频率。中频率从这音箱所扩散出来的形状是半球形的，即假如咱们把这段频率从刚才吊挂在房间中间的音箱放出来时，声音从音箱面板扩散出来的形状是半球形。在音箱后面是听不到这段频率的声音。1505Hz及更高的频率，对这音箱来说即是它的高频率。高频率从音箱扩散出来的声音形状是锥形的，频率越高，锥的形状越窄。往往如果频率高出入手动手高音频的4倍时，声音扩散出来的形状会渐渐变为一条直线而不扩散，如果不是坐在对正单元的位置，就听不到这些高频率。以是很多高频率单元若是是纸盆型的话，这纸盆的直径是很小的，把这音箱的高频下限尽管即使提高，希望可以大要使高频扩散的宽度增加。咱们常常见到家庭音响音箱中的高音单元，通常会用l—2时的纸盆单元，或半球状的单元，来由就是这个缘故。而专业现场音响的高音单元，因为要发出很大的高频声压，以是说肯定是采取号角处理的。
(5)种种不同的纸盆
当一个纸盆扬声器接受了从功放传过来的旗帜灯号后，纸盆就会作出先后的晃悠，当纸盆向前推进时，纸盆撞击到它前面的空气分子，在纸盆前面的气氛就会增加压力，这些分子就会继承向前推进，碰撞它们前面的空气分子，造成略微的高气压。当纸盆向撤退退却猬缩时，纸盆前面的空气分子就会孕育产生轻微的真空，然后这些分子会跟着纸盆的撤退，造成这里的气氛有轻微的压力镌汰。但咱们不要忘记，空气是有弹力的，但在纸盆前面的气氛是刚刚被纸盆的举措摆荡，不克不及达到空气自身的弹力，这时咱们便要看这频率的波长，声音是要直到离开断绝分散纸盆的隔断有2.5倍波长时，这些气氛才发挥出造成声音的弹力。歧一个100Hz的频率，它的波长是3.44米，以是声音要分隔隔离分散纸盆2.5×3.44米=8.6米之外，才是真正的这个100Hz的声音。如果用10OHz来算，离开纸盆的距离还没达到8.6米就为lOOHz的近音场，而超过8.6米才是100Hz的远音场。为什么咱们要熟悉远近音场呢?很多时候在一队乐队中的电贝司手，他常常都不了解近音场的成效，而在他的电贝司音箱上，有一个均衡旋钮即是写着贝司（Bass)，恰是这乐手的称号。电贝司手通常会站在分隔间断中止离散电贝司音箱不远的处所做演奏，如果他站在近音场时，无意会认为低音不敷，就会把这Bass的均衡旋钮尽管即便调大，但听众在他们的位置就会听获取很强烈的低音，不少时辰造成欠好的结果。这些凶猛的低音也会跑进歌手的话筒，倘使调音师因为觉得歌手的声音不敷量时，就会把歌手这一块儿的声音提高，但也同时把电贝司的低音量也提高了，调音就遇上了艰难。电贝司的最低E弦是41Hz，但因为拾音器是放在弦的末段，以是41hz第一个谐音82Hz才是首要的电贝司低频率，82Hz的波长是4.2米（344m／s除以82／s=4.195m），以是差不多要离开拒却分散电贝司音箱10米左右才是这82Hz的远音场，而因为电贝司手不会站到离开他的音箱这么远的隔断时，他听到的声音只是近音场，而不是听众所听取得的声音。以是咱们当说到扬声器的远近音场时，最重如果看重到频率及它的波长，而不是纯挚看离开音箱多远就是即是远或近音场，最首要就是记得咱们当涉猎音乐时，是要在远音场的位置，而不是在近音场的位置。
界面干扰与高低音效用
（6）直接音场、反射音场、不直接音场
当扬声器在一个房间内发出声音，听众可以听到直接从扬声器传过来的声音，这就是直接音场（indirectfield），但也可以听到从墙、天花板及地板所反射过来的声音，这就叫做反射音场（reverberantfield)。听众听到越多的直接音场的声音，反射音场的声音就越小时，这声音就越好，因为直接音场的声音是可以控制的，但反射音场的声音是不克不及控制的，只会把直接育场发出来的声音加之喧染，把原本声音的清晰度底减低，以是坐得离音箱比照近的听众就会以为到好一点的音响效果，而坐在后面的听众很也许是他们听到的反射音场声音比直接音场声音更大，音响效果便会比力差及清晰度降低。有时候一队乐队在台上演出时，因为他们没有监听音箱，而两旁的主音箱是放在靠拢台口的位置，乐队及歌手所听到的声音完备没有从直接音场放过来的，他们站立的位置就叫做不直接音场，声音成果当然不会好，这也会影响到乐队的表演水平，令观众听到不太好的演出声音。
（7）界面干扰
当咱们选择支配音箱的位置时，很严厉的一环是要寄望到音箱所发出来的声音是会受到它旁边的界面影响而造成干扰。歧放在台口两旁的主音箱，它们的低音纸盆离开地面及左右的墙壁如果是大约在1米的时候，一个4米波长的音频就会受到这两个界面的干扰。一个4米波长的频率是86Hz（344m／s÷4m＝86Hz），当86HZ的声音从音箱放出来时，大的空气压力在1／4周内碰巧碰着地面及墙壁，再过l／4周就反射回到音箱的纸盆面前，但这个时候碰劲纸盆要撤退退却后退，原先从地面及墙壁反射过来的大气氛压力就会被纸盆猬缩后退的行为抵消不少，造成失了很主要的低音。如果碰着这个情形，就应该把音箱向台退却退却后退0.5－1米，让音箱所发出来的声音不克不及直接射到地面上，而如果可以把音箱移到凑近两边的墙壁时，更可使用墙壁的反射制做出更大的音量。80-100Hz这段频率是很严厉的，它是咱们肺部空间的共鸣点，也是低音鼓的共鸣频率，如果是因为不了解界面干扰而摆错了音箱放置的位置，其实是很不值得的。
（8）高、低音终局

咱们很难指定某一频率以上为高音或某频率如下为低音，咱们经常说人的听觉是从20Hh－20KHz，但20kHz的频率是很少人可以可能听到的，每每只有20岁下列的青年人，他们的耳朵没有受到任何的破坏时才可以听得到。如果做听觉测验，最高的测听频率只是8kHz。当声音传出去时，高频率是比低频率衰减快得多，如果用1kHz跟10kHz做比拟时，当声音跑了100米后，10kHz的‘频率比起IkHz的音量会衰减30－35dB的。（请参看图①）比起低频率，高频率声音是比照有方向性的。高频率的声音从单元跑了出来后，如果受到物体的阻挡，高音就不克不及再传曩昔，这个是跟低频率有很大的迥异，因为高频率的波长是对照短，受到物体否决之后不会转弯，但低频率的波长是比照长，以是良多时候就算有物体在前面阻挡，低频率也可以转弯曩昔。譬如有些专业的筹划是把一个高音号角放在它的低音单元前面，但对这个低音单元所发出来的低频率，它根基就看不到前面是有什么对象否决声音似的，以是低频率可以照常传曩昔。从咱们的听觉上来说，咱们是必要听到高频率的声音来鉴别各类不同的声音，但如果纯挚是讲人的讲话声时，咱们只须要听到4kHz及下列的频率，就能顿时区别是什么人在说话。歧德律风的声音传送，高频只达到4kHz，以是有时候当一个很久都没有和你讲话的人，当他打电话给你时，只要说：“喂！”，你就连忙便可以鉴别他是你很久都没有谈过话的朋侪的声音。咱们听高频也有方向性，即是咱们可以大要判袂高频声音根源的标的目标。因为高频的声音传到咱们两个耳朵时，已经有了很眇小的时间差，以是它们来到耳朵的时候有不合的相位改变，咱们就借着这旋转了的相位可以断定其声音的特性.