聲學(xué)原理與音響技術(shù)
聲音是人類最早研究的物理現(xiàn)象之一，聲學(xué)是物理學(xué)中歷史最悠久而當(dāng)前仍在前沿的唯一分支學(xué)科。下面是小編為大家分享聲學(xué)原理與音響技術(shù)，歡迎大家閱讀瀏覽。
(1)聲學(xué)歷史
1915年，有一個(gè)美國(guó)人名叫 E.S.Pridham將一個(gè)當(dāng)時(shí)的電話收聽器套在一個(gè)播放唱片音響的號(hào)角上，而聲音可以給一群在舊金山市慶祝圣誕的群眾聽時(shí)，電聲學(xué)就誕生了。
當(dāng)?shù)谝淮问澜绱髴?zhàn)結(jié)束之后，在美國(guó)哈定總統(tǒng)(Harding)就職典禮上，美國(guó)貝爾公司把電話的動(dòng)圈收聽器連接在當(dāng)時(shí)的唱片唱機(jī)的號(hào)角上，就能夠把聲音傳給觀看總統(tǒng)就職典禮的一大群群眾，因此就產(chǎn)生了很多專業(yè)的音響研究及開發(fā)了擴(kuò)聲工程這門學(xué)問。
著名科學(xué)家英國(guó)的卡爾文勛爵常常說：“當(dāng)你度量你所述的事物，而能用數(shù)字來表達(dá)它，你對(duì)這事物已有些知識(shí)。但如果你不能用數(shù)字來表達(dá)它，那么你的知識(shí)仍然是簡(jiǎn)陋的和不完滿的;對(duì)任何事物而言，這可能是知識(shí)的始源，但你的意念還未達(dá)到科學(xué)的境界。”
(2)錄音室音響與現(xiàn)場(chǎng)音響的區(qū)別
現(xiàn)場(chǎng)音響跟錄音室音響的要求是不同的，所以有很多器材也是不同的。
例如在錄音室內(nèi)所用的調(diào)音臺(tái)，它們的每路輸入都有多個(gè)參數(shù)均衡，讓錄音師可以把每路輸入的音源盡量做最精密地微調(diào)，務(wù)求達(dá)到最好的音源效果。一個(gè)用來做現(xiàn)場(chǎng)音響的調(diào)音臺(tái)，通常在它的每路輸入，均衡都是比較簡(jiǎn)單的。因?yàn)楹芏鄷r(shí)候，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)音師根本就沒有很多時(shí)間把每路的音源做很仔細(xì)地微調(diào)，而在現(xiàn)場(chǎng)音響的調(diào)音臺(tái)每路的音量控制推桿，它們除了可以把音量做衰減外，也可以增益10—14 dB。如果做錄音室用的調(diào)音臺(tái)，這推桿很多時(shí)候是不需要做增益的，所以這推桿的英文名稱就是fader，意思就是衰減器。用在現(xiàn)場(chǎng)音響的大功率功放，它們都會(huì)有風(fēng)扇作為散熱用途，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)音響的功放是常常在最大功率輸出的情況下工作，并且有很多時(shí)候是在戶外做現(xiàn)場(chǎng)音響時(shí)，周圍的溫度可能相當(dāng)高。如果在錄音室內(nèi)，通常都一定會(huì)有空調(diào)，溫度當(dāng)然不會(huì)太高，而錄音室內(nèi)的功放，主要是用來推監(jiān)聽音箱用的，當(dāng)然不需要輸出很大的功率，所以功放只需要用普通的散熱器，就可以把很小的熱量散走。如果功放裝有風(fēng)扇的話，風(fēng)扇發(fā)出來的聲音反而造成噪音，所以在錄音室內(nèi)的功放基本上是不需要風(fēng)扇的。
現(xiàn)場(chǎng)音響所用的音箱，為著要把很大的聲壓傳播繪在遠(yuǎn)距離的觀眾，所以它們是需要很高效率擴(kuò)聲，但在錄音室內(nèi)所用的監(jiān)聽音箱，是錄音師用來監(jiān)聽聲源或錄音的最后結(jié)果，錄音師是坐在距監(jiān)聽音箱很近的地方來監(jiān)聽，所以監(jiān)聽音箱是一種近音場(chǎng)的音箱，需要高靈敏度，跟現(xiàn)場(chǎng)音響音箱是完全不同的。
(3)音頻與波長(zhǎng)的關(guān)系
很多現(xiàn)場(chǎng)調(diào)音師都沒有理會(huì)到音頻與波長(zhǎng)的關(guān)系，其實(shí)這是很重要的：音頻及波長(zhǎng)與聲音的速度是有直接的關(guān)系。在海拔空氣壓力下，21攝氏溫度時(shí)，聲音速度為344m/s，而國(guó)內(nèi)的調(diào)音師，他們常用的聲音速度是34Om/s，這個(gè)是在15攝氏度的`溫度時(shí)聲音的速度，但大家最主要記得就是聲音的速度會(huì)隨著空氣溫度及空氣壓力而改變的，溫度越低，空氣里的分子密度就會(huì)增高，所以聲音的速度就會(huì)下降，而如果在高海拔的地方做現(xiàn)場(chǎng)音響，因?yàn)榭諝鈮毫p少，空氣內(nèi)的分子變得稀少，聲音速度就會(huì)增加。音頻及波長(zhǎng)與聲音的關(guān)系是：波長(zhǎng)=聲音速度/頻率; λ=v/f，如果假定音速是344 m/s時(shí)，100Hz的音頻的波長(zhǎng)就是3.44 m，1000hz(即lkHz)的波長(zhǎng)就是34.4cm，而一個(gè)20kHz的音頻波長(zhǎng)為1.7cm。
(4)音箱的高、中、低頻率
我們?cè)鯓佑?jì)算這音箱的高、中、低頻率呢?
首先我們要計(jì)算這音箱面板的對(duì)角長(zhǎng)度，是2的方根=1.414m，任何頻率的l/4波長(zhǎng)是超過1.414m時(shí)，對(duì)這音箱來說它就是低頻;如果一個(gè)頻率的 l/4波長(zhǎng)是1.414m時(shí)，波長(zhǎng)就是4×1.414m=5.656m，這頻率=344m/s÷5.656m=60.8/s=60.8Hz，所以任何音頻低于60.8Hz時(shí)，對(duì)這音箱來說就是它的低頻率。當(dāng)60.8Hz或更低的頻率從這音箱傳播出來時(shí)，它們的擴(kuò)散形象是球型的，等于如果我們把這音箱懸掛在一個(gè)房間中間時(shí)，這些頻率的音量在音箱的前后左右及上下所發(fā)出來的聲壓都是差不多的，放出來的聲音變成沒有方向性。當(dāng)某頻率的l/4波長(zhǎng)是小于音箱面板的對(duì)角長(zhǎng)度，但這波長(zhǎng)又大于揚(yáng)聲器的半徑時(shí)，這段頻率就是這音箱的中頻率。例如我們現(xiàn)在是用一個(gè)18寸單元，這單元的半徑為9寸，就是22.86cm=0.2286m,這個(gè)音頻為344m/s÷0.2286m=1505Hz,從60.8Hz-1505HZ頻就是這音箱的中頻率。中頻率從這音箱所擴(kuò)散出來的形狀是半球形的，即如果我們把這段頻率從剛才懸掛在房間中心的音箱放出來時(shí)，聲音從音箱面板擴(kuò)散出來的形狀是半球形。在音箱后面是聽不到這段頻率的聲音。
1505Hz及更高的頻率，對(duì)這音箱來說就是它的高頻率。高頻率從音箱擴(kuò)散出來的聲音形狀是錐形的，頻率越高，錐的形狀越窄。通常如果頻率超過開始高音頻的4倍時(shí)，聲音擴(kuò)散出來的形狀會(huì)慢慢變成一條直線而不擴(kuò)散，如果不是坐在對(duì)正單元的位置，就聽不到這些高頻率。所以很多高頻率單元如果是紙盆型的話，這紙盆的直徑是很小的，把這音箱的高頻下限盡量提高，希望能夠使高頻擴(kuò)散的寬度增加。
(5)各類不同的音場(chǎng)
當(dāng)一個(gè)紙盆揚(yáng)聲器接受了從功放傳過來的信號(hào)后，紙盆就會(huì)作出前后的搖動(dòng)，當(dāng)紙盆向前推進(jìn)時(shí)，紙盆撞擊到它前面的空氣分子，在紙盆前面的空氣就會(huì)增加壓力，這些分子就會(huì)繼續(xù)向前推進(jìn)，碰撞它們前面的空氣分子，造成輕微的高氣壓。當(dāng)紙盆向后退時(shí)，紙盆前面的空氣分子就會(huì)產(chǎn)生輕微的真空，然后這些分子會(huì)跟著紙盆的后退，造成這里的空氣有輕微的壓力減少。
但在紙盆前面的空氣是剛剛被紙盆的動(dòng)作搖動(dòng)，不能達(dá)到空氣本身的彈力，這時(shí)我們便要看這頻率的波長(zhǎng)，聲音是要直到離開紙盆的距離有2.5倍波長(zhǎng)時(shí)，這些空氣才發(fā)揮出造成聲音的彈力。例如一個(gè)100Hz的頻率，它的波長(zhǎng)是3.44米，所以聲音要離開紙盆2.5×3.44米=8.6米之外，才是真正的這個(gè)100Hz的聲音。如果用100Hz來算，離開紙盆的距離還沒達(dá)到8.6米就為100Hz的近音場(chǎng)，而超過8.6米才是100Hz的遠(yuǎn)音場(chǎng)。當(dāng)說到揚(yáng)聲器的遠(yuǎn)近音場(chǎng)時(shí)，最主要是注意到頻率及它的波長(zhǎng)，而不是單純看離開音箱多遠(yuǎn)就是等于遠(yuǎn)或近音場(chǎng)，最主要就是記得我們當(dāng)欣賞音樂時(shí)，是要在遠(yuǎn)音場(chǎng)的位置，而不是在近音場(chǎng)的位置。
(6)直接音場(chǎng)、反射音場(chǎng)、不直接音場(chǎng)
當(dāng)揚(yáng)聲器在一個(gè)房間內(nèi)發(fā)出聲音，聽眾可以聽到直接從揚(yáng)聲器傳過來的聲音，這就是直接音場(chǎng)，但也可以聽到從墻、天花板及地板所反射過來的聲音，這就叫做反射音場(chǎng)。聽眾聽到越多的直接音場(chǎng)的聲音，反射音場(chǎng)的聲音就越小時(shí)，這聲音就越好，因?yàn)橹苯右魣?chǎng)的聲音是可以控制的，但反射音場(chǎng)的聲音是不能控制的，只會(huì)把直接音場(chǎng)發(fā)出來的聲音加上渲染，把原本聲音的清晰度底減低，所以坐得離音箱比較近的聽眾就會(huì)感覺到好一點(diǎn)的音響效果，而坐在后面的聽眾很可能是他們聽到的反射音場(chǎng)聲音比直接音場(chǎng)聲音更大，音響效果便會(huì)比較差及清晰度降低。
(7)界面干擾
當(dāng)我們選擇放置音箱的位置時(shí)，很重要的一環(huán)是要注意到音箱所發(fā)出來的聲音是會(huì)受到它旁邊的界面影響而造成干擾。例如放在臺(tái)口兩旁的主音箱，它們的低音紙盆離開地面及旁邊的墻壁如果是大約在1米的時(shí)候，一個(gè)4米波長(zhǎng)的音頻就會(huì)受到這兩個(gè)界面的干擾。一個(gè)4米波長(zhǎng)的頻率是86Hz(344m/s ÷ 4m= 86Hz)，當(dāng)86HZ的聲音從音箱放出來時(shí)，大的空氣壓力在1/4周內(nèi)剛巧碰到地面及墻壁，再過l/4周就反射回到音箱的紙盆面前，但這個(gè)時(shí)候剛巧紙盆要后退，原來從地面及墻壁反射過來的大空氣壓力就會(huì)被紙盆后退的動(dòng)作抵消很多，造成失去了很重要的低音。如果遇到這個(gè)情況，就應(yīng)該把音箱向臺(tái)后退0.5-1米，讓音箱所發(fā)出來的聲音不能直接射到地面上，而如果可以把音箱移到靠近兩邊的墻壁時(shí)，更可利用墻壁的反射制做出更大的音量。80-100Hz這段頻率是很重要的，它是我們肺部空間的共鳴點(diǎn)，也是低音鼓的共鳴頻率，如果是因?yàn)椴涣私饨缑娓蓴_而擺錯(cuò)了音箱放置的位置，實(shí)在是很不值得的。
(8)高、低音效果
我們很難指定某一頻率以上為高音或某頻率以下為低音，我們常常說人的聽覺是從20Hh-20KHz，但20kHz的頻率是很少人能夠聽到的，通常只有20歲以下的青年人，他們的耳朵沒有受到任何的損壞時(shí)才可以聽得到。如果做聽覺測(cè)驗(yàn)，最高的測(cè)聽頻率只是8 kHz。當(dāng)聲音傳出去時(shí)，高頻率是比低頻率衰減快得多，如果用1kHz跟10kHz做比較時(shí)，當(dāng)聲音跑了100米后，10kHz的『頻率比起IkHz的音量會(huì)衰減30-35dB的。比起低頻率，高頻率聲音是比較有方向性的。高頻率的聲音從單元跑了出來后，如果受到物體的阻擋，高音就不能再傳過去，這個(gè)是跟低頻率有很大的不同，因?yàn)楦哳l率的波長(zhǎng)是比較短，受到物體阻擋之后不會(huì)轉(zhuǎn)彎，但低頻率的波長(zhǎng)是比較長(zhǎng)，所以很多時(shí)候就算有物體在前面阻擋，低頻率也可以轉(zhuǎn)彎過去。例如有些專業(yè)音箱的設(shè)計(jì)是把一個(gè)高音號(hào)角放在它的低音單元前面，但對(duì)這個(gè)低音單元所發(fā)出來的低頻率，它根本就看不到前面是有什么東西阻擋聲音似的，所以低頻率可以照樣傳過去。
從我們的聽覺上來說，我們是需要聽到高頻率的聲音來辨別各類不同的聲音，但如果單純是講人的談話聲時(shí)，我們只需要聽到4kHz及以下的頻率，就能馬上辨別是什么人在說話。例如電話的聲音傳送，高頻只達(dá)到4kHz，所以有時(shí)候當(dāng)一個(gè)很久都沒有和你談話的人，當(dāng)他打電話給你時(shí)，只要說：【喂】，你就馬上便可以鑒別他是你很久都沒有談過話的朋友的聲音。我們聽高頻也有方向性，即是我們能夠辨別高頻聲音來源的方向。因?yàn)楦哳l的聲音傳到我們兩個(gè)耳朵時(shí)，已經(jīng)有了很細(xì)微的時(shí)間差，所以它們來到耳朵的時(shí)候有不同的相位改變，我們就借著這改變了的相位可以鑒定聲音的相位。
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