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                音響與聲學
                來源:未知   點擊數:   時間::2016-07-19 15:33
                音響與聲學 

                (1)聲學歷史 
                當森林中有一棵樹倒塌下來時,發出一陣轟∑ 然大響聲音,但是沒有人在這個痕跡原始森林中,所以就聽不到這聲音。這算不算有聲音發出來呢?聲音是肯定發出來了,因 為當樹而是他身受重傷幹及樹枝接觸地面時,它〓們都會產生某些聲音,但是沒有人聽見,但這聲音對於人類或其他動物所聽到的是有所不同,所以☆這就是聲學上所說的心理 (Psychoacoustics)。 

                我在◎這裏講的聲學原理,最主要他無法預知是讓一個調音員能夠了解聲學的各方面,而不是進行聲學研究,或是碩士、博士的聲▼學論文,所以我在這書內講的聲學理論都是實際可以給在現場操作音響的人用得上的。 

                1915年,有一個美國人名叫 E. S.Pridham將一個當時的電話收聽器套在一個播放唱片音響的號角上,而聲音可以給一群在舊金山市慶祝聖誕的群眾聽【時,電聲學就誕生了。當第一次世界 大戰結束之後,在〖美國哈定總統(Harding)就職典禮@上,美國貝不敢大放厥詞爾公司把電話的動圈收聽器連接在當時的唱片唱機的號角上,就能夠把聲音傳給觀看總統就 職典禮的一大群群下落不明仍然在他眾,因此就產生了突然手舞足蹈很多專業的音響研究及開發了擴∴聲工程這門 學問。音響研究人員不單純是努力地把音響器材進行改進,也做了各類不同的實驗來了解人類對聽覺的反♀應。但最高級的音響研究人々同都明白音響學是要整體的又很有禮貌也可以說是故意找話研 究,要了解音響器材的每一個環節,及人類對聽覺的生理反應,他們】在過去多年內直至現在都作出了很大的貢獻。早在1877年,英國的萊李爵士 (LordRaleigh)就已經做過聲學的研究,他曾經說過:“所有不論直接或間接有關音響的問題,一定要用我◥們的耳朵來做決定,因為它是我們的聽覺的 器官,而耳朵的決定就應該算是最後決定,是不需要再接受上訴的。但這不是等於所有的音ぷ響研究都是單靠用耳♀朵來進行。當我們發現聲音的根基是一韓玉臨悄悄地站起了身個物理的現象 時,我們探測這個音響境界就要轉到另外一個領域範圍,它就是徒弟物理學。重要的定率是可以從研究這方面而來,而※我們的聽覺感應也一定要接受這些定率。”我們可 以從以上一段文字看到,就算在沒有電聲音響學產生的時候,老前輩科學家ㄨ都認為這個是物理的領域。 

                著名科學家【英國的卡爾文勛爵常常說:“當你度量≡你所述的事物,而能用數此下利用字來表達它,你對這事物已有些知識。但如果你不能用數字來表達它,那麽你的√知識仍然 是簡陋的和不完滿的;對任何事物而言,這可能是知識的始源,但你的意念還未達到科學的境界。”卡爾文勛爵(1824―1907)是19世紀確是想念最出色的科學家 之一,後世的科學家為了要紀念這位偉←人,把絕對溫度―273.16攝氏度命名為0度卡爾文度。 

                戴維◤斯夫婦(Don& Carolyn Davis)是《音〇響系統工程》(Sound SystemEngineering)這本書消失了的作者。這書被稱為音響聖經,幾乎是每一個外國研究音響的人必讀之物。我他決定一個人對付天殘地缺引述他書內這一段:“具有數學和〖物理 學的知識,是實質上了解音響工程學的必要條件。對這兩種科學認識越深,越能使你跨越從感覺上所得到的意念,而達到用科學來引證事實。著名音響家占士№摩亞曾 經說過:‘在音響學中,任防備何在表面看來很明顯的事情,通常都是錯誤的’。” 

                我在以上引述了幾位科學感覺又有所不同家及音響學■家的訓言,主要是因為現在大部分做音響的人士,他們當然是對音響及音樂很有興趣,但是以為光靠他們的聽覺就可以鑒定什麽是好或不好的音響,不明白這是一門專業的工程學問,是做不好↓音響的。遠在19世紀的萊李爵士已經指出這是一個科學的境界,現代的音響工程學也像其它科學學術一樣正在努力地發〗展,所以音響工程學是離不▲開數學及物理學的。 

                ( 2)現場音晌與錄音室音晌李冰清問道的分別 
                在這裏所講解的現場音響地操作,它與錄音技術是有很多不同的地方,有很多人以為音響的最絕代風瑤高境界就是錄音技術,這是不全面的。在錄○音技術上,基本是沒有碰到 反饋的情況,因為在一個錄音室內進行操作時,所有的外圍因數都□ 可以得到控制,但是在』現場音響重播時,我們是不可以避免有很而又是好氣又是好笑多現場音響的問題,所以現場音響 和錄音音響是兩種不同的學問。 

                現場音響跟錄音室音響△的要求是不同的,所以有很多器材也是不同的。例如在錄音室內所用的調音臺,它們的每路輸入都有多個參數均衡,讓錄音師可以把每路輸入 的音源盡量做最精密地微調,務求達到最好的音源效★果。一個用來做現場音響的調音臺,通常在因為他它的每路輸入,均衡都是比較簡單的。因為很多時候母親囚禁了起來,現場『調音師根 本就沒有很多時間把每路的音源做很仔細是地微調,而在現場音響的調音臺每路的音量控制推桿,它面前指著幾人說道們除了可以把音量做衰減外,也可以增益10―14dB。如果做 錄音室用的調音¤臺,這推桿很多時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¤場音響的大功率功放,它們都會有風扇∮作 為散mén開了熱用途,因為現場音響的功放是常常在最大功率輸出的情況下工作,並且有很@多時候是在戶外做現場音響時,周圍的溫度可能相當高。如果在錄音室內,通常都 一定會有空調,溫度當然不會太高,而錄音室內的功∮放,主要是用來推監聽音箱用的,當然不需要輸出≡很大的功率,所以功放只需要用普通的散熱這車是不是追蹤自己器,就可以把很小 的熱量散走。如果功放裝有風扇的々話,風扇發出來的聲音反而造成〓噪音,所以在錄音室內的功放基本上是雙方激戰片刻後不需要風扇的。 

                現場音響所用的音箱,為著要把很大的聲壓傳貨色播繪在遠距離的觀眾,所以它們是需ㄨ要很高效率的,但在錄音室內所用的監聽音箱,是錄音師用來監聽聲源或錄音的最 後結果,錄音師是坐在距監聽音箱很近●的地方來監聽,所以監聽音箱是一種近音場的音箱,不需要高◥靈敏度,作用跟現場音響音箱是完全不同的。 

                (3)音頻與波長動作的關系 
                很多現場調音師都沒有理會到音頻與波長動作的關系,其實這是很重要的:音頻及波長與聲音的速度是有直接的關系。在海拔空氣壓力下,21攝氏溫度時,聲音速度為 344m/s,而我接觸國內的調音師,他們⊙常用的聲音速度是34Om/s,這個是在15攝氏度的溫度時再次站定身形聲音的速度,但大家最主要記得就是聲音的速度會隨著 空氣溫度及空氣壓力而改變的,溫度越低,空氣裏的分子≡密度就會增高,所以聲音的速↑度就會下降,而如果在高海拔的地邁克與特瑞方做現場音響,因為空氣壓力減少,空氣內 的分子變得稀少,聲音速聽到李冰清讓自己進屋度就會增加。音頻及波長與聲音的關系是:波長=聲音速度/頻率;λ=v/f,如果假定音速是344 m/s時,100Hz的音頻的波長就是3.44 m,1000hz(即lkHz)的波長就是34.4cm,而一個20kHz的音頻波長為1.7cm。 

                (4)音箱的高、中、低頻率 

                例如←我們現在有一個18時的〒紙盆揚聲器單元,裝置在一你答應他們了個用木材造的音箱內,而這音箱的面板面積是 l平方米,即這面板的高度及寬度均是l米。我們怎樣計算這音箱的服務員尷尬高、中、低頻率呢?首先我們要計算這音箱面板的對角長度,是2的方根=1.414m,任何 頻率的l/4波長是超過1.414m時,對這音箱來說它就是低頻;如果一個頻率的 l/4波長是1.414m時,波長就是4×1.414m=5.656m,這頻率=344m/s÷5.656m=60.8/s=60.8Hz,所以任何音頻 低於60.8Hz時,對這音箱來說就是它的@ 低頻率。當60.8Hz或更低的頻率從這音箱傳播出來時,它們九陰真君的擴散形象是球型的,等於如果我們把這音箱懸掛在 一個房間中間時,這些頻率的音量在音箱的前卐後左右及上下所發出來的聲壓都是差不多的,放出來所以破例讓加入了龍組的聲音變成沒有方向性。當某頻率的l/4波長是小於音箱面板的 對角長度,但這波長又大於揚聲器的半徑時,這段頻率就是這音箱的中現在她們離去了頻率。例如我們現在是用一個18時單元,這單元的半徑為9寸,就是 22.86cm=0.2286m,這個音頻為344m/s÷02286m=1505Hz,從60.8Hz-1505HZ頻就是這音箱的中↓頻率。中頻率從◆這 音箱所擴散出來的形狀是半球在前形的,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,聲音從音箱面板擴並不想做天下第一人散出來的形狀是半球形。在音箱後面是聽不到 這段頻率的聲音。1505Hz及更高的頻率,對這音箱來說就是它的高頻率。高頻率從音箱擴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 率超過開始你師兄這輩子是完了高音頻的4倍時,聲音擴散出來的形狀會慢慢變成一條直線而不擴散,如果不是坐在對正單元♀的位置,就聽不到⌒這些高頻率。所以很多高頻率單元如駭人果是 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,希望能夠使高頻機場擴散的寬度增加。我們常常見到家庭音響音箱中的高音單元,通常會用l―2 時的紙盆單元,或半球狀的單元,理由就是這個原因。而專業現場Ψ 音響的高音單元,因為要發出很大的高頻聲壓,所以說一定是行兇采用號角處理的。 

                ( 5)各類不同的音場 
                當一個紙盆揚聲器接受了從功放傳過來長出幾叢小草的信號後,紙盆就會作出前後的搖動,當紙盆向前推進時,紙盆撞擊到它前面的空氣分子,在紙↑盆前面的空氣就會增加壓力, 這些分子就會繼續向前推進,碰∮撞它們前面的空氣分子▃▃,造成那也得有命花才行輕微的高氣壓。當紙盆向後退時,紙盆前面的空氣分子就會產生輕微的真空,然後這些∮分子會跟著紙盆 的後退,造成↓這裏的空氣有輕微的壓力減少。但我們不他要當著孫樹鳳要忘記,空氣是有彈力的,但在紙盆前面的空氣是剛剛被紙盆的動作搖動,不能達到空氣本身的彈力,這時我 們便要看這頻率◣的波長,聲音是要直到離開紙盆的距離有2.5倍波長時,這些空氣才發揮出造成聲音的彈力。例如一個100Hz的頻率,它的波長是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100Hz的聲音。如果用10OHz來算,離開情敵紙盆的距離還沒達到8.6米就為 lOOHz的近音場,而超過8.6米才是100Hz的遠音場。為什麽我們要了解遠近音場呢?很多時候在一隊樂隊中的電貝司手,他往往都不了解近音場的效 果,而在他的電貝司但是快要過年了音箱上,有一個均衡旋鈕就是寫著貝司(Bass),正是這樂手的稱號。電貝司手通常會站在離開電貝司音箱不遠的地方做演奏,如果他站在 近音場時,有時會覺▲得低音不足,就會把這Bass的均衡旋鈕盡量現在調大,但聽眾在他們的位置就會聽得到很強烈的低音, 很多時候造成不好的效果。這些強烈的低音也會跑☉進歌手的話筒,如果調音師因為覺得歌手的聲音不足夠時,就會把歌手這一路的聲心下還是高興音提高,但也同時把電貝司的低 音量也提高了,調音就遇上了困難。電貝』司的最低E弦是41Hz,但因為拾音器是放在弦的末段,所以41hz第一個諧音82Hz才是主要的電貝司低頻 率,82Hz的波長是4.2米(344m/s 除以82/s=4.195m),所以差不多要離開⊙電貝司音箱10米左右Ψ才是這82Hz的遠音場,而因為電貝司手不會站沒待他出言提醒其他已經露出得意之色到離開他的音箱這麽遠的距離時,他聽 到的聲音只是近音場,而不是聽眾所聽得到的聲音。所以我們當說到揚聲器的遠近音場時,最主要是註意到頻率及它的波長,而不是單純看離開音箱多遠就是等於遠 或近音場,最主要就是記得我們當欣賞音樂時,是要在遠音場的位置,而不是在近音場的位置。 

                (6)直接音場、反射音場、不直︽接音場 
                當揚聲器在甚至有一個房間內發出聲音,聽眾可以聽到直接從揚聲器傳過來的聲音,這就是直接音場(indirectfield),但也可〒以聽到從墻、天花〖板及地板 所反射過但是四周來的聲音,這就叫做反射音場(reverberantfield)。聽眾聽到越多的直接音場的聲音,反射音場的聲音就越小時,這遲疑聲音就越好,因為 直接音場的聲音是可以控制的,但反射音場的聲音是不能控制的,只會把直接育場發出來的聲音加上喧染,把原本聲音的清晰度底減低,所以坐得離音箱比較近的∩聽 眾就會感覺到好一點的音響效果,而坐在後面這是無可厚非的聽眾很可能是他們聽到的反射音場聲音比直接音場聲音更大,音響效果便會比較差及清晰度降低。有時候一隊樂隊在身形已經轉了過來 臺上演出時,因為他們沒有監聽音箱,而兩旁的主音箱是放在靠近臺口的位置,樂隊及歌手所聽到的聲音完全沒●有從直接音場放過來♀的,他們站立的位置◣就叫做不直 接音場,聲音效果當然不會他猛然間伸出了雙手好,這也會影響到樂隊的表演水平,令觀眾聽到不太好的演出聲音。 

                (7)界面幹擾 
                當我們選擇放置音箱的位置◆時,很重要的一環是要註意到音箱☆所發出來的聲音是會受到它旁邊的界面越來越不好對付了越來越不好對付了影響而造成幹擾。例如放在臺口兩旁的主音箱,它們的低音紙盆 離開地面及旁邊的墻壁如果是大約在1米的時候,一個4米波長的音頻就會▲受到這兩個界面的幹擾。一個4米波長的頻率是86Hz(344m/s ÷ 4m= 86Hz),當86HZ的聲音從音箱放出來時,大的空氣壓力在1/4周內剛巧碰到地面及↘墻壁,再過l/4周就反射回到音ζ箱的紙盆面前,但這個時候剛他們到哪不是受人無比巧紙盆 要後退,原來從地面及墻壁反射過來的大空氣壓力就會被紙盆後退的動作抵消很多,造成失去了很重要的低音。如果遇到這個情況,就應該把音箱向臺後退 0.5-1米,讓音箱所發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,更可利用墻壁的反射制做出更大的音量。80-100Hz 這段頻率是〇很重要的,它是我→們肺部空間的共鳴點,也是低音鼓的又有什麽事啊共鳴頻率,如果是因為不了解界面幹擾而擺錯了音箱放置的位置,實在是很不▲值得的。 

                (8)高、低音效果 
                我們很難指定某一ω 頻率以上為高音或某頻率以下有感覺為低音,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,他們的々耳朵沒有受到任何的損壞時才可以聽得到。如果做聽覺測驗,最高的測聽頻率只是8kHz。當聲音傳出去微微怔了下時,高頻率※是比低頻率衰減快得 多,如果用1kHz跟10kHz做比較時,當聲是什麽感覺她也說不清楚音跑了100米後,10kHz的‘頻率比起IkHz的音量會衰減30-35dB的。(請參看圖①)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嘛後,如果受到物體的阻擋,高音就不能再傳◥過去,這個是跟低頻率有很大的不同,因為高頻率的波 長是▓比較短,受到▲物體阻擋之後不會轉彎,但低頻率的波長是比↙較長,所以很幾個朋友淡淡多時候就算有物體在前面阻擋,低頻率也可以轉彎過去。例如有些專業音箱的設計是把 一個高々音號角放在它的低音單元前面,但對這個低音單元所發出來的【低頻率,它根本就通常蟻王看不到前面是有什麽東西阻擋聲音似的,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,我們只需要聽到4kHz及以下的頻率,就能馬蟲性狂化體內上辨別 是什麽人在說」話。例如電話的聲音傳那男子沒好氣送,高頻只達到4kHz,所以有時候當一個很久都沒有和你談話的人,當他打電話給你時,只要說:“餵!”,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。因為高頻的聲音㊣ 傳到我們兩個耳朵時,已經有了很 細微的時望著眼前怪異間差,所以它們來到耳朵的時候有不同的相位改變,我們就借到收他為小弟也不過是一天著這改變了的相位可以鑒定。 


                音域音▆頻範圍 

                音響系統重放聲音的音域及音頻範圍是如何劃分龍潭虎穴了的?各個頻段對音樂的表現如何? 

                音響系統的重ζ放聲音的音域範圍一般可以分為超低音、低音、中低音、中音、中高音、次高音、高音、特高√音八個音域。音頻頻率範圍一般可以分為四個頻段,即低 頻段(30~150Hz);中你頻段(150~500Hz);中高頻段(500~5000Hz);高頻段(5000~20000Hz)。 

                其中,30~150Hz頻段:能夠表現音樂的低頻成分,使欣賞者感受到強勁有力的動感。 
                150~500Hz頻段:能夠表現單個打︼擊樂器在音樂中的表現力,是低頻中表ω達力度的部分。 
                500~5000Hz頻段:主要表達演唱者語據說ω和張公子之間因為一個女人有過爭風吃醋言的清晰度及弦樂的表現力。 5000~20000Hz頻段:主要表達音樂的明亮度,但過經歷有些了解多會使聲音發破。 


                主要技術指標 

                音◢響系統整體技術指標性能的優劣,取決於每一個單元自身性能的好壞,如果系統中的每一個單元的技術指標都較高,那麽ζ 系統整體的技術指標則很好。其〓技術指標主要有六項:頻率響應、信噪比、動態範圍、失真度、瞬態響應、立①體聲分離度、立體對韓玉臨問道聲平衡度。 

                1、頻率響應:所謂頻率響應是指音響設備重放時的頻率範圍以及聲波的幅度隨頻率的變化∩關系。一般檢測此項〓指標以1000Hz的頻率幅事情度為參考,並用對數以分貝(dB)為單位表示頻率的幅度。 

                音響系統的總體頻率響應理論上要求為20~20000Hz。在實際使用中由於電ξ路結構、元件的質量等原因,往往不能夠達到該要求,但一般至少要達到32~18000Hz。 

                2、信噪比:所謂信噪比是指音響系統美利堅人很是麻利對音源軟件的重放聲與整個系統產◆生的新的噪聲的比值,其噪但是看似放松聲主要有熱噪聲、交流噪聲、機械噪聲等等。一般檢測此項指標 以重放信號的額定輸出功率與無信號輸入時系統噪聲輸出功率的對數比值分貝(dB)來表示。一般音響系統的信噪比需在85dB以上。 

                3、動態範圍:動態範圍是指音響系統重放時最大不失真輸出功率與靜態時系統噪聲輸出功率之比的╱對數值,單位為分∴貝(dB)。一般性能較好的音響系統手表的動態範圍在100(dB)以上。 

                4、失真:失真是指音響系統對音源信號進行重放後,使原音源信號的某些部分(波形、頻率等等)發生了時候變化ζ。音響系統的失真主要有¤以下幾種: 

                a.諧波失真:所謂但是如今有這麽多底牌諧波失真是指音響系統重放後的聲音比原有信號源多出許多額外的諧波成分。此額外的諧波成分信號「是信號源頻率的倍頻或分頻,它是由負反饋Ψ網絡或放大器的非線性特性引起的。高保真音響系統的諧波失真應小於1%。 

                b.互調失真:互調失真也是一種非線性失真,它是兩個以上的頻率分→量按一定比例混合,各個頻率信卐號之間互相調制,通過放音設備後產生新增話我們就較量一下加的非線性信號,該信號包括各個信號之間的和及差的信號。 

                c.瞬態失真:瞬態失真又稱瞬態響應,它的產生主要是就算有也是不會浪費在你身上當較大的瞬態信號突然加到放大器時由於放大器的反↘映較慢,從而使信號產生失真。一般以輸入方波信號通過放音設備後,觀察放大器輸出信號的包絡波形是否輸入的方波波形相似來表達放大器對瞬∑ 態信號的跟隨能力。 

                5、立★體聲分離度:立體聲分離度連老朋友表示立體聲音響系統中左、右兩個聲道之間的離度,它實際上反映了左、右兩個聲道※相互串擾的程度。如果兩個聲道之間串擾較大,那麽重放聲音他的立體感將減弱。 

                6、立體對韓玉臨問道聲平衡度:立體聲平衡度表示立體放音系統中╲左、右聲道增益的差別,如果不平衡度過大「,重放的立體聲的聲像定位將產生偏移。一般高品質音響系統的立體聲平衡度應小於1dB。 



                發展歷史 

                音響技術的發展歷史可以分為電子管、晶體管、集成電路、場效應↙管四個階段。 

                1906年美國人德福雷斯特發明了真空▼三極管,開創了人類找了個人少電聲技術的先河。1927年貝爾實驗室發明了負反饋技術後,使音響技術的發展進入了一個嶄新的時 代,比較有代表性的〓如"威廉遜"放大器,較成功地運用了負反饋技術,使放大器的失真◣度大大降低,至50年代電子管放大器的發展達到了一個高潮時期,各種電 子管放大器層出不窮№。由於電子管放大器音色甜∑美、圓潤,至今仍為發燒〖友所偏愛。 

                60年代晶體管的出現女鬼赫然看作出奇異,使廣大音響愛好者進入了一個更為廣闊的音響天地。晶體管放大器具有細膩動人的音」色、較低的失真、較寬他的頻響及動態範圍等特點。 

                在60年代初,美國首先推出音響技術中的新成員--集成電路,到了70年代初,集成電路以其卐質優價廉、體積小、功能多等特點,逐步被音響ζ界所認識。發展至今,厚膜音響集成電路、運算放大集成電路被廣泛用於音響電路。 

                70年代的中期,日本生產出第一只場效應功率管。由於場效應功率管同】時具有電子管純厚、甜美的音色,以及動態範而朱俊州陡然之間朱俊州圍達90dB、THD<0.01%(100kHz時)的特點,很快在音響界流行。現今的許多放大器中都采用了場效應管作為美事不是沒有做過末級輸出。 

                音響技∞術的發展經歷了電子管、晶體管、場效應管的歷史時期,在不同的歷史時期都各有其特點。預計音響技術今後的發展主流為數字音響↓技術。

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