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音響技術(shù)與聲學(xué)原理解析（一）

對(duì)于歷史我們都是后輩，沒有在曾經(jīng)的那個(gè)時(shí)期經(jīng)歷過，不過沒關(guān)系，好在歷史有記載，才讓我們能夠了解曾經(jīng)的事情，而對(duì)于音樂來說，我們知道它很美，我們會(huì)欣賞，但是我們欣賞之余是否了解聲學(xué)的歷史呢？也許我們了解了，對(duì)于我們的幫助也不大，但是相對(duì)來說，我們要是有所了解的話，就能夠讓我們有一個(gè)更新的知識(shí)，有助于提高我們的內(nèi)涵，所以今天小編在這里和大家分享一下聲學(xué)的一些知識(shí)和音響的一些技術(shù)等。

(1)聲學(xué)歷史

　　當(dāng)森林中有一棵樹倒塌下來時(shí)，發(fā)出一陣轟然大響聲音，但是沒有人在這個(gè)原始森林中，所以就聽不到這聲音。這算不算有聲音發(fā)出來呢?聲音是肯定發(fā)出來了，因?yàn)楫?dāng)樹干及樹枝接觸地面時(shí)，它們都會(huì)產(chǎn)生某些聲音，但是沒有人聽見，但這聲音對(duì)于人類或其他動(dòng)物所聽到的是有所不同，所以這就是聲學(xué)上所說的心理(Psychoacoustics)。

　　我在這里講的聲學(xué)原理，最主要是讓一個(gè)調(diào)音員能夠了解聲學(xué)的各方面，而不是進(jìn)行聲學(xué)研究，或是碩士、博士的聲學(xué)論文，所以我在這書內(nèi)講的聲學(xué)理論都是實(shí)際可以給在現(xiàn)場(chǎng)操作音響的人用得上的。

　　1915年，有一個(gè)美國人名叫 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，在美國哈定總統(tǒng)(Harding)就職典禮上，美國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。

　　音響研究人員不單純是努力地把音響器材進(jìn)行改進(jìn)，也做了各類不同的實(shí)驗(yàn)來了解人類對(duì)聽覺的反應(yīng)。但最高級(jí)的音響研究人同都明白音響學(xué)是要整體的研究，要了解音響器材的每一個(gè)環(huán)節(jié)，及人類對(duì)聽覺的生理反應(yīng)，他們?cè)谶^去多年內(nèi)直至現(xiàn)在都作出了很大的貢獻(xiàn)。

　　早在1877年，英國的萊李爵士(Lord Raleigh)就已經(jīng)做過聲學(xué)的研究，他曾經(jīng)說過：“所有不論直接或間接有關(guān)音響的問題，一定要用我們的耳朵來做決定，因?yàn)樗�是我們的聽覺的器官，而耳朵的決定就應(yīng)該算是最后決定，是不需要再接受上訴的。

　　但這不是等于所有的音響研究都是單靠用耳朵來進(jìn)行。當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)聲音的根基是一個(gè)物理的現(xiàn)象時(shí)，我們探測(cè)這個(gè)音響境界就要轉(zhuǎn)到另外一個(gè)領(lǐng)域范圍，它就是物理學(xué)。重要的定率是可以從研究這方面而來，而我們的聽覺感應(yīng)也一定要接受這些定率�！蔽覀兛梢詮囊陨弦欢挝淖挚吹�，就算在沒有電聲音響學(xué)產(chǎn)生的時(shí)候，老前輩科學(xué)家都認(rèn)為這個(gè)是物理的領(lǐng)域。

　　著名科學(xué)家英國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�！�

　　卡爾文勛爵(1824—1907)是19世紀(jì)最出色的科學(xué)家之一，后世的科學(xué)家為了要紀(jì)念這位偉人，把絕對(duì)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《音響系統(tǒng)工程》(Sound System Engineering)這本書的作者。這書被稱為音響圣經(jīng)，幾乎是每一個(gè)外國研究音響的人必讀之物。我引述他書內(nèi)這一段：“具有數(shù)學(xué)和物理學(xué)的知識(shí)，是實(shí)質(zhì)上了解音響工程學(xué)的必要條件。對(duì)這兩種科學(xué)認(rèn)識(shí)越深，越能使你跨越從感覺上所得到的意念，而達(dá)到用科學(xué)來引證事實(shí)。著名音響家占士摩亞曾經(jīng)說過：‘在音響學(xué)中，任何在表面看來很明顯的事情，通常都是錯(cuò)誤的’�！�

　　我在以上引述了幾位科學(xué)家及音響學(xué)家的訓(xùn)言，主要是因?yàn)楝F(xiàn)在大部分做音響的人士，他們當(dāng)然是對(duì)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么是好或不好的音響，不明白這是一門專業(yè)的工程學(xué)問，是做不好音響的。遠(yuǎn)在19世紀(jì)的萊李爵士已經(jīng)指出這是一個(gè)科學(xué)的境界，現(xiàn)代的音響工程學(xué)也像其它科學(xué)學(xué)術(shù)一樣正在努力地發(fā)展，所以音響工程學(xué)是離不開數(shù)學(xué)及物理學(xué)的。

(2)現(xiàn)場(chǎng)音晌與錄音室音晌的分別

　　在這里所講解的現(xiàn)場(chǎng)音響地操作，它與錄音技術(shù)是有很多不同的地方，有很多人以為音響的最高境界就是錄音技術(shù)，這是不全面的。在錄音技術(shù)上，基本是沒有碰到反饋的情況，因?yàn)樵谝粋�(gè)錄音室內(nèi)進(jìn)行操作時(shí)，所有的外圍因數(shù)都可以得到控制，但是在現(xiàn)場(chǎng)音響重播時(shí)，我們是不可以避免有很多現(xiàn)場(chǎng)音響的問題，所以現(xiàn)場(chǎng)音響和錄音音響是兩種不同的學(xué)問。

　　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的，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，不需要高靈敏度，作用跟現(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，而我接觸國內(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�減少，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34．4 cm，而一個(gè)20kHz的音頻波長(zhǎng)為1．7cm。

(4)音箱的高、中、低頻率

　　例如我們現(xiàn)在有一個(gè)18時(shí)的紙盆揚(yáng)聲器單元，裝置在一個(gè)用木材造的音箱內(nèi)，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?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時(shí)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。我們常常見到家庭音響音箱中的高音單元，通常會(huì)用 l—2時(shí)的紙盆單元，或半球狀的單元，理由就是這個(gè)原因。而專業(yè)現(xiàn)場(chǎng)音響的高音單元，因?yàn)橐�發(fā)出很大的高頻聲壓，所以說一定是采用號(hào)角處理的。

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