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回顧過去音響技術與聲學原理解析

更新時間：2011-11-29 8:03:06 　（編輯：孟子默）【大中小】

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音響技術與聲學原理解析（一）

　　【音響網資訊】對于歷史我們都是后輩，沒有在曾經的那個時期經歷過，不過沒關系，好在歷史有記載，才讓我們能夠了解曾經的事情，而對于音樂來說，我們知道它很美，我們會欣賞，但是我們欣賞之余是否了解聲學的歷史呢？也許我們了解了，對于我們的幫助也不大，但是相對來說，我們要是有所了解的話，就能夠讓我們有一個更新的知識，有助于提高我們的內涵，所以今天小編在這里和大家分享一下聲學的一些知識和音響的一些技術等。

(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，因為當樹干及樹枝接觸地面時，它們都會產生某些聲音，但是沒有人聽見，但這聲音對于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)。

　　我在這里講的聲學原理，最主要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圣誕的群眾聽時，電聲學就誕生了。當第一次世界大戰結束之后，在美國哈定總統(Harding)就職典禮上，美國貝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眾，因此就產生了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同都明白音響學是要整體的研究，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(Lord Raleigh)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行。當我們發現聲音的根基是一個物理的現象時，我們探測這個音響境界就要轉到另外一個領域范圍，它就是物理學。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，那么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世紀最出色的科學家之一，后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《音響系統工程》(Sound System Engineering)這本書的作者。這書被稱為音響圣經，幾乎是每一個外國研究音響的人必讀之物。我引述他書內這一段：“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么是好或不好的音響，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的分別

　　在這里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，通常在它的每路輸入，均衡都是比較簡單的。

　　因為很多時候，現場調音師根本就沒有很多時間把每路的音源做很仔細地微調，而在現場音響的調音臺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，并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器，就可以把很小的熱量散走。如果功放裝有風扇的話，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播繪在遠距離的觀眾，所以它們是需要很高效率的，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后結果，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)音頻與波長的關系

　　很多現場調音師都沒有理會到音頻與波長的關系，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，空氣里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34．4 cm，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，所以任何音頻低于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，它們的擴散形象是球型的，等于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后左右及上下所發出來的聲壓都是差不多的，放出來的聲音變成沒有方向性。當某頻率的 l／4波長是小于音箱面板的對角長度，但這波長又大于揚聲器的半徑時，這段頻率就是這音箱的中頻率。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÷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，聲音從音箱面板擴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，所以說一定是采用號角處理的。

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