1/聲音的產(chǎn)生

聲音是由物體振動(dòng)引起空氣的波動(dòng)，傳到耳膜，經(jīng)過(guò)聽覺神經(jīng)聽到聲音。

聲源：發(fā)生聲音的振動(dòng)源叫作聲源。

聲波：由聲源引起媒質(zhì)的振動(dòng)形成聲波。

聲場(chǎng)：聲波傳播的空間叫作聲場(chǎng)。

聲音在空氣中是以一疏一密的縱波傳播的。為什么叫“縱波”，因?yàn)樗�進(jìn)行方向和傳播方向一致。

2/聲速與波長(zhǎng)

聲波在單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離稱為聲速，常用符號(hào)“C”表示，單位是米/秒（M/S）。一般來(lái)說(shuō)聲速只和傳播媒質(zhì)及其狀態(tài)有關(guān)，在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下和溫度為20°C 時(shí)，空氣中的聲速為344 米/秒；15°C 時(shí)為340 米/秒，工程計(jì)算一般取344 米/秒（因?yàn)闇囟群蜐穸葘?duì)聲速影響比較大，溫度每增加1°C，聲速增加2 英尺）。如果聲波在水中傳播，聲速約為1485 米/秒，在海水中1500 米/秒，在木材中為3320 米/秒，在鋼材中則為5000 米/秒。

聲速在室內(nèi)聲學(xué)設(shè)計(jì)和擴(kuò)聲技術(shù)中應(yīng)用很多，一般以毫秒計(jì)算，即千分之一秒，1S/1000，簡(jiǎn)寫MS。

聲波振動(dòng)一周所傳播的距離為波長(zhǎng)，常用符號(hào)“λ”表示，單位是米（M）。聲波的波長(zhǎng)與聲速和頻率的關(guān)早期反射聲都控制在50MS 以內(nèi)，在常溫下50MS 所傳播的距離為340M 0.05=17M，要記牢這個(gè)數(shù)值，它是一個(gè)界限，50MS 以內(nèi)的早期反射聲，有助于加強(qiáng)直達(dá)聲。超過(guò)50MS 的反射聲會(huì)影響清晰度。系如下：

λ=C/f　f 為頻率

由此可見，相同條件下，頻率越高，波長(zhǎng)越短。例如，常溫空氣中，頻率為20HZ 聲波的波長(zhǎng)為17.20米，頻率為5 千赫的聲波波長(zhǎng)為0.0688 米。

3/反射、折射和透射

聲音在傳播過(guò)程中，遇到墻壁等障礙物時(shí)，一部分聲波在分界面處將改變傳播方向返回到原來(lái)的媒質(zhì)中去，而另一部分聲波則以新的傳播方向進(jìn)入到新的媒質(zhì)中去，并在新的媒質(zhì)中繼續(xù)向前傳播。這種就是聲波的反射和折射現(xiàn)象。聲波的反射和折射同樣滿足反射和折射定理，聲波在室內(nèi)的的多次反射是形成混響的主要原因。

聲透射則是指聲波在多層媒質(zhì)中傳播經(jīng)歷了分界面的多次折射后，透過(guò)中間各層到達(dá)最后一種媒質(zhì)的現(xiàn)象。

4/聲波的衍射和散射

聲波遇到墻壁或其它障礙物時(shí)還會(huì)在邊角上沿著物體的邊緣而“彎曲”傳播，這種現(xiàn)象被稱為聲繞射（或聲衍射）。研究表明，衍射的程度取決于聲波的波長(zhǎng)與障礙物線度的相對(duì)大小，即波長(zhǎng)對(duì)障礙物線度的比值越大，衍射愈強(qiáng)，反之亦然。如果障礙物的線度比波長(zhǎng)大許多，雖然還有衍射現(xiàn)象，但是在障礙物的邊緣附近將形成一個(gè)明顯的沒有聲波的區(qū)域（聲影區(qū)）。通常認(rèn)為物體線度小于λ~5λ時(shí)，入射聲波基本上會(huì)繞過(guò)物體；相當(dāng)于5λ~10λ時(shí)還有一些繞射；接近于30λ時(shí)，幾乎完全被遮擋。

圖1、1、1 所示的幾個(gè)例子可以幫我們了解聲繞射出現(xiàn)的一些情況。

圖 1、1、1 聲波的繞射現(xiàn)象

圖 1、1、1 中，障礙物好比是卡拉OK 廳中的一根柱子，會(huì)在它后面的客人的視線完全被柱子所遮擋，但仍然可以聽到來(lái)自舞臺(tái)上的大部分聲音。這是因?yàn)椴ㄩL(zhǎng)隨頻率高低而有很大的差異，只有那些頻率較高，波長(zhǎng)比柱敢直徑小很多的聲波，才會(huì)在柱子后面形成聲影區(qū)。例如，坐標(biāo)在直徑1 米的圓柱后面，對(duì)于1700赫（λ=0.2 米）以上的高頻聲波有明顯的遮擋作用。至于大部分頻率較低，波長(zhǎng)與柱子直徑接近或大得多的聲波，由于聲繞射現(xiàn)象的存在，柱子幾乎不起遮擋作用。

另一方面，利用柱面反射聲音，只有聲波長(zhǎng)小于或者接近柱子直徑的聲波，才會(huì)被有效地反射。例如，要使200 赫以上頻率的聲波有效地反射，柱面的尺度至少要1.7 米左右。當(dāng)然，柱面對(duì)聲音的反射程度和它的表面有關(guān)，但這里只談尺度關(guān)系。

圖 1、1、1 中，障礙物好比一座高大的圍墻，對(duì)于波長(zhǎng)比圍墻尺寸小得多的聲音，能夠產(chǎn)生明顯的聲影區(qū)。當(dāng)然墻邊上還會(huì)出現(xiàn)一些繞射現(xiàn)象，但只限于局部范圍。

和上面情況成對(duì)照的是，當(dāng)聲波通過(guò)一個(gè)洞孔時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生明顯的衍射現(xiàn)象，洞口好象是一個(gè)新的點(diǎn)聲源，如圖1、1、1 所示，這是由于聲波波長(zhǎng)比洞孔尺寸大得多的緣故。便是光的波長(zhǎng)則要比洞孔尺寸小得多，所以光通過(guò)洞孔時(shí)是一束光線。當(dāng)然如果聲波的頻率很高，在通過(guò)洞孔時(shí)也會(huì)出現(xiàn)類似于光束的聲束，它帶有很強(qiáng)的方向性，如圖1、1、1 所示。

聲波在傳播路徑上遇到線度比其波長(zhǎng)甚的障礙物時(shí)就會(huì)產(chǎn)生散射。在有障礙物的聲場(chǎng)中，散射的強(qiáng)弱與障礙物的線度對(duì)波長(zhǎng)的比值有關(guān)。障礙物越大，或波長(zhǎng)越短，則散射越強(qiáng)。散射與衍射在本質(zhì)上是一回事，衍射是指一束聲波會(huì)繞到物體背面的現(xiàn)象，而散射是指波束方向會(huì)在物體表面散亂。散射對(duì)于保證聲場(chǎng)的均勻有重要的作用。

5/聲波干涉

兩個(gè)頻率相同、振動(dòng)方向相同且步調(diào)一致的聲源發(fā)出的聲波相互迭加時(shí)就會(huì)出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。如果它們的相位相同，兩聲波迭加后其聲壓加強(qiáng)，反之，如果它們的相位相反，兩聲波迭加后便會(huì)相互減弱，甚至完全抵消。由于聲波的干涉作用，常使空間的聲場(chǎng)出現(xiàn)固定的分布，形成波腹和波節(jié)，即出現(xiàn)我們通常所說(shuō)的駐波。

造成聲波干涉的條件是經(jīng)常可以遇到的，我們不妨以兩只揚(yáng)聲器播放同頻率聲音的情況為例來(lái)說(shuō)明：

（1） 當(dāng)兩只揚(yáng)聲器在同相位狀態(tài)下振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，由于等距關(guān)系，聲波到達(dá)兩揚(yáng)聲器之間中軸線上的各點(diǎn)時(shí)總是處在同相位狀態(tài)，于是來(lái)自兩只揚(yáng)聲器的聲波在該處相互加強(qiáng)。

（2） 當(dāng)兩只揚(yáng)聲器在反相位狀態(tài)下振動(dòng)發(fā)聲時(shí)，情況正好相反，聲波到達(dá)兩揚(yáng)聲器之間中軸線上的各點(diǎn)時(shí)總是處在反相位狀態(tài)，于是來(lái)自兩只揚(yáng)聲器的聲波在該處相互抵消，導(dǎo)致兩只揚(yáng)聲器還不如一只揚(yáng)聲器響的奇怪現(xiàn)象。

這就告訴我們，連接音箱和功放時(shí)一定要保持它們正負(fù)極性的一致，否則就會(huì)出現(xiàn)上面的第二種情況。

當(dāng)然，對(duì)于立體聲系統(tǒng)而言這樣的結(jié)果往往還會(huì)導(dǎo)致聲像定位不準(zhǔn)，即聲源“飄忽”的感覺。

在廳堂內(nèi)由于墻壁反射也會(huì)出現(xiàn)聲波的干涉現(xiàn)象，例如，從聲源發(fā)出的直射波和來(lái)自墻壁或平頂?shù)姆瓷洳ㄔ诳臻g各點(diǎn)要相互干涉。如果它們是績(jī)音信號(hào)，這種干涉現(xiàn)象必然會(huì)引起空間各點(diǎn)聲場(chǎng)的很大差異，有些地方聲波會(huì)加強(qiáng)，有些地方聲波會(huì)減弱，甚至完全抵消而成“死點(diǎn)”。好在語(yǔ)言和音樂(lè)是由許多頻率組成的復(fù)合聲，可以有“此起彼伏”，“填平補(bǔ)齊”的效果，使干涉效應(yīng)不太明顯。但是，由于不同頻率信號(hào)所產(chǎn)生的干涉效果不同，即某些頻率的信號(hào)是相互加強(qiáng)的，而另一些頻率的信號(hào)是相互減弱的，所以常常導(dǎo)致房間傳輸特性的不均勻。

大中型卡拉 OK 尺寸一般比低頻聲的波長(zhǎng)還要大許多，形狀也往往不規(guī)則，而且廳內(nèi)又還有許多門窗等形狀不規(guī)則的物體，這些都會(huì)“打亂”和“破壞”引起干涉的條件，因而干涉現(xiàn)象也步不那么嚴(yán)重了。

6/語(yǔ)言和音樂(lè)的特性

語(yǔ)言和音樂(lè)都是由頻率不同、強(qiáng)度不等的許多聲音分量組成的，它們?cè)诎l(fā)聲過(guò)程中不斷地變化著。歌聲和音樂(lè)都包含了許多分音（諧波），分音強(qiáng)度的相對(duì)關(guān)系確定了音色。而樂(lè)音的音調(diào)則是由這種復(fù)音中頻率最低的基音所確定的。此外，描述一個(gè)樂(lè)音還要有另外一些量，例如顫音、持續(xù)時(shí)間以及音的建立過(guò)程和衰變，它們反映了樂(lè)音的瞬態(tài)特性。

語(yǔ)言的頻率范圍比較窄，其基音頻率在130~350 赫范圍內(nèi)，但其分音以及一些非周性諧分量的頻率可達(dá)8千赫。歌聲的基頻范圍較寬，從80 赫到11 千赫。在聲音中分成五個(gè)聲部，即男低音、男中音、男高音、女低音和女高音；它們的基頻范圍分別為82~294 赫（E2 ~ D4）、110~392 赫（A2 ~ G4）、147~523 赫（D3~ C5）、196~698 赫（G3 ~ F5）和262~1047 赫（C4 ~ C6）。在樂(lè)器中管風(fēng)琴具有最寬的基音范圍，約從16赫延伸到9 千赫。其次是鋼琴，它的基音范圍為27。5~4136 赫。有些樂(lè)器，特別是打擊樂(lè)器能產(chǎn)生更高頻率的聲音，其余大部分樂(lè)器則在16~4 千赫范圍內(nèi)，但是在低頻端下限實(shí)際為30 赫，更低的器樂(lè)聲是很少遇到的。民族樂(lè)器的基音范圍大約在100~2 千赫之間。因?yàn)樗�有的�?lè)器都要產(chǎn)生高次諧波，所以音樂(lè)中有用的頻率范圍大約可以擴(kuò)展到15 千~20 千赫。此外還應(yīng)注意，對(duì)于音樂(lè)而言幾乎所有的頻率范圍都同樣重要，重放音樂(lè)時(shí)不能抑制或忽略某些頻率范圍。對(duì)于音樂(lè)重放，一般認(rèn)為與音質(zhì)有關(guān)的頻率范圍是50~10千赫，而重要的是100~5 千赫。

由于語(yǔ)言和音樂(lè)的大小都是隨時(shí)變化的，為了描述語(yǔ)言和音樂(lè)的瞬時(shí)變化范圍，我們引入了動(dòng)態(tài)范圍這一概念。所謂動(dòng)態(tài)范圍就是指聲源發(fā)聲的最強(qiáng)值與最弱值之間的幅度差。它是聲源的重要特色之一。