聲學(xué)基礎(chǔ)知識

1、音響調(diào)音員基礎(chǔ)知識系列講座l聲音是世界上很重要的物理現(xiàn)象，與日常生活、工作、學(xué)習(xí)關(guān)系密切，它的存在又極其普遍。l自然：風(fēng)聲、雨、雷聲、心跳、水流l工業(yè)：車、船、機、工廠l人文：語言、音樂、歌聲l隨著電子技術(shù)水平的逐步提高，電聲技術(shù)與音樂表演的關(guān)系越來越密切。在音樂表演過程中，無論是現(xiàn)場表演還是錄播、重放，在其傳聲、擴聲、調(diào)音、混音、錄音等環(huán)節(jié)中均日益凸現(xiàn)出電聲技術(shù)對藝術(shù)質(zhì)量的影響力。在音樂專業(yè)未來的工作環(huán)境中，電聲技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，為使學(xué)生在今后的工作中能夠熟練掌握并運用這些技術(shù)設(shè)備，從而實現(xiàn)最佳的藝術(shù)效果。故而開設(shè)電聲技術(shù)與表演應(yīng)用課程。l教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容： l聲音的概念和特性；聲音的

2、構(gòu)成與作用；聲音的傳播規(guī)律以及人耳的聽覺特征。l通過本章節(jié)的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握聲音現(xiàn)象的物理性質(zhì)以及人耳聽覺的主觀感覺等方面的規(guī)律特點。l聲音是世界上很重要的物理現(xiàn)象，與日常生活、工作、學(xué)習(xí)關(guān)系密切，它的存在又極其普遍。l自然：風(fēng)聲、雨、雷聲、心跳、水流l工業(yè)：車、船、機、工廠l人文：語言、音樂、歌聲l1、定義：聲音是粒子運動的結(jié)果，即物體振動產(chǎn)生的聲波，通過介質(zhì)對人耳產(chǎn)生的感覺叫聲音。l2、聲音的分類與應(yīng)用l研究聲音的學(xué)科叫聲學(xué)聲學(xué)，按研究對象不同，可分為：l語言聲學(xué)：研究人的發(fā)音結(jié)構(gòu)與方法等生理聲學(xué)l音樂聲學(xué)：研究音樂與聲音的關(guān)系l研究樂器結(jié)構(gòu)、制作、音域、音色器樂聲學(xué)l研究發(fā)聲、氣息、共鳴等

3、聲樂聲學(xué)l研究音律關(guān)系、數(shù)據(jù)及使用音樂律學(xué)l電子聲學(xué)：研究通過電子電路把聲音進(jìn)行各種特性的加工處理l建筑聲學(xué)：研究廳堂建筑設(shè)計與聲學(xué)關(guān)系l噪 聲 學(xué)：研究噪聲的危害與利用l聲 納：水下軍事：蝙蝠 （利用聲音的波長與反射）l超 聲 波：工程爆破 （利用大于20KHz聲波刺激）l聲 控：電子工業(yè)l語音識別：刑偵、保密 （利用音色的頻譜曲線）l音樂醫(yī)療：調(diào)節(jié)心神、緩解情緒 （利用音樂聲學(xué)的暗示作用）l次 低 聲：軍事（利用低于20Hz的次低聲波振動頻率干擾人體固定的共振頻率（3-17Hz） l噪 聲：大于90分貝，且人們主觀不需要的聲音l聽覺閾限：20-20KHz （超過55分貝即產(chǎn)生不舒服感）l不

4、 需 要：學(xué)習(xí)與環(huán)境噪聲l 午休與唱歌l危害l人體：影響壽命、損壞內(nèi)臟、擾亂新陳代謝l神經(jīng)：頭暈、失眠、衰弱、易產(chǎn)生疲勞、降低工作效率l1 1、聲音的傳播過程、聲音的傳播過程（自然狀態(tài)）：當(dāng)一個物體受外力作用時，產(chǎn)生一個往復(fù)的彈性振動，這樣就產(chǎn)生了聲波，經(jīng)過介質(zhì)（物體、空間或水）向四面八方傳播。當(dāng)人耳接受聲波的振動，通過聽覺神經(jīng)傳達(dá)給大腦。（如下圖）l有線傳送（1806年貝爾發(fā)明電話） 無線（1844年，電報發(fā)明）有線載波（一線傳多種信息） 光纖與光纜（速度：10GB/S） l留聲機 磁帶機 光盤 硬盤（固態(tài)記錄）l留聲機：1877年愛迪生發(fā)明，唱片直徑30cm，軌跡紋路0.1mm，貯存量15

5、分鐘。l磁帶：模擬信號破壞性記錄存新去就，需機械系統(tǒng)支持。lCD：直徑12cm，軌跡紋路1.2微米，貯存量T=74分鐘。lDVD：直徑12cm，軌跡紋路0.6微米，貯存量T=120分鐘。l硬盤：非破壞性記錄，可移位貯存，開放式非線形，大容量、可外掛、任意編輯、升級空間大。固態(tài)記錄，利用距陣來記錄、拾取，利用地址碼選取。1、聲音的構(gòu)成及關(guān)系l客觀：振幅（大、?。?；頻率（快、慢）；諧波l主觀：響度；音調(diào)（音高）；音色（音品）l振幅：聲波的振動幅度，它的大小影響人耳對聲音強弱的感覺強度（即響度）單位：分貝（dB）l頻率：聲波每秒鐘振動的次數(shù)。它直接影響人耳對聲音高低（音調(diào)）的感覺。單位：赫茲（Hz）

6、l諧波：指聲波的波形。包括瞬間狀態(tài)。它直接影響人們對聲音音質(zhì)差異（音色）的感覺。（如樂器不同，相同的“i”聽覺則不相同。）直達(dá)聲：是室內(nèi)任一點直接接收到聲源發(fā)出的聲音。 它是接收聲音的主體，又叫主達(dá)聲，不受空間界面影響，其聲強基本上是與聽點到聲源間距離的平方成反比衰減。早期反射聲：指延遲直達(dá)聲50ms以內(nèi)到達(dá)聽聲點的反射聲，對聲音起到增強作用；在大空間內(nèi)，因反射距離遠(yuǎn)，易形成回聲，產(chǎn)生空間感。 混響聲：聲波經(jīng)室內(nèi)界面的多次反射，遲于早期反射聲到達(dá)聽點的聲音，直至聲源停止發(fā)聲，但由于多次反射，聽點仍能聽到，故又稱余聲，影響聲音的清晰度。 混響時間：在一個聲場中，一個聲音的聲壓級衰減60dB所需要

7、的時間，用T60來表示。單位：秒（s） T60=0.16V/Sa (賽賓公式) V：聲場總?cè)莘e S：聲場的表面積 a：聲場的建筑裝飾材料的平均吸聲系數(shù)。 例：某段音樂的聲壓級為90dB，此時中止音樂，音樂聲逐漸減弱，當(dāng)其聲壓級從90dB降至30dB時可需時1.2秒，那么，此房間的混響時間為1.2秒。 聲音的繞射與散射： l聲波在傳播過程中遇到障礙物，能夠繞過障礙物的邊緣前進(jìn)，這種現(xiàn)象叫波的繞射，又叫聲衍射。l當(dāng)聲波波長大于障礙物尺寸但在10倍以內(nèi)時，障礙物會化成一個聲源使聲波向四周散射，這種現(xiàn)象叫聲波的散射。 例一：聲源處于人的背后時，由于人耳殼的遮蔽作用，聲源中低頻音會繞過耳廊使人聽到，而聲

8、源中的高頻音則在人耳處形成聲影區(qū)使其減弱。 例二：音樂會時，后排座的聽眾聽到的低頻強、高頻弱，即是因為低頻可繞射，而高頻音散射的原因。l高頻 聲音指向性很強 覆蓋角度窄小、射程遠(yuǎn)、穿透力強l中頻 有一定指向性 覆蓋面積比較容易控制l低頻 指向性不明顯 向四面輻射、聲功能損失大、傳播距離近l聲音的振動和傳播過程中，有一種很重要的物理現(xiàn)象共振，也叫共鳴。l定義：當(dāng)策動力變化的頻率跟物體的固有頻率相一致時，振動的振幅就會特殊地增大到最高峰值，這種現(xiàn)象叫共振。l例一：部隊行軍步伐的振動頻率與橋梁的固有振動頻率相一致時，會因共振的產(chǎn)生而坍橋。l例二：暖水瓶接水，聽到的聲音會由低頻逐漸變成高頻率聲音。水流

9、擊水產(chǎn)生的聲音頻寬很寬，即有低頻、又有高頻。剛接時瓶的空間大固有振動頻率低，水流擊水的低頻音產(chǎn)生共振，低頻加強，快滿時，水瓶的空間變小，共振腔變小，共振頻率提高，與水流擊水產(chǎn)生的高頻音產(chǎn)生共振，高頻加強，即聽到高頻音。 l例三：小提琴 共鳴箱較小 共振頻率高 為256-1100Hz 大提琴 共鳴箱增大 共鳴頻率低 為110-400Hz 貝斯提琴 共鳴箱最大 共振頻率更低 為80-350 Hz例四：薩克斯箱 l左右手指全按下 共振腔容積最大 共振頻率低 發(fā)低音l右手指抬起 共振腔容積縮小 共振頻率提高 發(fā)中音l雙手全抬起 共振腔體最小 共振頻率最高 發(fā)高音l當(dāng)不同頻率的聲音在同一聲場中傳遞，各頻

10、率之間會發(fā)生掩蔽現(xiàn)象。 l如銅管樂器掩蓋木管樂器、木管樂器掩蓋弦樂器。l解決：從樂隊編制解決。要求有合理的聲部和樂器分配，調(diào)整好各聲部之間、各種樂器之間聲功能的平衡。l從音樂結(jié)構(gòu)上解決。要有合理的和聲、配器，使各聲部間平衡。l從聲場音響上解決。la、對不同音源選擇最適合表現(xiàn)這種樂器音色特性的話筒。lb、選擇拾取音源的最佳距離、高度、角度。lc、在調(diào)音臺上進(jìn)行音頻信號電平的處理。l原因：人耳對7003000Hz的中頻率聲音聽覺最為靈敏，在聲音強度相同的情況下，優(yōu)于并強于對高、低聲音的聽覺。l解決：減少中頻輸入，適當(dāng)增加高低頻尤其是低頻音輸出?，F(xiàn)象三：高頻率聲音掩蓋低頻聲音。l如：板胡、京胡、笛子

11、等高音樂器掩蓋貝斯提琴、大提琴、巴松等低音樂器。l原因：高頻音聲波較短、指向性強、穿透力強、射程遠(yuǎn)，對人耳刺激明顯，低頻音有繞射特性，散射強，功能損失大。l解決：適當(dāng)降低高頻音，增加低頻音。l對不同的樂器拾音時選擇合適話筒，掌握好距離角度。l振動產(chǎn)生聲波，聲波傳播至耳，耳膜受到聲壓變化刺激聽覺神經(jīng)聽覺神經(jīng)傳入大腦中樞，形成聲音的存在感覺。l聲音的產(chǎn)生是物理現(xiàn)象，人對聲音的感覺是生理 心理活動。l構(gòu)成聲音產(chǎn)生與存在的客觀因素是：振幅、頻率、諧波l構(gòu)成人耳對聲音的聽覺特性的要素是：響度、音調(diào)、音色 響度：是人耳對聲音強弱的感覺程度。它首先決定于聲音的振幅，其次是頻率。聲學(xué)中把描述響度、振幅、頻率之

12、間的關(guān)系曲線叫等響度曲線。單位：分貝（dB）l與振幅的關(guān)系：a、聲壓級越高，人耳感覺聲音響度越大b、人耳的聲壓范圍是：0120 dBl與頻率的關(guān)系：a、45KHz附近的聲音最響，因外耳道與其產(chǎn)生共鳴b、低聲壓時，低頻區(qū)的音響度大于高頻音的響度c、常見聲源的聲壓級dBl竊竊私語：2035 l女 高 音：35105 男高音：4095l小 提 琴：40100 交響樂：80 dBl小 鼓：55105 打 雷：120 dBl教師講話：5060 飛機起飛（3m處）：140 dB 音調(diào)（音高）：是人耳對聲音高低的感覺，其變化主要取決于聲音頻率的對數(shù)值，其次是取決于聲音的振幅。 頻率越高，人耳感覺的音調(diào)隨之升

13、高，頻率增加一倍，聲學(xué)中稱之增加一個“倍頻程”，音樂上叫“提高一個八度”。音調(diào)單位：美（mei）音調(diào)與頻率的關(guān)系：a、人耳聽覺的頻率范圍：20Hz20KHz，其中7003000Hz為最靈敏區(qū)b、語言的頻率范圍范圍是10010 KHz 音樂的頻率范圍是5015 KHz 音調(diào)與聲壓（振幅）的關(guān)系：a、1K2 KHz 以上的高音區(qū)，聲壓增大感覺音調(diào)提升b、500 Hz以下的聲音，聲壓增大，感覺聲音低沉，音調(diào)下降音色（音品）：指聲音的音調(diào)和響度以外的音質(zhì)差異。它與聲音的頻譜結(jié)構(gòu)、包絡(luò)和波形有關(guān)。發(fā)音體的泛音結(jié)構(gòu)不同頻率特性曲線、種類不同造成音色結(jié)構(gòu)的不同。影響音色的因素：a、結(jié)構(gòu)不同：弦、簧片、金屬b

14、、質(zhì)料、質(zhì)地不同、金屬、人體、電子c、激發(fā)位置不同：氣息、聲帶、口形、吹奏或拉奏方法d、力度大小不同，p、f（弱、強）影響音色e、共鳴體（箱、腔）大小不同：影響單元色的泛音結(jié)構(gòu)f、振動體的彈性：影響音色的始振特性和衰減特性 聲帶：兒童富有彈性、音色清脆明亮 成人聲帶松弛、音色蒼老 哨片：軟始振性慢、衰減也慢 硬始振性快、力度大、衰減也快l聲音從音源傳入大腦有兩個途徑， 一是 音源空間 人耳大腦，另一途徑是 音源人體顱骨大腦（小實驗：雙手堵耳，發(fā)聲，仍可聽見）通過顱骨傳導(dǎo)聲音的現(xiàn)象叫顱骨效應(yīng)。l現(xiàn)象一：聽自己的聲音，有兩個途徑，頻帶寬，音色好。l現(xiàn)象二：手表、鐘擺聲音仍可通過牙齒和顱骨傳遞到人的

15、大腦神經(jīng)。 應(yīng)用：當(dāng)練唱一首新歌時，對音高音調(diào)旋律無法準(zhǔn)確掌握時，大聲唱干擾環(huán)境、小聲唱自我感覺不明顯，可用雙手掩耳來練唱，可清晰感覺自己聲帶發(fā)聲的旋律，準(zhǔn)確的音高和聲音結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部分。根據(jù)自我感覺來調(diào)解發(fā)聲狀態(tài)，即通過甲狀軟骨、早環(huán)軟骨和披裂肌肉的配合來調(diào)解聲帶的收放，從而調(diào)整音高和音色。l在嘈雜的聲場中，人可以把自己的聽力集中在某一個人的談話中，而把其他人的聲音都推到背景雜聲中，此現(xiàn)象叫“雞尾酒會效應(yīng)”。l原理：人耳的選擇功能l人耳通過兩耳拾取音源的距離差、時間差、頻率差就可以辨別出不同方位的聲音，以此調(diào)解聽覺神經(jīng)來選擇不同方位的聲源。l應(yīng)用：使用強指向性話筒在現(xiàn)場來同步錄音。 l在某一聲

16、場中，視覺看不到聲源而聽覺卻能聽到聲音，這種現(xiàn)象就是聲波傳播的特殊反射作用的結(jié)果，被稱謂“回音壁效應(yīng)”。l應(yīng)用：舞臺上方、側(cè)方、后方的聲音反射板即是利用這一原理把演員的聲音集中向直達(dá)聲弱的區(qū)域進(jìn)行反射。l一個聲場中的二個同頻聲源，在傳入人耳的時間差在50ms以內(nèi)時，人耳無法明顯辨別出它們的方位。那個聲源的聲音先入，那么人就感覺到聲音即由此方位傳來。這種先入為主的聽覺特性叫哈斯效應(yīng)。l現(xiàn)象一：兩側(cè)聲源A、B與人耳距離相同時，人們感覺聲音由前方來，俗稱“假立體聲”。l現(xiàn)象二：當(dāng)距離A聲源略近時，實際應(yīng)是A音大，B音小的兩個聲源，但人們往往只感覺到所有聲音均由A輸出，這種錯覺現(xiàn)象即是“哈斯效應(yīng)”。l

17、現(xiàn)象三：將近點A的聲音加以延時，使它遲于B聲源進(jìn)入人耳，人們即感覺到所有聲音均由B聲源付出。l應(yīng)用：在劇場中為了彌補哈斯效應(yīng)所產(chǎn)生的聽覺、視覺不統(tǒng)一的現(xiàn)象，對頂部和側(cè)面揚聲器均作延時處理，使它們傳出的聲音與前方主揚聲器傳出的聲音同步到達(dá)人耳，使后排觀眾的視覺、聽覺協(xié)調(diào)統(tǒng)一。構(gòu)成立體聲的主要因素；第一要有立體聲音源；第二要有立體聲聲場；第三是人耳的雙耳效應(yīng)造成立體聲的原因；a、路程差：由于聲音傳遞到雙耳的路程不同造成b、時間差：由于路差使聲音到達(dá)雙耳的時間不同造成c、強弱差：由于路程差使先到聲音感覺強，后到的感覺弱d、頻率差：由于聲音的傳播特性決定，近耳聽到的高頻音多、低頻音少，遠(yuǎn)耳聽到的高頻音

18、少、低頻音多。定義：立體聲是指人感到聲源分布在空間的聲音，使聽到的聲音具有空間感、遠(yuǎn)近感及監(jiān)場感l(wèi)在立體聲聲場中，除聽者有身臨其境的感覺之外，還必須具有使聽音者被聲音包圍的效果，使聽者產(chǎn)生圍繞感和聲音似乎離開聽者擴散并再次反射回來的擴展感。 la、四聲道環(huán)繞立體聲（見圖）l產(chǎn)生環(huán)繞立體聲需有不同方向的四個以上聲源，相對聽音者來講分為前左、前右（主聲道）；后左、后右（環(huán)繞聲道）。l將四只強指向性傳聲器擺放在演出中心部或靠近舞臺，拾取舞臺上聲源發(fā)出的四個不同方向的聲音，用聲道重放系統(tǒng)把四個揚聲器放在房間四角，產(chǎn)生環(huán)繞聲場。l常見有超級VCD、CVD均屬此類。背板標(biāo)有CH1CH4四路聲音輸出。 l與四聲道同理，將六個聲源經(jīng)編碼后用少量聲道輸出，經(jīng)解碼后，傳至六個（組）揚聲器。l常見DVD即被使用杜比3（AC3）