音频技术中必备的声学原理

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音频技术中必备的声学原理

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( |) o+ }) W; l% O  \3 R" Z声学历史
7 Q, Q3 ~2 z  a- a6 B当森林中有一棵树倒塌下来时，发出一阵轰然大响声音，但是没有人在这个原始森林中，所以就听不到这声音。这算不算有声音发出来呢?声音是肯定发出来了，因为当树干及树枝接触地面时，它们都会产生某些声音，但是没有人听见，但这声音对于人类或其他动物所听到的是有所不同，所以这就是声学上所说的心理(Psychoacoustics)。           
5 A# r" X! X+ f- T# X8 F- {现场音晌与录音室音晌的分别
0 b; {5 D1 S9 o; j0 o' ~  |　　在这里所讲解的现场音响地操作，它与录音技术是有很多不同的地方，有很多人以为音响的最高境界就是录音技术，这是不全面的。在录音技术上，通常基本是没有碰到反馈的情况，因为在一个录音室内进行操作时，所有的外围因数都可以得到控制，但是在现场音响重播时，我们是不可以避免有很多现场音响问题，所以现场音响和录音音响是两种不同的学问。
　　
现场音响跟录音室音响的要求是不同的，所以有很多器材也是不同的。例如在录音室内所用的调音台，它们的每路输入都有多个参数均衡，让录音师可以把每路输入的音源尽量做最精密地微调，务求达到最好的音源效果。一个用来做现场音响的调音台，通常在它的每路输入，均衡都是比较简单的。因为很多时候，现场调音师根本就没有很多时间把每路的音源做很仔细地微调，而在现场音响的调音台每路的音量控制推杆，它们除了可以把音量做衰减外，也可以增益10—14 dB。如果做录音室用的调音台，这推杆很多时候是不需要做增益的，所以这推杆的英文名称就是 fader，意思是衰减器。
用在现场音响的大功率功放，它们都会有风扇作为散热用途，因为现场音响的功放是常常在最大功率输出的情况下工作，并且有很多时候是在户外做现场音响时，周围的温度可能相当高。如果在录音室内，通常都一定会有空调，温度当然不会太高，而录音室内的功放，主要是用来推监听音箱用的，当然不需要输出很大的功率，所以功放只需要用普通的散热器，就可以把很小的热量散走。如果功放装有风扇的话，风扇发出来的声音反而造成噪音，所以在录音室内的功放基本上是不需要风扇的。

现场音响所用的音箱，为着要把很大的声压传播绘在远距离的观众，所以它们是需要很高效率的，但在录音室内所用的监听音箱，是录音师用来监听声源或录音的最后结果，录音师是坐在距监听音箱很近的地方来监听，所以监听音箱是一种近音场的音箱，不需要高灵敏度，作用跟现场音响音箱是完全不同的。
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各类不同的音场
' M$ o8 Q5 b- |. a当一个纸盆扬声器接受了从功放传过来的信号后，纸盆就会作出前后的摇动，当纸盆向前推进时，纸盆撞击到它前面的空气分子，在纸盆前面的空气就会增加压力，这些分子就会继续向前推进，碰撞它们前面的空气分子，造成轻微的高气压。当纸盆向后退时，纸盆前面的空气分子就会产生轻微的真空，然后这些分子会跟着纸盆的后退，造成这里的空气有轻微的压力减少。但我们不要忘记，空气是有弹力的，但在纸盆前面的空气是刚刚被纸盆的动作摇动，不能达到空气本身的弹力，这时我们便要看这频率的波长，声音是要直到离开纸盆的距离有2．5倍波长时，这些空气才发挥出造成声音的弹力。

: f, B0 M5 C0 @9 g) S' m例如一个100Hz的频率，它的波长是3．44米，所以声音要离开纸盆2．5×3．44米=8．6米之外，才是真正的这个100Hz的声音。如果用10OHz来算，离开纸盆的距离还没达到8．6米就为 lOOHz的近音场，而超过8．6米才是100Hz的远音场。
为什么我们要了解远近音场呢?
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很多时候在一队乐队中的电贝司手，他往往都不了解近音场的效果，而在他的电贝司音箱上，有一个均衡旋钮就是写着贝司（Bass) ，正是这乐手的称号。电贝司手通常会站在离开电贝司音箱不远的地方做演奏，如果他站在近音场时，有时会觉得低音不足，就会把这Bass的均衡旋钮尽量调大，但听众在他们的位置就会听得到很强烈的低音，很多时候造成不好的效果。这些强烈的低音也会跑进歌手的话筒，如果调音师因为觉得歌手的声音不足够时，就会把歌手这一路的声音提高，但也同时把电贝司的低音量也提高了，调音就遇上了困难。电贝司的最低E弦是41Hz，但因为拾音器是放在弦的末段，所以41hz第一个谐音82Hz才是主要的电贝司低频率，82Hz的波长是 4．2米（344m／s 除以82／s=4.195m），所以差不多要离开电贝司音箱 10米左右才是这82Hz的远音场，而因为电贝司手不会站到离开他的音箱这么远的距离时，他听到的声音只是近音场，而不是听众所听得到的声音。
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6 H! \) V0 @3 c) [- [* V# q所以我们当说到扬声器的远近音场时，最主要是注意到频率及它的波长，而不是单纯看离开音箱多远就是等于远或近音场，最主要就是记得我们当欣赏音乐时，是要在远音场的位置，而不是在近音场的位置。

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直接音场、反射音场、不直接音场
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当扬声器在一个房间内发出声音时，房间内的听众可以听到直接从扬声器传过来的声音，这就指的是直接音场（indirectfield），但听众也可以听到从墙、天花板及地板所反射过来的声音，这就叫做反射音场（reverberant field)。


! }4 c% k+ G' Y( I听众听到越多的直接音场的声音，反射音场的声音就越小时，这声音就越好，因为直接音场的声音是可以控制的，但反射音场的声音是不能控制的，它只会把直接育场发出来的声音加上喧染，把原本声音的清晰度减低，所以坐得离音箱比较近的听众就会感觉到好一点的音响效果，而坐在后面的听众很可能是他们听到的反射音场声音比直接音场声音更大，音响效果便会比较差及清晰度降低。
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; L9 {6 J- y2 h0 k# X& e有时候一队乐队在台上演出时，因为他们没有监听音箱，而两旁的主音箱是放在靠近台口的位置，乐队及歌手所听到的声音完全没有从直接音场放过来的，他们站立的位置就叫做不直接音场，声音效果当然不会好，这也会影响到乐队的表演水平，令观众听到不太好的演出声音。
界面干扰
7 \  }8 B- H% I4 Z3 @当我们选择放置音箱的位置时，很重要的一环是要注意到音箱所发出来的声音是会受到它旁边的界面影响而造成干扰。例如放在台口两旁的主音箱，它们的低音纸盆离开地面及旁边的墙壁如果是大约在1米的时候，一个4米波长的音频就会受到这两个界面的干扰。一个4米波长的频率是 86Hz（344m／s ÷ 4m＝ 86Hz），当 86HZ的声音从音箱放出来时，大的空气压力在1／4周内刚巧碰到地面及墙壁，再过l／4周就反射回到音箱的纸盆面前，但这个时候刚巧纸盆要后退，原来从地面及墙壁反射过来的大空气压力就会被纸盆后退的动作抵消很多，造成失去了很重要的低音。

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如果遇到这个情况，就应该把音箱向台后退0．5－1米，让音箱所发出来的声音不能直接射到地面上，而如果可以把音箱移到靠近两边的墙壁时，更可利用墙壁的反射制做出更大的音量。80-100Hz 这段频率是很重要的，它是我们肺部空间的共鸣点，也是低音鼓的共鸣频率，如果是因为不了解界面干扰而摆错了音箱放置的位置，实在是很不值得的。