美国Nuforce audio公司技术长─ 袁大伦先生 主讲

Stereo

美国Nuforce audio公司技术长─ 袁大伦先生 主讲



       1877年12月6日，爱迪生的助理克鲁西(John Kruesi)依据爱迪生的设计图，在位于纽泽西州的实验室成功地制造出一部能够记录并重播声音的机器；一个多星期后(22日)，他们将这份成果发表于《北美评论》(North American Review)，向全世界宣告留声机的发明，开启声音纪录的历史。音乐是声音的艺术，因此留声机的发明对于音乐工作者来说，是一项伟大的成就。「声音纪录」 (Recorded Sound)也从此成为音乐家们必须认识的一门学科。在《新葛罗夫音乐辞典》中，将这门学科分为历史与技术两个面向来介绍。历史方面主要探讨的是录音产业的发展过程，在技术方面则包含将声音转换为电能的麦克风、录音及广播中的器材与麦克风角色，以及处存于媒体上的音乐、透过放大器与喇叭的声音再现等等。为了解声音记录的技术原理，本课程举办了一场声音纪录的技术基础讲座，特别邀请美国Nuforce音响公司技术长、同时也是音响设计家─袁大伦先生主讲，综合整理了声音与电学的原理，以浅显的方式讲解声音纪录的技术基础：



什么是「波」？

「波」泛指承载在介质(水、空气等物质都可以是介质的一种)上的能量，而每种波都有固定的传播速度，声波的速度约为每秒344公尺，会依湿度、温度等因素而变化，亦即随介质改变，简而言之，「波」是一种能量传递的形式，例如：耳朵听见讲话声，即为耳朵接收说话的能量，当这个能量经过大脑来判断这些声音的内容及意义，便形成了「声波」的传递。

「光波」是唯一不需要介质的波，在未发现光的介质之前，科学家们深信光的传递仍需介质，并称其介质为「乙太」，后来经过爱因斯坦的实验证实，并无乙太存在，从此「光波传递不需介质」成为定论；另外，我们所要探讨的「声波」实为疏密波，不同于一般的波浪形，声波的形成是因压力的不同而造成疏密交错的波，但在画图示意时为了简化图示，仍使用一般的波浪形来代表声波。



什么是「电」？

声音的任何纪录都必须靠「电压」来完成，也就是说，无论数位或类比讯号，所有声音的纪录都是以电压的形式存在，声音进入麦克风之后，声波被转换成电压，这时所呈现出的声波图其实是电压的波形。

电流是电子的流动，然而，电流的强弱无法被测知，只能透过「欧姆定律」（电压 ÷电阻＝电流）经由电压与电阻的数值来推算电流的大小，而功率＝电压 × 电流。

电压的波形分为「交流电」与「直流电」两种，交流电的电波不断变换，波型为正弦波（如图1 ）；直流电则保持一恒定电压，波型为直线（如图2 ），但测量时只能测知直流电，欲测交流电必须将负的波形翻转为正的(如图3) ，再将此山坡状的波平均为一直线，此平均值称为rms ，即此交流电的电压。所有的声音讯号皆为交流电，当我们测知交流电的电压(rms)后，便可透过仪器测得声波的样貌(包含振幅、频率) ，此即类比讯号的转换。






频率响应

一般都会期待频率响应图为平直的，亦即各个频率的声音都可以在输出时一视同仁的被放大或缩小，以图形来表示频率响应，X轴为频率，Y轴为振幅，频率响应的曲线（如图4 ）则为声音在不同频率下可通过的大小，但没有一个声音纪录相关器材能够做到平直的频率响应，因此在纪绿声音时的每个环节中，多多少少都扭曲了声音本身，我们记录下来的声音其实不同于原始的声音，所以在记录声音时，为了将声音的扭曲减到最低，我们在器材上，只能尽量要求在人耳频宽内(20~20K Hz)最不受扭曲的频率响应。





声音的「类比讯号」与「数位讯号」

「类比」是一种以波形来呈现的记录方式（如图5 ），在完全不改变频率的情况下，从一个媒介转换到另一个媒介，例如：在话筒的尾端贴一皮革，皮革上黏一针，当我们对着话筒说话时，皮革也会跟说话的声音做同样的震动，并且带动那根针在蜡盘上刻下纹路，此纹路便是这个说话声音的类比讯号，也就是说，声音传播的媒介由空气转换为刻盘上的波形，播放时以针循着轨道来震动皮革，并透过号角将类比的声音讯号放大，这便是爱迪生的留声机的由来。现今的声音纪录已发展出各式各样的器材，当我们对着麦克风讲话时，声音由空气传递至麦克风，而麦克风输出的是电压，这个电的讯号即为声音的类比讯号。




声音的「数位讯号」是?了在电脑上储存及运算，而转换为0与1的数位讯号（如图6 ），从类比讯号转换为数位讯号时，每格一段固定的时间取样一次，称为取样频率(单位：Hz) ，将声音大小叙述为位元数(单位：bit)则称为阶段化，例如：CD的取样频率为44.1K Hz ，位元数为16bit ，这两项数值越高，声波的样貌越接近类比的真实情况，由于数位讯号依靠取样而成，所造成的损失成为不可避免的必然，只能在人耳的听觉频宽范围中做最积极的取样频率。




虽然数位讯号已造成某种程度上的讯息损耗，但就保存的观点看来，其永远不改变、复制几乎不会有误差的特质，使得数位讯号在保存上的价值远远凌驾于传统类比式的声音记录方式，例如：传统的磁带必须承担磁粉脱落、变质等无法长期保存的高风险，因此现今的声音记录方式将以数位讯号方式来记录，方能传承典藏。

6498700

技术分享  !:( :(