聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)

1、音響調(diào)音員基礎(chǔ)知識(shí)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(jī)、工廠l人文：語(yǔ)言、音樂(lè)、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(lè)表演的關(guān)系越來(lái)越密切。在音樂(lè)表演過(guò)程中，無(wú)論是現(xiàn)場(chǎng)表演還是錄播、重放，在其傳聲、擴(kuò)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(duì)藝術(shù)質(zhì)量的影響力。在音樂(lè)專業(yè)未來(lái)的工作環(huán)境中，電聲技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為使學(xué)生在今后的工作中能夠熟練掌握并運(yùn)用這些技術(shù)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)最佳的藝術(shù)效果。故而開(kāi)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(tīng)覺(jué)特征。l通過(guò)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(tīng)覺(jué)的主觀感覺(jué)等方面的規(guī)律特點(diǎn)。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(jī)、工廠l人文：語(yǔ)言、音樂(lè)、歌聲l1、定義：聲音是粒子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，即物體振動(dòng)產(chǎn)生的聲波，通過(guò)介質(zhì)對(duì)人耳產(chǎn)生的感覺(jué)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(duì)象不同，可分為：l語(yǔ)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(lè)聲學(xué)：研究音樂(lè)與聲音的關(guān)系l研究樂(lè)器結(jié)構(gòu)、制作、音域、音色器樂(lè)聲學(xué)l研究發(fā)聲、氣息、共鳴等

3、聲樂(lè)聲學(xué)l研究音律關(guān)系、數(shù)據(jù)及使用音樂(lè)律學(xué)l電子聲學(xué)：研究通過(guò)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(jì)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(zhǎng)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(yǔ)音識(shí)別：刑偵、保密 （利用音色的頻譜曲線）l音樂(lè)醫(yī)療：調(diào)節(jié)心神、緩解情緒 （利用音樂(lè)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(dòng)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(tīng)覺(jué)閾限：20-20KHz （超過(guò)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(guò)程、聲音的傳播過(guò)程（自然狀態(tài)）：當(dāng)一個(gè)物體受外力作用時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)往復(fù)的彈性振動(dòng)，這樣就產(chǎn)生了聲波，經(jīng)過(guò)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(dòng)，通過(guò)聽(tīng)覺(jué)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(wú)線（1844年，電報(bào)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(jī) 磁帶機(jī) 光盤 硬盤（固態(tài)記錄）l留聲機(jī)：1877年愛(ài)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(hào)破壞性記錄存新去就，需機(jī)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(kāi)放式非線形，大容量、可外掛、任意編輯、升級(jí)空間大。固態(tài)記錄，利用距陣來(lái)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(dòng)幅度，它的大小影響人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺(jué)強(qiáng)度（即響度）單位：分貝（dB）l頻率：聲波每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)。它直接影響人耳對(duì)聲音高低（音調(diào)）的感覺(jué)。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(duì)聲音音質(zhì)差異（音色）的感覺(jué)。（如樂(lè)器不同，相同的“i”聽(tīng)覺(jué)則不相同。）直達(dá)聲：是室內(nèi)任一點(diǎn)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(qiáng)基本上是與聽(tīng)點(diǎn)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(tīng)聲點(diǎn)的反射聲，對(duì)聲音起到增強(qiáng)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(tīng)點(diǎn)的聲音，直至聲源停止發(fā)聲，但由于多次反射，聽(tīng)點(diǎn)仍能聽(tīng)到，故又稱余聲，影響聲音的清晰度。 混響時(shí)間：在一個(gè)聲場(chǎng)中，一個(gè)聲音的聲壓級(jí)衰減60dB所需要

7、的時(shí)間，用T60來(lái)表示。單位：秒（s） T60=0.16V/Sa (賽賓公式) V：聲場(chǎng)總?cè)莘e S：聲場(chǎng)的表面積 a：聲場(chǎng)的建筑裝飾材料的平均吸聲系數(shù)。 例：某段音樂(lè)的聲壓級(jí)為90dB，此時(shí)中止音樂(lè)，音樂(lè)聲逐漸減弱，當(dāng)其聲壓級(jí)從90dB降至30dB時(shí)可需時(shí)1.2秒，那么，此房間的混響時(shí)間為1.2秒。 聲音的繞射與散射： l聲波在傳播過(guò)程中遇到障礙物，能夠繞過(guò)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(zhǎng)大于障礙物尺寸但在10倍以內(nèi)時(shí)，障礙物會(huì)化成一個(gè)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(shí)，由于人耳殼的遮蔽作用，聲源中低頻音會(huì)繞過(guò)耳廊使人聽(tīng)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(lè)會(huì)時(shí)，后排座的聽(tīng)眾聽(tīng)到的低頻強(qiáng)、高頻弱，即是因?yàn)榈皖l可繞射，而高頻音散射的原因。l高頻 聲音指向性很強(qiáng) 覆蓋角度窄小、射程遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)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(dòng)和傳播過(guò)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(dòng)力變化的頻率跟物體的固有頻率相一致時(shí)，振動(dòng)的振幅就會(huì)特殊地增大到最高峰值，這種現(xiàn)象叫共振。l例一：部隊(duì)行軍步伐的振動(dòng)頻率與橋梁的固有振動(dòng)頻率相一致時(shí)，會(huì)因共振的產(chǎn)生而坍橋。l例二：暖水瓶接水，聽(tīng)到的聲音會(huì)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(shí)瓶的空間大固有振動(dòng)頻率低，水流擊水的低頻音產(chǎn)生共振，低頻加強(qiáng)，快滿時(shí)，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(qiáng)，即聽(tīng)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(chǎng)中傳遞，各頻

10、率之間會(huì)發(fā)生掩蔽現(xiàn)象。 l如銅管樂(lè)器掩蓋木管樂(lè)器、木管樂(lè)器掩蓋弦樂(lè)器。l解決：從樂(lè)隊(duì)編制解決。要求有合理的聲部和樂(lè)器分配，調(diào)整好各聲部之間、各種樂(lè)器之間聲功能的平衡。l從音樂(lè)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(chǎng)音響上解決。la、對(duì)不同音源選擇最適合表現(xiàn)這種樂(lè)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(tái)上進(jìn)行音頻信號(hào)電平的處理。l原因：人耳對(duì)7003000Hz的中頻率聲音聽(tīng)覺(jué)最為靈敏，在聲音強(qiáng)度相同的情況下，優(yōu)于并強(qiáng)于對(duì)高、低聲音的聽(tīng)覺(jué)。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(lè)器掩蓋貝斯提琴、大提琴、巴松等低音樂(lè)器。l原因：高頻音聲波較短、指向性強(qiáng)、穿透力強(qiáng)、射程遠(yuǎn)，對(duì)人耳刺激明顯，低頻音有繞射特性，散射強(qiáng)，功能損失大。l解決：適當(dāng)降低高頻音，增加低頻音。l對(duì)不同的樂(lè)器拾音時(shí)選擇合適話筒，掌握好距離角度。l振動(dòng)產(chǎn)生聲波，聲波傳播至耳，耳膜受到聲壓變化刺激聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)傳入大腦中樞，形成聲音的存在感覺(jué)。l聲音的產(chǎn)生是物理現(xiàn)象，人對(duì)聲音的感覺(jué)是生理 心理活動(dòng)。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(duì)聲音的聽(tīng)覺(jué)特性的要素是：響度、音調(diào)、音色 響度：是人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的感覺(jué)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(jí)越高，人耳感覺(jué)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(shí)，低頻區(qū)的音響度大于高頻音的響度c、常見(jiàn)聲源的聲壓級(jí)dBl竊竊私語(yǔ)：2035 l女 高 音：35105 男高音：4095l小 提 琴：40100 交響樂(lè)：80 dBl小 鼓：55105 打 雷：120 dBl教師講話：5060 飛機(jī)起飛（3m處）：140 dB 音調(diào)（音高）：是人耳對(duì)聲音高低的感覺(jué)，其變化主要取決于聲音頻率的對(duì)數(shù)值，其次是取決于聲音的振幅。 頻率越高，人耳感覺(jué)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(gè)“倍頻程”，音樂(lè)上叫“提高一個(gè)八度”。音調(diào)單位：美（mei）音調(diào)與頻率的關(guān)系：a、人耳聽(tīng)覺(jué)的頻率范圍：20Hz20KHz，其中7003000Hz為最靈敏區(qū)b、語(yǔ)言的頻率范圍范圍是10010 KHz 音樂(lè)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(jué)音調(diào)提升b、500 Hz以下的聲音，聲壓增大，感覺(jué)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(qiáng)）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(dòng)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(gè)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(shí)驗(yàn)：雙手堵耳，發(fā)聲，仍可聽(tīng)見(jiàn)）通過(guò)顱骨傳導(dǎo)聲音的現(xiàn)象叫顱骨效應(yīng)。l現(xiàn)象一：聽(tīng)自己的聲音，有兩個(gè)途徑，頻帶寬，音色好。l現(xiàn)象二：手表、鐘擺聲音仍可通過(guò)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(shí)，對(duì)音高音調(diào)旋律無(wú)法準(zhǔn)確掌握時(shí)，大聲唱干擾環(huán)境、小聲唱自我感覺(jué)不明顯，可用雙手掩耳來(lái)練唱，可清晰感覺(jué)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(jué)來(lái)調(diào)解發(fā)聲狀態(tài)，即通過(guò)甲狀軟骨、早環(huán)軟骨和披裂肌肉的配合來(lái)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(chǎng)中，人可以把自己的聽(tīng)力集中在某一個(gè)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(huì)效應(yīng)”。l原理：人耳的選擇功能l人耳通過(guò)兩耳拾取音源的距離差、時(shí)間差、頻率差就可以辨別出不同方位的聲音，以此調(diào)解聽(tīng)覺(jué)神經(jīng)來(lái)選擇不同方位的聲源。l應(yīng)用：使用強(qiáng)指向性話筒在現(xiàn)場(chǎng)來(lái)同步錄音。 l在某一聲

16、場(chǎng)中，視覺(jué)看不到聲源而聽(tīng)覺(jué)卻能聽(tīng)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(tái)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(gè)聲場(chǎng)中的二個(gè)同頻聲源，在傳入人耳的時(shí)間差在50ms以內(nèi)時(shí)，人耳無(wú)法明顯辨別出它們的方位。那個(gè)聲源的聲音先入，那么人就感覺(jué)到聲音即由此方位傳來(lái)。這種先入為主的聽(tīng)覺(jué)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(shí)，人們感覺(jué)聲音由前方來(lái)，俗稱“假立體聲”。l現(xiàn)象二：當(dāng)距離A聲源略近時(shí)，實(shí)際應(yīng)是A音大，B音小的兩個(gè)聲源，但人們往往只感覺(jué)到所有聲音均由A輸出，這種錯(cuò)覺(jué)現(xiàn)象即是“哈斯效應(yīng)”。l

17、現(xiàn)象三：將近點(diǎn)A的聲音加以延時(shí)，使它遲于B聲源進(jìn)入人耳，人們即感覺(jué)到所有聲音均由B聲源付出。l應(yīng)用：在劇場(chǎng)中為了彌補(bǔ)哈斯效應(yīng)所產(chǎn)生的聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)不統(tǒng)一的現(xiàn)象，對(duì)頂部和側(cè)面揚(yáng)聲器均作延時(shí)處理，使它們傳出的聲音與前方主揚(yáng)聲器傳出的聲音同步到達(dá)人耳，使后排觀眾的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)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(chǎng)；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(shí)間差：由于路差使聲音到達(dá)雙耳的時(shí)間不同造成c、強(qiáng)弱差：由于路程差使先到聲音感覺(jué)強(qiáng)，后到的感覺(jué)弱d、頻率差：由于聲音的傳播特性決定，近耳聽(tīng)到的高頻音多、低頻音少，遠(yuǎn)耳聽(tīng)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(tīng)到的聲音具有空間感、遠(yuǎn)近感及監(jiān)場(chǎng)感l(wèi)在立體聲聲場(chǎng)中，除聽(tīng)者有身臨其境的感覺(jué)之外，還必須具有使聽(tīng)音者被聲音包圍的效果，使聽(tīng)者產(chǎn)生圍繞感和聲音似乎離開(kāi)聽(tīng)者擴(kuò)散并再次反射回來(lái)的擴(kuò)展感。 la、四聲道環(huán)繞立體聲（見(jiàn)圖）l產(chǎn)生環(huán)繞立體聲需有不同方向的四個(gè)以上聲源，相對(duì)聽(tīng)音者來(lái)講分為前左、前右（主聲道）；后左、后右（環(huán)繞聲道）。l將四只強(qiáng)指向性傳聲器擺放在演出中心部或靠近舞臺(tái)，拾取舞臺(tái)上聲源發(fā)出的四個(gè)不同方向的聲音，用聲道重放系統(tǒng)把四個(gè)揚(yáng)聲器放在房間四角，產(chǎn)生環(huán)繞聲場(chǎng)。l常見(jiàn)有超級(jí)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(gè)聲源經(jīng)編碼后用少量聲道輸出，經(jīng)解碼后，傳至六個(gè)（組）揚(yáng)聲器。l常見(jiàn)DVD即被使用杜比3（AC3）