初級音響師速成實用教程-第一章(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 聲學(xué)基本知識第一節(jié) 聲音的基本性質(zhì)一、聲音的產(chǎn)生與傳播聲音是客觀物體振動，通過介質(zhì)傳播，作用人耳產(chǎn)生的主觀感覺。語言、歌唱、音樂和音響效果以及自然界的各種聲音，都是由物體振動產(chǎn)生的。例如我們講話時，如果將手放在喉部，就會感到咽喉部在振動。人的發(fā)聲器官（聲帶），樂器的弦、擊打面、薄膜等，當(dāng)它們振動時，都會使周圍的空氣質(zhì)點隨著振動而造成疏密變化，形成疏密波，即聲波。物體振動產(chǎn)生的聲音，必須通過空氣或其他媒質(zhì)傳播，才能使我們聽到。沒有空氣或其他媒質(zhì)，我們就聽不到聲音。月球上沒有空氣，所以月球是“無聲的世界”。那么，空氣又是怎樣傳播聲音的呢？我們還以敲鼓為例來說明。我

2、們敲鼓的時候，鼓膜產(chǎn)生振動，使鼓膜平面發(fā)生凸凹變化。如圖1-1（a）所示，當(dāng)鼓膜凸起時，鼓膜上面A處的空氣受到鼓膜的壓擠而密度變大，形成密部。這部分密度大的空氣又會壓擠鄰近B處的空氣，使B處的空氣有變成密部的趨勢。但鼓膜很快又凹下去，如圖1-1（b）所示，它的表面形成一個空隙，A處空氣密度變小，形成疏部。這時，B處的空氣正在受到壓擠變成密部，并且有使C處空氣變成密部的趨勢。當(dāng)鼓膜再一次凸起時，如圖1-1（c）所示，A處空氣又受到鼓膜壓擠重新變成密部，B處空氣在壓擠C處空氣的過程中，自己密度變小成為疏部，C處空氣變成了密部。這樣，鼓膜來回地振動，使密部和疏部很快由一個氣層傳到另一個氣層，振動的空

3、氣向四面八方傳開就形成了聲波。實際上，空氣質(zhì)點只是在原地附近振動，并沒有隨著聲音傳播到遠(yuǎn)處去，這就像我們向平靜的水面扔石子時，會在水面激起了一圈圈向外擴展的水波一樣，水面上漂浮的落葉只是在原地上下振動而不隨著水波向遠(yuǎn)處移動。不過，水波和聲波是不同性質(zhì)的兩種波。水波傳播時，水質(zhì)點的振動方向是上下的，和水波傳播的方向互相垂直，這種波稱為橫波（嚴(yán)格地講，水波不完全是橫波）；聲波傳播時，空氣質(zhì)點的振動方向和聲波傳播的方向在一條直線上，這種波稱為縱波。聲波傳播到人耳后，人耳是怎樣聽到聲音的呢？我們知道，人耳是由外耳、中耳、內(nèi)耳組成的，如圖1-2所示。外耳和中耳之間有一層薄膜，叫做耳膜（鼓膜）。平常我們看

4、到的耳朵就是外耳，它起著收集聲波的作用。聲波由外耳進(jìn)來，使鼓膜產(chǎn)生相應(yīng)的振動。這一振動再由中耳里的一組聽小骨（包括錘骨、砧骨、鐙骨）傳到內(nèi)耳，刺激聽覺神經(jīng)并傳給大腦，我們就聽到了聲音。圖1-1 聲音的傳播媒質(zhì)傳播聲音的速度大小和媒質(zhì)的種類以及環(huán)境的溫度有關(guān)。常溫下，聲音在空氣中傳播的速度約為340m/s；在鋼鐵中，聲音傳播的速度約為4000m/s，比在空氣中快10多倍。為了便于說明聲音的特性，我們先看一下一個記錄聲音的簡單裝置。如圖1-3所示，在一種稱為音叉的發(fā)音物體的一個臂上粘上一個細(xì)金屬針，然后用小槌敲擊音叉，并使細(xì)金屬針緊靠一塊熏有炭黑的玻璃片。如果這時用勻速移動玻璃片，金屬針就會在玻璃

5、片上劃出音叉的振動痕跡，也就是音叉的振動波形。  圖1-2 人耳的構(gòu)造 圖1-3 音叉的振動波形人們根據(jù)聽到的聲音的不同，歸納出了聲音的三個特性，就是音調(diào)、響度和音色，而且找出了它們和發(fā)聲物體振動特性之間的關(guān)系。二、音調(diào)物體的振動有快有慢，例如細(xì)而短的琴弦振動比較快，粗而長的琴弦振動比較慢。在1秒內(nèi)物體振動的次數(shù)，稱為頻率，單位為赫（茲），以Hz表示。例如某種物體的振動次數(shù)為100次每秒時，它的頻率就是100Hz。圖1-4 兩個不同頻率的波形聲音的音調(diào)高低與物體振動頻率的高低有關(guān)。頻率高的聲音，叫做高音；頻率低的聲音，叫做低音，如圖1-4所示。在重放聲音時，若高音和低音分量適當(dāng)時，聽

6、起來就會感到聲音清晰而柔和，感覺自然。如管弦樂中失去了低音，就會感到聲音尖銳刺耳；失去了高音，則感到聲音渾濁不清，有煩躁的感覺。因此，擴音機的頻率范圍越寬越好。人耳所能聽到的聲音頻率范圍大約在2020000Hz之間，這一范圍的頻率叫做聲頻或音頻。聲頻設(shè)備所能通過的頻率范圍，叫做頻帶。通常擴音機都設(shè)有音調(diào)控制器，用來控制信號的頻率，改變重放聲音的音調(diào)。三、響度聲音的大小就是響度，它決定于物體振動的幅度（即振幅）。如圖1-5所示，振幅大，聲音就響；振幅小，聲音就輕。在擴音機上裝有音量控制器，可以改變聲音的響度大小。將音量控制器開大，揚聲器發(fā)出來的聲音就大，但聲音也不能調(diào)得過大，因為過大了就會增大失

7、真，同時揚聲器也容易損壞。因此，必須根據(jù)聽聲人的感覺和擴音機輸出過載指示器的閃爍情況，來調(diào)節(jié)音量的大小。四、音色用各種不同的樂器演奏同一個樂音，雖然音調(diào)與響度都一樣，但聽起來，它們各自的音色卻不一樣，這是由于物體振動所形成的聲波波形不相同造成的。這種獨特的波形決定了某種樂器（或某人的聲音）的特色，叫做音色或音品。自然界中的聲音一般都是復(fù)合聲波，而不是單一正弦波的聲音。如圖1-6所示的復(fù)合聲波，是由它的基波、二次諧波、三次諧波（幾次諧波就是它的頻率為基波頻率的幾倍）等所構(gòu)成的。各種物體所發(fā)出的每個聲音都有它特定的諧波，所以聲音的合成波形也不同。即使兩個聲音的基波與諧波的頻率完全一樣，也會由于兩者

8、的基波與諧波之間的振幅比值不同，使合成后的聲波波形有所不同，聲音也不同。這樣就形成了各種聲音的獨特音色，產(chǎn)生了自然界各種各樣聲音的區(qū)別。 圖1-5 兩個振幅不同的波形 圖1-6 音色的形成第二節(jié) 聲音的參數(shù)與計量一、聲壓、聲壓級、聲功率和電平聲波引起空氣質(zhì)點的振動，使大氣壓產(chǎn)生迅速的起伏。這種起伏，稱為聲壓。所謂聲壓就是有聲波存在時，在單位面積上大氣壓的變化部分。聲壓（p）以Pa，即帕（斯卡）為單位（1Pa=1N/m2，即牛頓/平方米）。有時也用mbar，即微巴作單位，1Pa=10mbar。我們聽到的最弱的聲音聲壓為2×105Pa，即0.00002Pa，最強的聲音的聲壓為20Pa。聲

9、功率（W）是指聲源在單位時間內(nèi)向外輻射出的總聲能，它表示聲源發(fā)聲能力的大小，以W（瓦）、mW（毫瓦）或mW（微瓦）為單位（1W=1 000mW=1 000 000mW）。聲強（I）是指在單位面積上通過多少瓦的聲能，單位是W/m2（瓦/平方米）。聲強和聲功率通常不易直接測量，往往要根據(jù)測出的聲壓通過換算來求得。聲強和聲壓都是表示聲音大小的量，但兩者是有區(qū)別的，聲強是能量關(guān)系，而聲壓是壓強關(guān)系。為了計算上的方便，同時也符合人耳聽覺分辨能力的靈敏度要求，所以人們將最弱的聲音（2×105Pa）到最強的聲音（20Pa），按對數(shù)方式分成等級，以此作為衡量聲音大小的常

10、用單位，這就是聲壓級，其單位稱為dB（分貝）。聲壓p的聲壓級為式中，p0=2×105Pa，為基準(zhǔn)聲壓。聲信號和電信號的相對強弱，例如聲壓和電壓、聲功率和電功率的放大（增益）或減?。ㄋp）的量都可用dB為單位來表示。分貝的概念在錄音工程技術(shù)上是很重要的。在調(diào)音技術(shù)中，在調(diào)音臺和傳聲器的匹配、傳聲器的選擇應(yīng)用、聲源的處理等方面都常用到它。在計算給定電壓、電流或電功率等電學(xué)量和聲壓、聲強、聲功率等聲學(xué)量的分貝值時，通常都要指定該量的一個數(shù)值作為基準(zhǔn)值，再將給定量數(shù)值與基準(zhǔn)值相比，比值取常用對數(shù)后乘以10（電功率、聲功率、聲強時），或乘以20（聲壓、電壓、電流時），即得到相應(yīng)的分貝值，它們分

11、別稱為電壓電平（Bu）、電流電平（Bi）、功率電平（BP）和聲壓級（Lp）、聲強級（LI）、聲功率級（LP），計算公式如下：。通常，電壓電平常簡稱為電平。電功率比或電壓比（電流比）與分貝值的換算關(guān)系可由表1-1查得。表1-1分貝值與功率比和電壓（或電流）比的關(guān)系分貝值功率比電壓比分貝值功率比電壓比分貝值功率比電壓比11.261.1297.942.821750.127.0821.581.261010.003.161863.107.9432.001.411112.593.551979.438.9142.521.591215.853.98201021053.161.781319.954.474010

12、410263.982.001425.125.016010610375.012.241531.635.628010810486.312.511639.816.311001010105計算兩個電學(xué)量或兩個聲學(xué)量的分貝值時，計算方法如表1-2所示。表1-2功率比、電壓比、電流比與分貝值的關(guān)系增大或減小以功率計算（或以聲功率或聲強計算）以電壓計算（或以聲壓計算）以電流計算現(xiàn)舉例如下：例1：電壓放大為100倍（即電壓比為1001），改用分貝表示，就等于20lg 100=20×2=40dB。例2：功率放大為1000倍（即功率比為10001），改用分貝表示，就等于10lg1000=10&

13、#215; 3=30dB。如果需要表示的量小于與其相比的量時（即比值小于1時），則分貝數(shù)前要加一個負(fù)號。例 3：電壓比為110（即衰減到原來的1/10），改用分貝表示，就等于。國際上統(tǒng)一規(guī)定了下列基準(zhǔn)值：基準(zhǔn)聲壓=2×105Pa，基準(zhǔn)聲強=1012W/m2，基準(zhǔn)電功率=1mW，基準(zhǔn)電壓=0.775V，基準(zhǔn)聲功率=1012W，基準(zhǔn)電流=1.29mA。二、聲頻信號的動態(tài)范圍雖然空氣振動所產(chǎn)生的聲音強度的最大值與最小值的差值（dB值），即動態(tài)范圍是很大的，但由于受人耳的生理特性所限制，可聽聲的動態(tài)范圍并不大?？陕犅暡úㄩL范圍是17mm17m，波長17m（即頻率為20Hz）的聲音是

14、人耳能聽見的低頻聲?？陕犅暤穆晧悍秶鸀?×10520Pa，對1kHz聲音通常以聽覺下限2×105Pa為0dB，這時聽覺上限可達(dá)120dB，即聽覺上限為下限的106倍。然而，這些生理上對聲壓感受的上、下限，并不是廣播和電視專業(yè)中所選擇的上、下限。因120dB已達(dá)痛閾，故上限選在110dB以下；又由于噪聲的原因，下限也不能選在0dB，它與錄音的環(huán)境噪聲有關(guān)，錄音室的噪聲一般規(guī)定不超過30dB。同時，最小聲音信號應(yīng)高于噪聲電平10dB，這就是說，在廣播或電視專業(yè)中，聲音信號的動態(tài)范圍為110  (30 + 10) = 7

15、0dB，或者說聲音信號的變化范圍大約為3 000倍。顯然，它比人耳106倍的正常聽覺范圍要小得多，而實際聲源的動態(tài)范圍，如語言為4050dB，音樂約90dB，音響效果約100dB或更大一些，特別是后兩者的動態(tài)范圍都和聽覺范圍相接近。這就出現(xiàn)了可用聲頻信號的動態(tài)范圍與實際聲源的動態(tài)范圍的巨大差別，這種差別使聲音的“層次”級數(shù)減少，降低了重放聲音的質(zhì)量。以往聲頻信號的動態(tài)范圍只使用到70dB，比實際聲源的動態(tài)范圍110dB低得多，這樣就限制了還原聲音的質(zhì)量。隨著聲頻技術(shù)的發(fā)展，目前激光唱機等數(shù)字設(shè)備的動態(tài)范圍已超過90dB。三、不同聲源的頻率范圍頻率范圍和頻率響應(yīng)特性是錄、放音系統(tǒng)的重要

16、技術(shù)指標(biāo)之一，它直接關(guān)系到錄音和放音的質(zhì)量。從高保真錄、放技術(shù)發(fā)展情況來看，頻率范圍不斷地向高低兩端擴展，目前有10個倍頻程之多，這樣就能夠完全滿足錄、放各種不同聲源頻率范圍的需要。人的聽覺是人們對聲音的一種主觀反應(yīng)或主觀感覺。我們要學(xué)會通過聽覺來判斷和評價錄、放音設(shè)備頻率響應(yīng)特性的優(yōu)劣；要學(xué)會根據(jù)不同聲源頻率范圍來選用最適合的傳聲器，以獲取理想的錄音和擴聲效果。除此之外，我們還要掌握好調(diào)音臺所提供的各種技術(shù)補償手段，如高、中、低音調(diào)調(diào)節(jié)器，高、低通濾波器，多頻率補償器等。為此，我們必須對一般聲源頻率范圍有一個基本的了解。語言的頻率范圍比較窄，男聲頻率較低，平均基本頻率約為150Hz；女聲頻率

17、較高，平均基本頻率約為230Hz。對于歌唱家，男低音的基本頻率可低到60Hz左右，女高音的基本頻率可高達(dá)1000Hz左右。音樂的頻率范圍比語言要寬得多，大約為4016000Hz。各種樂器，由于構(gòu)造不同，演奏方法不同，它們之間的頻率范圍差別也很大。樂器的泛音（諧波）成分和結(jié)構(gòu)比語言要復(fù)雜得多，所以音樂的音色才能呈現(xiàn)得豐富多彩。下面是管弦樂隊的幾種常用樂器和男、女聲歌聲的基本頻率范圍： 第三節(jié) 聽覺的主觀特征錄音和擴聲的最終目的，是給人們的聽覺以原來聲音再現(xiàn)的感受。這種感覺特性，是由人們聽覺主觀特征所決定的，也是我們必須經(jīng)常研究的一個問題。聲壓和響度在不同頻率上的相互關(guān)系是不同的。也就是說，相同聲

18、壓但頻率不同的聲音，在聽覺上的響度是不同的。另外，就是人的聽覺對兩種不同頻率的“差額”的感受也特別靈敏?？茖W(xué)家已經(jīng)用實驗的方法比較了人耳對各種頻率聲音實際感受到的響度，得到了一個用“方”（phon）表示的聲音響度級與頻率關(guān)系的曲線，稱為等響曲線，如圖1-7所示。該曲線是用1 000Hz的純音作為參考頻率，并選定參考頻率的聲壓級，調(diào)節(jié)其他頻率的聲壓級，直到它們被認(rèn)為響度相等為止。這樣，就可制作成圖表，并以橫坐標(biāo)表示頻率，縱坐標(biāo)表示聲壓級（dB），表中間的曲線代表相等的響度級（方）。從響度級來看，這個圖表有以下的性質(zhì)：（1）兩個聲音的響度級（方）相同，但聲壓級不一定相同，它們與頻率有關(guān)，

19、例如80Hz、70dB的聲音是50方，而1 000Hz、60dB的聲音卻是60方。二者相比，前者大10dB，而響度級卻小10方。相反，50Hz及500Hz的兩個聲音，如響度級都等于20方，而聲壓級則不相等，前者是64dB，后者是25dB。圖1-7 等響曲線（2）兩個聲音的響度級（方）及聲壓級（dB）只在1000Hz時才相等，例如8001000Hz這個范圍內(nèi)，方值的變化和分貝值的變化，是完全相等的。因此，在這個范圍內(nèi)，可以用分貝值代表方。（3）對響度級大于80方的強大聲音，響度級只決定于聲壓級（dB）而與頻率無關(guān)。在此情況下，可近似地認(rèn)為方值與分貝值相等。從圖1-7中可以看出，當(dāng)幾個不

20、同頻率的聲音聲壓級都是50dB時，人耳對50Hz的聲音是聽不到的，響度級近于0方；100Hz的聲音，響度級為20方；300Hz的聲音為40方；1000Hz的聲音為50方（聲壓級等于50dB，二者相同）。對1000Hz的聲音來說，聲壓級每變化10dB，響度級也改變了10方（在7001500Hz時，大體上都如此）。但在低頻時，如聲壓級小于90dB，方值比分貝值變化得快，這些聲音的等響度曲線較密，因而，聲壓級變化34dB時，響度級即變化10方。當(dāng)頻率為50Hz、聲壓級為68dB時，響度級為30方（相當(dāng)于耳語的響度）。當(dāng)聲壓級增加10dB而變?yōu)?8dB時，則響度級相應(yīng)地立即增加，從30方變?yōu)?0方（相

21、當(dāng)于普通說話的響度）。聽覺的這些固有特點，對錄音工作者來說是極為重要的。因為只要相對地稍許加強低音，音量就會大大加強；反之，相對地稍許減弱低音，音量就會大大減弱。響度級和聲壓級之間的數(shù)值差越大，人們對聲音強弱變化的感覺就越弱，頻率也越低。因此，低頻區(qū)域音量的大小又與頻率有關(guān)。但是響度級大于80方時，聲音的響度級只決定于它的聲壓級，而與頻率無關(guān)，因而這時可以近似地認(rèn)為，方值與分貝值相等。響度是聽聲者對聲音產(chǎn)生的一種主觀作用，也就是聽聲者對聲音強弱的主觀感受，主要是聲壓對耳膜產(chǎn)生的一種作用，當(dāng)然，還有其他的因素。所以，我們所聽到的聲音的響度，不僅與它的音調(diào)或頻率有關(guān)，而且還與它的振幅或聲壓級有關(guān)。

22、第四節(jié) 立體聲簡介一、立體聲的概念立體聲系統(tǒng)是由兩個或兩個以上傳聲器、傳輸通路和揚聲器（或耳機）組成的系統(tǒng)，經(jīng)過適當(dāng)安排，能使聽者有聲源的空間分布的感覺。現(xiàn)在一般所說的立體聲，實際上是對立體聲廣播、立體聲錄音和立體聲重放的簡稱。人有雙耳，因而人們能夠判斷聲源的方位和空間分布，也就是說，人耳具有感受立體聲場的能力。這就是通常所說的雙耳效應(yīng)。當(dāng)我們收聽一組大型管弦樂隊演奏的轉(zhuǎn)播時，如果聲音轉(zhuǎn)播系統(tǒng)只由一只傳聲器拾音（或由幾只傳聲器拾音后混合在一起），經(jīng)一個放大通道后由一只揚聲器或由一組揚聲器重放出來，就是所謂的單聲道系統(tǒng)，如圖1-8（a）所示。由于這時重放的聲源近似一個點聲源，因而不能反映出實際聲

23、場中管弦樂隊各種樂器的方位和空間分布，與人們在演奏現(xiàn)場聽聲的效果有很大不同，也就是缺乏立體感。這是單聲道重放系統(tǒng)的最大缺點。圖1-8 單聲道和雙聲道傳聲系統(tǒng)為了獲得有立體感的收聽效果，人們最初曾試驗將許多傳聲器排成一個平面垂直地布置在演奏現(xiàn)場舞臺前面，將各個傳聲器分別連接到各自的放大器，然后將各放大器的輸出分別與另一聽聲房間中排列成一個平面的同樣數(shù)目的揚聲器一一對應(yīng)地連接起來。這樣，在聽聲房間中聽聲時，可以獲得與在演奏現(xiàn)場聽聲時非常近似的效果，能夠分辨出各種樂器的方位和空間分布，也就是具有立體感。但隨后發(fā)現(xiàn)，布置在演奏現(xiàn)場上方與下方的傳聲器實際作用不大，只要保留一排與樂器高度相當(dāng)?shù)膫髀暺骱鸵慌?/p>

24、與人耳高度相當(dāng)?shù)膿P聲器效果就已很好。當(dāng)然，組成一排的傳聲器數(shù)目與相應(yīng)的揚聲器的數(shù)目越多，也就是聲道數(shù)越多，效果就越好。但是聲道數(shù)過多是不實際的。后來試驗只用三個聲道，效果就已足夠好。這就是20世紀(jì)50年代寬銀幕立體聲電影所采取的方法。隨后，進(jìn)一步試驗發(fā)現(xiàn)，用兩個聲道（雙聲道）也可以獲得很好的效果，也就是近30年來立體聲唱片、立體聲磁帶錄音和立體聲廣播所采取的方式。雙聲道立體聲傳聲系統(tǒng)如圖1-8（b）所示。它和單聲道系統(tǒng)相比，無論是在音質(zhì)的改善還是在臨場感的加強，以及如實地重現(xiàn)實際聲場中各個聲源的方位和空間分布方面都有極大的飛躍。但雙聲道立體聲系統(tǒng)只是在聽聲人的前方重現(xiàn)出聲源的方位和空間分布，還

25、不是從四面八方建立起立體聲場，所以在一些國家，已經(jīng)從雙聲道立體聲向四聲道聲像立體聲和三維環(huán)繞聲發(fā)展。在本書中，我們只著重介紹雙聲道立體聲系統(tǒng)，有關(guān)環(huán)繞聲的內(nèi)容將在中級教程中介紹。下面我們先看一下人耳怎樣對聲源定位，然后再來看應(yīng)當(dāng)用什么方法來拾音和重放，可以使人們用雙耳聽聲后可以獲得立體感，從而達(dá)到高保真立體聲重放的目的。二、人耳對聲源的定位由于人們有雙耳，所以除了對聲音有響度、音調(diào)和音色三種主觀感覺外，還有對聲源的定位能力，即空間印象感覺，也可稱為對聲源的方位感或聲學(xué)透視特性。人耳之所以能辨別聲源的方向，主要是由于下面兩個物理因素：一是聲音到達(dá)兩耳的時間差；二是聲音到達(dá)兩耳的聲級差。除此之外，

26、人們的視覺以及經(jīng)驗等心理因素也有助于對聲源分布狀態(tài)的辨別，但這方面在立體聲拾音過程是無法利用的。如果聲源在聽聲者右前方較遠(yuǎn)處發(fā)聲，則到達(dá)聽聲者兩耳的聲音，由于距離不同，以及人頭的掩蔽作用，就會產(chǎn)生時間差、相位差和聲級差。下面分別加以說明。1聲音到達(dá)兩耳的時間差如圖1-9所示，假設(shè)人頭為球形，在通過人的兩耳與地面平行的平面內(nèi)，聲波的傳播方向與頭的正前方的夾角為。設(shè)球體的半徑為a，則聲波到達(dá)聽聲人左耳（L點）要比到達(dá)右耳（R點）多走一段距離LA+AB。由此可計算出聲波到達(dá)兩耳的時間差Dt為（1-1）式中，c為聲音在空氣中的傳播速度。在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓、15C時，c = 340m/s

27、。由式（1-1）可知，Dt與的正弦成正比。通常，兩耳之間的距離是因人而異的，一般取2a = 21cm，則當(dāng)q = 90時，Dt=6.2×104 s=0.62ms，為最大值。根據(jù)式（1-1）可以繪出Dt和之間的關(guān)系曲線，如圖1-10所示。 圖1-9 將人頭看作球體時，兩耳聽聲的時間差 圖1-10 聲源方向與時間差的關(guān)系由式（1-1），我們可以得到純正弦聲波在左右兩耳產(chǎn)生的相位差D為（1-2）式中，為純正弦聲波的角頻率。由式（1-2）可知，當(dāng)比較小，即為波長較長的低頻聲時（例如，常溫空氣中，20Hz的聲波波長為17m，200Hz的聲波波長為1.7m

28、），由時間差產(chǎn)生的相位差有一定數(shù)值，人耳可以根據(jù)它來判斷出聲音的方位；當(dāng)比較大，即為波長較短的高頻聲時（例如，常溫空氣中，10kHz的聲波波長為3.4cm，20kHz的聲波波長為1.7cm），由時間差產(chǎn)生的相位差甚至?xí)^360，這時人耳已無法判斷相位是超前還是滯后，不能根據(jù)它判斷聲音的方位。所以，相位差只對低頻聲音有用。通過對式（1-1）和式（1-2）的分析，我們可以得到如下結(jié)論：（1）聲音到達(dá)兩耳的時間差Dt與聲源的方位角有關(guān)，可以根據(jù)它來確定各聲源的方位。（2）聲波到達(dá)兩耳的相位差D不僅與聲源方位角有關(guān)，而且與聲源的頻率有關(guān)，可以根據(jù)它來確定低頻聲的方位。2聲音到達(dá)兩耳的聲級差圖1-11

29、 高頻聲形成的陰影區(qū)（上視圖）如圖1-11所示，由于人頭對聲波的衍射作用，即使聲波傳來的方向相同，由于頻率不同也會對兩耳造成不同的聲級差。對高頻聲（f >3kHz），聲波波長小于或等于頭部尺寸，聲波被人頭遮蔽而不能衍射到左耳，所以到達(dá)左耳的聲音很小，形成陰影區(qū)。聲源偏離中軸線越多，或者頻率越高，兩耳間的聲級差越大。通過分析不同頻率時兩耳間的聲級差可得出下列結(jié)論：（1）對于從正前方附近（q為040）或正后方附近（q為160180）傳到聽聲者處的聲音，兩耳間的聲級差隨聲源方位角q 的變化較大，即聲源變化一個角度時，聲源在兩耳間產(chǎn)生的聲級差變化較大，也就是曲線斜率變化較大，

30、所以人耳對正前方（或正后方）附近聲源方位變化的反應(yīng)比較靈敏，或者說定位能力較強。（2）根據(jù)實驗，當(dāng)聲源頻率f =300Hz的聲源由正前方移動到后方時，右耳的聲級變化小于2dB，左耳的聲級變化小于4dB，由聲源方位變化產(chǎn)生的兩耳的聲級差最大約為4dB；當(dāng)聲源頻率f =6400Hz時，這一差值可達(dá)25dB。所以，對300Hz以下的低頻聲，聲源在兩耳間所產(chǎn)生的聲級差隨聲源方位角q的變化很小，即雙耳對低頻聲的定位能力較差。但隨著聲源頻率的增高，兩耳間的聲級差逐漸增大，對聲音定位的能力也逐漸增強。三、雙揚聲器聽聲實驗前面所討論的是一個聲源在不同方位時使人們產(chǎn)生的聽覺印象，下面討論有一

31、定關(guān)系的兩個聲源使人們產(chǎn)生的聽覺印象。將兩個聲源左右對稱地布置在聽聲者面前，并發(fā)出相同頻率信號，如圖1-12所示，揚聲器YL和YR為兩個聲源，并設(shè)兩揚聲器的距離等于聽聲者與兩揚聲器連線中心的距離。圖中q為揚聲器對聽聲者的半張角，約等于27。當(dāng)饋給兩揚聲器相同頻率的信號，并且兩揚聲器發(fā)出的聲級相等，即L=R時，如果兩揚聲器所發(fā)聲音在聽聲者處沒有時間差，聽聲者將只感覺到在兩揚聲器中間有一聲像，即虛聲源存在，而并不會感覺到是兩個揚聲器在發(fā)聲。1兩揚聲器只有聲級差而無時間差時對兩揚聲器只有聲級差而無時間差的情況進(jìn)行研究后，可以歸納出下面的結(jié)論：如果使其中一個揚聲器增大發(fā)聲的聲級，則聲像將由中間向較大聲

32、級的揚聲器方向偏移，偏移量與兩揚聲器的聲級差DI的關(guān)系如圖1-13所示。當(dāng)聲級差超過15dB時，聲像就會固定在聲級較大的揚聲器一邊。   圖1-12 雙揚聲器實驗示意圖   圖1-13 兩揚聲器聲級差與聲像方位角的關(guān)系2兩揚聲器只有時間差而無聲級差時對兩揚聲器只有時間差而無聲級差時的情況進(jìn)行研究后，可以歸納出下列兩點結(jié)論：（1）設(shè)法使在聽聲者處兩揚聲器傳來的聲音有時間差，但到達(dá)聽聲者處的聲級仍相等。可以將圖1-12中的揚聲器YR向后移到虛線所示位置，使YR傳來的聲音滯后于YL傳來的聲音，并且調(diào)整揚聲器YR所發(fā)聲音的聲級，使到達(dá)聽聲者處聲級與揚聲器YL傳來的聲級相等。這時聽聲

33、者會感到聲像位置向未延時的揚聲器YL方向偏移，并且偏移量與兩揚聲器到達(dá)聽聲者處的時間差有關(guān)。當(dāng)時間差小于3ms時，聲像位于正前方與未延時揚聲器之間；當(dāng)時間差大于3ms而小于30ms時，聲像就會固定在未延時的揚聲器一邊，而感覺不到延時揚聲器的發(fā)聲；當(dāng)時間差大于30ms而小于50ms時，聽聲者會感到延時揚聲器的存在，但仍會感到聲音來自未延時揚聲器；當(dāng)時間差大于50ms時，聽聲者會感到延時揚聲器所發(fā)出的另一清晰的聲音，即產(chǎn)生回聲的效果。（2）當(dāng)時間差大于3ms而小于50ms時，聲像在未延時揚聲器一邊，延時聲的作用只是加強了未延時聲音的強度，使聽聲者感到聲音更加豐滿。3兩揚聲器既有聲級差又有時間差時如

34、果兩揚聲器發(fā)出的聲音在聽聲者處既有聲級差又有時間差時，那么，它們的綜合作用就將使聲像偏移增大或減小。適當(dāng)選取時間差和聲級差，可以使兩者的作用完全抵消，使聽聲者感到聲像的位置仍在兩揚聲器連線的中間。圖1-14所示為聲級差與時間差產(chǎn)生相同效果時，兩者之間的關(guān)系?？梢钥闯觯寒?dāng)DI在15dB以下時，Dt在3ms以下時，它們之間基本上成線性關(guān)系，即1ms時間差相當(dāng)于5dB聲級差。4雙聲道立體聲的正弦定理由上面的討論可知，通過控制左、右揚聲器所發(fā)聲音的強度，就可使聽聲者在聽覺上產(chǎn)生方向感。如圖1-15所示的左、右揚聲器YL和YR的特性完全相同，聽聲者位于兩揚聲器的中分線上，q為揚聲器的半張角，qI為聲像方

35、位角。對YL和YR所發(fā)聲音的強度L、R與q和qI之間的關(guān)系進(jìn)行研究后，得出下面的近似公式（1-3）式中，f700Hz時，K=1；f 700Hz時，K=1.4。式（1-3）稱為雙聲道立體聲正弦定理。 圖1-14 聲級差與時間差產(chǎn)生相同效果時兩者之間的關(guān)系   圖1-15 立體聲正弦定理說明圖四、雙聲道立體聲的拾音在立體聲廣播或立體聲錄音時對立體聲節(jié)目信號的拾音方式，在雙聲道立體聲系統(tǒng)中可分為仿真頭方式、AB方式以及聲級差方式（又可分為XY方式和MS方式）三種。1仿真頭方式仿真頭是用塑料或木材仿照人頭形狀做成的假頭，直徑約18cm。在仿真頭的兩耳內(nèi)部也做成耳道，并在左右耳道末端

36、分別裝有一只無指向性電容傳聲器，將它們的輸出分別作為左、右聲道信號。由于仿真頭中左右傳聲器所拾得的信號與人耳左右鼓膜所得的聲音信號是很近似的，所以也存在聲級差、時間差和相位差等。當(dāng)將它的左右聲道信號分別經(jīng)放大器放大后，送到立體聲耳機的左右單元中使人聽聲時，就相當(dāng)于聽聲人處在仿真頭所在的位置聽聲。仿真頭方式立體聲系統(tǒng)的臨場感、真實感是很好的。但是用耳機聽立體聲時，會呈現(xiàn)頭中效應(yīng)，也就是聽聲人會感到聲像出現(xiàn)在頭中兩耳的連線上或在頭頂上。仿真頭方式立體聲是在20世紀(jì)70年代高保真立體聲耳機出現(xiàn)以后才得到了發(fā)展?，F(xiàn)在有些國家的立體聲廣播就采用這種方式。立體聲錄音磁帶和立體聲唱片也有采用這種方式的。2A

37、B方式這種拾音方式是將兩只彼此相距約1.52m（也可減小到幾十厘米，視聲源排列寬度而定），特性完全相同的心形指向性傳聲器置于聲源前方，分別拾音后作為左右聲道信號輸出。圖1-16 梳狀濾波器現(xiàn)象這種拾音方式，當(dāng)聲源不在兩傳聲器平分線上時，聲源到達(dá)兩傳聲器的路程是不同的。因此，每只傳聲器拾得的信號既有聲級差又有時間差（即相位差），而相位差是隨聲源的頻率改變的。所以，如果將左右信號合起來作單聲道重放時，就必然會產(chǎn)生相位干涉現(xiàn)象，使有的頻率左右信號相位相反而抵消，有的頻率左右信號相位相同而加強，使輸出信號強度隨頻率產(chǎn)生變化。例如，聲源距兩傳聲器的距離差為34cm，則聲源到達(dá)兩傳聲器的時間差為1ms。對

38、1000Hz聲音，因波長剛好是34cm，所以到達(dá)兩傳聲器的聲波相位相同，兩者相加時，聲音增強；對500Hz聲音，因波長為68cm，而34cm剛好是半個波長，所以到達(dá)兩個傳聲器的聲波相位相反，兩者相加時，聲音抵消。從頻譜上看，會形成與“梳狀濾波器”相似的現(xiàn)象，如圖1-16所示，使聲音聽起來不悅耳。3聲級差方式聲級差拾音方式是將兩個傳聲器一上一下靠緊地組成一對，而兩者的主軸形成一定角度，各方向聲源傳到兩個傳聲器的直達(dá)聲幾乎沒有距離差，因而只有聲級差而沒有時間差。所以，當(dāng)將用這種拾音方式拾得的信號合成為單聲道重放時，就不會產(chǎn)生相位干涉現(xiàn)象。根據(jù)使用的傳聲器類型和所朝向的方向不同，可以將其分為XY和M

39、S兩種方式。（1）XY方式圖1-17 MS立體聲拾音方式XY方式立體聲拾音法所用的兩個傳聲器必須是相同類型并且特性一致的傳聲器，例如兩個心形或兩個“8”字形傳聲器。兩傳聲器主軸夾角可以是90，也可以增到大120，視拾音范圍而定，兩主軸分別與正前方形成相等夾角。拾音時，指向性主軸朝向左邊的傳聲器，輸出的信號送入左聲道；指向性主軸朝向右邊的傳聲器輸出的信號則送入右聲道。（2）MS方式MS拾音方式，也是用一上一下相靠很近的兩個傳聲器，它的一個傳聲器（M）的指向主軸對著拾音范圍的中線，而與之正交的傳聲器（S）的指向性主軸則對著兩邊。因此，M傳聲器拾取的是中間的總的聲音信號，即左右的和信號，而S傳聲器則拾取旁邊方向的聲音信號，即左右的差信號。如圖1-17所示。通常M多采用心形、“8”字形或無指向性的傳聲器；而S則使用“8”字形指向性的傳聲器。由于M、S兩傳聲器的信號必須進(jìn)行和差轉(zhuǎn)換才能成為左、右聲道的信號，因此在MS立體聲中，必須使用變換電路，如圖