同時(shí)，不少影音愛好者及發(fā)燒友也同樣希望能夠了解此類內(nèi)容。因此，“影音新生活”開設(shè)特別專題，綜合全面地介紹音響學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，幫助大家更方便地了解聲學(xué)及音響技術(shù)。
只要不是自幼失聰者，對(duì)聲音都會(huì)有一個(gè)具體概念。但就大多數(shù)人來說，聲音的物理特性卻是陌生的。下面就為大家簡(jiǎn)單講解一下聲音是如何產(chǎn)生和傳播的。
▌ 振動(dòng)與頻率
物體在外力影響下，沿著直線或曲線并經(jīng)過其平衡位置所作的往返運(yùn)動(dòng)，稱為振動(dòng)。振動(dòng)體往返振動(dòng)一次，稱作一個(gè)全振動(dòng)過程。振動(dòng)體在毎秒鐘完成的全振動(dòng)次數(shù)，稱為頻率，常用單位稱為赫茲，簡(jiǎn)稱赫（Hz)。10次/秒即l0Hz，1000次/秒即1KHz。頻率的高低決定于振助的快慢，每秒鐘振動(dòng)的次數(shù)越多，頻率越高，反之亦然。我們?nèi)粘Ｋ?xí)慣的“高頻音”、“低頻音”的稱呼，是個(gè)相對(duì)的概念。高頻大約為1kHz以上的聲音，低頻大約為440Hz以下的聲音。
▌ 聲波與波速
物體的振動(dòng)，會(huì)以一定的速度在媒介質(zhì)（如固體、氣體、液體）內(nèi)傳播開來。這種傳播過程，稱為聲波擴(kuò)散。聲波傳播速度因媒介質(zhì)密度不同而異。例如在15℃的空氣中聲音的速度每秒鐘344m(米），在水中每秒鐘l437m，在顱骨中每秒鐘3013m。
▌ 振幅與衰減振動(dòng)
物體在振動(dòng)過程中偏離平衡位置時(shí)的最大值，稱為振幅。振幅的大小決定于使物體振動(dòng)的外力。在彈性限度內(nèi)，外力越大，振幅也越大。物體在振動(dòng)過程中，因克服磨擦和自身彈性所產(chǎn)生的阻力，造成能量損失，而使振幅隨時(shí)間逐漸減小直至消失，這是振動(dòng)的衰減現(xiàn)象。絕大多數(shù)物質(zhì)的振動(dòng)都存在衰減現(xiàn)象，只有在能量得到補(bǔ)充的情況下，振動(dòng)才能持續(xù)。聲音的大小同振幅的大小有關(guān)。
▌ 振動(dòng)曲線、正弦波、波長(zhǎng)
用圖形的方法來描述振動(dòng)或波動(dòng)狀態(tài)的圖像，稱為振動(dòng)曲線或波動(dòng)曲線。在現(xiàn)代條件下，這種曲線通常使用儀器來獲得。
振動(dòng)曲線如果隨時(shí)間按三角函數(shù)正弦的規(guī)律變化的，稱為簡(jiǎn)諧振動(dòng)，其波形為正弦波。正弦波是一切振動(dòng)中最基本的波型，輕輕敲擊音叉時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)，就屬于這種類型。
正弦波凸起的最高點(diǎn)，稱作波峰；凹下去的最低點(diǎn)，稱作波谷。圖中橫軸自左至右代表的傳播方向，波峰或波谷至橫軸之間的距離表示振幅。橫軸上從平衡位置出發(fā)每經(jīng)過一次波一次波谷再回到平衡位置，代表波長(zhǎng)。不同頻率的聲波，其波長(zhǎng)也不同，頻率越高，波長(zhǎng)越短，頻率同波長(zhǎng)的計(jì)算方式：V/f=h，其中：f=頻率，V=波速344m/s，h=波長(zhǎng)，例如200Hz的波長(zhǎng)為1.72m。波長(zhǎng)不同對(duì)人耳辨別聲音位置影響很大。
▌ 位移、相位、相位差
振動(dòng)體在振動(dòng)過程中，或者媒介質(zhì)在聲波傳播的過程中所發(fā)生的位置的移動(dòng)，稱為位移。用來表示振動(dòng)（波動(dòng)）在某一時(shí)刻位移狀態(tài)的一個(gè)量稱為相位。這個(gè)量通常用角度來表示，稱為相位角，簡(jiǎn)稱相。
振動(dòng)體處于平衡位置（即未發(fā)生振動(dòng)時(shí)的位置）時(shí)，相位角一般處于0，如果是簡(jiǎn)諧振動(dòng)，當(dāng)位移達(dá)到最大值時(shí)，相位角為90°或270°，相位相同之點(diǎn)，稱作同相點(diǎn)；相位相反之點(diǎn)，稱作反相點(diǎn)。例如兩個(gè)頻率一致的音叉，如果同時(shí)被擊會(huì)產(chǎn)生完全一致的振動(dòng)，它們的聲波相位也完全一致。如果擊動(dòng)的時(shí)間有先后，那么兩個(gè)音叉所產(chǎn)生的聲波就會(huì)出現(xiàn)相位差。上圖是兩個(gè)l000HZ的正弦波。這兩個(gè)正弦波在時(shí)間上相差1/4周期，當(dāng)b波開始時(shí)，a波的振幅已達(dá)到最大值，當(dāng)b波振幅達(dá)到最大值時(shí)，a波走到平衡位置。因此，兩波的相位差為90°
聲波的相位差對(duì)聽覺的響度感、方位感有重要影響。
▌ 受迫振動(dòng)與共振
一件物體受到外力后發(fā)生振動(dòng)，在外力突然消除后，由于物體自身內(nèi)部的彈性作用而繼續(xù)進(jìn)行振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為自由振動(dòng)，自由振動(dòng)的頻率稱為固有頻率。A物體的自由振動(dòng)，激起B(yǎng)物體也按A的頻率來振動(dòng)，這時(shí)，B的振動(dòng)稱為受迫振動(dòng)，或稱強(qiáng)迫振動(dòng)。例如在提琴上撥弦后琴弦自身按其固有頻率產(chǎn)生自由振動(dòng)，當(dāng)琴弦的自由振動(dòng)通過琴馬傳輸給提琴的共鳴箱，引起共鳴箱按琴弦的頻率來振動(dòng)，這時(shí)，共鳴箱的振動(dòng)就是受迫振動(dòng)。
實(shí)驗(yàn)證明，自由振動(dòng)的頻率如果同受迫振動(dòng)體的固有頻率相一致或十分接近時(shí)，振幅（音量）會(huì)迅速達(dá)到它可能的最大值。這種現(xiàn)象叫做共振，又稱諧振，在聲學(xué)上就叫做共鳴。其音響稱共鳴音。當(dāng)然，我們還要注意到：如果自由振動(dòng)的頻率同受迫振動(dòng)體的固有頻率很不一致，則振幅減小甚至失音。
▌ 耦合
耦合是共振的另一種屬性。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的振動(dòng)體系通過共振作用而彼此聯(lián)合起來時(shí)，會(huì)產(chǎn)生出一種新的振動(dòng)體系，這種物理現(xiàn)象稱為耦合，耦合是許多管樂器的發(fā)聲原理。例如雙簧管是依靠哨子的振動(dòng)來發(fā)聲的，但單吹哨子時(shí)，不僅頻率不準(zhǔn)確，而且音色也不美，然而當(dāng)哨子同樂器的管身連接在一起時(shí)，音色馬上好聽起來。這就是因?yàn)樯谧樱ɑ烧駝?dòng))同共鳴管（空氣柱）振動(dòng)發(fā)生耦合的緣故。結(jié)合音效應(yīng)也是耦合的一種類型。在一定條件下，兩個(gè)不同頻率的合成波的迭加（例如樂器合奏），會(huì)出現(xiàn)第三個(gè)不同頻率的聲音。此外，自然沉音的產(chǎn)生，亦同耦合現(xiàn)象有關(guān)。
在聽音過程中，人耳亦會(huì)產(chǎn)生耦合的現(xiàn)象，對(duì)生理和心理會(huì)產(chǎn)生影響。
▌ 波的合成
兩個(gè)或多個(gè)波重疊在一起時(shí)，稱作迭加，迭加后形成新的波稱為合成波。多個(gè)不同頻率、不同相位、不同振幅的波的迭加，可以產(chǎn)生很復(fù)雜的合成現(xiàn)象。
列舉三種最簡(jiǎn)單的合成波現(xiàn)象，如上圖，迭加前的波用實(shí)線表示，合成波用點(diǎn)線表示。圖中甲：a波與b振幅不同，相位相同，迭加后聲音加強(qiáng)。乙:a波與b波振幅不同，相位相反，迭加后聲音減弱。丙：a波與b波振幅相同相位相反，迭加后聲音抵消。波的迭加在音色、音量及結(jié)合音的心理感覺方面，均起關(guān)鍵作用。
▌ 拍音
如果兩個(gè)波的頻率不同但相近，合成后的振幅就會(huì)發(fā)生周期性改變的現(xiàn)象，稱為拍。由聲波合成后所出現(xiàn)的拍的音響，稱為拍音。圖13-4是A、 B兩波及合成后的波型。圖中 A+B合成后振幅毎秒鐘的周期變化次數(shù)稱為拍頻，它等于兩波頻率的差。
如圖所示，若A波為50Hz，B波為40Hz，合成后50—40=10(Hz)， 拍頻為l0Hz/s。 拍頻是兩個(gè)波互相干涉的現(xiàn)象。拍音現(xiàn)象常用來給樂器（如鋼琴）調(diào)音：當(dāng)樂器兩個(gè)音頻率有微小差別時(shí)會(huì)聽到拍音，拍音消失時(shí)證明音高統(tǒng)一。此外，一些樂器（如口琴、手風(fēng)琴、風(fēng)琴等）則有意制造拍音現(xiàn)象，使發(fā)聲波動(dòng)而達(dá)到美化音色的目的。
小結(jié)：掌握聲音傳播的基礎(chǔ)知識(shí)，能夠更好地幫助我們?nèi)チ私庖繇懏a(chǎn)品、室內(nèi)建筑的聲學(xué)特性，有利于打造優(yōu)秀的視聽環(huán)境。
