调音员声学基础VIP

调音员声学基础n 振动：物体（物理量）在一个位置（参照系、参考量）附近往返运动；是周期振动的叠加。振动可能有规律也可能没有q 周期振动：每经过一定时间，物体（物理量）的振动与起始时充分一样的振动；是简谐振动的叠加q 简谐振动:物体的位置(物理量)X随时间T的变化遵从正弦或余弦定律的周期震动。傅立叶定理（Fourier Theory）、简谐振动的叠加 傅立叶分析（Fourier Analysis） q 傅立叶定理：任何周期振动都可以分解为一系列不同频率、不同振幅、不同相位的简谐振动的叠加。包括基频、2倍频、3倍频、n倍频。这种对周期振动的分解就是傅立叶分析。越到后面频率越来越高，振幅越来越小。基频：一种声音区别于另一种声音（如鸡叫、狗叫）谐频：是基频的整倍数关系，没有分数。（2只鸡叫的区别）奇次谐波：奇数倍数关系，如重金属效果器（黑炮、电贝司、电吉他）偶次谐波：偶数倍数关系，声音听起来好听谐波记录合理丰富，声音就会听起来好听q 简谐振动是一种不消耗能量的振动，如果不考虑重力势能，只考虑弹性势能。n 同向简谐振动的合成，拍（beat）q 两个振动方向相同、频率为f1和f2的简谐振动叠合后，可以产生以下信号：n f= f1 + f2的和频信号（Sum Frequency）n f= f1-f2的差频信号（Difference Frequency）q 当f1-f2很小，也就是两个频率接近时，可能被听出来。叫串频q f=f1-f2 =n，也就是两个频率相差 n次频率，我们称为拍频（ beat Frequency ）。电磁波的互调信号也就是和频与差频信号，无线话筒使用中，如果互调信号频率接近工作频率，会造成很大干扰，所以我们尽可能让两个无线话筒的频率点相隔远些。n 阻尼振动：对于调整均衡器很有用q 振幅随时间衰减的振动。三要素：振幅、周期、相位。 n 阻尼振动品质因数 Q= 2n 阻尼系数：1/Q n Q越大，振动衰减得越慢；Q越小，振动衰减得越快。通过效果器来增加空间的反射，达到减少系统内阻尼系数（加混响、加延时）的一个应运。q 周期性的外力作用于振动系统时，物体（物理量）会产生受迫振动。这个外力就是策动力。达到稳定后，物体不再以自身的固有频率振动，而是以策动力的频率振动。q 共振：当策动力的频率与物体固有频率近似相等时，会产生共振现象。q 共振频点的声波能量得到加强，声音听起来不太好听。 q 要避免一些不必要的共振，尤其是会议场所，不能一味追求低音效果。q 共振的应用 士兵过桥便步走n 7-8Hz的次声波能引起人体内脏共振而致人死命。n 共鸣：音乐里对共振的一种说法。如琴箱与琴弦的共鸣。q 避免共振的方法n 空间三维比例接近简正比例。提高空间结构的刚性。降低共振频率的功率。让空间结构不规则。壁面粗糙，或提高壁面的扩散程度。练声的目的：增加谐波；振幅更大q 波是振动状态在媒质中的传播。（传播振动方向、相位或振动的能量，媒质和物理量本身不朝前运动） 有振动不一定有波q 波的四要素：振幅、相位、频率、速度（波长）q 波的分类：机械波、电磁波、物质波n 平面波（线阵列）、球面波（点声源）n 横波、纵波（疏密波、压缩波）、表面波q 横波：传播方向与振动方向垂直 传播快，能量损失大q 纵波：传播方向与振动方向同向q 表面波：横波中有纵波的成分，物体或物理量在原地附近做椭圆形运动。q 波前：某一时刻，同相位的振动传播到达点的集合。也叫波面或波阵面。q 平面波：波前是平面 远程音响：线性阵列，模拟一种平面波。线性阵列本质看每个单只音箱在纵向上的指向角度有多大。每个喇叭指向角度小，多个连接接近平面，通过压缩器压缩后近处听刺耳。q 球面波：波前是球面 衰减快，近程音箱（近处好听，远处不好听）q 波长 =vT=v/f q 驻波（standing wave）A、f、v相同，传播方向相反的两列波叠加，产生驻波。声音听起来不好听n 生活经验：贴在广口瓶或暖水瓶上倾听，可以听到嗡嗡声，这就是空气的驻波，瓶底是波节，瓶口外是波腹瓶的深度即管长=/4。同时，往暖水瓶里灌水，水位上升，管长变短，驻波波长变短，频率升高。波节处能量为0，声音没问题；其他地方会有回音。n 避免驻波的方法：（1）吸音处理；（2）扩散或改变反射方向；（3）降低驻波信号的功率。q 声速：在不做精确要求时，常把空气中的声速视为340 m/s 根据温度对声速的影响，当气温上升时,管乐器的音调就提高；而气温下降时,管乐器的音调就降低。因此在每次的音乐演奏前,管乐器演奏家们都需要适当地调整他们的管乐器,以保持音调一致。q 声速与频率的高低无关,在整个音频范围内,声速始终保持着固定值。q 尽管在饱和空气(带有水汽)中的声速要比在干燥空气中的声速稍快些,但湿度对声速的影响远小于温度的影响，微不足道。q 声音延时0-35毫秒，镶边效应。延时35-50毫秒，会听到合唱效果。延时50毫秒以上会听到2个声音。q 延时器：音频处理器带延时功能。冬天、夏天要调整，录入温度、湿度、两喇叭距离参数，或用软件调整。q 声波存在的空间就是声场q 扩散场（自由声场）：声源向四方传播，没有反射。如消声室 球面波q 广场声场：除地面反射外，其他方向无反射。半消声室； 相对无反射q 室内声场：剧院、音乐厅、体育馆、教室等。q 一般声波不是纯粹的正弦波，可以分解成各种振幅、频率和相位的正弦波。频率最低的叫基频；其倍频叫谐波或泛音；另外还包括不完全是整数倍频的非谐波，称为分音。低于基频的谐波称为次谐波，次谐波的存在，听感有时会“听到”较低的频率。n 声功率级、声压级q 声功率级 SWL=10lg(W/W0) W0=110-12W =1PW 匹瓦q 声压级 SPL=20lg(P/P0) P0=210-5Pa=20uPa （ f1KHz）q 人在空气中的听阈下限是20uPa（0dB），上限是200Pa（痛阈140dB）。q 1个喇叭输入1个瓦的功率，它的灵敏度就是100个db，输出就是0.01瓦声功率。q 功率价格增加一倍，功率级增加3db。q 分贝是以功率为参考来定义的。（跟功率成正比的量，其分贝都是10倍对数关系，如声强；所有平方值与功率成正比的量，其分贝都是20倍对数关系，如声压、电压、电流等）。 突出某个声音要加大它的基频，要哪个声音好听要增加它的显波增益q 当声波在传播中遇到物体时，就会象光线一样被反射回来。其反射量取决于该声波的频率与反射物体的大小及表面特性，这一现象称为“声障效应”，也是声反射。q 一般来讲，高频声音的反射量要比低频声音的反射量多。容易衰减。q 音箱位置放在前面无遮挡的地方 高音上，绕过人的高度；中音中；低音下。q 反射次数越多，反射距离越长，声音衰减越大。q 从声源出发，一部分直接到达听众，为直达声；另一部分经过周围反射面多次反射后到达听众，分别称为一次反射、二次反射、三次反射等等。多次反射形成了混响声和延迟声。空间越大，延时越长。q 声波反射有全反射和部分反射。是全反射还是部分反射主要取决于反射面的材质。n 声折射:与光的折射定律一样，只要声波经过密度、压强、温度或声阻不同的两个界面，其传播的速度要发生变化，声波会产生弯曲。q 声波从高温界面传到低温界面，声波向温度低的界面弯曲。早上地面温度低，声波向下弯曲，所以能听到很远很小的声音，中午声音往跑。q 声波向速度小的方向弯曲。因为温度低时速度比较小，两者是统一的。n 声绕射（衍射）q 声音（特别是250Hz以下的低频音）能绕过障碍物的边缘或洞孔继续前进，俗称“绕道而行”。（低频无方向也是相对的说法。）q 声绕射与波长和绕射面的大小有关。q 当绕射面远远小于波长时，声波会绕过物体表面。q 当绕射面与波长相当或绕射面大于波长时，声波会有一部分产生绕射，另一部分被阻挡的地方形成声影区，即被遮挡处没有声音存在。q 当绕射面远远大于波长时，声音不会绕射，而是全反射。n 声波的散射q 声音向各个方向无规则的反射，形成散射。如剧场、厅堂中的凸形墙面，就是为产生声波散射而设计。q 声波的散射能调节声场效果，降低声聚焦。n 声波的衰减与吸收q 声波在传播过程中，由于多次反射和透射、以及通过媒质进行了能量转换，从而使声波衰减。这也称为声吸收。q 声波衰减和吸收的本质是能量的转换。n 声波的干涉：频率和振动方向相同，且相位差恒定的两列声波在空间相遇时常常会发生干涉现象。同相位叠加；反相位抵消。n 两个相遇的声波只要存在相位差，有时增加有时减少。n 声波的独立传播两个声波在空间汇合后，还是继续沿着各自原来的方向传播，就是独立传播。q 乐队演奏时，我们能分清楚台上各个不同位置的不同乐器声，这也是声波的独立传播的体现。q 在嘈杂的环境中能听到某一个特定的声音，也是因为独立传播。q 基音来自于基频，反映声音最基本的特性，使一种声音区别于另一种声音。q 任何声音的实际音色，均取决于在基频上出现的谐频（谐音），这些谐频始终是基频的整倍数，二次谐频、三次谐频、四次谐频 n 谐频每增加一次，功率和强度一次比一次减少。谐振能让我们分别出一种声音的音色不同于另一种音色，虽然两种个音产生的音调相同，但它们之间的谐频不同，因此音色也不同。n 注意：不应将谐振与音乐上的泛音相混淆。因为有些乐器的泛音不是基频的整倍数。声音的知识n 当按下钢琴键盘上小字1组的A键时，我们多听到的乐音振动频率为440Hz，这个频率就称为这个乐音音调的基频（又叫基音）。n 声音的失真：原始声波只要被附加有任何其他成分，或者部分甚至全部丧失了原始声波的特性，那就会构成各种形式的声音失真。q 积极的失真能美化声音；消极的失真使乐音不再清晰悦耳，语言刺耳，令人厌烦。 频率失真 一般来讲，当低音与高音之间的振幅或频率范围内出现严重的不平衡状态时，就意味着出现了明显的频率失真。q 如果传声器过于靠近声源时会产生“近讲效应”，使声源中的低频成分得到提升，出现频率失真，从而损失声音的清晰度。n 近讲效应主要是气和声叠加在传声器的振膜上，使低频响应提升。 谐波失真 如果音频范围内的各频率信号放大率不一致，或出现音频范围内某一频率遗漏，就会产生谐波失真。q 由于声音信号处理设备的非线性现象，引入了波形中没有的谐波或消除了原有的某些谐波而引起的一种失真。 互调失真 两个不同频率的声音叠加在一起时产生的一种失真形式，其结果是两个频率相互调制并产生出不需要的拍频与复合声波。 空间感失真 当立体声放音所产生的立体声像与原始声源位置不一致时，就产生空间失真现象。这通常由于传声器摆放位置不当，录音时面对传声器的声源位置不当或由于传声器的音量控制不平衡而引起的。 瞬态失真 由于声音信号处理设备的某一部分不能将原始波形上的陡峭波形准确还原而引起的。通常在把能量从一种媒介转移到另一种媒介时才能引起瞬态失真。 例如：一个很强的瞬态声音被放音后，扬声器的低音盆在恢复原来位置之前会出现一段“延迟复位”时间，这被称为振荡（或振铃）现象，它能使接着而来的声波产生轻微的振幅变化，结果形成瞬态失真。 音量失真: 由于扬声器发出的音量与原音量不一致而引起的。这种失真是经常性的，有时甚至是故意让它存在。如果为了提高语言的可懂度，我们将影片中的耳语声音可以提高到比原始音量高的情况下放音。 过载失真 也称为振幅失真或调制失真。现在的声音处理设备都有一定的动态范围，超过这一范围，声音就会产生失真现象。这种过调制的声音一般都尖脆刺耳，象要爆裂似的。如果声音的声压级过高，会导致电容传声器振膜产生的电压使其内部的前置放大器出现信号过载而失真。由于这种信号过载是传声器本身造成的，即使在调音台上使用衰减器来降低音频信号的电平也无济于事，因为过载失真的信号处理是不可逆的。n 噪声 声音在传播、记录或处理过程中会不可避免地产生一些噪声，这些噪声主要来自以下几个方面：q 线路噪声：包括电子元器件内部的固有噪声、导线的热噪声和外来的电磁波干扰等所有噪声之和。q 本底噪声：记录媒介本身的固有噪声。如磁带上磁粉颗粒涂布不均匀、划伤、污染所造成的技术缺陷使得所有的模拟磁带都有固有的本底噪声；光学胶片（指电影发行拷贝上的光学声带）产生的本底噪声则是由于光学底片的灰雾度、洗印条件不佳、划伤和污染所致；硬盘机和光盘也会因为各自的机械缺陷和电路造成各种本底噪声。q 现场噪声：拍摄或演出现场存在的干扰噪声，来源于多方面，比如：摄影（像）机的马达或片盘运转产生的噪声；发电车或照明灯具产生的噪声；场景中的道具运行噪声；附近车辆和行人产生的环境噪声等。n 我们可以把所有存在于拍摄或演出现场的无用声音都成为环境噪声。n 鸡尾酒会效应q 声音是一种物理现象，人耳听到的则是一种心理现象。q 人耳具有分辨声音的强度、音调、音色的能力，还能够分辨出声音的方向和深度，并感受到空间感和纵深感。q 通常将人耳对声音的主观感受，即响度、音调、音色称为声音的三要素（也有“音量、音高、音品”的说法）。（必考点）n 音量没有绝对值，因环境和个人因素而异。n 三要素之一：响度q 响度：是听觉的基础，为人耳对声音强弱的感觉程度，主要取决于声波振幅的大小，正常人听觉的强度范围是0dB-140dB。超过人耳可听范围的声音，即使响度再大，也听不见。（1）频率响应 声压级越高，人耳的听觉频响曲线就越趋近于平直；声压级越低，人耳的听觉频响曲线就越差；高于20KHz和低于20Hz的声音，人耳基本上听不见。人耳在1KHz-5KHz段，可以听到最弱的声音；响度与声压级有一定关系，但大小并不完全一致，声压级大，人耳感觉不一定响，因为听到的声音响度还与声音的频率密切相关。（人耳对中频最敏感，在不提高总功率前提下，提升中频可以明显提高响度）q 等响曲线 描述响度、声压级和声源频率之间的关系曲线。其基本规律是每条曲线上所代表的与声压级、频率相对应的声音，人耳听来都是同样的响。n 0方（phon）以下的声音，人耳是听不见的，所以该曲线可称为可闻阈；120方以上的声音会使人耳感到疼痛，该曲线可成为痛阈。n 100Hz的声音，必须有40dB的声压级，人耳才能听到；而1KHz声音大于0dB声压级，人耳就能听到，因此，当改变一个放音装置的音量时，声音信号中各频率响度就会改变，使听者感到音色变化。即使是一个高级的放音装置，在低声压级音量时，也会感到放音频带变窄，声音变弱。所以调音员在调音过程中，作为标准是的监听，其声压级应在80dB-90dB之间。由曲线可以看出，声压级在80dB-90dB时，不同频率引起的响度不平衡差别相对减少，声音的主观听觉偏差较小，才能使声音的频率均衡调整得比较正确，才能听到频响平直的声音。q 低于20Hz的声音人耳听不见，但是对心脏极有害。q 均衡器会议部分把100Hz以下和8KHz以上的频率全部拉下，对音色影响不大。q 高频部分8000Hz或10kHz以上直接拉下来不影响音质，反而会提高清晰度，同时减少低频的共振和回声。n 三要素之二：音调q 音调是人耳对声音高低的感觉，主要与声音振动频率有关，但不是正比例关系，也与频率的倍数有关，通常，我们用频率的倍数或对数关系表示音调，频率越高，人耳的感觉音调也就越高，在音乐上成为高音。q 频率增加一倍，称为一个倍频程，也叫提高了一个八度（考点）。音调的单位是mel（美），以频率1KHz、声压级60dB的纯音产生的音调，定义为1000 mel。q 音调还与声压级有一定关系。对于1KHz2KHz以上的声音，当声压级增大听起来会比原来的音调有所抬高；而对于500Hz以下的声音，频率越低，声压级增大听起来就越低沉。因此，我们说，音调还在一定程度上与声压级有关。n 三要素之三：音色q 音色是一个主观量，所以无法进行量化，但又与频谱的关系很密切，与声音的瞬态情况如发声体振动的起振、稳定、衰减时间过程有关。通常用一些术语来表示，例如：柔和、刺耳、低沉、力度不足等等。q 由于各种发声体的结构和材料不同，即使发出相同音调、相同响度的声音，人耳也能听出它们之间的差别，这就是由于音色不同。例如：两个人讲同一句话，听话人能判断他们各自的声音，因为每个人的发音器官（声带、口腔、舌、齿等）有差别，使得讲话的音色不同。根据研究结果，相同音调的声音，其基频是相同的，如果所发出的声音的谐波次数和幅度不同，频谱结构不同，音色也就不同。声音的生理和心理属性q 音色由声音波形的谐波频谱和包络决定的，其基频多产生的听得最清楚的称为基音，各次谐波微小振动所产生的声音为泛音。单一频率的音为纯音，具有谐波的音称为复音，每个基音都有固有频率和不同响度的泛音，借此可以区别具有相同响度和音调的声音。声音波形各次谐波的比例和随时间的衰减大小决定了各种声源的音色特征，其包络是每个周期波峰间的连线，包络的陡缓影响声音强度的瞬态特性。声音的音色色彩纷呈，变化万千。声音高保真的目标就是要尽可能准确地传输、还原、重建原始声场的一切特征，使人们真实地感受到诸如声源定位感、空间包围感、层次感、厚度感各种临场听感的立体声环绕效果。q 利用仪器可以把语言或音乐分解成许多不同频率和强弱的纯音，可用频谱图表示。n 掩蔽效应q 在日常生活中，可以发现在安静的环境中能够分辨出轻弱的声音，但是在嘈杂的环境中，轻微的声音就会被嘈杂的声音掩蔽而不能听到。在聆听一个声音时，被另一个较强的声音所掩盖，而出现听不见的显现为掩蔽效应。其基本类型有两种，有不同的规律特性。n 频