主题：【转贴】《音响技术与声学原理》 罗永超博士

                                      《音响技术与声学原理》 罗永超博士

( 1)声学历史
     当森林中有一棵树倒塌下来时，发出一阵轰然大响声音，但是没有人在这个原始森林中，所以就听不到这声音。这算不算有声音发出来呢?声音是肯定发出来了，因为当树干及树枝接触地面时，它们都会产生某些声音，但是没有人听见，但这声音对于人类或其他动物所听到的是有所不同，所以这就是声学上所说的心理(Psychoacoustics)。
     我在这里讲的声学原理，最主要是让一个调音员能够了解声学的各方面，而不是进行声学研究，或是硕士、博士的声学论文，所以我在这书内讲的声学理论都是实际可以给在现场操作音响的人用得上的。
     1915年，有一个美国人名叫 E． S． Pridham将一个当时的电话收听器套在一个播放唱片音响的号角上，而声音可以给一群在旧金山市庆祝圣诞的群众听时，电声学就诞生了。当第一次世界大战结束之后，在美国哈定总统(Harding)就职典礼上，美国贝尔公司把电话的动圈收听器连接在当时的唱片唱机的号角上，就能够把声音传给观看总统就职典礼的一大群群众，因此就产生了很多专业的音响研究及开发了扩声工程这门学问。音响研究人员不单纯是努力地把音响器材进行改进，也做了各类不同的实验来了解人类对听觉的反应。但最高级的音响研究人同都明白音响学是要整体的研究，要了解音响器材的每一个环节，及人类对听觉的生理反应，他们在过去多年内直至现在都作出了很大的贡献。早在1877年，英国的莱李爵士(Lord Raleigh)就已经做过声学的研究，他曾经说过：“所有不论直接或间接有关音响的问题，一定要用我们的耳朵来做决定，因为它是我们的听觉的器官，而耳朵的决定就应该算是最后决定，是不需要再接受上诉的。但这不是等于所有的音响研究都是单靠用耳朵来进行。当我们发现声音的根基是一个物理的现象时，我们探测这个音响境界就要转到另外一个领域范围，它就是物理学。重要的定率是可以从研究这方面而来，而我们的听觉感应也一定要接受这些定率。”我们可以从以上一段文字看到，就算在没有电声音响学产生的时候，老前辈科学家都认为这个是物理的领域。
     著名科学家英国的卡尔文勋爵常常说：“当你度量你所述的事物，而能用数字来表达它，你对这事物已有些知识。但如果你不能用数字来表达它，那么你的知识仍然是简陋的和不完满的；对任何事物而言，这可能是知识的始源，但你的意念还未达到科学的境界。”卡尔文勋爵(1824—1907)是19世纪最出色的科学家之一，后世的科学家为了要纪念这位伟人，把绝对温度—273．16摄氏度命名为0度卡尔文度。
     戴维斯夫妇(Don＆ Carolyn Davis)是《音响系统工程》(Sound System Engineering)这本书的作者。这书被称为音响圣经，几乎是每一个外国研究音响的人必读之物。我引述他书内这一段：“具有数学和物理学的知识，是实质上了解音响工程学的必要条件。对这两种科学认识越深，越能使你跨越从感觉上所得到的意念，而达到用科学来引证事实。著名音响家占士摩亚曾经说过：‘在音响学中，任何在表面看来很明显的事情，通常都是错误的’。”
     我在以上引述了几位科学家及音响学家的训言，主要是因为现在大部分做音响的人士，他们当然是对音响及音乐很有兴趣，但是以为光靠他们的听觉就可以鉴定什么是好或不好的音响，不明白这是一门专业的工程学问，是做不好音响的。远在19世纪的莱李爵士已经指出这是一个科学的境界，现代的音响工程学也像其它科学学术一样正在努力地发展，所以音响工程学是离不开数学及物理学的。

( 2)现场音晌与录音室音晌的分别
     在这里所讲解的现场音响地操作，它与录音技术是有很多不同的地方，有很多人以为音响的最高境界就是录音技术，这是不全面的。在录音技术上，基本是没有碰到反馈的情况，因为在一个录音室内进行操作时，所有的外围因数都可以得到控制，但是在现场音响重播时，我们是不可以避免有很多现场音响的问题，所以现场音响和录音音响是两种不同的学问。

现场音响跟录音室音响的要求是不同的，所以有很多器材也是不同的。例如在录音室内所用的调音台，它们的每路输入都有多个参数均衡，让录音师可以把每路输入的音源尽量做最精密地微调，务求达到最好的音源效果。一个用来做现场音响的调音台，通常在它的每路输入，均衡都是比较简单的。因为很多时候，现场调音师根本就没有很多时间把每路的音源做很仔细地微调，而在现场音响的调音台每路的音量控制推杆，它们除了可以把音量做衰减外，也可以增益10—14 dB。如果做录音室用的调音台，这推杆很多时候是不需要做增益的，所以这推杆的英文名称就是 fader，意思就是衰减器。用在现场音响的大功率功放，它们都会有风扇作为散热用途，因为现场音响的功放是常常在最大功率输出的情况下工作，并且有很多时候是在户外做现场音响时，周围的温度可能相当高。如果在录音室内，通常都一定会有空调，温度当然不会太高，而录音室内的功放，主要是用来推监听音箱用的，当然不需要输出很大的功率，所以功放只需要用普通的散热器，就可以把很小的热量散走。如果功放装有风扇的话，风扇发出来的声音反而造成噪音，所以在录音室内的功放基本上是不需要风扇的。
       现场音响所用的音箱，为着要把很大的声压传播绘在远距离的观众，所以它们是需要很高效率的，但在录音室内所用的监听音箱，是录音师用来监听声源或录音的最后结果，录音师是坐在距监听音箱很近的地方来监听，所以监听音箱是一种近音场的音箱，不需要高灵敏度，作用跟现场音响音箱是完全不同的。

( 3)音频与波长的关系
      很多现场调音师都没有理会到音频与波长的关系，其实这是很重要的：音频及波长与声音的速度是有直接的关系。在海拔空气压力下，21摄氏温度时，声音速度为344m／s，而我接触国内的调音师，他们常用的声音速度是34Om／s，这个是在15摄氏度的温度时声音的速度，但大家最主要记得就是声音的速度会随着空气温度及空气压力而改变的，温度越低，空气里的分子密度就会增高，所以声音的速度就会下降，而如果在高海拔的地方做现场音响，因为空气压力减少，空气内的分子变得稀少，声音速度就会增加。音频及波长与声音的关系是：波长=声音速度／频率； λ=v／f，如果假定音速是344 m／s时，100Hz的音频的波长就是3．44 m，1000hz(即lkHz)的波长就是34．4 cm，而一个20kHz的音频波长为1．7cm。

( 4)音箱的高、中、低频率
      例如我们现在有一个18时的纸盆扬声器单元，装置在一个用木材造的音箱内，而这音箱的面板面积是 l平方米，即这面板的高度及宽度均是 l米。我们怎样计算这音箱的高、中、低频率呢?首先我们要计算这音箱面板的对角长度，是2的方根=1．414m，任何频率的 l／4波长是超过1．414m时，对这音箱来说它就是低频；如果一个频率的 l／4波长是1．414m时，波长就是4×1．414m= 5．656m，这频率=344m／s÷5．656m=60．8／s=60．8Hz，所以任何音频低于60．8Hz时，对这音箱来说就是它的低频率。当60．8Hz或更低的频率从这音箱传播出来时，它们的扩散形象是球型的，等于如果我们把这音箱悬挂在一个房间中间时，这些频率的音量在音箱的前后左右及上下所发出来的声压都是差不多的，放出来的声音变成没有方向性。当某频率的 l／4波长是小于音箱面板的对角长度，但这波长又大于扬声器的半径时，这段频率就是这音箱的中频率。例如我们现在是用一个18时单元，这单元的半径为9寸，就是22.86cm=0.2286m,这个音频为344m/s÷0．2286m=1505Hz,从60.8Hz-1505HZ频就是这音箱的中频率。中频率从这音箱所扩散出来的形状是半球形的，即如果我们把这段频率从刚才悬挂在房间中心的音箱放出来时，声音从音箱面板扩散出来的形状是半球形。在音箱后面是听不到这段频率的声音。1505Hz及更高的频率，对这音箱来说就是它的高频率。高频率从音箱扩散出来的声音形状是锥形的，频率越高，锥的形状越窄。通常如果频率超过开始高音频的4倍时，声音扩散出来的形状会慢慢变成一条直线而不扩散，如果不是坐在对正单元的位置，就听不到这些高频率。所以很多高频率单元如果是纸盆型的话，这纸盆的直径是很小的，把这音箱的高频下限尽量提高，希望能够使高频扩散的宽度增加。我们常常见到家庭音响音箱中的高音单元，通常会用 l—2时的纸盆单元，或半球状的单元，理由就是这个原因。而专业现场音响的高音单元，因为要发出很大的高频声压，所以说一定是采用号角处理的。

( 5)各类不同的音场
      当一个纸盆扬声器接受了从功放传过来的信号后，纸盆就会作出前后的摇动，当纸盆向前推进时，纸盆撞击到它前面的空气分子，在纸盆前面的空气就会增加压力，这些分子就会继续向前推进，碰撞它们前面的空气分子，造成轻微的高气压。当纸盆向后退时，纸盆前面的空气分子就会产生轻微的真空，然后这些分子会跟着纸盆的后退，造成这里的空气有轻微的压力减少。但我们不要忘记，空气是有弹力的，但在纸盆前面的空气是刚刚被纸盆的动作摇动，不能达到空气本身的弹力，这时我们便要看这频率的波长，声音是要直到离开纸盆的距离有2．5倍波长时，这些空气才发挥出造成声音的弹力。例如一个100Hz的频率，它的波长是3．44米，所以声音要离开纸盆2．5×3．44米=8．6米之外，才是真正的这个100Hz的声音。如果用10OHz来算，离开纸盆的距离还没达到8．6米就为 lOOHz的近音场，而超过8．6米才是100Hz的远音场。为什么我们要了解远近音场呢?很多时候在一队乐队中的电贝司手，他往往都不了解近音场的效果，而在他的电贝司音箱上，有一个均衡旋钮就是写着贝司（Bass) ，正是这乐手的称号。电贝司手通常会站在离开电贝司音箱不远的地方做演奏，如果他站在近音场时，有时会觉得低音不足，就会把这Bass的均衡旋钮尽量调大，但听众在他们的位置就会听得到很强烈的低音，很多时候造成不好的效果。这些强烈的低音也会跑进歌手的话筒，如果调音师因为觉得歌手的声音不足够时，就会把歌手这一路的声音提高，但也同时把电贝司的低音量也提高了，调音就遇上了困难。电贝司的最低E弦是41Hz，但因为拾音器是放在弦的末段，所以41hz第一个谐音82Hz才是主要的电贝司低频率，82Hz的波长是 4．2米（344m／s 除以82／s=4.195m），所以差不多要离开电贝司音箱 10米左右才是这82Hz的远音场，而因为电贝司手不会站到离开他的音箱这么远的距离时，他听到的声音只是近音场，而不是听众所听得到的声音。所以我们当说到扬声器的远近音场时，最主要是注意到频率及它的波长，而不是单纯看离开音箱多远就是等于远或近音场，最主要就是记得我们当欣赏音乐时，是要在远音场的位置，而不是在近音场的位置。

（6）直接音场、反射音场、不直接音场
      当扬声器在一个房间内发出声音，听众可以听到直接从扬声器传过来的声音，这就是直接音场（indirectfield），但也可以听到从墙、天花板及地板所反射过来的声音，这就叫做反射音场（reverberant field)。听众听到越多的直接音场的声音，反射音场的声音就越小时，这声音就越好，因为直接音场的声音是可以控制的，但反射音场的声音是不能控制的，只会把直接声场发出来的声音加上喧染，把原本声音的清晰度底减低，所以坐得离音箱比较近的听众就会感觉到好一点的音响效果，而坐在后面的听众很可能是他们听到的反射音场声音比直接音场声音更大，音响效果便会比较差及清晰度降低。有时候一队乐队在台上演出时，因为他们没有监听音箱，而两旁的主音箱是放在靠近台口的位置，乐队及歌手所听到的声音完全没有从直接音场放过来的，他们站立的位置就叫做不直接音场，声音效果当然不会好，这也会影响到乐队的表演水平，令观众听到不太好的演出声音。

（7）界面干扰
      当我们选择放置音箱的位置时，很重要的一环是要注意到音箱所发出来的声音是会受到它旁边的界面影响而造成干扰。例如放在台口两旁的主音箱，它们的低音纸盆离开地面及旁边的墙壁如果是大约在1米的时候，一个4米波长的音频就会受到这两个界面的干扰。一个4米波长的频率是 86Hz（344m／s ÷ 4m＝ 86Hz），当 86HZ的声音从音箱放出来时，大的空气压力在1／4周内刚巧碰到地面及墙壁，再过l／4周就反射回到音箱的纸盆面前，但这个时候刚巧纸盆要后退，原来从地面及墙壁反射过来的大空气压力就会被纸盆后退的动作抵消很多，造成失去了很重要的低音。如果遇到这个情况，就应该把音箱向台后退0．5－1米，让音箱所发出来的声音不能直接射到地面上，而如果可以把音箱移到靠近两边的墙壁时，更可利用墙壁的反射制做出更大的音量。80-100Hz 这段频率是很重要的，它是我们肺部空间的共鸣点，也是低音鼓的共鸣频率，如果是因为不了解界面干扰而摆错了音箱放置的位置，实在是很不值得的。

（8）高、低音效果
我们很难指定某一频率以上为高音或某频率以下为低音，我们常常说人的听觉是从20Hh－20KHz，但20kHz的频率是很少人能够听到的，通常只有20岁以下的青年人，他们的耳朵没有受到任何的损坏时才可以听得到。如果做听觉测验，最高的测听频率只是8 kHz。当声音传出去时，高频率是比低频率衰减快得多，如果用1kHz跟10kHz做比较时，当声音跑了100米后，10kHz的‘频率比起IkHz的音量会衰减30－35dB的。（请参看图①）比起低频率，高频率声音是比较有方向性的。高频率的声音从单元跑了出来后，如果受到物体的阻挡，高音就不能再传过去，这个是跟低频率有很大的不同，因为高频率的波长是比较短，受到物体阻挡之后不会转弯，但低频率的波长是比较长，所以很多时候就算有物体在前面阻挡，低频率也可以转弯过去。例如有些专业音箱的设计是把一个高音号角放在它的低音单元前面，但对这个低音单元所发出来的低频率，它根本就看不到前面是有什么东西阻挡声音似的，所以低频率可以照样传过去。 从我们的听觉上来说，我们是需要听到高频率的声音来辨别各类不同的声 音，但如果单纯是讲人的谈话声时，我们只需要听到4kHz及以下的频率，就能马上辨别是什么人在说话。例如电话的声音传送，高频只达到4kHz，所以有时候当一个很久都没有和你谈话的人，当他打电话给你时，只要说：“喂！”，你就马上便可以鉴别他是你很久都没有谈过话的朋友的声音。我们听高频也有方向性，即是我们能够辨别高频声音来源的方向。因为高频的声音传到我们两个耳朵时，已经有了很细微的时间差，所以它们来到耳朵的时候有不同的相位改变，我们就借着这改变了的相位可以鉴定 ?

文章深入浅出，非常易懂实用，转贴上来供大家学习参考。

有些观点不苟同, 文章最开始引用的"大树倒下来没人听见, 因此有心理声学",这段论述不知道作者想说明什么, 想说明其他动物与人听到的声音是不同的? 这涉及到生物声学的范畴,同音响又没什么关系吧.

后面又一段"例如一个100Hz的频率，它的波长是3．44米，所以声音要离开纸盆2．5×3．44米=8．6米之外，才是真正的这个100Hz的声音", 大部分听音者家里都没有8.6米的阔度,那么他们都听不到的不是真正的100Hz的声音了?他们听到的又是什么?
声场有自由场与压力场的区别,虽然8.6米内声波传了一个波长都不到, 此时人处于的空间是压力场,在压力场内仍然可听到低频声,就算在一个小空间里,人耳照样可以能听到20Hz的低频,就是因为压力场的存在的缘故.你平时听的Hi-Fi耳机,声波从耳机振膜出来经过那么短的耳道被你听到,也是压力场,如果按罗的说法你用耳机就听不到低频了.
 
界面干扰那一段, 讨论的86Hz声波被墙反射的问题也过于片面了. 声波是360度全向辐射的,被正后方的墙反射回来抵消掉的低音只占
能量的一小部分, 恐怕10%都没有, 所以实际情况并非如他说言,作者只是心理的感觉罢了.而且只讨论一个频点也没什么意义,因声谱是
连续的,照他这种说法任何位置都会有抵消,无论音箱怎么摆都有毛病.从写的文章来看罗博士应该是音响发烧友,不是搞声学的.

似乎不擅长做科普工作？

或者是把科普看成忽悠？？

博士的文章似乎不应该如此！

底子不硬，浅入浅出

大家能不能说得明白些呢？希望能像国明先生那样多打几个字，讨论不应该像“举手投票”那样简简单单吧？

谢谢大家发言！！

很难“说得明白”。问题不是错的离谱，而是对的地方不多

1. 心理声学
Psychoacoustics跟那个大树啥关系也没
心理声学主要研究的是声定位、频率感知这些东西
例如，HRTF这样的课题偏向生理层面，虚拟低音这样的课题偏向心理层面
但两者都是基于同样的物理基础和学科研究方法
跟俗称的“心理学”有相当大的区别

2. 声学史
电声的历史不是从1915年开始的
声学史也不是从1877年的瑞利开始的
不应该忘记，瑞利的书有很大篇幅是总结工作，而非原创
关于声学史的著述很多，这里提供Sounds of Our Times的下载
http://lib.ioa.ac.cn/lib/rcount.asp?ssnum=10004944

3. 音箱的高、中、低频率
举了个1m*1m的音箱的例子，看着起鸡皮疙瘩
不是不可以，但是这样驻波模态简并，是很忌讳的
指向性图样的变化，是以ka计算的
如果按照对角线计算，是不是说只要对角线一样长，指向性图案就一样？
作者同时说中频的指向性是个半圆，高频的是个锥体，不知语出何典

4. 声波的产生
还有一段说“当纸盆向前推进时，纸盆撞击到它前面的空气分子，在纸盆前面的空气就会增加压力，这些分子就会继续向前推进”
娘唉
纸盆不运动，就没有空气分子撞击了？
对空气中声传播的推导，是从微观大而宏观小的空气微元讨论
借助热力学的统计概括，把纯微观的计算回避了
这里怎么偏偏还要抖出来？真要一个一个计算分子的速度增量么？

还有一段很雷人的：
“但我们不要忘记，空气是有弹力的，但在纸盆前面的空气是刚刚被纸盆的动作摇动，不能达到空气本身的弹力，这时我们便要看这频率的波长，声音是要直到离开纸盆的距离有2．5倍波长时，这些空气才发挥出造成声音的弹力。”
这段写的“弹力”很雅致啊
首先，这个弹“力”是空气的属性
第二，摇一摇就没有了
最后，跑两步才能发挥出来

5. 名词
我见过的声学博士都能够区分“声”和“音”，而不会并列讲
更讲究些会做“音频”和“声频”的区分
在上文里出现了太多不符合《SJ-T 10444-1993 电声学术语》的说法，不列举了
另外，只要是正经科技出版物，即使是科普类的，也没有用第一人称“我”来写的

还有很多例子，不一一列举了
语言太差，句子之内的成分之间都没有“粘性”，没啥条理

觉得不像是罗永超“博士”，倒像是罗永“超博士”写的
新手应该学会回避看这类东西，自己也不要写这样的东西

钟先生看来很专业! 学院派的.
赞一个!

文章好像是一个针对音响工作人员而作的“讲稿”，所以说话口气“像个发烧友”就很自然而且也应该。个人水平有限，认为还是有一定实际操作指导意义的。由于“对象层次”不同，“讲稿”应该不能以“学术报告”的要求来衡量。dale_zhong先生的观点论述很精彩，谢谢！！看这样的讨论很是受用……


原文这里可以找到；http://www.audiosos.net/redirect.php?fid=2&goto=nextoldset&tid=269

文中“以为光靠他们的听觉就可以鉴定什么是好或不好的音响，不明白这是一门专业的工程学问，是做不好音响的” 这一句就存在问题，靠听觉的人只说可以鉴定音响好坏，又没说靠听觉做好音响。音响做出来就是让人听的，所以鉴定好坏的时候大部分依赖的就是人的主观感觉，而非理论数据...

关于这一点，我看没有什么问题，断章取义不好！

 谢谢松先生转来这篇文章.

罗先生的讲座我在多年前听过.
他在普及电声知识上(同时还有商业活动)
做了许多有意义的工作.

但是他的许多讲稿的一些言词是经不起专业上的推敲的,
所以DALE_ZHONG的评点是有根据的啊.

其实我当年看到罗先生的讲稿,也对他一些提法很不为然.
但是他当时是我们行业的领导从香港请来的啊,他有博士的衔啊,
再说也没那个平等的交流场合啊.


关于专业和业余爱好之间,确实需要不断的交流.

为了专业本身的发展,在工厂和科研院所内
也会有这样和那样的争论.正常.

这十几年来,在一些杂志上会有这样或那样的科普文章,
有的作者很有写作热情,有时就难免有错.
一方面,我想在一定程度上要宽容这种情况的存在,
另一方面,我也和我的学生们讲过:
尽信书不如无书.

好,拉拉杂杂,写了这些,
望松先生谅解.

我想,DALE_ZHONG先生和你都值得我学习.
我现在是不太认真的人了,这不大好啊.

谢谢前辈温馨教诲！
学会“过滤吸收”确实很重要，同时学会“一定程度的宽容”也是要的。

宽容不等于不闻不问，提出修正或讨论很有必要，声学楼这方面做的很不错，如果“修正或讨论”的方式能更温馨些，发贴和讨论会不会“更活跃，更精彩”呢？

期盼声学楼永远保持活力！健康发展！

呵呵

相对于温馨讨论，俺更希望看到争论

比如，两个平日里就嚣张的高手狭路相逢

两句话不对付，就开始拿出数据互拍

这样，对攻者和旁观的人都能学到东西


现在声学楼的风气是，对话题有了解的人在上面讨论

下面出现大片大片的“学习了！”跟帖

而不论什么程度的话题里，都有人抓着搂主的裤腿喊“大侠”

论坛是讨论问题的地方，不是表扬与自我表扬的地方

说句“学习了”，一点意思都没，充其量只说明阅读过了

自己学到了什么，思考过什么，都没有体现

真有学习心态的话，就应该不管环境温馨不温馨

还是把自己的观点，包括不成熟的观点也拿出来，不怕人拍

像松香味这样，学习才会真的有效果

zhong先生经常审稿吧？？

类似这位博士的文章应该见识过太多了！所以批改起来才能如此得心应手，行云流水。。。。。。。。。。

不过批改这类文章，有点浪费时间，呵呵。。。。。。

dale_zhong先生说的不错，如果没有精彩的讨论甚至拍砖，真想来学习的人一定会少，无聊的话题就会多起来。专业论坛是需要随时注意防范类似现象的“发展趋势”的，这方面，老兵前辈早有“温馨告示”，效果作用还是有的。期望有更多精彩的讨论贴出现，让大家的视线、思维等常常刷新，论坛将功德无量！

好久没有来了。发了不少新贴子出来，过来学习下

是啊！搞清楚什么叫压力场？什么叫自由场？它们与频率高低有什么关系？它们有什么特征？等等……界面反射方面的许多问题就容易讨论交流得多。

请教：【压力场】范围内，是不是声压值与声源距离变化基本无关？

 没看到这个贴子,现在回复如下:

 在一个密闭房间里听音, 将门窗尽可能都关好,封好, 也就是不漏气, 同时使用封闭式音箱, 喇叭口径尽可能越大越好,比如12"或15"(当然不是指阿龙的那种12"全频喇叭), 那么你处在的声场有从自由场向压力场过渡的现象, 优点是可以听到震人心魄的超低频, 缺点也就是闭箱的缺点----效率不如倒相箱高. 但带倒相管的音箱不行,因为气流一进一出造成等压效果,压力场没了.

狭小空间易形成压力厂,如汽车由于车内空间狭小, 如在车内设低音炮, 效果近似一个压力场. 另外入耳式耳机,声场实际上只是人的耳道,也算压力场.

有的人不适合听压力场, 比如患有心脏病的, 但对低频发烧友来说,压力场是最好的一种放低频的方式.