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音响发烧友天地 : ( 认识声音 )


｜认识声音｜


一　什麽是声波，什麽是声音？　　　　　　　　　　　　　


１·什麽是声波？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　从物理现象而言，物体振动後接触到空气，激振空气而发
　　生空气压力的波动。形成空气质点向外传送，产生稠密层
　　与稀疏层。也就是空气的分子被交替地压紧与放松，空气
　　密度高时，气压高於稳态的大气力。疏时，气压小於稳态
　　的大气压力，这就是压力波动而形成的声波运动。　　　　　　　　　　　

　　声波运动可藉固体，液体，或气体传送，但我们在音响的
　　范畴里。所谓的声波系指振动藉由空气传送者而言。　　　　

　　物体振动空气所产生的疏密波，进人耳的外耳道，到达人
　　耳的耳膜，振动耳膜所引起的听觉感觉叫做「声音」。但
　　人耳能听到的频率范围是很有限，因此我们所谓的声音，
　　乃指能引起人耳能感觉的振动频率而言。更高或更低的频
　　率不能引起人耳听觉反应的不称为声音，超过人耳低频感
　　觉以外的为「低声纳」（ Subsonic ）。而超过人耳高频感
　　觉以外的为「超音波」（Ultrasonic）。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　


２·声波是如何在空气中传送的？　　　　　　　　　　　　

　　声波的传送很类似石子掉入水池中所造成的向四面扩散的
　　涟波，由石子的落池点开始，形成由小到大，一环一环的
　　同心涟波，向四面扩散。我们可以看到这一环一环高起水
　　平面的波形是波顶，而一环一环低於水平面的是波谷，如
　　果我们用图来表示的话。水平面为「０点」，涟波是呈弧
　　形的形状，高於水平面的是波峰，低於水平面的是波谷。　　　　　　　　　　

　　而声波也是由音源向各方向把空气分子交替地压紧与放松
　　的。如果我们也用图来表示的话，压紧为波峰，放松是波
　　谷。空气最紧密的地方是波顶，最放松的地方是波谷，「
　　0 点 」是稳态的大气压力，压紧与放松之间的相隔时间则
　　视音源振动的速率而定。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　



二、声音与耳朵之互动关系　　　　　　　　　　　　　　　



１·人耳是如何感知声音的？　　　　　　　　　　　　　　

　　人耳的构造非常复杂，系由外耳道，耳膜（鼓膜），中耳
　　腔，到内耳的耳蜗。　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　声波由空气中的疏密波传送到人耳的外耳道来到耳膜，疏
　　密波为密时，耳膜向内侧压；疏密波为疏时，耳膜向外侧
　　引，耳膜受到压力的变化而振动。经由耳膜之後中耳腔内
　　的，骨、砧骨、镫骨传到内耳蜗听觉神经。　　　　　　　　　　　　


２·什麽叫做人耳内的阻抗变换？　　　　　　　　　　　　

　　人耳内的耳膜振动传到耳蜗时，耳膜的机械阻抗较低。而
　　充满淋巴液的耳蜗机械阻抗较高，为了传达的效率高，需
　　要相当於电路中的阻抗匹配变压器。而鼓腔内的小骨就是
　　负责阻抗匹配的任务，耳膜的面积为50mm2，而镫骨的面
　　积为3.2mm2，因此可以进行面积比的阻抗变换。　　　　　　　　　　　　


３·人耳的平衡感是由什麽器官掌管的？　　　　　　　　　

　　人耳的平衡感觉是由三半规管进化而来的，三半规管是保
　　持气压的平衡的器官，声音到达鼓室之後。鼓室里充满了
　　空气，经欧式管通往咽喉，而藉以使鼓膜内外的气压保持
　　平衡。　

　　我们坐飞机或高速电梯剧然升降时，鼓膜内外的气压就会
　　失去平衡。鼓膜被推向内侧或外侧而偏位，吞下唾液或打
　　呵欠的气压，就可以经由欧式管使鼓膜内侧气压与外侧相
　　同。　　


４·人耳的可听频率范围是多少？　　　　　　　　　　　　

　　人耳可以听到的频率范围为２０Ｈｚ～２０ＫＨｚ（波长
　　１７ｍ～３４ｍｍ）。其可听的最高频部份，会因人而异
　　，并会随著年纪增高而递减。听到的高频就较少，人耳能
　　感受到的最低频约为２０Ｈｚ。有些喇叭的低频可达１６
　　Ｈｚ，但实际上给人的感觉成份要比听觉为高。　　　　　　　　　　　　　


三、音速，波长，频率之定义。　　　　　　　　　　　　　　


１·何谓「音速」？　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　即声波传送的速度，声波传送的速度会因行经之媒介物（
　　空气）与温度而有差异。假设声音经由正常的稳态气压（
　　海平面气压），而温度为０℃之空气，并以水平行走传送
　　时。声波的传送速度为每秒３３１·５公尺（３３１·５
　　／Ｍ／Ｓ），每１℃的变化为０·６１公尺。例如在２０
　　 ℃时的每秒速度为３４３·７公尺（通常以３４０公尺计
　　）， ２５℃时为３４６·７５公尺（通常以３４６公尺计 ）。　　　　　　　　　　


２·何谓「波长」？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　声波的质点由起始点起，至终结点止，上下摆动一个完整波
　　形的周期之间的距离为波长。　　　　　　　　　　　　　　　


３·何谓「频率」？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　声波在一秒钟的既定时间里，上下摆动一个周期波形的次数
　　叫做频率（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）。每秒钟上下摆动一次者
　　为１Ｈｚ，每秒上下摆动３０次的为３０Ｈｚ。其它依此类
　　推，每秒摆动１０００次为１Ｋ（Ｋｉｌｏ）Ｈｚ。每秒摆
　　动１００００次为１０ＫＨｚ，每秒钟摆动１０００Ｋ次为
　　１Ｍ（Ｍｅｇａ）Ｈｚ 。频率是客观的物理现象，可以用声
　　学仪器测量。　　　　


４·频率、波长、与声速、互有什麽关系？　　　　　　　　　　

　　由图我们可以见到，声波每秒摆动的次数愈少；频率愈低，
　　波长愈长，速度愈慢。反之，声波每秒摆动的次数愈多，频
　　率愈高，波长愈短，速度愈快。　　　　　　　　　　　　　　　　


５·人耳对声音的强度听觉范围是多少？　　　　　　　　　

　　人耳是人类器官中最灵敏的一个器官，强度为１０（１２）
　　倍（１２０ｄｂ）。人耳可以查觉的最小声音强度为１０（
　　－１２）W／ｍ（２）。此时鼓膜的振幅为１０（－９）ｃ
　　ｍ，比人的眼睛灵敏范围要大的多，可能是史前时代为了防
　　卫需要警觉极远地方的声音之故吧。　　　　　　　　　　　　　　　　　


６·人耳对音压变化的灵敏度为何？　　　　　　　　　　　

　　音压变化在３ｄｂ以下较不容易辨别，３ｄｂ的变化可使
　　人有感觉，５ｄｂ的变化就有明显的感觉。　　　　　　　　


７·人耳是如何来保护鼓膜的？　　　　　　　　　　　　　

　　鼓膜内的小骨有小肌肉，当鼓膜内外气压不同或大音压入
　　内时。可以限制鼓膜的振幅以保护鼓膜，并保护耳蜗内的
　　有毛细胞。但如果突然有一个大音压进入时，由於此肌肉
　　的动作来不及配合此突然来的大音压。所以鼓膜因而会大
　　偏位而破损，而造成听力的损害，长时间聆听高音压的声
　　音也会造成耳鼓膜的损害的。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　



四、一般家庭里的聆听室能容纳的最低频为何？　　　　　

　　我们知到了频率与波长的关系之後，就可以知道买喇叭不
　　能一昧只求低频要低。一个房间能容纳的最低频率为频率
　　的半波长。因为我们只要听到频率的半波长就可以感觉到
　　这个频率了，２０Ｈｚ的半波长为８·６５公尺。２５Ｈ
　　ｚ的半波长为６·９公尺，３０Ｈｚ的半波长为５·７公
　　尺。如果房间的长度不够长的话，就容纳不下太低的低频
　　了，反而会造成低频混浊不清的现象。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　



五、「音压」，音强之定义。　　　　　　　　　　　　　　


１·何谓音压　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　空气质点由於声波作用而产生振动时所引起的大气压波动
　　称为音压。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　计量声音强度的单位为分贝（Decibel　简称ｄｂ），这是
　　为纪念贝尔（ A.G.Bell ）而命名的。ｄｂ的标度大体上适
　　合人耳对声音响度变化的感觉，因此音压的标度是与声能
　　对数成正比。这意味著音压被以例为１０，１００，１０
　　００增加时，在主观的听感效果上 ，与它们的对数成正比
　　。即分别为１、２、３。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　如果在这些对数标度中乘１０，就可获得分贝标度。这个
　　标度的单位即为分贝，因此用分贝作单位，则人所听到的
　　声压变化范围就很小了。　　　　　　　　　　　　　　　　　　


２·何谓音强？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　即声音的强度（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ），以音压大小的实
　　效值表示，系以声波的波顶高度来计量的。声波的振幅（　　
　　Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）愈高，声音愈强，声波的振幅愈低
　　，声音愈弱。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　声波的物理强度以通过音场中一公尺平方断面的声波能量
　　表示，也可以以简单以音压表示。强度位准是用１０（－
　　１２）Ｗ／ｍ（２）为基准（０ｄｂ）的分贝表示，而音
　　压位准是用２ｘ１０（－５）Ｎ／ｍ（２）为基准的分贝
　　表示。　　　


３·音压与响度的关系为何？　　　　　　　　　　　　　　

　　音压增加１０ｄｂ响度增加二倍，音压增加２０ｄｂ响度
　　增加四倍。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　


４·能举几种声音的音压强度吗？　　　　　　　　　　　　

　　由音压的弱到强，最弱音约为１０ｄｂ左右。最强音约为
　　１３０ｄｂ左右，以我们一般在现实状况下接触到的如：　　

　　　１０～　２０ｄｂ　人的呼吸声　　　　　　　　　　
　　　２０～　４０ｄｂ　小声交谈　　　　　　　　　　　
　　　４０～　６０ｄｂ　一般对话　　　　　　　　　　　
　　　６０～　８０ｄｂ　喧闹的办公室　　　　　　　　　
　　　８０～１００ｄｂ　公车　卡车声　　　　　　　　　
　　１００～１２０ｄｂ　交响乐最强音　　　　　　　　　
　　１２０～１４０ｄｂ　喷气机起飞　　　　　　　　　　

　　我们可知音乐的最强音约到１２０ｄｂ左右，更高的音压
　　如喷气机的起飞声。大炮轰声等已在人耳能听的音压极限
　　以外了，长期听这麽高的音压会造成人耳的伤害的。另外
　　，长期在迪斯可舞厅听极大的音压，久之也会造成人耳的
　　伤害的。　　



六、声音是如何分类的？　　　　　　　　　　　　　　　　

　　声音可依内容、频谱、频率领域；时间领域等分为四大类
　　如下表，其中几项所包含的意义如下。　　　　　　　　　　

１·自然音，即大自然的声音，如水流声，风声等。　　　　

２·纯音，由人工制作的讯号产生器震荡出来的声波，是一种
　　正弦波的单一波形。　　　　　　　　　　　　　　　　

３·复合音，由好几个不同的频率所组成的频率。　　　　　

４·协和音　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　
　　由二个单一的纯音组合的，但是这些音与基音有整数比的
　　关系。例如按下钢琴相差八度的音符时，此二音因听起来
　　融和。听起来宛如一音，例如按下相邻的二个键，听起来
　　不融和。听起来融和的二音称为协和音，听起来不融和的
　　二音称为不协和音。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　
　　稍懂乐理的人都知道，完全８度（频率为２、１）。完全
　　５度（３、２）；完全４度（４、３）为协和音。短３度
　　（６、５）。短６度（８、５）为不协和音。音的协和性
　　本来是音乐的理论，但是也可以运用到声音的音色理论。　　　　　

５·噪音　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　令人不悦的声音，如马路上飙车族的排气管声，打墙机的
　　声音听起来都会令人不悦的。用保丽龙擦玻璃的声音，那
　　种刺耳的声音也绝不是你我可以忍受的，在音响系统中。
　　也有许多音响器材本身制造出来的噪音。例如不良电晶体
　　的尖锐声，有峰值高音单体的粗糙声，结构不良的机箱松
　　动声。滤波不良的交流声，不乾净唱片的沙沙声等等。都
　　不是音乐里原来有的声音，都会影响重播音乐的悦耳程度。　　　　　　　　　　　

６·超音波　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　超过人耳低频可闻以下的频率或超过人耳高频可闻以上的
　　频率，叫做超音波。　　　　　　　　　　　　　　　　　　



七　什麽是声音的三要素？　　　　　　　　　　　　　　　

　　以听觉心理上的性质而言，即音的大小（Loudness），音
　　高 （Pitch）与音色（Timbre）。例如轻轻敲击钢琴键与重
　　击钢琴键所感觉的音量大小不同，敲击钢琴不同的键会有
　　不同的音高。而钢琴与小提琴奏出相同音符，音高虽同，
　　音量也一样，但音色却不一样。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　而以物理特性而言，声音是一种振动，或者说是一种质点
　　如空气分子位移或速度的交替变化。又或是空气密度一再
　　重复地改变其疏密度的振动状态，逐渐扩大於周遭空间的
　　一种波动现象。如果我们用以表示振动状态的基本量度，
　　有振动的强度，振动的速度（频率）与振动的波形三种。
　　声音的大小略等於振动的强度，音高略等於频率，音色极
　　近於波形。　　　　　

１·「音高」？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　我们听各种不同频率声音的时候都会有一种高音发声的位
　　置来自较高处，而低音发声的位置来自较低处的感觉，这
　　就是音高 （Pitch） ，或称音调 （Tone）。　　　　　　　　　　

　　例如女生的声音比男生高，钢琴右键的声音比左键的声音
　　高。这是因为发声体在单位时间内声波振动次数（频率）
　　不同所造成的。一般而言，我们还会有一个听觉的经验，
　　就是较大物体振动的音调较低。而较小物体振动的音调较
　　高，例如大鼓振动声的音调较低。余振也较长，小鼓的音
　　调较高，余振也较短。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

２·音色？　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　人的耳朵是非常灵敏的，人耳听到声音时，立即可以辨别
　　是那种声音。是人声，是乐器声，是汽车声，或狗叫声。
　　人耳也可以辨别人声是男生或女声，是张三声或李四声，
　　又或是敲铜声或敲铁声。是敲木头声或敲石头声，人耳可
　　辨识几达无限的声音，对应於这种辨认的听觉印象即为音
　　色。　　　　　　

　　我们知道在大自然界中是没有正弦波的纯音声波的，在大
　　自然中物体所发出的声音皆为复杂的波形。各有各自，这
　　种复杂的波形除了基本频率的波形之外。还会有一系列的
　　谐振频率，也就是所谓的「 泛音 」（Harmonic）。它与主
　　音调有一定的「倍音」关系，例如某物体振动之基本频率
　　为２４０Ｈｚ。也会发生４８０Ｈｚ（二次谐波）、７２
　　０Ｈｚ（三次谐波）…等频率，每一个物体的倍音组成成
　　份都不相同，这种不同物体发生不同的倍音成份就是音色
　　（Timbre）。　　　　　　　　

　　乐器的基音音频范围约在２０Ｈｚ～４０００Ｈｚ之间，
　　那麽音频既然只能到４０００Ｈｚ。那麽音响系统的频率
　　响应为何需到20KHz 才够？那也是因为上述的频率都是乐
　　器的基音，而乐器的声音除了基音之外，也有一系列的的
　　泛音存在。例如钢琴的基音最高为4186Hz，但是泛音却可
　　以高达16KHz 。而且每一种乐器的泛音组成的成分和比例
　　也都不一样。所以每一样乐器的声音也都不一样，这就是
　　乐器音色幻妙无方，变化不可捉摸的地方。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　小提琴与小喇叭的发出同一，但是这两件乐器的音色就硬
　　是不一样。这就证明了小提琴与小喇叭的泛音成份不同之
　　故。



八、如何区别音色与音质？　　　

　　照字面的解释，所谓的「音」，即物体因振动而经由空气
　　传达发出的声波经人耳能感觉到的生音。而「音色」，即
　　因发声体的谐音。


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