第一章電聲基礎知識第一節(jié)概述

本書所述的音像系統(tǒng)是指廣播音響系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)或衛(wèi)星電視系統(tǒng)，本書涉及的音響是泛指用電聲設備重放出來的聲音，而非原發(fā)聲系統(tǒng)。一、幾個基本概念1、電聲：電與聲的相互轉換叫電聲，其器件叫電聲器件，它是利用電磁效應、靜電效應、壓電效應等原理來完成電聲轉換的。如傳聲器能將聲音信號轉換成電信號，而揚聲器能將電信號轉換成聲音信號。2、原發(fā)聲：由發(fā)聲體直接發(fā)出的聲音，如歌手聲帶、樂器等振動體直接發(fā)出不經(jīng)任何處理的聲音。3、重放聲：經(jīng)過一定技術處理由揚聲器（音箱）重放出來的語言、歌聲、音樂等聲音。隨著技術的進步、社會的發(fā)展、生活的富裕，在人們的工作、生活中幾乎處處有重放聲響起，可以說在現(xiàn)代社會電聲音響已成為我們身邊不可缺少的事物。4、節(jié)目源：經(jīng)過一定技術事先錄制好的聲音軟件，如磁帶、碟片、唱片等，也可是廣播電臺、電視臺播放的節(jié)目信號，還可以是現(xiàn)場音響的演說、演唱、演奏等。重放聲都是需要節(jié)目源的。5、現(xiàn)場擴聲：以現(xiàn)場音響為節(jié)目源，利用電聲設備進行的實時重放叫做現(xiàn)場擴聲。二、幾個基本系統(tǒng)1、廣播音響系統(tǒng)

包括一般廣播、特殊廣播和緊急廣播系統(tǒng)。

（1）所謂一般廣播音響即為收聽音樂和新聞的廣播系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般設置廣播室，除了能轉播電臺的節(jié)目外，還可自辦節(jié)目，也可進行公共廣播，并向公共場所播放背景音樂。（2）特殊廣播音響用于宴會廳（或多功能廳）、餐廳、歌舞廳、會議廳、同聲傳譯等，這種系統(tǒng)要求比較高，性能比較完善。（3）緊急廣播系統(tǒng)為發(fā)生緊急事件（如地震、火災等）時，尤其在夜間需要緊急疏散時，通過廣播進行通知的系統(tǒng)，一般高層住宅(商住樓)將播音器安裝于各層的走廊上，賓館則將播音器直接安裝于客房、走道和人員，聚集的公共活動場所。

對于智能建筑，一般廣播和緊急廣播可合為一體統(tǒng)稱公眾廣播音響系統(tǒng)，它的對象為公共場所，在走廊、電梯門廳、電梯轎廂、入口大廳、商場、餐廳、酒吧、宴會廳、天臺花園等處裝設組合式聲柱或分散式揚聲器箱。平時播放背景音樂（自動回帶循環(huán)播放），當發(fā)生緊急事件時，強行切換為事故廣播，用它來指揮疏散，故公眾廣播音響系統(tǒng)的設計應與消防報警系統(tǒng)相互配合，實行分區(qū)控制。區(qū)域的劃分與消防的分區(qū)相同?？头恳繇懙脑O置，是為了給客人提供音樂欣賞，建立舒適的休息氛圍，為了適應不同愛好，一般在床頭柜控制板上裝設能選聽2～10種廣播節(jié)目的選擇開頭，客房音響在緊急事件發(fā)生時也將被強行切換為緊急廣播。

2、有線電視系統(tǒng)（含衛(wèi)星電視）

是以接收電視廣播為目的，它以有線傳輸方式將電視信號分別送到電視系統(tǒng)的各個終端用戶。

這樣就解決了接收電視信號由于反射而產(chǎn)生重影的弊端，改善了由于高層建筑阻擋而形成的電波陰影區(qū)處的接收效果（對天線傳輸而言），而且不占用有限的無線電空間，并保證了信號的傳輸容量和質(zhì)量。但是，在智能建筑中，人們并不滿足于僅僅接收電視臺電視廣播這種單一的功能，而要求它能傳送其他信號，例如衛(wèi)星電視節(jié)目；用錄像機、VCD、DVD和調(diào)制器自辦節(jié)目等。這就要求系統(tǒng)更加完善，更加復雜，數(shù)字有線電視系統(tǒng)還將增加電視點播、電視購物、電視診療、電視圖書、電視信息等，極大提高了電視系統(tǒng)的功能。因為有線電視系統(tǒng)不向外界輻射電磁波，以有線閉路形式傳送音視頻信號（電視信號），所以也被人們稱為閉路電視(CATV)系統(tǒng)。實際上有線電視系統(tǒng)由于不斷的發(fā)展和擴大（有開路又有閉路），因而也被稱之為電纜電視系統(tǒng)（CableTelevision，縮寫為CATV）。第二節(jié)聲音的概念

研究聲音的是為了研究音響技術，研究音響技術是為了滿足人們的聽覺享受，聲學所要討論的是聽覺器官所感覺的現(xiàn)象．它涉及的范圍非常廣泛．本節(jié)我們只研究聲音怎樣發(fā)生、怎樣傳播以及聲音本身具有的特性等問題，至于生理學和心理學等方面的問題，不在我們討論學習范圍之內(nèi)。一、聲源和聲波

聲音是由物體的振動并在介質(zhì)中傳播而形成的。例如用鼓槌敲擊鼓皮，于是鼓皮發(fā)生振動而發(fā)聲；用弓拉琴，于是琴弦發(fā)生振動而發(fā)聲；吹笛，笛腔內(nèi)的空氣柱發(fā)生振動而發(fā)聲；人說話、唱歌，是人的聲帶振動和口腔的共鳴而發(fā)聲；把音頻電流送人揚聲器，揚聲器的紙盒發(fā)生振動而發(fā)聲。聲音的產(chǎn)生必須有三個條件，一是振動的物體，二是傳播振動的介質(zhì)，三是有聽覺感。1．聲源發(fā)生聲音的振動源就叫做“聲源”，上面提到的，振動著的鼓皮、琴弦、歌手的聲帶以及轟鳴著的噴氣發(fā)動機等都是聲源。由聲源發(fā)出的聲音必須通過媒體才能傳播到我們的耳朵，讓我們聽到。空氣是最常見的媒體，其他媒體如水、金屬、木材、塑料等也都能傳播聲音，其傳播能力甚至比空氣還要好。例如把耳朵貼近鐵軌可以聽到在空氣中聽不到的遠處火車運行的聲音，這些聲音就是通過鋼軌傳來的。沒有媒體的幫助人們就無法聽到聲音，例如在外層空間，由于是真空沒有空氣及其他媒體，宇航員是無法直接對話的。只能通過無線電波來傳送聲音。聲源有兩種基本形式：機械聲源（利用機械振動產(chǎn)生的聲音）；空氣振動聲源（由空氣柱輻射產(chǎn)生的聲音）。根據(jù)聲音發(fā)生和應用的不同，聲源大體可分為三類：環(huán)境音響（自然現(xiàn)象本身發(fā)出的聲音）；動作音響（一切通過人為動作產(chǎn)生的聲音）；非現(xiàn)實音響（現(xiàn)實生活中不存在的聲音）。2．聲波

那么，聲音在媒體中是怎樣傳播的呢?

原來，當聲源振動時，它將帶動鄰近媒體的質(zhì)點發(fā)生振動，而這些質(zhì)點又會牽動它們自己周圍的質(zhì)點發(fā)生振動，于是聲源的振動就被擴散開來并傳播出去。由聲源引起的媒體的振動形成“聲波”。聲波的形成與傳播的過程同水波很相似。當我們用一根棍子在平靜的水面上點動時，就會看見水波源源不斷地從被擾動的地方擴散開來并傳播出去。由于我們看不見空氣的振動，所以也看不見空氣中的聲波。但如果把發(fā)聲的揚聲器浸在水里，我們就會看見水面的聲波，其波紋會比棍子掀起的水波細密得多。聲波是一種縱波，媒體振動方向與轉播方向是一致的。二、聲速及聲的傳播1．聲速聲音的傳播是需要時間的，一個眾所周知的例子是雷聲，我們都有這樣的感受，閃電過后，一段時間我們才聽到雷聲，這說明雷聲從打雷的地方傳來需要時間，而且這個時間比光傳來所需的時間要長得多，聲音傳播的時間取決于聲源的距離和聲音的傳播速度——即“聲速”。在本書中，聲速用c表示，其單位為米/秒（m／s）。實驗證明，聲速主要是由媒體(以及影響媒體的因素)決定的，與聲音的其他參數(shù)(例如頻率、振幅等)無關，即在不同的媒體中，聲音的傳播速度是不同的，同一媒體因為溫度，壓力等的不同聲音的傳播速度也是不同的。如在標準大氣壓下和溫度為20℃時，聲音在空氣中的傳播速度約為344m／s。在工程計算中可取340m／s，表1—1列出在標準大氣壓下，0℃時各種媒體中的聲速，表1—2列出在標準大氣壓下，不同溫度下干燥空氣中的聲速。由這兩個表可看出，水中的聲速很大，大約是空氣中聲速的4．5倍，金屬中的聲速比水中的更大。一般來講，聲音的速度隨溫度的增加而增加，在空氣中，溫度每升高1℃，聲速約增加0.6m／s。表1—10℃時各種媒體介質(zhì)中的聲速表1—2不同溫度下干燥空氣中的聲速

2．直射聲人耳接收到的從聲源直接傳來的聲音稱為直射聲，它具有聲源本身的特性。3．反射聲聲波在傳播過程中遇到障礙物，一部分將被反射，稱為反射聲，特別當障礙物的尺寸遠大于聲波波長時，聲波將發(fā)生明顯的反射，我們經(jīng)常聽到的回聲就是聲波反射所造成的。4、聲繞射當障礙物的尺寸與聲波波長在同一數(shù)量級時，聲波將繞過障礙物而無反射，這種現(xiàn)象稱為聲波的繞射。5、聲吸收聲波在傳播過程中，遇到墻面、天花板或其他各種物體的表同時形成聲波反射，并在這些表面產(chǎn)生摩擦消耗能量，聲能因而將衰減，這種現(xiàn)象稱為這些障礙物對聲波的吸收。在建筑物內(nèi)，常利用某些特殊材料來吸收聲能以減弱反射聲，達到控制混響時間和消除回聲的目的。三、聲波的頻率、波長和相位1．頻率頻率就是每秒鐘內(nèi)往復振動的次數(shù)（單位時間內(nèi)的振動次數(shù)），振動一來一往為一次，也叫一周，聲波的頻率也就是聲音的頻率，頻率用f表示，其單位為赫茲（Hz）每秒振動一周為1Hz1KHz＝1000Hz1MHz＝1000kHz＝1000000Hz

由頻率單一的振動所產(chǎn)生的聲音稱純音，由若干頻率的復合振動所產(chǎn)生的聲音稱復音，各種聲音都包含著特定的頻率成分，每種聲音所具有的頻譜稱為聲譜。一個聲音之所以不同于另一個聲音，主要在于聲譜不同。頻率與聲音音調(diào)的關系是：頻率低，相應的音調(diào)就低（聲音就越低沉）；頻率高，相應的音調(diào)就高（聲音就越尖銳）。兩個不同頻率的聲音作比較時，起決定意義的是兩個頻率的比值，而不是它們的差值。用來比較兩個聲頻大小的物理量叫倍頻程，倍頻程定義為兩個聲音的頻率之比以2為底的對數(shù)，其公式為：

n＝log2（f1/f2）（1—1）

2．波長波長是聲源每振動一周聲波所傳播的距離，也就是聲波兩個波峰之間的距離（即一個周波的長度），波長用希臘字母λ表示，其單位為米（m），波長、頻率、聲速之間的關系為

（1—2）

由上述公式可看出，頻率越高則波長越短，即波長同頻率成反比，這是一個很重要的概念，以后討論到聲音的反射、繞射等問題時將會用到這個概念。從式（1—2）中我們還可看出，同一聲波在不同媒體中傳播，由于其聲速的不同，其頻率也將發(fā)生變化。

3．相位聲波的相位也可簡稱為相。一般說來，相位是用來描述簡諧振動（正弦振動或余弦振動）在某一個瞬間的狀態(tài)的物理量，由于聲波來源于振動，所以也有相位問題。相位用相位角來表示。如圖1－1a）中標出了某一個正弦波上的四個狀態(tài)點：A、B、C、D。其中A點處于由負向正過渡的狀態(tài)，也是正弦波的起始點，稱為相位；B點處于向正半峰發(fā)展的中間過渡點，稱為相位；C點處于正波峰點，稱為相位；D點處于負波峰點，稱為—相位（也稱相位）；也就是說一個周期為。在一個周波之內(nèi)，任何一點的相位都是不同的，各對應于一個確定的相位角值；而在另一個周期中，各相位將會重復出現(xiàn)。所以聲波傳播的路徑上，每隔一個波長的距離，其相位相同；而每經(jīng)歷半個波長則其相位相反（相位角的符號相反）。至于聲波在其起始點的相位則同聲源的相位相同。圖1—1b)為各種聲波的頻率。圖1—1聲波的相位、振幅與頻率a)聲波的相位、振幅b)聲波的頻率相位的概念對理解聲波的疊加、干涉以及揚聲器的連接方法都有重要意義。第三節(jié)播音的聲學原理一、聲壓、聲壓級與聲功率級1．聲壓在媒體中傳播的聲音（聲波），所到之處會引起媒體局部壓強發(fā)生微小的變化，盡管這種變化非常微小，但仍可用儀器測量出來。這種由于聲波擾動引起的逾量壓強（總壓強與原始壓強之差）稱為聲壓，單位為帕（Pa）即牛／米2（N／m2）。聲壓是作為聲音強弱的一種量度。人耳的感知聲壓范圍在1kHz時為2×10-5～20Pa，其下限為2×10-5Pa（僅可聽聞），這個聲壓值叫做聞閾。上限為20Pa（震耳欲痛的聲音），這個聲壓值叫做痛閾。2．聲壓級為了便于實際應用，聲壓常以聲壓級來表示。（1—3）式中:Lp——聲壓級（dB）；

P——聲壓（Pa）；

P0

——參考基礎聲壓，即聞閾P0

＝2×10-5Pa。我們知道聲音是由機械振動產(chǎn)生的，但不是任何機械振動都能形成可聞的聲音。實驗和經(jīng)典理論認為只有頻率在20Hz至20KHz之間的機械振動才能發(fā)出人類可以聽聞的聲音，因此這個頻率段成為聲頻。人耳的1KHz感知聲壓級范圍是0dB（可聞閾）至120dB（痛閾）。

實驗表明，人耳對聲音的強弱感覺并不直接同聲壓成正比，例如當聲壓增加2倍時，我們只覺得聲音增加了0.3倍，當聲壓分別增加至10倍、100倍、1000倍時，我們的感覺是聲音增強了1倍、2倍、3倍。這種關系恰好與10為底的對數(shù)關系相符合，因此聲壓級正好用來描述我們的聽覺。聲壓級也常用SPL來表示，在工程中實際聲場的聲壓級通常是不必計算的，有一種儀器叫做聲級計，它可直接顯示被測聲場聲壓級的分貝值。為使大家有一個概念，表1—3列出幾種典型情況下聲場的聲壓級數(shù)值。表1—3幾種典型情況的聲壓級數(shù)值3．聲功率聲源輻射聲波時對外做功，聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)向外輻射的總能量，輕聲耳語時聲功率大約為0.001μW，而噴氣飛機的聲功率可大于10000W。聲功率可表示為

W＝U2Ra

（1—4）式中W——聲功率（W）；

U——流體的體積速度（m3／s）；

Ra——聲源的輻射聲阻（Pa·s／m3）；聲功率也常以聲功率級Lw表示，它是待測聲功率與基準聲功率之比，取常用對數(shù)乘10，單位dB。

（1—5）式中W——聲功率（W）；

W0——參考基準聲功率，W0

＝10-12

（W）；

Lw——聲功率級（dB）。

聲壓級Lp與聲功率級Lw有如下關系：用于球面擴散的聲源：Lp

＝Lw

－201gr－10.9

（1—6）用于半球面擴散的聲源（如聲源靠近地面時）：

Lp

＝Lw

－201gr－7.9

（1—7）上兩式中，r為計算點到聲源的距離（m）。人耳對聲音強弱的辨別能力約為0.5dB，一般在3dB之內(nèi)的變化可以認為聲音強弱沒有太大的變化。

順便指出，為了適應人類的主觀聽覺以及其他感覺，不僅聲壓級用dB做單位，許多電聲設備的指標都以dB為單位，例如設備的放大量（增益）和衰減量，話筒和揚聲器的靈敏度以及設備的輸入、輸出電平等都常常以dB為單位。其中，有的用分貝來表示一種相對的變化。例如功率放大（或衰減）了10倍、100倍、1000倍……分別稱增益（或衰減）為10dB、20dB、30dB……。另外，有的用dB來表示一種絕對的量值。例如功率電平以1mW（0.775V／600Ω）為0dB，伏特電平以1V為0dB，電壓電平以0.775V（不論阻抗是多少）為0dB。比1mW大10倍、100倍、1000倍……的功率電平分別稱為10dB、20dB、30dB……，比1V大10倍、100倍、1000倍……的伏特電平則分別稱為20dB、40dB、60dB……。有時，為了詳細區(qū)分以上幾種電平，分別把它們寫成dBm（毫瓦功率電平）和dBV（伏特電平）。二、人的聽覺特性

聲音的三要素：音調(diào)、響度、音色。正是三者不同的配合使人耳感到千差萬別的聲音。1．音調(diào)（聲頻）表示聲音的高低，是人耳對聲音頻率的生理感受的表征。聲音的頻率越高則音調(diào)越高，音調(diào)并不簡單地正比于聲音的頻率，它還與聲壓的大小和聲波的波形有關。正常入耳對聲音頻率的感知范圍是20Hz～20kHz，稱為“音頻”。頻率低于20Hz的“聲音”叫做次聲，頻率高于20kHz的“聲音”叫做超聲。一般地說次聲和超聲是人類聽不見的，因此我們把20Hz～20kH的整個頻率區(qū)域稱為“聲頻帶”或“音頻帶”。自然界中的絕大多數(shù)聲音，包括人們的說話聲，昆蟲、動物的叫聲、美妙的音樂以及機器的轟鳴都是復音。從另一個角度來說，各種聲音都包含著特定的頻率成分，而且各種成分的強度也不盡相同，針對這種情況，我們說每一種聲音都具有自己的頻譜也叫聲譜。一個聲音之所以不同于另一個聲音，主要是因它們的聲譜不同。交響樂的聲譜散布于整個聲頻帶（20Hz～20kHz）。在音頻范圍內(nèi)，一般人耳對1kHz的純音最為敏感，故以1kHz劃界，分為低頻段和高頻段。2．響度（聲強）響度表示聲源所發(fā)聲音人耳感覺的強弱，也就是常說的音量大小，它是人耳對聲音聲壓的生理感受的表征，一般說聲壓越大則響度越大，但響度并不完全正比于聲壓，它還與人的生理特性、聲音的頻率和波形有關。響度的單位為“宋（sone）”，國際上規(guī)定，頻率為1kHz、聲壓級為40dB時的響度為1宋。1毫宋相當于人耳剛能聽到的聲音響度。響度級的單位為“方（phon）”，它指聲壓級為0dB的1KHz純音所引起的響度感覺稱做0方（注意，0方不是不響，而是僅可聽聞的聲響）。響度級為40方時，響度為1宋，響度級每增加10方，響度增加1倍。響度和表示聲音客觀強弱的物理量——聲強有關，這個關系很復雜，對同一音調(diào)來說，聲強越大響度越大，聲強與離開聲源的距離的平方成反比。表1—4給出了部分響度與聲壓級的關系。表1—4部分響度與聲壓級的關系3．音色（音品）音色表示聲源所發(fā)聲音的特色，是人耳用于區(qū)別相同響度和音調(diào)的兩種聲音的獨特生理感受。例如入耳可以分辨出管弦樂中的各種樂器聲，它并不基于音調(diào)或響度的不同，而主要根據(jù)音色的差別來判斷。不同的發(fā)音結構會形成不同的音色，就像不同的光譜結構會形成不同的顏色一樣。在復音中除了頻率為f

的基音振幅最大外，還有2f、3f、4f……等頻率的振幅很小的成分叫泛音。決定聲音品味的主要因素是音調(diào)和音色。一個聲音的音調(diào)是由它的基音頻率(基頻)決定的，基頻越高則音調(diào)也越高，中央C（簡譜C調(diào)1）的基頻是261.6Hz，而A調(diào)（標準音）的基頻則是440Hz?；l每升高一倍，音調(diào)就升高8度，泛音的頻率和振幅決定這個聲音的音色。4．時間差和回聲一般人耳可以區(qū)別大于50ms時間差而先后到達的兩個聲音。直射聲和回聲的時間差常達近百毫秒乃至數(shù)秒，因此人耳是能夠分辨的。當時間差小于50ms時，人耳一般難以區(qū)分，人們覺得直射聲和反射聲連成一片，僅能感覺到音色和響度的差異。5．方位感人們通過雙耳定位，可以判斷聲音的方向和聲源的方位，即具有方位感，人耳對水平方向的分辨能力較強，可以分辨出水平方向～范圍內(nèi)的聲源方位的變動。對豎直方向分辨能力較弱，一般要大于才能加以區(qū)分。因此，在布置揚聲器時，為了保持視聽方向的一致性，應使揚聲器在水平方向上盡量靠近聲源，而在豎向的位置高低往往影響甚小。6．噪聲人們愿意接受的聲音稱為“信號”，信號以外的各種雜亂聲音統(tǒng)稱為“噪聲”。噪聲對信號的妨礙程度稱為“掩蔽效應”，它不僅取決于噪聲的總聲壓級大小，還取決于噪聲的頻譜分布，信號和噪聲的頻率越接近，噪聲的掩蔽作用也就越大，掩蔽作用太大，就會讓人聽不到信號，只能聽到噪聲，這是設計時要注意的問題。三、聲音的反射、吸收、繞射和疊加1．反射和吸收聲音在傳播過程中遇到障礙物時，會發(fā)生反射、吸收、繞射等現(xiàn)象，這同光線投射到障礙物時的情形相似。當障礙物大于聲波波長時，聲音將被反射，當障礙物表面凹凸不平時，如果凹凸的尺度小于聲波波長，則反射特性同光滑面相似，如果凹凸的尺度能和聲波波長相當，則反射會散向四面八方，形成散射。不過能夠把入射聲波全部反射回去的障礙物幾乎沒有，絕大多數(shù)障礙物會吸收一部分聲波，吸收的程度與構成障礙物的材料有關。一般障礙物越堅硬、越穩(wěn)固，則反射特性越好，反之吸收越嚴重。材料對聲音的吸收能力用“吸收系數(shù)”來表示。

聲波入射到材料表面時，被吸收的那部分聲能與入射聲能之比的百分數(shù)叫吸聲系數(shù)?？諝庖矔?，不過其吸聲系數(shù)很小，工程中常常予以忽略，表1—5為常用材料的吸聲系數(shù)，可供工程設計時參考。必須說明，由于一個聲音通常包含著許多頻率不同的分量，而頻率（或波長）同障礙物的反射和吸收特性相關，所以對于同一障礙物同一個聲音中的高、中、低頻分量的反射、吸收狀況也不一樣。一般聲音中的高頻分量比較容易被吸收，也比較容易被散射，所以聲音中的高頻分量很容易在傳播中衰減，形成高音不足而導致清晰度下降的現(xiàn)象。表1—5部分材料吸聲系表1—5部分材料吸聲系2．繞射并不是所有的障礙物都會反射聲波，當障礙物的尺寸比聲波波長要小時，聲音將會繞過障礙物繼續(xù)向前傳播，這種現(xiàn)象叫“繞射”。由于一個聲音通常包含許多頻率不同（波長不同的）分量，因此對某一障礙物而言，聲音中的低頻分量（波長較大）可能繞射過去，而高頻分量卻可能被反射回去。這意味著聲音的音色在某些障礙物的前面和后面會發(fā)生變化。因此，在配置音箱時要注意，小尺寸的障礙物對低音可能無礙，但對高音的影響作用則不能忽視。3．疊加和干涉兩個和多個聲音在同一區(qū)域內(nèi)傳播時，聲音會發(fā)生疊加現(xiàn)象。聲音的疊加并不是簡單的加強。如果多個聲音各不相同，人的聽覺系統(tǒng)有從中選擇某一個聲音的能力，而其他疊加上的聲音則成為干擾聲；而如果多個聲音是相同的，例如它們一個是原發(fā)聲另一個是反射聲，則疊加起來時能使聲音加強也可能使聲音減弱。當兩個聲波相遇時，如果它們的相位相同，就會互相加強；而如果它們的相位相反，則會互相抵消，從而減弱；如果它們既不完全同相也不完全反相(大多數(shù)是這種情況)，則疊加之后可能有某種程度的加強或某種程度的減弱。

至于聲波到達聲場某一點的相位如何確定，則主要取決于聲音所經(jīng)過的路程（聲程），時間延遲（時延）等因素。根據(jù)這種情況，兩個聲音疊加時，通常它們不會在聲場中處處相位相同，也不會處處相位相反。假設有兩個同樣的聲源S1、S2，在不同的位置上同時發(fā)出相同的聲音，如圖1—2所示，則在對稱線AB上的所有點，兩個聲音的聲程都一樣，它們將會同相疊加，起到互相增強的作用；而在另一點C，兩個聲音的聲程（聲波射線的長度）顯然不等，如果它們正好相差半個波長，則它們將會反相疊加，互相抵消，這時C點的聲音減弱了，比單獨一個聲源發(fā)聲時的聲音還要小，而像C點這樣的反相疊加點會有無限多個。由此可見，有的地方聲音加強了，有的地方聲音減弱了。兩個聲音疊加，使得聲場中某些區(qū)域聲音加強，而某些區(qū)域聲音減弱的現(xiàn)象，成為聲音的干涉現(xiàn)象。由于干涉現(xiàn)象，在聲場中會出現(xiàn)“死區(qū)”，不過這是對純音而言，當兩個聲源（如音箱）發(fā)出復音時，則由于復音中各分量的波長不同，因而在聲場的同一個點，復音中的某些分量可能增強而某些分量可能減弱，從總體上來看，干涉現(xiàn)象將不明顯。但對于頻帶較窄的復音，如語言則干涉現(xiàn)象仍不可忽視，在那些重要分量被衰減的死區(qū)，語言的清晰度將會下降。在設計不當?shù)囊繇懝こ讨谐３？梢娺@種現(xiàn)象。圖1—2聲程不同對疊加的作用四、混響與混響時間1．混響

聲音在室內(nèi)傳播時會在地面、墻壁、天花板上多次反射，顯然反射聲經(jīng)過的路程要比直射聲長，多次反射聲經(jīng)過的路程更長。人耳在接收到聲源發(fā)出的直射聲之后，還將陸續(xù)接收到從四面八方反射來的聲音，在50ms內(nèi)到達的反射聲即所謂的早期反射聲是人耳不能區(qū)分的，它增加了直射聲的響度，可視為直射聲的一部分，同樣它也增加了音節(jié)的清晰度，因而是有益的，稱為有效反射聲。而大于50ms以后絡繹不絕陸續(xù)到達的反射聲使得聲音在室內(nèi)的傳播產(chǎn)生延續(xù)，即所謂的“交混回響”現(xiàn)象，稱為“混響”，將對后到的直射聲產(chǎn)生掩蔽，從而降低了聲音的清晰度，這部分反射聲稱為無效反射聲。自然混響的多少與建筑結構有密切的關系，這是建筑聲學研究的問題。適當?shù)幕祉懹屑訌姾兔阑曇舻男Ч蚨繇懴到y(tǒng)還有專門的混響效果器。2．混響時間混響現(xiàn)象常以混響時間來表征。從聲源停止發(fā)聲時刻算起，在室內(nèi)可以斷續(xù)聽到反射聲音的時間稱為混響時間。在技術上一般將聲源停止發(fā)聲后平均聲壓級自發(fā)聲的原始值衰減60dB所需的時間規(guī)定為混響時間T60，也可以說由直達聲到達時起，到反射聲衰減60dB止，中間的時間間隔叫混響時間?；祉憰r間是評價廳堂聲學特性的一項重要指標，也是影響音響工程質(zhì)量的重要因素。一般廳堂越大，形狀越規(guī)整，裝飾面材料的吸聲系數(shù)越低，則其混響時間便越長，反之，混響時間便會越短。廳堂的混響時間可以計算，但工程中一般用儀器測定。由于不同頻率的聲音其反射和吸收特性不同，所以混響時間同聲音的頻率有關，通常要測取125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz和4000Hz六個頻率點的值。要求不太嚴格時，也可只測取500Hz、1000Hz兩點或取其平均值。更簡單的一般工程，只取500Hz的值作為代表。沒有儀器的時候，可站在廳堂中央單擊掌，聆聽余音時間，用秒表進行估計。必須注意，空場混響同滿場（有聽眾的時候）混響是不同的，前者要比后者大得多，因為聽眾是良好的吸聲體。優(yōu)秀的設計要求空場混響同滿場混響越接近越好。

混響時間太長、太短都不好?；祉憰r間太短，則聲音顯得干澀（俗稱“干”）；混響時間太長，則聲音顯得含糊不清（俗稱“濕”）。干和濕是相對的，不同的聲音，不同的節(jié)目對干濕的要求各不相同。如對于古典音樂，一般認為其最佳混響時間在1.5～1.7s之間，流行音樂在2.0～2.1s之間等。表1—6給出了頻率在500Hz時混響時間的推薦值，可供工程參考。表1—6混響時間T60推薦值

注：用于語言為主的廳堂，為改善語言清晰度，混響時間應設計得短一些?；祉憰r間主要取決于廳堂的建筑結構及裝修結構，當混響時間過長，可用吊裝吸聲體、簾幕、鋪設地毯、改變坐席材料等辦法來改善?；祉憰r間過短，可用加大電聲功率和配置“混響器”等電子手段來補償。但是“改善”和“補償”都是有限的。一般來說，要改善太長的混響時間難度較大，不僅要較大的投資，而且建筑結構很難作根本性的改變，小修小補又難于奏效，這對于音響工程來說往往成為一個致命的因素五、語言與音樂的聲學特性1．語言的清晰度語言聽聞條件的最重要指標是語言的清晰度。清晰度可以用聽眾對預先規(guī)定的單音節(jié)語音的正確聽聞率來表示。音節(jié)清晰度大于85％為良好，小于60％就表示聽眾費力難猜。2．頻率范圍語言的頻率范圍與人的性別和使用的語種等有關，一般在100Hz～7kHz之間。男性語言的平均基頻一般為150Hz，男低音歌唱家的基頻可低至66Hz；女性語言的平均基頻大約為230Hz，女高音歌唱家可高達1kHz，且?guī)в性S多泛音(諧波)，諧波頻率可超出6kHz。語言能量的頻率分布集中在1kHz以下，以200～700Hz最強，不同語種的標準平均頻譜略有不同。音樂的頻率范圍比語言寬得多，一般在40Hz～15kHz之間，音樂的諧波（泛音）成分和結構也比語言復雜得多，音色豐富得多。3．聲壓級范圍人正常講話時，其平均聲功率約為20μW，在講話者前方lm處的平均聲壓級約為66dB，如果大聲叫喊則可達85dB，距離每增加一倍，聲壓級減少6dB。4．講話的方向性講話者講話時，其正面聲音最強，背面最弱，即有一定的方向性，聲音頻率越高，方向性越強。5．音量的動態(tài)特性一般講話時，音量的動態(tài)變化范圍約為30dB；音樂的動態(tài)變化范圍更大一些，節(jié)奏變化也更快一些，通常約為45dB；交響樂的音量變化范圍可達50～70dB；迪斯科最高聲壓超出105dB；飛機起飛時約為120dB。六、廳堂的傳輸頻率特性

聲波在室內(nèi)傳播過程中，當遇到界面和障礙物的尺寸比聲波的波長大得多時，聲波將按照幾何光學反射定律反射。界面不同反射的結果是不相同的，工程中我們總是希望聲場能盡量均勻。當聲源在廳堂中發(fā)聲時，整個廳堂都會隨著發(fā)生振動。但是由于廳堂四壁、天花板、地板以及室內(nèi)陳設對不同頻率分量的反射和吸收各不相同，所以對不同的頻率會有不同的響應。其中有一些分量特別容易激發(fā)振動，從而會在這些頻率上發(fā)生共振；而在另一些頻率上吸收可能特別嚴重，如果共振或吸收頻率分布不均勻，就會使某些聲頻分量明顯加強，某些聲頻分量明顯減弱，產(chǎn)生“聲染色現(xiàn)象”（頻率失真）。小容積，短形的房間特別容易發(fā)生低頻共振染色，而形狀不規(guī)則，裝飾材料吸音系數(shù)大的房間則不容易聲染色。聲染色現(xiàn)象可以用“傳輸頻率特性”來評價。在理想情況下，廳堂對不同頻率的響應都應該相同，這時，其傳輸頻率特性被稱為是“平直”的。就是說，傳輸頻率特性平直即意味著聲音不會被染色，或說不會引起頻率失真，但這是一種理想狀態(tài)。為了改善廳堂的傳輸頻率特性，可以改變廳堂的尺寸比例，不規(guī)則地配置吸聲體，或者使用電子均衡器來進行補償。影響聲音立體高保真?zhèn)鞑バЧ囊蛩剡€要考慮隔音、吸音、聲場和環(huán)境幾個方面。隔音的目的是為了防止外來噪聲的干擾和聲場干擾外界；吸音的目的是為了減少聲場中不必要的混響；理想的室內(nèi)聲場分布應該是均勻的，室內(nèi)環(huán)境合適是聲場分布均勻的重要條件。第四節(jié)音質(zhì)的評價標準

這里所說的音質(zhì)是指聽音的質(zhì)量，它主要取決于建筑聲學和電聲學所造成的聲學條件。聽音質(zhì)量可以從下列幾個方面加以評判。1．響度足夠的響度是保證聽聞的必要條件（就像足夠的亮度是看到優(yōu)美圖像的先決條件一樣）。它首先取決于建筑的聲學設計，即建筑的造型、空間和平面分割，以及建筑面的處理。建筑設計應該能夠使聽眾獲得盡可能多的有效聲能，減少直射聲的損失，盡量縮短聲音行程，避免有效聲被阻擋或被吸收。還可以采用反射面將散失到音場以外的聲音充分反射到音場內(nèi)，以提高響度，響度需求可參照表1—7用聲壓級來做近似判斷。表1—7計算聲壓級和平均噪聲水平2．聲場均勻度建筑設計應該使得聽音場所在不使用電聲手段時就能獲得比較均勻的聲場分布，特別要注意消除回聲、雙重聲、顫動回聲以及聲聚焦、轟鳴、沿邊反射和聲影區(qū)、聲染色等建筑聲學缺陷。電聲設計應根據(jù)音場的空間和平面，正確布置揚聲設備。安裝時，應利用各種不同型號、規(guī)格的揚聲設備的不同指向特性，并控制揚聲設備的位置、懸點、俯角和它們的功率分配來組織聲場，盡量使聲場均勻。校核聲場分布的均勻度時應使觀眾席聲場各點的聲壓級差值不大于6～10dB。3．清晰度和混響時間保證足夠的清晰度也是聽聞的必要條件，特別是講堂、會議室等語言聽音場所，清晰度更是首要的評判指標，對于以語言為主的聽音場所，清晰度應為85％以上。清晰度主要取決于建筑物的混響時間，混響時間越短，則清晰度越高。對于音樂場所，適當?shù)幕祉憰r間可以增強響度，使聲音宏亮圓潤，改善音色，各種場所比較合適的混響時間可參看表1—6。4．信噪比

要提高信噪比，應盡量降低噪聲的干擾（掩蔽）程度。信噪比可記為：

有時也記為：信噪比＝信號聲壓級－噪聲聲壓級為了提高信噪比，必須降低噪聲，噪聲的來源主要是環(huán)境噪聲和電噪聲。環(huán)境噪聲可能來自音場附近的交通車輛和機械運轉聲，乃至場內(nèi)其它設備的聲音和各種人為噪聲；電噪聲可能來自音響設備的噪聲、串音、低頻交流哼聲和各種電磁干擾等。一般要求信噪比為10～15dB。5．系統(tǒng)失真度電聲系統(tǒng)的失真度要小。這就要求電聲系統(tǒng)應有相當?shù)念l率響應范圍，頻響特性要平滑，諧波失真要小。對于語言擴聲，頻率范圍應在200～7000Hz；對于音樂擴聲，頻率范圍應為40Hz～15kHz；背景音樂系統(tǒng)，其頻率范圍可稍窄一些。6．視聽一致性要有良好的聲音真實感，要盡量使得視聽一致，最好采用立體聲布置。7．傳聲增益?zhèn)髀曉鲆鎽€(wěn)定且不低于—14dB。傳聲增益是指觀眾席上各點與舞臺口的聲壓級之差，一般為負值，差值越小，指標越好。系統(tǒng)可設置均衡設備用以補償不均勻度引起的傳聲增益的變化，為了提高傳聲增益還應特別注意抑制聲反饋。聲反饋是由于聲音從揚聲器發(fā)出后被傳聲器接收而輸至擴音機放大器，然后再送至揚聲器，如此迅速循環(huán)的正反饋，輕者引起頻率失真和混響失真，重者將造成嘯叫(自激)。8．功率儲備擴音設備應有足夠的功率儲備和動態(tài)變化范圍，以滿足音樂演奏和演唱中音量的起伏要求及表達劇情和音樂發(fā)展的高潮氣氛。9．調(diào)音手段對于級別較高的歌劇院、多功能廳、卡拉OK廳，為了豐富音色、美化音質(zhì)、電聲系統(tǒng)應具備可調(diào)整的控制條件，如選擇設置高低音提升網(wǎng)格、高低音濾波器、頻率補償均衡器、混響器、延時器，分頻器以及噪聲增益自動控制器等調(diào)音設備。對于規(guī)模較大的歌劇院和音樂廳還應具備適應演員縱深移動的聲學處理手段。第五節(jié)聲音的處理

在留聲機發(fā)明之前，原發(fā)聲一縱即逝，人們無法聽到過去的聲音。而留聲機則可以把過去后的聲音記錄下來，而且可以反復重放。隨著電子技術的發(fā)展，對聲音——準確地說是對“聲音信號”的處理技術日新月異，發(fā)展得很快。所謂處理，包括聲／電變換、記錄、修飾、編碼、解碼、傳輸放大、電/聲變換（重放出保真的聲音）……。到目前為止，這些處理技術都同電子技術密切相關，因而相應的處理設備被稱為電聲設備。我們所說的音響工程，就是根據(jù)一定的要求對聲音或已經(jīng)處理過的聲音信號進行再處理并重放出來的工程。在這種電聲音響的工程中，最常見而且最重要的電聲處理包括：

1．聲轉換為電——聲音的前期處理為了處理聲音，通常要先把聲音信號轉變成相應的電信號（因為我們不便直接處理聲音信號），也可以說要先將聲能變換成相應的電能，以便充分利用現(xiàn)代的電子技術對聲信號進行各種必要的處理?，F(xiàn)在用來實現(xiàn)聲電變換的設備主要是傳聲器（又稱話筒或麥克風）。

2．電轉換為聲——聲音的最后處理為了把經(jīng)過電子技術處理的聲音信號重放出來（最后需要的是聲音），必須把“電”轉換為“聲”(這是音響系統(tǒng)的最終目的)。揚聲器和耳機就是常用的電聲轉換設備，其作用正好與傳聲器的作用相反。而揚聲器必須根據(jù)一定的原理安置于特定的箱體之內(nèi)才能充分發(fā)揮它的效率和作用，這種組合(如用低音、中音、高音揚聲器和分頻器組合)就是揚聲器系統(tǒng)，也叫音箱。我們應注意，在正規(guī)場合（如標準中）則只把組成揚聲器系統(tǒng)的箱體稱為音箱。3．聲音的記錄和重放——聲音的過渡處理除音響設備的老前輩留聲機外，時至今日，已有很多更先進的記錄聲音的辦法，最常見的是磁帶錄音機和唱片（密紋唱片——LP，激光唱片——CD）錄音。磁帶和唱片中所記錄的“聲音”實際上是經(jīng)過編碼的聲音信號。錄音磁帶和唱片被稱為音響工程中的軟件，它們是最主要的信號源載體。記錄在磁帶和唱片上的聲音信號并非是常規(guī)形式的電信號，更不是作為機械振動波的聲音本身，而分別是磁跡和機械刻痕。重放時必須先經(jīng)錄音機或唱機處理才能變成電信號，這個處理過程就叫做“播放”。隨著技術的進步和人們欣賞水平的不斷變化提高，音響設備越來越先進，各種配置的設備也越來越多，功能越來越完善，很多場所還要求聲音和圖像同步，音、像信號載于一體，這就出現(xiàn)了LD、VCD、CVD、SVCD、DVD、MP4等設備。

4．改善音質(zhì)——聲音的修飾處理好像人可以化妝一樣，聲音也是可以修飾的。經(jīng)過修飾的聲音可能同原發(fā)聲不完全一樣，但修飾后的聲音聽起來可能會覺得更加好聽、更加舒適；或者原發(fā)聲經(jīng)過某些處理過程后發(fā)生了失真，需要進行修飾以求改善。在音響工程中，兩種情況都會遇到，都可以稱之為改善音質(zhì)。聲音的這種修飾主要是用電子技術手段對聲音信號的音調(diào)、音色等進行必要的調(diào)節(jié)，還可以營造混響、回聲、重唱等效果。典型的聲音修飾設備有：均衡器、效果器、激勵器等。

音質(zhì)是音響工程所追求的最重要的目標之一。而重放聲音的音質(zhì)評價涉及到許多因素，其中有客觀的因素，如節(jié)目源、音箱、放大器和聲場環(huán)境的質(zhì)量等；也有主觀因素，如聽眾的愛好、欣賞習慣以及修養(yǎng)水平等。由于諸多因素的影響，任何一項具體的工程都不可能使上述各種因素都達到最佳而且相容的狀態(tài)，因此工程設計和施工時要因地制宜和因人制宜地對重放聲的音質(zhì)進行修飾，不要盲目地追求一切都完美，那是做不到的。5．調(diào)音——聲音信號的編輯和調(diào)度處理所謂編輯和調(diào)度，包括對各種信號源進行切換、編組以及音量調(diào)節(jié)、音色調(diào)配、引入效果等。電聲音響工程中最重要的調(diào)度設備就是調(diào)音臺。在音響工程中，所有電聲設備必須構成一個統(tǒng)一的、可以現(xiàn)場進行編輯和調(diào)度的系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的核心就是調(diào)音臺。6．擴聲——聲音的放大處理把原發(fā)聲或經(jīng)過處理的聲音信號放大之后重放出更大的聲音來就叫做擴聲。為了擴聲，就需要聲電轉換、電聲轉換、甚至修飾、編輯和調(diào)度等環(huán)節(jié)，而其核心設備則是聲頻放大器，這是一種利用電子器件放大聲音信號的設備，一般有前置放大器和功率放大器之分。前置放大器用于小信號放大，并有選擇、切換信號源的功能。功率放大器簡稱功放，用于放大聲音信號的功率，以便驅(qū)動揚聲器重放出聲音。獨立的前置放大器品種不是很多，而常常內(nèi)置于其它電聲設備之中（如隱含于調(diào)音臺之中），所以通常所說的放大器主要是指功率放大器。在電聲音響工程中，為了把聲音重放出來，必須擴聲，因而必須使用放大器。把經(jīng)過足夠的功率放大的聲音信號送人功率足夠大的音箱，才可重放出足夠大的聲音。第六節(jié)立體聲一、聽覺中的立體感1．立體聲的概念我們都知道平面、立體都是幾何學概念，立體指的是在三維空間中占有位置的事物。那么聲音也是立體的嗎?回答是肯定的。因為自然界中每一個聲源都有確定的空間位置，聲音也有確定的方位來源，而人們的聽覺又有辨別聲源方位的能力，而且可以憑聽覺感知多個聲源同時發(fā)聲時各種聲音在空間的位置分布狀況，所以說聲音是立體的，更確鑿地說：原發(fā)聲是立體的。因為當聲音經(jīng)過記錄、放大等處理過程后而重放時，所有的聲音都可能從一個揚聲器中放出來，這種重放聲音就不能說是立體的了。這時由于各種聲音都從一個揚聲器中播出，原來的空間感，特別是聲音群的空間位置分布感也就消失了。這種重放聲叫做單聲（Mono），單聲沒有自然的感覺，在某種意義上說是一種失真。如果重放聲系統(tǒng)經(jīng)過特殊處理能夠在一定程度上恢復原發(fā)聲的空間感，那么這種重放的聲音就叫立體聲（Stereo）。由于原發(fā)聲毫無疑問地是立體的，所以立體聲一詞特指那種有某種空間感（方位感）的重放聲。2．雙耳效應為了在重放聲音中恢復空間感，我們必須了解人類的聽覺系統(tǒng)為什么有辨別聲源方位的能力。研究發(fā)現(xiàn)，人類的耳朵生長在頭顱的兩側，它們不僅在空間上有一定距離，而且受頭顱阻隔，兩耳接收到的聲音會有種種差異，正是這些差異，使人們得以區(qū)分聲源在空間的位置。

（1）聲音到達兩耳的角度差由于左右兩耳之間有一定距離（即不在一點上），聲音傳來到兩耳的角度就不相同。（2）聲音到達兩耳的時間差由于兩耳之間有一定的距離，因此除了正前方和正后方來的聲音之外，由其他方向來的聲音到達兩耳的時間就必然有先后，從而造成時差，聲源越是偏向一側，這個時差就越大。實驗證明，如果人為地造成兩耳聽音的時差，就可以產(chǎn)生聲源偏向的幻覺，當時差達到0.6ms左右時，就感到聲音完全來自于某一側了。（3）聲音到達兩耳的聲級差兩耳相距雖然不遠，但由于頭顱對聲音的阻隔作用，聲音到達兩耳的聲壓級就可能不同，靠近聲源一側的聲級較大，而另一側較小，實驗證明，最大聲級差可達25dB左右。（4）聲音到達兩耳的相位差因為聲音是以波的形式傳播的，而聲波在空間不同位置上的相位是不相同的（除非剛好相距一個波長）。由于兩耳在空間上有一定距離，所以聲波到達兩耳時的相位就可能有差別。耳朵內(nèi)的鼓膜是隨聲波而振動的，兩耳鼓膜振動的相位差也就成為我們判斷聲源方位的一個因素。實驗證明，即使聲音到達兩耳時的聲級、時間都相同，只改變其相位人類也能感到聲源方位有很大差異。（5）聲音到達兩耳時的音色差聲波如果從右側的某個方向上來，則要繞過頭部的某些部分才能到達左耳，已知波的繞射能力同波長與障礙物尺度之間的比例有關。人頭的直徑約為20cm，相當于1700Hz聲波在空氣中的波長，所以人頭對千余赫茲以上的聲音分量有掩蔽作用。也就是說，同一個聲音中的各個分量繞過頭部的能力各不相同，頻率越高的分量衰減越大。于是左耳聽到的聲音音色同右耳聽到的音色就有差異。只要聲音不是從正前方來，兩耳聽到的音色就會不同，從而成為人們判別聲源方位的又一種依據(jù)。

（6）直達聲和連續(xù)的反射聲群所產(chǎn)生的差異由聲源發(fā)出來的聲音，除直達聲直接到達我們雙耳之外，還會有經(jīng)過周圍障礙物一次或多次反射而形成的反射聲群，陸續(xù)到達人們的雙耳。因此直達聲和反射聲群的差別，也就會提供聲源在空間分布上的信息。（7）由耳廓造成的差別耳廓是向前的，顯然能使人們區(qū)分前后聲音；另一方面，耳廓的結構、形狀都十分微妙，不同方向上來的聲音會在其中發(fā)生復雜的效應，可以提供一定的方位信息。以上種種的差異，以聲級差、時間差、相位差三種對人的聽覺定位影響最大。但是在不同條件下它們的作用也是不相同的，一般地說，在聲音的低、中頻段，相位差的作用較大，中、高頻段以聲級差的作用為主；對于突發(fā)聲，則時間差的作用特別顯著；而在垂直定位方面，耳廓的作用更為突出。實際上雙耳效應是綜合性的，人們的聽覺系統(tǒng)是根據(jù)綜合的效應來判斷聲源的方位。還應該指出的是，人們的聽覺系統(tǒng)除了有響度、音色、方位等感覺外，還有其它許多效應。其中有一些是同我們后面所討論的問題有著密切關系的效應，具體如下：3.優(yōu)先效應（哈斯效應）當幾個同一頻率的聲音從不同方向傳入人耳的時間差小于50ms時，人耳不能明顯判別出各聲源的方位，而是哪個聲源的聲音首先傳入人耳，便感覺全部聲音就像是從這個方位傳來，人耳這種先入為主的聆聽感覺特性稱為“優(yōu)先效應”（又稱“哈斯效應”）。4.雞尾酒效應在雞尾酒會中，人們可以根據(jù)自己的口味和喜愛選擇所需的食品，同樣人耳對不同的聲源也有選擇的功能，這是因為人的大腦能分辨出聲音達到兩耳的時間差、方位差，把不需要的聲音推到背景雜聲中去，并選擇出所要聽的聲音，這種能單獨選取一個聲音的現(xiàn)象稱為“雞尾酒效應”。5.回音壁效應由于聲波在傳播過程中的特殊反射作用，在某個聲場中視覺看不到聲源，而聽覺卻能聽到聲音，這種現(xiàn)象稱為“回音壁效應”。6.多普勒效應

1843年多普勒先生發(fā)現(xiàn)，如果聲源和聽音者間的距離在相對移近的運動中，聽到的聲音比實際聲源發(fā)出的聲音頻率升高；二者距離在相對增大的運動中，聽到的聲音比實際聲源發(fā)出的聲音頻率要低，這種現(xiàn)象叫做“多普勒效應”。由實驗得知，當兩個相同的聲音，其中一個經(jīng)過延時，先后到達人們的雙耳時，如果延時時間在30ms之內(nèi)，則人們將感覺不到延時聲音的存在，僅能感覺到音色和響度的變化。但如果延時時間超過50～60ms時（相當于聲程差大于17m），聽音者就會感到有兩個聲音。如果這兩個聲音，一個是原發(fā)聲，另一個是反射聲，則后者就是大家聽說的回聲。掌握了這些雙耳效應的原理，我們就可利用一些手段來使音響重放出有一定空間感的立體聲。二、雙聲道立體聲

為了使重放聲具有立體感（空間感），原則上是設法制造兩耳聽音的差別。最好是把兩耳聽覺的全部差別復制出來，但這幾乎是不可能的，抓住主要矛盾和比較容易復制的差別是聲級差、時間差、相位差等幾種。理論和實踐都證明，為了在重放聲音中模擬兩耳的差別，至少需要兩個聲道：一個左聲道L和一個右聲道R，這種具有兩個聲道的立體聲系統(tǒng)就叫雙聲道立體聲系統(tǒng)。1．雙聲道立體聲模型圖1—3為雙聲道立體聲錄音的一種模型。在原發(fā)聲場中安置一個假人頭，在其兩側設置了A、B兩只話筒，用來模擬人們的耳朵。由A拾取的信號稱為左聲道信號L，由B拾取的稱為右聲道信號R。L和R顯然是不同的，具有接近于兩耳聽音的許多差別。重放時，可用耳機把L信號送人左耳，把R信號送人右耳。這樣就能在很大程度上恢復原發(fā)聲的立體感，由于聽音者可能不只一人，頭戴耳機也不舒適，變通的辦法是用兩只揚聲器，配置于聽音者前方（如圖1—4），分別播放L、R信號。但這時不能完全保證L信號只進入左耳，R信號只進入右耳，重放聲的立體感會較為遜色，不過實驗證明還是可行的。2．雙聲道立體聲系統(tǒng)由假人頭拾音得到的L、R信號雖然很接近于自然，但由于L、R兩個信號差異的模式太多（有聲級差、時間差、相位差……等），在記錄傳輸放大等過程中不容易進行無畸變的統(tǒng)一處理。所以現(xiàn)在普遍采用的雙聲道立體聲系統(tǒng)是用另一種模型，如圖1－5所示。這種模式采用了一只M話筒和一只S話筒，故稱M-S拾音。M、S兩只話筒配置在同一個空間點上，但它們具有不同的指向特性。其中，S話筒具有8字型的指向特性，它對正前方和正后方來的聲音都沒有響應，只拾取左、右兩側來的聲音，而且當聲音從左側來時輸出正信號，從右側來時輸出負信號。所以給出的S信號相當于左右兩側的聲級差，即：

S=L-R（1—8）而M話筒具有圓形的指向特性，它對各個方向傳來的聲音一視同仁，用來拾取聲場在該點所形成的總體信息，所以M信號反映了左方和右方所有信號的總和，即：

M=L+R（1—9）由上兩式聯(lián)立求解，可得L和R兩個聲道的信號，即：

L=0.5（M+S）（1—10）

R=0.5（M-S）

從式(1—10)可看出，只須對M、S求“和”即可得到L信號；而對M、S求“差”即可得到R信號。從物理學上來說，系數(shù)0.5僅表示聲級的大小，其取值只要相同，則大一點或小一點都不會影響問題實質(zhì)。由M、S求解L、R的過程稱為“解碼”，而M、S被稱為是對L、R的“編碼”。那么怎樣解碼呢，圖1—6為由M、S求解L、R的電路模型，也就是對M—S解碼的電路模型。這個電路不難理解，把M、S兩個信號變壓器的二次繞組順向串聯(lián)起來，顯然可得到它們的“和”（即L信號），而反向串聯(lián)起來便可得到它們的“差”（即R信號）。M—S信號經(jīng)解碼之后即可重放，這時仍可按圖1—4所示的方法配置，分別把L、R兩個信號從左、右兩路揚聲器播放出來。由于M、S兩個話筒在空間上處于同一個位置，所以M信號和S信號中原則上不存在聲級差以外的差別，是一種純聲級差型的系統(tǒng)。盡管其所包含的方位信息不如假人頭模型豐富，但由于其差別模式單一，信號處理十分方便。

M信號和S信號的物理含義是十分明確的。M是單聲信息，在不必考慮聲源方位時，我們就是這樣拾音的；而S是方位信息，它反映出左、右兩個聲道的聲級差別。在單聲道系統(tǒng)中重放時，只須放送M信號。而在立體聲系統(tǒng)中，適當調(diào)節(jié)S信號，就能修正或調(diào)節(jié)“聲像”（在重放聲場中聲音的虛像）的方位；額外地加重S信號，還能補償由于種種原因造成的方位信息不足，操作十分方便。因此現(xiàn)行的雙聲道立體聲系統(tǒng)，幾乎都是聲級差型系統(tǒng)。要特別注意的是，在圖1—4的播放系統(tǒng)中，由左右兩路揚聲器播出的信號必須是既有差別又有聯(lián)系的L、R信號，才能形成雙聲道立體聲系統(tǒng)；如果播放的是同一個信號，則不論有多少路揚聲器，都仍然是單聲道系統(tǒng)。此外，所謂一路揚聲器，可以是一個揚聲器，一個音箱或由多個音箱組成的“揚聲器群組”，但不論有多少揚聲器（音箱），只要播放的是L、R兩個信號，都屬于雙聲道（而不是多聲道）系統(tǒng)。

理論和實踐都證明，在雙聲道立體聲重放聲場中，有一個“最佳聽音位置”，該位置大約在與L、R揚聲器組成的等邊三角形的頂點上。只有該位置才能感受到“無畸變”的聲像重現(xiàn)，即在聽音者的前方（只是前方），聲像能按原發(fā)聲場的方位展開。實際上，在不很嚴格的條件下，最佳聽音位置的附近區(qū)域都可以認為是無畸變的聽音區(qū)。不過可以肯定，重放聲場的其它區(qū)域是不會有滿意的立體聲效果的。3、立體聲的優(yōu)點與單聲道重放聲相比，立體聲具有很多顯著特點。（1）具有各聲源的方位感和分布感，聽音者會明顯感覺到聲源分布在一個較寬廣的范圍內(nèi)，能想象出每個聲源所在的位置（聲像），幻覺中的聲像重現(xiàn)了實際聲源的相對空間位置，就像身臨其境。（2）提高了聲音信息的清晰度和可懂度，聽音者會明顯感覺到各個聲源來自不同的方位，這樣各個聲源之間的掩蔽效應大大削弱，因此具有較高的清晰度和可懂度。（3）減少了聲音的背景噪聲，立體聲播放時的噪聲聲像被分散開了，背景噪聲對有用聲音的影響大大減少，突出了有用聲音。（4）增加了聲音空間感、層次感、臨場感和透明度，立體聲播放時能夠再現(xiàn)近次反射聲和混響聲，使聽音者明顯感覺到原聲場的音像環(huán)境而產(chǎn)生空間感、層次感、臨場感。三、環(huán)繞聲

環(huán)繞聲也是一種立體聲。顧名思義，它應能重現(xiàn)環(huán)繞于聽音者四周的聲像，環(huán)繞聲系統(tǒng)是在音頻信號的傳送過程中使聽眾產(chǎn)生一種被聲音所包圍的效果。典型的雙聲道立體聲僅模擬了前方傳來的聲音，而不能反映后方來的原發(fā)聲和反射聲，因而聽音者還不會有親臨現(xiàn)場的感覺。為了模擬逼真的臨場感，各種環(huán)繞聲系統(tǒng)都是企圖在雙聲道立體聲的基礎上把來自聽音者后方和側向的聲音重放出來。從技術上來說，多聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)可適用于雙聲道系統(tǒng)，但兩者只能講“性相近，習相遠”，多聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)更注重氣勢和現(xiàn)場感，但在還原聲音的特性方面本質(zhì)上還是雙聲道系統(tǒng)。1.簡易的環(huán)繞聲系統(tǒng)

如圖1—7所示，在雙聲道立體聲的基礎上，增加兩個后置環(huán)繞立體聲聲道（S），用L、R信號經(jīng)過延時，衍生出后置聲道信號S，即可在一定程度上烘托出臨場氣氛。這便是所謂的“雙聲道的四聲道重放”系統(tǒng)。上述后置聲道信號S也可以用L、R信號經(jīng)過移相衍生而得。但是，不論是延時衍生或是移相衍生，這樣的后置聲道信號S都是假的，所以也被稱為假環(huán)繞聲系統(tǒng)。2．杜比定向邏輯環(huán)繞聲（DolbyProLogic）這是由杜比公司開發(fā)的一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用左前（Left）、右前（Right）、中央（Center）、環(huán)繞（Surrounding）四個聲道拾音，得到L、R、C、S四個信號，然后經(jīng)過編碼、綜合成LT、RT兩個信號記錄在媒體（電影拷貝、磁帶、光盤）上。重放時，由專用的杜比解碼器解碼還原出L、R、C、S四個信號，送入五個聲道重放。如圖1—8所示，在該圖中，L、R兩個聲道是整個系統(tǒng)的主干聲道，其作用與普通雙聲道系統(tǒng)相同，為了保證重放聲場的質(zhì)量，杜比系統(tǒng)要求這兩個聲道的頻響范圍應不窄于20Hz～16kHz（接近聲音全頻域）。中央（C）聲道有三種可供選擇的模式：“普通”（Normal）、“幻像”（Phanton）、“展寬”（Wide）。圖1—8是按普通和展寬模式配置的，普通、展寬兩種模式的差別在于解碼的過程中，其中普通模式的頻帶較窄（120Hz～7kHz）適用于家庭影院；而展寬模式的頻帶較寬（120Hz～16kHz），因而質(zhì)量也更高，適用于電影院、音樂廳等。如果選用幻像模式，則無須設置中央（C）揚聲器，解碼器會把C信號分配到L、R兩個聲道中，這時L、R兩聲道除了擔負原來的任務外，還負責幻生出一個中央虛聲源。兩個后置的聲道常被稱為環(huán)繞聲道，都用S信號重放；也有一個用S信號，另一個用反相的S信號的。S聲道信號是經(jīng)過延時的，其延遲時間在15～30ms之間。為了節(jié)約，兩個S聲道的頻帶較窄（200Hz～7kHz），音箱的檔次也可比另三個聲道低一些。在影劇院中，環(huán)繞聲音箱還不止兩個，而是環(huán)繞觀眾后席均勻布置若干個。有的杜比解碼系統(tǒng)還從L、R、C中分離出低音分量，以便驅(qū)動超低音揚聲器。3．杜比AC—3環(huán)繞聲

這是杜比公司開發(fā)的另一種環(huán)繞聲系統(tǒng)，主要用于DVD碟片和高清晰度電視中，其特點是信號經(jīng)過數(shù)字壓縮編碼，以便既節(jié)約媒體的儲存空間，又保證極高的音質(zhì)。AC—3環(huán)繞聲重放系統(tǒng)必須有相應的“解壓”（解壓縮）設備。

AC—3有5．1個聲道，即包括左前、右前、中央、左后、右后五個聲道，外加一個超低音聲道（即5．1中的那個0．1聲道），其配置與圖1—8相似，只須增加超低音聲道，而且S分為S左、S右兩個獨立的環(huán)繞聲道。由于超低音音箱通常沒有方向性，理論上超低音音箱可放置于重放聲場的任何地方，而一般習慣是放在前方。這個系統(tǒng)中，要求除超低音聲道外，包括后聲道在內(nèi)的5個聲道都應是全頻域的（20Hz～20kHz）聲道。4．雙聲道環(huán)繞聲從經(jīng)典理論出發(fā)，所有環(huán)繞聲系統(tǒng)都必須有后置的或旁置的聲道，結果重放聲道越來越多，十分繁瑣，而且制式也越來越多，相應的處理設備開銷不可避免地變得日益昂貴，這種情況使很多人懷疑多聲道的必要性。這就出現(xiàn)了一種雙聲道的環(huán)繞聲系統(tǒng)，即只用兩只音箱來產(chǎn)生環(huán)繞聲效果的系統(tǒng)。其中一種采用“空間均衡器三維技術（Spatizer3D）”，用兩只音箱營造出水平垂直的環(huán)繞聲場；另一種雙聲道環(huán)繞聲系統(tǒng)稱為“聲音恢復系統(tǒng)（SRS）”，也能產(chǎn)生類似效果。它們都是根據(jù)人的耳廓的效應進行模擬而產(chǎn)生出環(huán)繞聲效果的。四、立體聲的“后處理技術”

盡管各種立體聲系統(tǒng)使重放聲場變得更為逼真和華麗，但人們發(fā)現(xiàn)，在解碼過程中或解碼之后，還可以進行一些技術處理或引進一些規(guī)范，使重放音場具有更好的效果。這些技術和規(guī)范不存在于聲源編碼之中，被稱為“后處理技術”，常見的有DSP和THX等。

DSP是“數(shù)字信號處理”的縮寫，在電聲領域中，特指聲頻信號的數(shù)字化處理。主要是通過A／D（模/數(shù)）變換把聲頻模擬信號轉換成數(shù)字信號，運用數(shù)字電子技術，進行均衡、延時、混響、移相等處理，最后再經(jīng)D／A（數(shù)/模）變換還原為模擬信號，常用于影劇院、歌舞廳和演播室等。均衡、延時、混響、移相等處理本來可以直接用模擬信號操作，但相應的硬件十分復雜，而且很難保證有滿意的信噪比，而數(shù)字化處理則可以在軟件的支持下獲得很好的效果。DSP還可以把未經(jīng)編碼的單聲信號模擬成假的立體聲信號做立體音重放。DSP的另一種常見作用是“變調(diào)”，在卡拉OK系統(tǒng)中“變調(diào)”可使唱碟中的配器（伴奏）同演唱者的聲調(diào)相協(xié)調(diào)。必須指出的是所有真正的立體聲、環(huán)繞聲首先要求有相應的、經(jīng)過編碼的信號源，否則即使有解碼設備，有多個重放聲道（放大器和音箱），也是放不出立體聲、環(huán)繞聲來的。盡管用DSP技術可模擬“立體聲”，但那是假的立體聲，只能制造一種氛圍而不具有重現(xiàn)原發(fā)聲揚聲場分布的真實效果。另一方面，即使有了立體聲編碼的信號，如果沒有相應的解碼設備，而僅僅有多路功放和多路音箱，同樣也不能重放出立體聲。目前，市場上確有不少沒有解碼器的“立體聲設備”，魚目混珠。

THX則主要是一種權威認證。必須符合一定的技術規(guī)范才能獲得這種認證。THX原是針對立體聲電影院聲場質(zhì)量的，要求聲音平順流暢，聲像合一，后來拓展到其它音響領域。獲得THX認證的主要條件是：L、R、C三個聲道音箱的特性相同，且具有良好的指向特性；低音箱由120Hz或200Hz開始分頻，擁有低至20Hz的下限頻率；后置的環(huán)繞聲道采用一個正相，一個反相的模式，能夠營造出較實際環(huán)境大得多的聲音包圍感；功放須有穩(wěn)定的功率輸出，噪聲低，非線性失真不大于0.03％等。從當前技術水平看，以上要求并不難達到，問題是需要得到THX權威認證。也有一些聲頻放大設備中內(nèi)置了THX處理組件，用以保證設備達到THX技術要求。但由于THX本身并無解碼的含義，所以THX組件必須連同一定的解碼組件一起運作。五、數(shù)字音響技術

模擬音響技術是在聲音信號振幅隨時間連續(xù)變化的模擬狀態(tài)下進行處理的，模擬音響設備在信號動態(tài)范圍、分離度、失真度、信噪比等技術性能方面，已經(jīng)很難進一步改善。所謂數(shù)字音響（DigitalAudio）技術是從信號處理的角度來說的，指對原聲音信號（語言、音樂等）進行一系列的數(shù)字處理，這種技術可以在音響很多性能方面進行極大程度的改善。目前數(shù)字音響技術發(fā)展很快，各類數(shù)字音響設備已經(jīng)廣泛使用，例如CD、LD、MD、VCD、DVD、MP3、MP4等數(shù)字音頻（音視頻）節(jié)目源和各類數(shù)字效果器。1.數(shù)字音響系統(tǒng)的基本原理目前在數(shù)字音響中普遍采用的是脈沖編碼調(diào)制技術PCM（PulseCodeModulation），以這種基本技術構成的數(shù)字音響系統(tǒng)原理框圖如圖1—9所示。圖1—9基于PCM技術的數(shù)字音響系統(tǒng)原理框圖（a）錄音過程；（b）放音過程

另外，為盡量節(jié)省數(shù)字音頻信號存儲介質(zhì)的存儲容量，同時降低音頻信號的傳輸碼率、減小音頻傳輸和處理設備的負擔，在數(shù)字音響系統(tǒng)中還常采用音頻壓縮技術，即通過對聲學模型和人耳聽覺生理模型的分析，在保證音質(zhì)損失可接受的前提下，對音頻數(shù)字信號的碼率進行壓縮。例如MPEG（MotionPictureExpertsGroup）壓縮技術、杜比AC—3壓縮技術、DTS（DigitalTheaterSystem）壓縮技術和我國具有自主知識產(chǎn)權的EAC壓縮技術等。通過壓縮，音頻數(shù)字信號碼率得以降低，但要求音響系統(tǒng)中應配有相應的解碼（解壓縮）設備。

2.數(shù)字音響系統(tǒng)的特點（1）便于集成化，數(shù)字電路特別容易實現(xiàn)大規(guī)模集成化，可使整機性能穩(wěn)定、可靠性高、調(diào)試方便、成本降低。（2）失真度小，模擬信號的