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聲音的原理

聲音如何傳到耳朵

  人們之所以能夠聽到聲音,是由於聲波振動引起的,並通過傳聲媒質(如:空氣、水、混凝土等彈性物質)傳播進入人耳。從聲源或振動源直接傳入人耳的叫“直達聲”,聲音通過物體反射傳入人耳的叫“反射聲”。

  人的雙耳距離大約有 15~17 厘米,這個距離使人耳具有非常準確的判斷聲源位置的特性。比如說:聲音從左方首先進入左耳,右耳聽到的聲音比左耳晚一些,其時間差 = 雙耳距離/聲速,為 0.44~0.5mS。這個時間差使聽音者感覺聲音來自左方。所以直達聲對判別聲源的位置起決定性作用。因此人們在欣賞音樂時具有立體感和空間感。

  在反射聲中較早到達人耳的聲波較強,這個較強的反射波稱之為早期反射聲,在此之後的反射聲的總和稱為混響聲。

聲波的公式

  人耳的聽音範圍是 20Hz~20KHz。低於 20Hz 叫次聲波,高於 20KHz 的叫超聲波。聲波振動一周所傳播的距離叫“波長”用λ表示;聲波一秒鐘傳播的距離叫“波速”用 c 表示
;聲波一秒鐘振動的次數叫“頻率”用 f 表示,它們之間的關係:λ = c/f。

  聲波在傳輸過程中具有相互干涉作用。兩個頻率相同、振動方向相同且步調一致的聲源發出的聲波相互疊加時就會出現干涉現象。如果它們的相位相同,兩波疊加後幅度增加聲壓加強;反之,它們的相位相反,兩波疊加後幅度減小聲壓減弱,如果兩波幅度一樣,將完全抵消。由於聲波的干涉作用,常使空間的聲場出現固定的分佈,形成波峰和波谷(從頻響曲線上看似梳狀濾波器的效果),即音響術語中常說的 ─ 駐波現象。

聲波的干擾

  在廳堂內擴聲時由於牆壁的反射也會出現聲波的干涉現象。如果是純音(正弦波)信號,這種干涉現象必然會引起空間聲場的很大差異,有的地方聲波會加強,有的地方聲波會減弱甚至完全抵消,成為“死點”(聽不到聲音)。好在語言和音樂不是正弦波而是複雜的波形,這種複雜的波形用傅立葉級數展開是多個不同頻率、不同幅度的正弦波。所以有“此起彼落”“填平補齊”的效果,使干涉效應不太明顯。但是,由於不同的頻率信號所產生的干涉效果不同,某些頻率信號加強,另一些頻率信號減弱,所以常常導致房間傳輸特性不均勻,這就是為什麼要使用“房間均衡”的道理。

  由上所述,聲音為一串串稀疏稠密交替變化的波,而疏和密就是空氣壓強的變化,再通過人的耳膜對空氣壓力的反映傳入大腦,從而聽到聲音。聲波是描述聲音的物理現象,常用波形表示。注意!聲波具有一切“波”的性質,所以產生聲音的必要條件有兩個:1、必須要有振動體或振動源;2、聲波的傳遞必須依靠傳播媒介。

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