聲學(xué)基礎(chǔ)課件

電聲技術(shù)

與

表演應(yīng)用一、聲音的基礎(chǔ)知識

聲音是世界上很重要的物理現(xiàn)象，與日常生活、工作、學(xué)習(xí)關(guān)系密切，它的存在又極其普遍。自然：風(fēng)聲、雨、雷聲、心跳、水流工業(yè)：車、船、機(jī)、工廠人文：語言、音樂、歌聲隨著電子技術(shù)水平的逐步提高，電聲技術(shù)與音樂表演的關(guān)系越來越密切。在音樂表演過程中，無論是現(xiàn)場表演還是錄播、重放，在其傳聲、擴(kuò)聲、調(diào)音、混音、錄音等環(huán)節(jié)中均日益凸現(xiàn)出電聲技術(shù)對藝術(shù)質(zhì)量的影響力。在音樂專業(yè)未來的工作環(huán)境中，電聲技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，為使學(xué)生在今后的工作中能夠熟練掌握并運(yùn)用這些技術(shù)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)最佳的藝術(shù)效果。故而開設(shè)《電聲技術(shù)與表演應(yīng)用》課程。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：

聲音的構(gòu)成、傳播過程和方式以及人耳聽覺的主觀感受。聲音的物理學(xué)知識與應(yīng)用。教學(xué)準(zhǔn)備：

聲音效果素材CD光盤

教學(xué)過程：

一、聲音的基礎(chǔ)知識

聲音是世界上很重要的物理現(xiàn)象，與日常生活、工作、學(xué)習(xí)關(guān)系密切，它的存在又極其普遍。自然：風(fēng)聲、雨、雷聲、心跳、水流工業(yè)：車、船、機(jī)、工廠人文：語言、音樂、歌聲⑴分類

研究聲音的學(xué)科叫聲學(xué)，按研究對象不同，可分為：語言聲學(xué)：研究人的發(fā)音結(jié)構(gòu)與方法等生理聲學(xué)音樂聲學(xué)：研究音樂與聲音的關(guān)系①研究樂器結(jié)構(gòu)、制作、音域、音色——器樂聲學(xué)②研究發(fā)聲、氣息、共鳴等——聲樂聲學(xué)③研究音律關(guān)系、數(shù)據(jù)及使用——音樂律學(xué)電子聲學(xué)：研究通過電子電路把聲音進(jìn)行各種特性的加工處理建筑聲學(xué)：研究廳堂建筑設(shè)計(jì)與聲學(xué)關(guān)系噪聲學(xué)：研究噪聲的危害與利用⑶噪聲及危害

噪聲：大于90分貝，且人們主觀不需要的聲音聽覺閾限：20-20KHz（超過55分貝即產(chǎn)生不舒服感）不需要：學(xué)習(xí)與環(huán)境噪聲午休與唱歌危害人體：影響壽命、損壞內(nèi)臟、擾亂新陳代謝神經(jīng)：頭暈、失眠、衰弱、易產(chǎn)生疲勞、降低工作效率2、聲音的傳送（人為狀態(tài)）：

有線傳送（1806年貝爾發(fā)明電話）無線（1844年，電報(bào)發(fā)明）有線載波（一線傳多種信息）光纖與光纜（速度：10GB/S）

3、聲音的記錄保存：

留聲機(jī)磁帶機(jī)光盤硬盤（固態(tài)記錄）留聲機(jī)：1877年愛迪生發(fā)明，唱片直徑30cm，軌跡紋路0.1mm，貯存量15分鐘。磁帶：模擬信號破壞性記錄——存新去就，需機(jī)械系統(tǒng)支持。CD：直徑12cm，軌跡紋路1.2微米，貯存量T=74分鐘。DVD：直徑12cm，軌跡紋路0.6微米，貯存量T=120分鐘。硬盤：非破壞性記錄，可移位貯存，開放式非線形，大容量、可外掛、任意編輯、升級空間大。固態(tài)記錄，利用距陣來記錄、拾取，利用地址碼選取。三、聲音的物理特性

1、聲音的構(gòu)成及關(guān)系客觀：振幅（大、?。活l率（快、慢）；諧波主觀：響度；音調(diào)（音高）；音色（音品）振幅：聲波的振動幅度，它的大小影響人耳對聲音強(qiáng)弱的感覺強(qiáng)度（即響度）單位：分貝（dB）頻率：聲波每秒鐘振動的次數(shù)。它直接影響人耳對聲音高低（音調(diào)）的感覺。單位：赫茲（Hz）諧波：指聲波的波形。包括瞬間狀態(tài)。它直接影響人們對聲音音質(zhì)差異（音色）的感覺。（如樂器不同，相同的“i”聽覺則不相同。）2、聲音的傳播

⑴直達(dá)聲：是室內(nèi)任一點(diǎn)直接接收到聲源發(fā)出的聲音。它是接收聲音的主體，又叫主達(dá)聲，不受空間界面影響，其聲強(qiáng)基本上是與聽點(diǎn)到聲源間距離的平方成反比衰減。⑵早期反射聲：指延遲直達(dá)聲50ms以內(nèi)到達(dá)聽聲點(diǎn)的反射聲，對聲音起到增強(qiáng)作用；在大空間內(nèi)，因反射距離遠(yuǎn)，易形成回聲，產(chǎn)生空間感。

⑶混響聲：聲波經(jīng)室內(nèi)界面的多次反射，遲于早期反射聲到達(dá)聽點(diǎn)的聲音，直至聲源停止發(fā)聲，但由于多次反射，聽點(diǎn)仍能聽到，故又稱余聲，影響聲音的清晰度。混響時(shí)間：在一個(gè)聲場中，一個(gè)聲音的聲壓級衰減60dB所需要的時(shí)間，用T60來表示。單位：秒（s）T60=0.16V/Sa(賽賓公式)V：聲場總?cè)莘eS：聲場的表面積a：聲場的建筑裝飾材料的平均吸聲系數(shù)。例：某段音樂的聲壓級為90dB，此時(shí)中止音樂，音樂聲逐漸減弱，當(dāng)其聲壓級從90dB降至30dB時(shí)可需時(shí)1.2秒，那么，此房間的混響時(shí)間為1.2秒。

⑷聲音的繞射與散射：聲波在傳播過程中遇到障礙物，能夠繞過障礙物的邊緣前進(jìn)，這種現(xiàn)象叫波的繞射，又叫聲衍射。當(dāng)聲波波長大于障礙物尺寸但在10倍以內(nèi)時(shí)，障礙物會化成一個(gè)聲源使聲波向四周散射，這種現(xiàn)象叫聲波的散射。例一：聲源處于人的背后時(shí)，由于人耳殼的遮蔽作用，聲源中低頻音會繞過耳廊使人聽到，而聲源中的高頻音則在人耳處形成聲影區(qū)使其減弱。例二：音樂會時(shí)，后排座的聽眾聽到的低頻強(qiáng)、高頻弱，即是因?yàn)榈皖l可繞射，而高頻音散射的原因。3、聲音的指向性與覆蓋面積：

高頻聲音指向性很強(qiáng)覆蓋角度窄小、射程遠(yuǎn)、穿透力強(qiáng)中頻有一定指向性覆蓋面積比較容易控制低頻指向性不明顯向四面輻射、聲功能損失大、傳播距離近4、聲音的共振與共鳴

聲音的振動和傳播過程中，有一種很重要的物理現(xiàn)象——共振，也叫共鳴。定義：當(dāng)策動力變化的頻率跟物體的固有頻率相一致時(shí)，振動的振幅就會特殊地增大到最高峰值，這種現(xiàn)象叫共振。例一：部隊(duì)行軍步伐的振動頻率與橋梁的固有振動頻率相一致時(shí)，會因共振的產(chǎn)生而坍橋。例二：暖水瓶接水，聽到的聲音會由低頻逐漸變成高頻率聲音。水流擊水產(chǎn)生的聲音頻寬很寬，即有低頻、又有高頻。剛接時(shí)瓶的空間大固有振動頻率低，水流擊水的低頻音產(chǎn)生共振，低頻加強(qiáng)，快滿時(shí)，水瓶的空間變小，共振腔變小，共振頻率提高，與水流擊水產(chǎn)生的高頻音產(chǎn)生共振，高頻加強(qiáng)，即聽到高頻音。

5、聲音的掩蔽現(xiàn)象與解決

當(dāng)不同頻率的聲音在同一聲場中傳遞，各頻率之間會發(fā)生掩蔽現(xiàn)象。

現(xiàn)象一：聲音能量大的掩蓋聲音能量小的。

如銅管樂器掩蓋木管樂器、木管樂器掩蓋弦樂器。解決：⑴從樂隊(duì)編制解決。要求有合理的聲部和樂器分配，調(diào)整好各聲部之間、各種樂器之間聲功能的平衡。⑵從音樂結(jié)構(gòu)上解決。要有合理的和聲、配器，使各聲部間平衡。⑶從聲場音響上解決。a、對不同音源選擇最適合表現(xiàn)這種樂器音色特性的話筒。b、選擇拾取音源的最佳距離、高度、角度。c、在調(diào)音臺上進(jìn)行音頻信號電平的處理?，F(xiàn)象二：中頻聲音掩蓋高頻和低頻聲音。

原因：人耳對700——3000Hz的中頻率聲音聽覺最為靈敏，在聲音強(qiáng)度相同的情況下，優(yōu)于并強(qiáng)于對高、低聲音的聽覺。解決：減少中頻輸入，適當(dāng)增加高低頻尤其是低頻音輸出?，F(xiàn)象三：高頻率聲音掩蓋低頻聲音。如：板胡、京胡、笛子等高音樂器掩蓋貝斯提琴、大提琴、巴松等低音樂器。原因：高頻音聲波較短、指向性強(qiáng)、穿透力強(qiáng)、射程遠(yuǎn)，對人耳刺激明顯，低頻音有繞射特性，散射強(qiáng)，功能損失大。解決：適當(dāng)降低高頻音，增加低頻音。對不同的樂器拾音時(shí)選擇合適話筒，掌握好距離角度。1、構(gòu)成人耳聽覺特性的要素

構(gòu)成聲音產(chǎn)生與存在的客觀因素是：振幅、頻率、諧波構(gòu)成人耳對聲音的聽覺特性的要素是：響度、音調(diào)、音色⑴響度：是人耳對聲音強(qiáng)弱的感覺程度。它首先決定于聲音的振幅，其次是頻率。聲學(xué)中把描述響度、振幅、頻率之間的關(guān)系曲線叫等響度曲線。單位：分貝（dB）與振幅的關(guān)系：a、聲壓級越高，人耳感覺聲音響度越大b、人耳的聲壓范圍是：0——120dB與頻率的關(guān)系：a、4—5KHz附近的聲音最響，因外耳道與其產(chǎn)生共鳴b、低聲壓時(shí)，低頻區(qū)的音響度大于高頻音的響度c、常見聲源的聲壓級dB竊竊私語：20——35女高音：35——105男高音：40——95小提琴：40——100交響樂：80dB小鼓：55——105打雷：120dB教師講話：50——60飛機(jī)起飛（3m處）：140dB⑵音調(diào)（音高）：是人耳對聲音高低的感覺，其變化主要取決于聲音頻率的對數(shù)值，其次是取決于聲音的振幅。頻率越高，人耳感覺的音調(diào)隨之升高，頻率增加一倍，聲學(xué)中稱之增加一個(gè)“倍頻程”，音樂上叫“提高一個(gè)八度”。音調(diào)單位：美（mei）音調(diào)與頻率的關(guān)系：a、人耳聽覺的頻率范圍：20Hz——20KHz，其中700——3000Hz為最靈敏區(qū)b、語言的頻率范圍范圍是100——10KHz音樂的頻率范圍是50——15KHz音調(diào)與聲壓（振幅）的關(guān)系：a、1K——2KHz以上的高音區(qū)，聲壓增大感覺音調(diào)提升b、500Hz以下的聲音，聲壓增大，感覺聲音低沉，音調(diào)下降⑶音色（音品）：指聲音的音調(diào)和響度以外的音質(zhì)差異。它與聲音的頻譜結(jié)構(gòu)、包絡(luò)和波形有關(guān)。發(fā)音體的泛音結(jié)構(gòu)不同頻率特性曲線、種類不同造成音色結(jié)構(gòu)的不同。影響音色的因素：a、結(jié)構(gòu)不同：弦、簧片、金屬b、質(zhì)料、質(zhì)地不同、金屬、人體、電子c、激發(fā)位置不同：氣息、聲帶、口形、吹奏或拉奏方法d、力度大小不同，p、f（弱、強(qiáng)）影響音色e、共鳴體（箱、腔）大小不同：影響單元色的泛音結(jié)構(gòu)f、振動體的彈性：影響音色的始振特性和衰減特性聲帶：兒童——富有彈性、音色清脆明亮成人——聲帶松弛、音色蒼老哨片：軟——始振性慢、衰減也慢硬——始振性快、力度大、衰減也快2、顱骨效應(yīng)

聲音從音源傳入大腦有兩個(gè)途徑，一是音源→空間→人耳→大腦，另一途徑是音源→人體顱骨→大腦（小實(shí)驗(yàn)：雙手堵耳，發(fā)聲，仍可聽見）通過顱骨傳導(dǎo)聲音的現(xiàn)象叫顱骨效應(yīng)?，F(xiàn)象一：聽自己的聲音，有兩個(gè)途徑，頻帶寬，音色好?，F(xiàn)象二：手表、鐘擺聲音仍可通過牙齒和顱骨傳遞到人的大腦神經(jīng)。應(yīng)用：當(dāng)練唱一首新歌時(shí)，對音高音調(diào)旋律無法準(zhǔn)確掌握時(shí)，大聲唱干擾環(huán)境、小聲唱自我感覺不明顯，可用雙手掩耳來練唱，可清晰感覺自己聲帶發(fā)聲的旋律，準(zhǔn)確的音高和聲音結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)部分。根據(jù)自我感覺來調(diào)解發(fā)聲狀態(tài)，即通過甲狀軟骨、早環(huán)軟骨和披裂肌肉的配合來調(diào)解聲帶的收放，從而調(diào)整音高和音色。3、雞尾酒會效應(yīng)：

在嘈雜的聲場中，人可以把自己的聽力集中在某一個(gè)人的談話中，而把其他人的聲音都推到背景雜聲中，此現(xiàn)象叫“雞尾酒會效應(yīng)”。原理：人耳的選擇功能人耳通過兩耳拾取音源的距離差、時(shí)間差、頻率差就可以辨別出不同方位的聲音，以此調(diào)解聽覺神經(jīng)來選擇不同方位的聲源。應(yīng)用：使用強(qiáng)指向性話筒在現(xiàn)場來同步錄音。

4、回音壁效應(yīng)：在某一聲場中，視覺看不到聲源而聽覺卻能聽到聲音，這種現(xiàn)象就是聲波傳播的特殊反射作用的結(jié)果，被稱謂“回音壁效應(yīng)”。應(yīng)用：舞臺上方、側(cè)方、后方的聲音反射板即是利用這一原理把演員的聲音集中向直達(dá)聲弱的區(qū)域進(jìn)行反射。5、哈斯效應(yīng)：

一個(gè)聲場中的二個(gè)同頻聲源，在傳入人耳的時(shí)間差在50ms以內(nèi)時(shí)，人耳無法明顯辨別出它們的方位。那個(gè)聲源的聲音先入，那么人就感覺到聲音即由此方位傳來。這種先入為主的聽覺特性叫哈斯效應(yīng)。現(xiàn)象一：兩側(cè)聲源A、B與人耳距離相同時(shí)，人們感覺聲音由前方來，俗稱“假立體聲”。現(xiàn)象二：當(dāng)距離A聲源略近時(shí)，實(shí)際應(yīng)是A音大，B音小的兩個(gè)聲源，但人們往往只感覺到所有聲音均由A輸出，這種錯覺現(xiàn)象即是“哈斯效應(yīng)”?，F(xiàn)象三：將近點(diǎn)A的聲音加以延時(shí)，使它遲于B聲源進(jìn)入人耳，人們即感覺到所有聲音均由B聲源付出。應(yīng)用：在劇場中為了彌補(bǔ)哈斯效應(yīng)所產(chǎn)生的聽覺、視覺不統(tǒng)一的現(xiàn)象，對頂部和側(cè)面揚(yáng)聲器均作延時(shí)處理，使它們傳出的聲音與前方主揚(yáng)聲器傳出的聲音同步到達(dá)人耳，使后排觀眾的視覺、聽覺協(xié)調(diào)統(tǒng)一。6、關(guān)于立體聲：

⑴構(gòu)成立體聲的主要因素；第一要有立體聲音源；第二要有立體聲聲場；第三是人耳的雙耳效應(yīng)⑵造成立體聲的原因；a、路程差：由于聲音傳遞到雙耳的路程不同造成b、時(shí)間差：由于路差使聲音到達(dá)雙耳的時(shí)間不同造成c、強(qiáng)弱差：由于路程差使先到聲音感覺強(qiáng)，后到的感覺弱d、頻率差：由于聲音的傳播特性決定，近耳聽到的高頻音多、低頻音少，遠(yuǎn)耳聽到的高頻音少、低頻音多。⑶定義：立體聲是指人感到聲源分布在空間的聲音，使聽到的聲音具有空間感、遠(yuǎn)近感及監(jiān)場感⑷環(huán)繞立體聲：

在立體聲聲場中，除聽者有身臨其境的感覺之外，還必須具有使聽音者被聲音包圍的效果，使聽者產(chǎn)生圍繞感和聲音似乎離開聽者擴(kuò)散并再次反射回來的擴(kuò)展感。

a、四聲道環(huán)繞立體聲（見圖）產(chǎn)生環(huán)繞立體聲需有不同方向的四個(gè)以上聲源，相對聽音者來講分為前左、前右（主聲道）；后左、后右（環(huán)繞聲道）。將四只強(qiáng)指向性傳聲器擺放在演出中心部或靠近舞臺，拾取舞臺上聲源發(fā)出的四個(gè)不同方向的聲音，用聲道重放系統(tǒng)把四個(gè)揚(yáng)聲器放在房間四角，產(chǎn)生環(huán)繞聲場。常見有超級VCD、CVD均屬此類。背板標(biāo)有CH1——CH4四路聲音輸出。b、編碼式六聲道環(huán)繞：

與四聲道同理，將六個(gè)聲源經(jīng)編碼后用少量聲道輸出，經(jīng)解碼后，傳至六個(gè)（組）揚(yáng)聲器。常見DVD即被使用杜比——3（AC—3）聲音壓編方式實(shí)現(xiàn)前左、前右中置；左環(huán)、左環(huán)、超低音的六聲道輸出。因超低音通道僅用音