音響聲音的基本知識包括聲音的基本性質、聽覺的基本特征、三維聲音的基本原理等。掌握這些基本知識是正確理解音響技術、電路原理和維護所涉及的性能指標的必要基礎。
聲音是聲源振動引起的聲波傳播到聽覺器官的感覺。因此,聲音是由聲源振動、聲波傳播和聽覺感覺三個環節組成的。讓我們從聲波的傳播特性開始
1.聲波的傳播特性
聲波不僅會在傳播過程中衰減,還會產生反射和散射、吸收和透射、繞射和干擾,并有一定的傳播規律。
(1)聲波的反射和散射。當聲波從一種媒體進入另一種媒體的分界面時,就會產生反射現象。例如,當聲波在空氣中傳播時,如果遇到硬墻,部分聲波會反射,反射角等于進入射角。當聲波遇到凹墻時,聲源發出的聲波可以通過凹墻反射到某一點,稱為聲聚焦;當聲波遇到凸墻時,會產生擴散反射,當聲波遇到不均勻的墻時,會產生散射現象。
(2)聲波的吸收。當聲波遇到障礙物時,除反射現象外,部分聲波將進入障礙物,進入障礙物(如吸聲材料)的聲能轉化為熱能,稱為吸收。障礙物吸收聲波的能力與其材料的吸聲特性有關
聲波的反射和吸收是聽環境設計中首先要考慮的問題。在工作室、聽音室、歌劇廳和電影院周圍,總是建造不均勻的墻壁,使聲波反射混亂,產生均勻的聲場,使墻壁吸收部分能量,使這些空間有適當的混響時間。
(3)繞射。當聲波遇到墻壁或其他障礙物時,一些聲波會繞過障礙物的邊緣繼續向前傳播。這種現象稱為繞射,也稱為衍射。繞射的程度取決于聲波波長與障礙物大小之間的關系。如果聲波長度遠大于障礙物的線度尺寸,則繞射現象非常明顯;如果聲波長度遠小于障礙物的線度尺寸,則繞射現象較弱,甚至無繞射。因此,對于同一障礙物,低頻聲波容易繞射,高頻聲波不易繞射。這種現象表明,低頻聲音在傳播過程中沒有方向性,而高頻聲音在傳播過程中有很強的方向性。
當聲波通過障礙物的孔時,也會發生繞射。當聲波長期大于孔的大小時,孔就像一個新的點聲源,聲波從孔傳播到各個方向。當聲波波長小于孔的大小時,它只能從孔傳播到前面。
由于反射和繞射的共同作用,從無關緊密的門縫傳播到房間的聲波幾乎與門打開時的情況相當。
(4)干擾。干擾是指一些相同頻率的聲波在傳輸過程中相互疊加后發生的現象。多個聲源發出的聲波在傳輸過程中會疊加。如果兩個聲波的頻率相同,相位相同,即在同一時間處于相同的膨脹或壓縮狀態,則兩個聲波相互疊加,增強聲波;如果兩個聲波的頻率相同,相位相反,疊加會相互抵消;如果兩個聲波的頻率相同,相位不同,疊加會增強一些地方的聲波,一些地方會削弱聲波。如果兩個聲波的頻率和相位不同,疊加是非常復雜的。聲波干擾的結果是使空間聲場有一個固定的分布。在擴聲系統中,聲場分布的均勻性需要通過改變揚聲器的位置和角度來調整。
除上述主要特征外,聲波還具有折射和透射、諧振、衰減等特征。即使聲波在空氣中傳播,也會有一些聲能損失和衰減。