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音响技术中的应用了哪些物理定律?

时间:2020年09月22日 10:23:11来源:青岛慧明高作者:admin浏览次数:

声学是物理学的一个重要分支,从远古开始人类就已经开始对声现象给予了高度的重视,发展到现代,声学已成为一门独立的科学,并逐渐形成了一整套完善的声学理论体系,并在社会生活中发挥了重要作用。


随着社会的发展,人们的生活质量大幅度提高,对于文化生活的要求也愈来愈高,就音响技术而言,从最初的电唱机,录放音机发展到今天以激光技术为核心的CD、VCD、DVD,标志着音响技术从模拟信号向数字信号的革命性的飞跃,但无论传统的模拟信号音响设备还是数字信号音响设备都离不开最终的重放单元──音箱。因此,笔者粗浅地谈一谈与日常生活密切相关的音响的物理知识。

听觉韦伯定律

韦伯定律表明了人耳听声音的主观感受量与客观刺激量的对数成正比关系。当声音较小,增大声波振幅时,人耳的主观感受音量增大量较大;当声音强度较大,增大相同的声波振幅时,人耳主观感受音量的增大量较小。
根据人耳的上述听音特性,在设计音量控制电路时要求采用指数型电位器作为音量控制器,这样均匀旋转电位器转柄时,音量是线性增大的。  

听觉欧姆定律

著名科学家欧姆发现了电学中的欧姆定律,同时他还发现了人耳听觉上的欧姆定律,这一定律揭示:人耳的听觉只与声音中各分音的频率和强度有关,而与各分音之间的相位无关。根据这一定律,音响系统中的记录、重放等过程的控制可以不去考虑复杂声音中各分音的相位关系。
人耳是一个频率分析器,可以将复音中的各谐音分开,人耳对频率的分辨灵敏度很高,在这一点上人耳比眼睛的分辨度高,人眼无法看出白光中的各种彩色光分量。  

掩蔽效应

环境中的其他声音会使听音者对某一个声音的听力降低,这称之为掩蔽。当一个声音的强度远比另一个声音大,当大到一定程度而这两个声音同时存在时,人们只能听到响的那个声音存在,而觉察不到另一个声音存在。掩蔽量与掩蔽声的声压有关,掩蔽声的声压级增加,掩蔽量随之增大。另外,低频声的掩蔽范围大于高频声的掩蔽范围。
人耳的这一听觉特性给设计降低噪声电路提供了重要启发。磁带放音中,有这样的听音体会,当音乐节目在连续变化且声音较大时,我们不会听到磁带的本底噪声,可当音乐节目结束时,便能感觉到磁带的“咝......”噪声存在。
为了降低噪声对节目声音的影响,提出了信噪比的概念,即要求信号强度比噪声强度足够的大,这样听音便不会觉得有噪声的存在。一些降噪系统就是利用掩蔽效应的原理设计而成的。  

双耳效应

双耳效应的基本原理是这样:如果声音来自听音者的正前方,此时由于声源到左、右耳的距离相等,从而声波到达左、右耳的时间差(相位差)、音色差为零,此时感受出声音来自听音者的正前方,而不是偏向某一侧。声音强弱不同时,可感受出声源与听音者之间的距离。  

哈斯效应

哈斯的试验证明:在两个声源同时了声时,根据一个声源与另一个声源的延时量不同时,双耳听音的感受是不同的,可以分成以下三种情况来说明:
1、两个声源中一个声源与另一个声源的延时量在5-35ms以内时,就好像两个声源合二为一,听音者只能感觉到超前一个声源的存在和方向,感觉不到另一个声源的存在。
2、若一个声源延时另一个声源30-50ms,已能感觉到两个声源的存在,但方向仍由前导所定。
3、若一个声源延时量大于另一个声源为50ms时,则能感觉到两个声源的同时存在,方向由各个声源来确定,滞后声为清晰的回声。  

劳氏效应

劳氏效应是一种立体声范围的心理声学效应。劳氏效应揭示:如果将延迟后的信号再反相叠加在直达信号上,会产生一种明显的空间感,声音好像来自四面八方,听音者仿佛置身于乐队之中。  

德波埃效应

德波埃效应是立体声系统定向的另一基础。德波埃效应的实验是:放置左、右声道两只音箱,听音者在两只音箱对称线上听音,给两只音箱馈入不同的信号,可以得到以下几个定论:
1、如果给两只音箱馈入相同的信号,即强度级差L=0,时间差t=0,此时只感觉到一个声音,且来自两只音箱的对称线上。
2、如果两只音箱的强度级差L不为0,此时听音感觉声音偏向较响的一只音箱,如果强度级差L大于等于15dB,此时感觉声音完全来自较响的那一只音箱。
3、如果强度级差L=0,但两只音箱的时间差t不为0,此时感觉声音向先到达的那只音箱方向移动。如果时间差t大于等于3ms时,感觉声音完全来自先到达的那只音箱方向。  

匙孔效应

单声道录放系统使用一只话筒录音,信号录在一条轨迹上,放音时使用一路放大器和一只扬声器,所以重放的声源是一个点声源,如同听音者通过门上的匙孔聆听室内的交响乐,这便是所谓的匙孔效应。  

浴室效应

身临浴室时有一个切身感受,浴室内发出的声音,混响时间过长且过量,这种现象在电声技术的音质描述中称为浴室效应。当低、中频某段夸张,有共振、频率响应不平坦、300Hz提升过量时,会出现浴室效应。  

多普勒效应

多普勒效应揭示移动声音的有关听音特性:当声源与听音者之间存在相对运动时,会感觉某一频率所确定的声音其音调发生了改变,当声源向听音者接近时是频率稍高的音调,当声源离去时是频率稍降低的音调。这一频率的变化量称为多普勒频移。移近的声源在距听音者同样距离时比不移动时产生的强度大,而移开的声源产生的强度要小些,通常声源向移动方向集中。

由于音响的设计和制作不但是一门技术,更是一门艺术,它综合运用了力学、电学、电子技术、声学以及美学、生理学等各个领域的知识,非笔者能力所能及,故仅就音响中所包含的一些简单的物理知识,介绍给大家,望同行赐教。

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