音響空間常識——阜新聲藝視聽

1問:聽人說過,有關聽覺的音響有分生理音響學(PhysiologicalAcoustics)與心理音響學(Psychological Acoustics),這二種音響學有什麼不同?


答:所謂「生理音響學」指的是聽覺器官接受聲波、以及發聲器官發出聲波的一切研究。而所謂「心理音響學」指的是二耳聽覺與大腦結合之後,所產生的一切認知、判斷以及反應。舉例而言,人耳能夠接受的頻率響應範圍就是生理音響學的範疇;音響迷能「看到」二喇叭之間有SoundStage的存在,就是心理音響學的範疇。


當音響迷在聆聽音響時,有很大的比例是受到心理音響學的制約,對不同器材、線材聲音的判斷、形容;層次、深度、定位、解析力的感知;以及各種調聲的差異判斷力,都與心理音響學息息相關。無論是生理音響學或心理音響學,都起因於我們的耳朵聽到聲波(SoundWave)。


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2問:聲波是什麼?


答:物體在受到激發時,都會產生振動,而振動是來回往復週期性的,因此會推動發聲體周邊的空氣,讓空氣產生疏密狀的傳導。而我們所謂的「聲波」就是發聲體以一種特定複雜的振動週期(頻率)在鼓動空氣,將發聲體的複雜振動週期傳導到耳朵,進入外耳道、耳膜、中耳、三個耳小鼓與內耳,讓我們的大腦感知到聲音,這就是所謂的聲波。


3問:聲波只能在空氣中聽到嗎?


答:不!聲波除了可以在氣體(空氣)中傳導之外,還可以在液體與固體中傳導,不過傳導的速度不同。聲波在空氣中傳導的速度大約是每秒343公尺(攝氏20度)。聲波在淡水中傳導的速度每秒大約1,461公尺,在海水中每秒大約1,500公尺。聲波在固體中的傳統速度最快,不同的金屬有不同的傳導速度,鋼的傳導速度每秒約5,000公尺,鋁的傳導速度每秒約5,104公尺,銅的傳導速度每秒約3,560公尺。聲波在木材裡的傳導速度比金屬還慢,不同的木材也有不同的傳導速度。


4問:什麼是頻率?


答:頻率(Frequency)就是一件物體每秒振動的週期,如果每秒振動20次,此時我們就說這個頻率是20Hz;如果每秒振動1,000次,我們就說這個頻率是1,000Hz。通常我們都以k(小寫)來代表1,000Hz,所以1,000Hz會簡寫為1kHz,2,000Hz就會簡寫為2kHz。Hz的來源是為了紀念發現電磁波的德國物理學家HeinrichHertz,所以把頻率的單位(公制)稱為Hz。


5問:耳朵到底是怎麼接收聲波的?


答:耳朵是由外耳、中耳、內耳所組成,外耳包括耳廓、耳道。中耳包括鼓膜(耳膜)、鼓室、聽小骨。內耳包括耳蝸(三萬多根的聽覺神經纖維)、前庭、半規管。聲波最終透過內耳的第八對腦神經把振動訊號傳遞到大腦,由大腦來解讀判斷。聲波的傳遞除了經過外耳、中耳、內耳的機械作用傳遞之外,最後必須由大腦來做判斷,所以聽覺包括生理的聽覺與心理的聽覺。


6問:一般人能聽到的頻率範圍大概是多少?


答:我們所能聽到的頻率範圍跟年齡有很大的關係,年齡越大,高低二端的聽覺會越遲頓,甚至聽不到。以一般年輕人而言,人耳所聽到的帶寬大約是20Hz-20kHz,這也是為何音響器材的帶寬規格大多以20Hz-20kHz為準的原因。上了中年,高頻的感知能力很快衰減,能夠聽到16,000Hz就相當不錯。有些人對於某頻域的聽覺感知比較弱,有些人則會比較強。例如有些人對4kHz左右的感知較不敏感,有些人則對10kHz左右的感知很敏銳。


7問:人耳能夠聽到的最小聲與最大聲的範圍在哪裡?


答:人耳所能聽到的最小音量是0dB,也就是從0dB以上才有「聲音」,事實上我們能聽到的聲音跟環境噪音有很大的關係,音樂廳的空間背景噪音大約在20-25dB左右,一般臨大街的公寓測起來背景噪音往往高達60dB以上,很安靜的公寓大約能夠有35dB左右的背景噪音,這已經可以讓我們感覺非常安靜了。如果環境噪音太高,太小的音量會被雜音遮蔽,無法讓「大腦」感知到。


人耳能夠忍受的最大音量大約是130dB,此時耳朵會開始感到疼痛,再大聲甚至會導致耳朵受損。


8問:每個人耳朵所聽到的頻率響應曲線都相同嗎?


答:每個人對聲音的頻率響應感知會有所不同,事實上人耳對不同的頻率也有不同的敏感度差異,頻率越低敏感度越差,頻率越高敏感度也越低。而在2,000Hz-5,000Hz這段頻域人耳的敏感度比較高,尤其3,000Hz-4,000Hz這段頻域最敏感(這是因為耳道共鳴所致)。這也是為何一般人都覺得大音量下2,000Hz-4,000Hz之間的頻域「比較吵」的原因,處理聆聽空間時這段頻域要著重吸音。市面上辦公室或公共空間廣泛使用在天花板上的礦纖板就是用來吸收這段頻域的材料。


9問:什麼是基音?什麼是泛音?


答:當自然界物體振動時,會發出不同的特定振動頻率,而在物體的振動頻率中包含基音(FundamentalFrequency)與泛音(Overtone),基音就是某一特定音高的頻率(例如1,000Hz),泛音就是該特定頻率的倍頻,包括二倍(2kHz)、三倍(3kHz)、四倍(4kHz)、五倍(5kHz)、六倍(6kHz)……以上「整數倍數」的共振頻率產生。我們耳朵所聽到的「聲音」其實就是特定頻率與其他所有倍數頻率的混合。在樂器上,我們會說那個特定振動頻率是「基音」,其他共振所產生的更高頻率是「泛音」,也就是音響中所稱的「諧波」。


10問:自然界中,有沒有隻有發出基音的物體?


答:沒有,所有自然界中的物體所發出的聲音都是基音與泛音的混合,沒有單獨存在基音的物體。單獨的基音只有存在於實驗室中,是人工製造出來的,如儀器所用的測試頻率,通常我們稱為「純音」。


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