音频工程概论

在这篇文章中，我将定义一些术语，并概述声波、耳朵的频率响应、响度、动态范围、声波和立体声的行为。

声波

声音被定义为我们的耳朵可以察觉到的气压变化。

压力的变化是由空气中某些物体振动引起的。这样释放的能量以纵波的形式从源向外传播。

当波经过一点时，大气压力的变化可以用瞬时压力随时间的变化图表示:

这种压力变化可以定量测量，可以用每平方米微牛顿(µNm)表示^－2）.

在预测任何声波的活动时，这种压力变化是最有用的概念。

波长

声波所占的长度取决于两个因素:

• 振动的频率
• 波在空气中的速度

波长由公式给出:

λ = s f

地点:
λ (lambda)是波长
S是声音在空气中的传播速度(340毫秒)^－1）
F是源的频率

耳朵的频率响应

耳朵对频率的敏感范围因人而异，但一般都在20Hz - 20kHz之间。

上限取决于人的年龄。儿童的反应可能会增加到20kHz，到中年时减少到14kHz左右。

下限更难定义，因为在20Hz以下，耳朵开始分辨压力的个体变化，而不是将它们视为音符。同样在20Hz以下，身体的其他部分开始取代耳朵来感知压力的变化。

响度

如果一个以恒定频率振动的源以相同的频率振动，但通过更大的位移，额外的功率投入源将产生更大的压力变化。

这种可以定量测量的压力变化的增加，被耳朵解释为响度的增加。

然而，响度是一个可感知的量，不能绝对测量。

因此，声源的声音大小取决于声压级。它也取决于频率;耳朵感知到的大约4kHz的声音要比相同声压级50Hz的声音大得多。

以1千赫频率通过60dB线路的曲线称为“60方曲线”。

频率响应的可检测和可接受的变化

前面说过，耳朵的频率响应从20Hz扩展到20kHz。如果将带宽限制在30Hz和15kHz的音频与不受限制的音频进行比较，大多数人几乎无法区分这两者。

因此，将传输信号限制在这些极限是很好的实践，然后我们只需要考虑这些频率。

与原始声源相比，什么是可检测的变化，什么是可接受的变化取决于许多因素。其中最重要的是:

• 你是谁
• 你有哪些可用的参考资料

一个有经验的音响工程师能够听到一般人不会注意到的错误。

如果你听不到原声，就更难评估复制声音的质量。

可检测和可接受的响度变化

在进行客观测试时，必须确定响度的测量。由于响度取决于频率，因此可以使用加权网络来近似耳朵的响应。对于大多数测试，所选择的频率加权网络类似于40 phons的等响度曲线(见上文)。

因此，响度可以测量为dBA，相对于20 μ Nm^－2通过A加权网络。

是否能察觉音调的突然变化，例如两段音乐之间的突然变化，取决于经验。一个录音师应该能够检测到1分贝的变化，而一个普通人可能无法检测到3分贝的变化。

动态范围

这被定义为声音中最响亮的部分和所需声音中最安静的部分之间的差异。

在管弦乐队中，这可能是60分贝左右，代表了演奏曲目中最响亮和最安静的部分之间的变化。

在某些情况下，比如在车里听收音机，大的动态范围是不可取的，因为最安静的部分可能在道路噪音中听不到，所以音频可以动态压缩到30dB，这样在不过度增加音量的情况下，最大声和最安静部分之间的变化都可以同样好地听到。

声波的行为

在试图预测声波的行为时，必须考虑的三个最重要的性质是:

• 反射
• 吸收
• 折射

重要的是要考虑波长的大小与声音所击中的物体相比。

作为参考，频带可以分为三个波段:

1. 低频的波长很长，大约10英尺左右为100Hz
2. 中频的波长更短——1英尺左右为1kHz
3. 高频的波长很短——大约1英寸为12kHz

反射波

如果一个表面是硬的，声音撞击在它上的反射损失很小。

如果两个这样的表面在某一特定频率上被一个波长的一半的距离隔开，就可以形成驻波。这在墙壁上产生了高压，你可以听到音符，而在房间中央产生了非常低的压力，几乎听不到音符。

折射波

如果声波被物体拦截，声波是被物体反射还是在物体周围折射取决于障碍物的相对大小。

对于阻塞较大的频率(例如;大于10个波长)。障碍物会反射所有的波。对于阻塞很小(0.1%)的频率，它也可能不存在。

吸收波

如果声波击中具有机械损耗且足够厚(就波长而言)的物质，它将损失部分能量，因此当部分信号被吸收时，声波会以较低的振幅反射。

由于所涉及的尺寸，高频比低频更容易被吸收。

立体图像

在日常生活中，我们通过整理耳朵收集到的许多信息来感知声音的位置。我们的眼睛和经验可以证实我们的判断是正确的。

使我们能够用两只耳朵确定声音的来源的一些因素如下:

• 抵港时差
• 相位差
• 高频阴影
• 振幅差异

如果磁头移动，就会获得一组新的读数，这可以帮助我们确定震源的方向。

在不同的频率下，耳朵使用不同的参数来帮助确定源的位置。如果源是音乐或语音，两者都包含低、中、高频率的混合，上述所有技术都有助于提供非常准确的位置定位。

一种二维声场的错觉可以由一对扩音器重现。通过保持除振幅差外的所有参数不变，耳朵可以将这些振幅差理解为位置信息。

据作者所知，这些内容是准确和真实的，并不意味着要取代来自合格专业人士的正式和个性化的建议。

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