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专业知识-声波的基本特征

1.声波的传播速度(声速、音速)

声波在媒介中的传播速度与媒介的密度、弹性及温度有关。用符号C表示。单位为m/s(米/秒)。
声速与温度的关系为:C=CO(1+t/273)1/2m/s

式中Co为温度摄氏度0°时的声速,其值为331.4m/s。经计算,在温度为15°C时的声速为340m/s。
声波也可以在液体和固体中的传播,例如在水中的速度为1450m/s。经计算,在温度为15°C时的声速为340m/s。

2.声波的频率
声波的频率是指声源在一秒内所振动的次数,或是空气中分子在一秒钟内疏密变化的次数。用f表示。单位为Hz(赫兹)。
当声源振动的频率在20~20000Hz时,人耳可以听到有声音的感觉。我们把这段频率范围称做音频。低于20Hz的声音称为超低频(或称次声波),高于20000Hz的声音称为超高频(或称超声波)。
在可闻的音频范围内,声音的频率越高,则音调越高,听起来有尖锐,尖细的感觉;频率越低则声音有低沉的感觉。
3.声波的周期
当声源完成一次振动,空气分子形成一次疏密变化所经历的时间称为一个周期。用符号T表示。单位为S(秒)。很显然,声波的周期即是声波频率的倒数。可以用式T=A1/f来表示。
4.声波的周长    
声波振动一个周期,所传播的路程称为声波的波长。也就是说,从一个波峰(压缩)到下一个波峰之间的物理距离叫做波长。波长符号用λ来表示。单位为m(米)。
根据声波的特性,声波的传播、频率及波长三者之间的关系可用下式来表示:C=fλ或λ=C/f
从上式可以看出,在给定的温度条件下(声速已知),频率与波长成反比。
5.声波的振幅(峰值)
声波振幅是指空气分子疏密变化的位移大小。振幅越大,则位移也越大。反之亦然。如果声波是一种正弦波时,其最大值与零之间的值叫峰值。最大正值与负值之间的值叫峰值(p-p值)。均方根(有效值rms)是为研究这些值进行有意义的平均,它最接近与人耳所感觉到的声音信号的大小。据方根(有效值)=0.707×峰值
6.声波是相位
声波的相位是指波形的周围内从起始点至波峰、波谷或任意一点之间的度数来表示。相位用量度来计量,一个完整的声波周期是360度 。我们定声波的起始点为0度,波峰处为90度(1/4周期),波谷处为270度,一个周期的结束点处事360度。
如果有两个相同的波在一起传播,但是一个波相当于另一个波延迟了一些时间传播,则两个波之间有了相位移(或称相位差)。如果延迟时间越长,相位移也就越大。相位移也用度来量。
如果有两个相同波的位移为180度时,一个波的波峰与另一个波的波谷相重合。这时把两个波组合在一起时,波形会消失。这种现象叫做相位抵消。
常见的梳状滤波效应就是因为由相位抵消的现象而引起的。在用多支话筒拾取声音时,如果话筒摆放不当,或者在用多只音箱播放声音时因音箱的摆放位置不当,也会因这种相位抵消的现象而听到有一种既空洞而有奇怪的感觉。
7.声波的谐波

我们听单一频率的声波时是一种单一音调的纯音感觉。它发出的声波是以一种正弦波的形式出现。例如,敲打音叉、三角铁时发出的声音。但在实际的音乐乐器声中,很少能产生单纯的正弦波,它们都是以多个不同频率的声波组合来出现的。所以在自然界中所发出的声波大多数为复合声波。复合声波中所出现的最低频率称之为基波频率,除了基波频率以外,还有比基波频率高出许多的各种频率,我们把这种频率成分称之为泛音,如果泛音的频率是基波频率的整数倍,那么这些泛音称之为谐波。例如,音调A的基波频率为440Hz,它的第二谐波为880Hz,三次谐波为1320Hz等。
在各种乐器演奏的声音中,泛音的波形幅度和相位各不相同,有些波形像方波、三角波、锯齿波等已经和正弦波有很大的差别。但是对于上述有关声波的特性来说还是完全适应的。谐波和他们的幅度是决定声音音色的一个特征。
8.声波的包络

鉴别声音音质的另外一个特征即为声波的包络。每一件乐器产生它自己的包络特性,这一包络特征与音色一起决定了一件乐器的主管音质。声波的包络即是声波波形的强度变化的曲线。它由三部分组成:声建立、持续期和衰减期。每个部分都有三个变量:持续时间、振幅和随时间变化的振幅。同的乐器例如单簧管、响弦鼓和饶钹等,他们的包络形状是有明显的区别。

来源:湖北音响网