( 1)聲學曆史
當森(sēn)林中(zhōng)有一(yī)棵樹(shù)倒塌下(xià)來時，發出一(yī)陣轟然大(dà)響聲音，但是沒有人在這個原始森(sēn)林中(zhōng)，所以就聽(tīng)不到這聲音。這算不算有聲音發出來呢?聲音是肯定發出來了，因爲當樹(shù)幹及樹(shù)枝接觸地面時，它們都會産生(shēng)某些聲音，但是沒有人聽(tīng)見，但這聲音對于人類或其他動物(wù)所聽(tīng)到的是有所不同，所以這就是聲學上所說的心理(Psychoacoustics)。
我(wǒ)(wǒ)在這裏講的聲學原理，最主要是讓一(yī)個調音員(yuán)能夠了解聲學的各方面，而不是進行聲學研究，或是碩士、博士的聲學論文，所以我(wǒ)(wǒ)在這書(shū)内講的聲學理論都是實際可以給在現場操作音響的人用得上的。
1915年，有一(yī)個美國人名叫 E．S．Pridham将一(yī)個當時的電(diàn)話(huà)收聽(tīng)器套在一(yī)個播放(fàng)唱(chàng)片音響的号角上，而聲音可以給一(yī)群在舊(jiù)金山市慶祝聖誕的群衆聽(tīng)時，電(diàn)聲學就誕生(shēng)了。當第一(yī)次世界大(dà)戰結束之後，在美國哈定總統(Harding)就職典禮上，美國貝爾公司把電(diàn)話(huà)的動圈收聽(tīng)器連接在當時的唱(chàng)片唱(chàng)機的号角上，就能夠把聲音傳給觀看總統就職典禮的一(yī)大(dà)群群衆，因此就産生(shēng)了很多專業的音響研究及開(kāi)發了擴聲工(gōng)程這門學問。音響研究人員(yuán)不單純是努力地把音響器材進行改進，也做了各類不同的實驗來了解人類對聽(tīng)覺的反應。但最高級的音響研究人同都明白(bái)音響學是要整體(tǐ)的研究，要了解音響器材的每一(yī)個環節，及人類對聽(tīng)覺的生(shēng)理反應，他們在過去(qù)多年内直至現在都作出了很大(dà)的貢獻。早在1877年，英國的萊李爵士(Lord Raleigh)就已經做過聲學的研究，他曾經說過：「所有不論直接或間接有關音響的問題，一(yī)定要用我(wǒ)(wǒ)們的耳朵來做決定，因爲它是我(wǒ)(wǒ)們的聽(tīng)覺的器官，而耳朵的決定就應該算是最後決定，是不需要再接受上訴的。但這不是等于所有的音響研究都是單靠用耳朵來進行。當我(wǒ)(wǒ)們發現聲音的根基是一(yī)個物(wù)理的現象時，我(wǒ)(wǒ)們探測這個音響境界就要轉到另外(wài)一(yī)個領域範圍，它就是物(wù)理學。重要的定率是可以從研究這方面而來，而我(wǒ)(wǒ)們的聽(tīng)覺感應也一(yī)定要接受這些定率。」我(wǒ)(wǒ)們可以從以上一(yī)段文字看到，就算在沒有電(diàn)聲音響學産生(shēng)的時候，老前輩科學家都認爲這個是物(wù)理的領域。
著名科學家英國的卡爾文勳爵常常說：「當你度量你所述的事物(wù)，而能用數字來表達它，你對這事物(wù)已有些知(zhī)識。但如果你不能用數字來表達它，那麽你的知(zhī)識仍然是簡陋的和不完滿的；對任何事物(wù)而言，這可能是知(zhī)識的始源，但你的意念還未達到科學的境界。」卡爾文勳爵(1824—1907)是19世紀最出色的科學家之一(yī)，後世的科學家爲了要紀念這位偉人，把絕對溫度—273．16攝氏度命名爲0度卡爾文度。
戴維斯夫婦(Don＆ Carolyn Davis)是《音響系統工(gōng)程》(Sound System Engineering)這本書(shū)的作者。這書(shū)被稱爲音響聖經，幾乎是每一(yī)個外(wài)國研究音響的人必讀之物(wù)。我(wǒ)(wǒ)引述他書(shū)内這一(yī)段：「具有數學和物(wù)理學的知(zhī)識，是實質上了解音響工(gōng)程學的必要條件。對這兩種科學認識越深，越能使你跨越從感覺上所得到的意念，而達到用科學來引證事實。著名音響家占士摩亞曾經說過：『在音響學中(zhōng)，任何在表面看來很明顯的事情，通常都是錯誤的』。」
我(wǒ)(wǒ)在以上引述了幾位科學家及音響學家的訓言，主要是因爲現在大(dà)部分(fēn)做音響的人士，他們當然是對音響及音樂很有興趣，但是以爲光靠他們的聽(tīng)覺就可以鑒定什麽是好或不好的音響，不明白(bái)這是一(yī)門專業的工(gōng)程學問，是做不好音響的。遠在19世紀的萊李爵士已經指出這是一(yī)個科學的境界，現代的音響工(gōng)程學也像其它科學學術一(yī)樣正在努力地發展，所以音響工(gōng)程學是離(lí)不開(kāi)數學及物(wù)理學的。
( 2)現場音晌與錄音室音晌的分(fēn)别
在這裏所講解的現場音響地操作，它與錄音技術是有很多不同的地方，有很多人以爲音響的最高境界就是錄音技術，這是不全面的。在錄音技術上，基本是沒有碰到反饋的情況，因爲在一(yī)個錄音室内進行操作時，所有的外(wài)圍因子都可以得到控制，但是在現場音響回放(fàng)時，我(wǒ)(wǒ)們是不可以避免有很多現場音響的問題，所以現場音響和錄音音響是兩種不同的學問。
現場音響跟錄音室音響的要求是不同的，所以有很多器材也是不同的。例如在錄音室内所用的調音台，它們的每路輸入都有多個參數均衡，讓錄音師可以把每路輸入的音源盡量做最精密地微調，務求達到最好的音源效果。一(yī)個用來做現場音響的調音台，通常在它的每路輸入，均衡都是比較簡單的。因爲很多時候，現場調音師根本就沒有很多時間把每路的音源做很仔細地微調，而在現場音響的調音台每路的音量控制推杆，它們除了可以把音量做衰減外(wài)，也可以增益10—14 dB。如果做錄音室用的調音台，這推杆很多時候是不需要做增益的，所以這推杆的英文名稱就是 fader，意思就是衰減器。用在現場音響的大(dà)功率功放(fàng)，它們都會有風扇作爲散熱用途，因爲現場音響的功放(fàng)是常常在最大(dà)功率輸出的情況下(xià)工(gōng)作，并且有很多時候是在戶外(wài)做現場音響時，周圍的溫度可能相當高。如果在錄音室内，通常都一(yī)定會有空調，溫度當然不會太高，而錄音室内的功放(fàng)，主要是用來推監聽(tīng)音箱用的，當然不需要輸出很大(dà)的功率，所以功放(fàng)隻需要用普通的散熱器，就可以把很小(xiǎo)的熱量散走。如果功放(fàng)裝有風扇的話(huà)，風扇發出來的聲音反而造成噪音，所以在錄音室内的功放(fàng)基本上是不需要風扇的。
現場音響所用的音箱，爲着要把很大(dà)的聲壓傳播繪在遠距離(lí)的觀衆，所以它們是需要很高效率的，但在錄音室内所用的監聽(tīng)音箱，是錄音師用來監聽(tīng)聲源或錄音的最後結果，錄音師是坐在距監聽(tīng)音箱很近的地方來監聽(tīng)，所以監聽(tīng)音箱是一(yī)種近音場的音箱，不需要高靈敏度，作用跟現場音響音箱是完全不同的。
( 3)音頻(pín)與波長的關系
很多現場調音師都沒有理會到音頻(pín)與波長的關系，其實這是很重要的：音頻(pín)及波長與聲音的速度是有直接的關系。在海拔空氣壓力下(xià)，21攝氏溫度時，聲音速度爲344m／s，而國内的調音師，他們常用的聲音速度是34Om／s，這個是在15攝氏度的溫度時聲音的速度，但大(dà)家最主要記得就是聲音的速度會随着空氣溫度及空氣壓力而改變的，溫度越低，空氣裏的分(fēn)子密度就會增高，所以聲音的速度就會下(xià)降，而如果在高海拔的地方做現場音響，因爲空氣壓力減少，空氣内的分(fēn)子變得稀少，聲音速度就會增加。音頻(pín)及波長與聲音的關系是：波長=聲音速度／頻(pín)率； λ=v／f，如果假定音速是344 m／s時，100Hz的音頻(pín)的波長就是3．44 m，1000hz(即lkHz)的波長就是34．4 cm，而一(yī)個20kHz的音頻(pín)波長爲1．7cm。
( 4)音箱的高、中(zhōng)、低頻(pín)率
例如我(wǒ)(wǒ)們現在有一(yī)個18時的紙(zhǐ)盆揚聲器單元，裝置在一(yī)個用木材造的音箱内，而這音箱的面闆面積是 l平方米，即這面闆的高度及寬度均是 l米。我(wǒ)(wǒ)們怎樣計算這音箱的高、中(zhōng)、低頻(pín)率呢?首先我(wǒ)(wǒ)們要計算這音箱面闆的對角長度，是2的方根=1．414m，任何頻(pín)率的 l／4波長是超過1．414m時，對這音箱來說它就是低頻(pín)；如果一(yī)個頻(pín)率的 l／4波長是1．414m時，波長就是4×1．414m= 5．656m，這頻(pín)率=344m／s÷5．656m=60．8／s=60．8Hz，所以任何音頻(pín)低于60．8Hz時，對這音箱來說就是它的低頻(pín)率。當60．8Hz或更低的頻(pín)率從這音箱傳播出來時，它們的擴散形象是球型的，等于如果我(wǒ)(wǒ)們把這音箱懸挂在一(yī)個房間中(zhōng)間時，這些頻(pín)率的音量在音箱的前後左右及上下(xià)所發出來的聲壓都是差不多的，放(fàng)出來的聲音變成沒有方向性。當某頻(pín)率的 l／4波長是小(xiǎo)于音箱面闆的對角長度，但這波長又(yòu)大(dà)于揚聲器的半徑時，這段頻(pín)率就是這音箱的中(zhōng)頻(pín)率。例如我(wǒ)(wǒ)們現在是用一(yī)個18時單元，這單元的半徑爲9寸，就是22.86cm=0.2286m,這個音頻(pín)爲344m/s÷0．2286m=1505Hz,從60.8Hz-1505HZ頻(pín)就是這音箱的中(zhōng)頻(pín)率。中(zhōng)頻(pín)率從這音箱所擴散出來的形狀是半球形的，即如果我(wǒ)(wǒ)們把這段頻(pín)率從剛才懸挂在房間中(zhōng)心的音箱放(fàng)出來時，聲音從音箱面闆擴散出來的形狀是半球形。在音箱後面是聽(tīng)不到這段頻(pín)率的聲音。
1505Hz及更高的頻(pín)率，對這音箱來說就是它的高頻(pín)率。高頻(pín)率從音箱擴散出來的聲音形狀是錐形的，頻(pín)率越高，錐的形狀越窄。通常如果頻(pín)率超過開(kāi)始高音頻(pín)的4倍時，聲音擴散出來的形狀會慢(màn)慢(màn)變成一(yī)條直線而不擴散，如果不是坐在對正單元的位置，就聽(tīng)不到這些高頻(pín)率。所以很多高頻(pín)率單元如果是紙(zhǐ)盆型的話(huà)，這紙(zhǐ)盆的直徑是很小(xiǎo)的，把這音箱的高頻(pín)下(xià)限盡量提高，希望能夠使高頻(pín)擴散的寬度增加。我(wǒ)(wǒ)們常常見到家庭音響音箱中(zhōng)的高音單元，通常會用 l—2時的紙(zhǐ)盆單元，或半球狀的單元，理由就是這個原因。而專業現場音響的高音單元，因爲要發出很大(dà)的高頻(pín)聲壓，所以說一(yī)定是采用号角處理的。
( 5)各類不同的音場
當一(yī)個紙(zhǐ)盆揚聲器接受了從功放(fàng)傳過來的信号後，紙(zhǐ)盆就會作出前後的搖動，當紙(zhǐ)盆向前推進時，紙(zhǐ)盆撞擊到它前面的空氣分(fēn)子，在紙(zhǐ)盆前面的空氣就會增加壓力，這些分(fēn)子就會繼續向前推進，碰撞它們前面的空氣分(fēn)子，造成輕微的高氣壓。當紙(zhǐ)盆向後退時，紙(zhǐ)盆前面的空氣分(fēn)子就會産生(shēng)輕微的真空，然後這些分(fēn)子會跟着紙(zhǐ)盆的後退，造成這裏的空氣有輕微的壓力減少。但我(wǒ)(wǒ)們不要忘記，空氣是有彈力的，但在紙(zhǐ)盆前面的空氣是剛剛被紙(zhǐ)盆的動作搖動，不能達到空氣本身的彈力，這時我(wǒ)(wǒ)們便要看這頻(pín)率的波長，聲音是要直到離(lí)開(kāi)紙(zhǐ)盆的距離(lí)有2．5倍波長時，這些空氣才發揮出造成聲音的彈力。例如一(yī)個100Hz的頻(pín)率，它的波長是3．44米，所以聲音要離(lí)開(kāi)紙(zhǐ)盆2．5×3．44米=8．6米之外(wài)，才是真正的這個100Hz的聲音。如果用10OHz來算，離(lí)開(kāi)紙(zhǐ)盆的距離(lí)還沒達到8．6米就爲 lOOHz的近音場，而超過8．6米才是100Hz的遠音場。爲什麽我(wǒ)(wǒ)們要了解遠近音場呢?很多時候在一(yī)隊樂隊中(zhōng)的電(diàn)貝司手，他往往都不了解近音場的效果，而在他的電(diàn)貝司音箱上，有一(yī)個均衡旋鈕就是寫着貝司（Bass) ，正是這樂手的稱号。電(diàn)貝司手通常會站在離(lí)開(kāi)電(diàn)貝司音箱不遠的地方做演奏，如果他站在近音場時，有時會覺得低音不足，就會把這Bass的均衡旋鈕盡量調大(dà)，但聽(tīng)衆在他們的位置就會聽(tīng)得到很強烈的低音，很多時候造成不好的效果。這些強烈的低音也會跑進歌手的話(huà)筒，如果調音師因爲覺得歌手的聲音不足夠時，就會把歌手這一(yī)路的聲音提高，但也同時把電(diàn)貝司的低音量也提高了，調音就遇上了困難。電(diàn)貝司的最低E弦是41Hz，但因爲拾音器是放(fàng)在弦的末段，所以41hz第一(yī)個諧音82Hz才是主要的電(diàn)貝司低頻(pín)率，82Hz的波長是 4．2米（344m／s 除以82／s=4.195m），所以差不多要離(lí)開(kāi)電(diàn)貝司音箱 10米左右才是這82Hz的遠音場，而因爲電(diàn)貝司手不會站到離(lí)開(kāi)他的音箱這麽遠的距離(lí)時，他聽(tīng)到的聲音隻是近音場，而不是聽(tīng)衆所聽(tīng)得到的聲音。所以我(wǒ)(wǒ)們當說到揚聲器的遠近音場時，最主要是注意到頻(pín)率及它的波長，而不是單純看離(lí)開(kāi)音箱多遠就是等于遠或近音場，最主要就是記得我(wǒ)(wǒ)們當欣賞音樂時，是要在遠音場的位置，而不是在近音場的位置。
（6）直接音場、反射音場、不直接音場
當揚聲器在一(yī)個房間内發出聲音，聽(tīng)衆可以聽(tīng)到直接從揚聲器傳過來的聲音，這就是直接音場（indirectfield），但也可以聽(tīng)到從牆、天花闆及地闆所反射過來的聲音，這就叫做反射音場（reverberant field)。聽(tīng)衆聽(tīng)到越多的直接音場的聲音，反射音場的聲音就越小(xiǎo)時，這聲音就越好，因爲直接音場的聲音是可以控制的，但反射音場的聲音是不能控制的，隻會把直接育場發出來的聲音加上渲染，把原本聲音的清晰度底減低，所以坐得離(lí)音箱比較近的聽(tīng)衆就會感覺到好一(yī)點的音響效果，而坐在後面的聽(tīng)衆很可能是他們聽(tīng)到的反射音場聲音比直接音場聲音更大(dà)，音響效果便會比較差及清晰度降低。有時候一(yī)隊樂隊在台上演出時，因爲他們沒有監聽(tīng)音箱，而兩旁的主音箱是放(fàng)在靠近台口的位置，樂隊及歌手所聽(tīng)到的聲音完全沒有從直接音場放(fàng)過來的，他們站立的位置就叫做不直接音場，聲音效果當然不會好，這也會影響到樂隊的表演水平，令觀衆聽(tīng)到不太好的演出聲音。
（7）界面幹擾
當我(wǒ)(wǒ)們選擇放(fàng)置音箱的位置時，很重要的一(yī)環是要注意到音箱所發出來的聲音是會受到它旁邊的界面影響而造成幹擾。例如放(fàng)在台口兩旁的主音箱，它們的低音紙(zhǐ)盆離(lí)開(kāi)地面及旁邊的牆壁如果是大(dà)約在1米的時候，一(yī)個4米波長的音頻(pín)就會受到這兩個界面的幹擾。一(yī)個4米波長的頻(pín)率是 86Hz（344m／s ÷ 4m＝ 86Hz），當 86HZ的聲音從音箱放(fàng)出來時，大(dà)的空氣壓力在1／4周内剛巧碰到地面及牆壁，再過l／4周就反射回到音箱的紙(zhǐ)盆面前，但這個時候剛巧紙(zhǐ)盆要後退，原來從地面及牆壁反射過來的大(dà)空氣壓力就會被紙(zhǐ)盆後退的動作抵消很多，造成失去(qù)了很重要的低音。如果遇到這個情況，就應該把音箱向台後退0．5－1米，讓音箱所發出來的聲音不能直接射到地面上，而如果可以把音箱移到靠近兩邊的牆壁時，更可利用牆壁的反射制做出更大(dà)的音量。80-100Hz 這段頻(pín)率是很重要的，它是我(wǒ)(wǒ)們肺部空間的共鳴點，也是低音鼓的共鳴頻(pín)率，如果是因爲不了解界面幹擾而擺錯了音箱放(fàng)置的位置，實在是很不值得的。
(8）高、低音效果
我(wǒ)(wǒ)們很難指定某一(yī)頻(pín)率以上爲高音或某頻(pín)率以下(xià)爲低音，我(wǒ)(wǒ)們常常說人的聽(tīng)覺是從20Hh－20KHz，但20kHz的頻(pín)率是很少人能夠聽(tīng)到的，通常隻有20歲以下(xià)的青年人，他們的耳朵沒有受到任何的損壞時才可以聽(tīng)得到。如果做聽(tīng)覺測驗，最高的測聽(tīng)頻(pín)率隻是8 kHz。當聲音傳出去(qù)時，高頻(pín)率是比低頻(pín)率衰減快得多，如果用1kHz跟10kHz做比較時，當聲音跑了100米後，10kHz的『頻(pín)率比起IkHz的音量會衰減30－35dB的。比起低頻(pín)率，高頻(pín)率聲音是比較有方向性的。高頻(pín)率的聲音從單元跑了出來後，如果受到物(wù)體(tǐ)的阻擋，高音就不能再傳過去(qù)，這個是跟低頻(pín)率有很大(dà)的不同，因爲高頻(pín)率的波長是比較短，受到物(wù)體(tǐ)阻擋之後不會轉彎，但低頻(pín)率的波長是比較長，所以很多時候就算有物(wù)體(tǐ)在前面阻擋，低頻(pín)率也可以轉彎過去(qù)。例如有些專業音箱的設計是把一(yī)個高音号角放(fàng)在它的低音單元前面，但對這個低音單元所發出來的低頻(pín)率，它根本就看不到前面是有什麽東西阻擋聲音似的，所以低頻(pín)率可以照樣傳過去(qù)。
從我(wǒ)(wǒ)們的聽(tīng)覺上來說，我(wǒ)(wǒ)們是需要聽(tīng)到高頻(pín)率的聲音來辨别各類不同的聲音，但如果單純是講人的談話(huà)聲時，我(wǒ)(wǒ)們隻需要聽(tīng)到4kHz及以下(xià)的頻(pín)率，就能馬上辨别是什麽人在說話(huà)。例如電(diàn)話(huà)的聲音傳送，高頻(pín)隻達到4kHz，所以有時候當一(yī)個很久都沒有和你談話(huà)的人，當他打電(diàn)話(huà)給你時，隻要說：「喂！」，你就馬上便可以鑒别他是你很久都沒有談過話(huà)的朋友的聲音。我(wǒ)(wǒ)們聽(tīng)高頻(pín)也有方向性，即是我(wǒ)(wǒ)們能夠辨别高頻(pín)聲音來源的方向。因爲高頻(pín)的聲音傳到我(wǒ)(wǒ)們兩個耳朵時，已經有了很細微的時間差，所以它們來到耳朵的時候有不同的相位改變，我(wǒ)(wǒ)們就借着這改變了的相位可以鑒定 ?
