二、声音的传播

    声音本质上是一种波动，因此声音也叫声波。我们通常把声的物理过程称为声波，而把与听觉有关的过程称为声音。

    声波是一种机械波，需要经过一定的媒质才能向外传播。这些媒质应是弹性媒质，是可被振动的，如空气、水、固体等。真空中没有弹性媒质，所以真空中是不能传送声波的。在太空中没有空气等弹性媒质，也是寂静无声的。我们最常用的是以空气为媒质传播的声波。后面所讲的都是以空气为媒质。

    正如我们解释声音时所说，邻近声源的空气一疏一密地随声源的振动而振动，同时使较远的空气作同样的振动，产生声波的传播。声波在空气中的传播过程中，空气并不是跟随着一起传播出去，只是把振动传出去，也就是说声波的传播方向与疏密相间的振动方向是一致的，所以声波在空气中表现形式是纵波。

（一） 频率、声速、波长

1． 频率

（1）频率的概念：声源振动的快慢可以用频率来表示。

    声波在一秒钟内振动的次数称频率（f），单位是赫兹（Hz）。声波的频率范围很宽，可以从10-4Hz到1012Hz。然而，一般情况下正常人耳只能听到20Hz至20kHz的声波。我们把这个频段的声音叫可闻声，又叫做声频。低于20Hz的声音叫次声。高于20kHz的声音叫超声。

    超声的频率很高，波长短，指向性好，多用于雷达、探测器等。次声频率低，在空气中可传播很远的距离，火山爆发、地震等都能产生次声波。人耳听到声音的音调高低是由声音的频率来决定的。我们用到的主要是20Hz到20kHz之间的声频。其主要特点是：频率越低、即越靠近20Hz相应的音调就越低，声音越低沉，也就是我们常说的低音。频率越高，即越靠近20kHz，相应的音调就越高，声音越尖税，也就是我们常说的高音。

    音调表示声音频率的高低，是人耳对声频高低的一种抽象的评估。通常把20-250Hz称为低音部分，250Hz-4kHz称为中音部分，4-20kHz称为高音部分。

（2） 频率的划分：频率的划分方法较多，其中标准划分为：

    16—60Hz 超低频
    60—250Hz 低频
    250—2kHz 中频
    2k—4kHz 中高频
    4k—6kHz 高频
    6k—16kHz 超高频

（3）频高与人的感受：人对非旋律性汽车音响的感觉，与声音的频谱、响度、持续时间和混响特征等有关，尤以频谱对音响的感觉为大。



通常把整个声音的频率范围分为6段，它们对人的声音刺激效果是不一样的。

① 16—60Hz，超低频。
    人对该频段的感觉要比听觉灵敏，能给音乐以强有力的感觉。但过多强调该频段，会使乐声混浊不清。

② 60—250Hz，低频。
    该频段包含着强节奏声的基础音，改变该频段会改变音乐的平衡。80Hz附近频率在高响度时能给人强烈的声场刺激，而且不会使人不舒服。80—125Hz频段对人的刺激较强，且会引起不适感，所以响度不宜过大。100—250Hz频段可影响声音的丰满度，使声音圆润甜美，但过多会引起乐声混浊，增大疲劳感。

③ 250—2kHz，中频。
    该频段包含大多数乐器的低次谐波，提升太多会出现电话样音色。300—500Hz以下，明显衰减会使声音缺乏力度感，感到单薄。提升500—1000Hz频段一个倍频程，会使乐器声变为似扬声器样声音，提升1000— 2000Hz频段一个倍频程，会发出金属声。

④ 2k—4kHz，中高频。
    提升该频段会掩蔽话音的重要识别音，导致声音口齿不清。该频段对声音明亮度的影响最大，一般不宜过多衰减，以免降低明亮度，但提升过多，特别是在3kHz附近人耳听觉灵敏区，容易引起听觉疲劳。

⑤ 4k—6kHz，高频。
    该频段为临场感段，能影响说话声和乐器声的清晰度。适当提升该频段能使声音明亮突出，有利于提高声音的清晰度和丰富层次。5k—6kHz如有明显衰减，会使声音暗哑无色彩。该频段响度过大，会产生使人难忍的刺耳感。

⑥ 6k—16kHz，超高频。
    该频段给人清新宜人之感，能控制声音的明亮度和清晰度，特别是12kHz处，但过于强调该频段，会使语言产生齿音。该频段提升太多，易造成设备过载使声音发毛。

2．声速

    声波在媒介中每秒钟传播的距离称为声速(c)，单位为米/秒(m/s)。它的大小和声波的振动无关，是振动状态的传播速度，与媒介的弹性密度和温度有关。在一定的媒介中声速为常数。我们通常用到的媒介为室温(15oC)条件下的空气。其声速为340m/s。

3．波长

    声源完成一周的振动，声波所传播的距离，称为声波的波长（λ），单位为米(m)。声速、频率和波长的关系为：通过对不同频率的波长计算可以知道：频率越低，波长越长；频率越高，波长越短。由于波长的不同，高、低频声波表现出不同的传播特性。

（二） 声音的传播特性——反射、绕射

    声波在传播过程中，如果遇到物体的阻挡会产生反射和绕射。声波同时还有折射、透射和衍射的现象。后几种现象在汽车音响中表现不典型，对整体声场的影响不大，故不做深入探讨。
由于高频声波的波长短，在传播过程中，遇到物体（该物体通常比波长大）的阻挡会产生反射和折射现象。在这里它和光的某些特性是一样的。因此高频声波常在声场中用于定位。

    低频声波的波长长，在传播过程中，遇到物体的阻挡时，因该物体通常比波长小，能绕过物体继续传播，这就是绕射现象。声波的传播特性决定了高频的指向性强，而低频通过性好的特质。这就是为什么在安装汽车音响过程中十分重视高音扬声器的安装位置，而把低音扬声器放在行李箱里。

（三） 声波的干涉与驻波



    在音响系统中声源（扬声器）不只一个，由多个声源产生的声波也是多个的。系统中如果两个声波频率相同，相位相同，则叠加后会使声波能量增强；如果频率相同，但相位相反，叠加后会使声波互相抵消，甚至造成声短路。虽然同样能发出声音，但声音的能量已大大的减少了。如果两个声波的频率、相位都不同，则叠加后的声波将很乱，我们听到的只能是噪声了。

在此需要介绍两个概念：

    相位：简单地说就是音频信号的+、-极。如果+信号使扬声器振膜向前运动，那么-信号就是使扬声器振膜向后运动。在一对扬声器中，其中一只扬声器的+、-极和另一只扬声器的+、-极接法是相反的，称为相位相反。

    声短路：在频率相同的两个声波中，若相位相反，叠加后声音的能量减少，甚至为零而听不到声音。这种现象称为声短路。

    在这里要注意，在汽车音响安装实践中，对相位的正反往往不太重视，甚至有原装音响的扬声器的相位是反的。虽然同样能发出声音，但对于高品质的音乐欣赏损害是很大的。如果你觉得你的系统有可能相位不对，可以这样检验：在一对扬声器中先连接一只扬声器，听听它的中低频。然后再将一对扬声器都接上，再听听它的中低频。如果一只扬声器的中低频好于一对扬声器的中低频，那么相位一定是反的。因为一只不可能好过一对，是被抵消了。这时你只要将其中任何一只扬声器的+、-极换一下即可。

    注意：一套音响系统中所有扬声器的相位都应相同，至于哪根线接“+”哪根线接“-”都不重要，重要的是同一系统中接线的相位要统一。

    注意：在实践中，发现过有的相位标注是错误的。虽然少见，但也应注意。

    由于声波的干涉作用，常使声场出现一种固定的分布，形成波腹和波节。当两个频率相同、振幅相同，但方向相反的声波叠加时，就变成了不传播的驻波。此时声波的振幅叠加后在某一质点上为零，空气中的这些质点因而不振动，称为波节。驻波是声波干涉的一种特殊现象。这里谈的方向相反的声波不同于相位相反的声波。

    在产生波节的同时，空气中另一些质点在其中心位置振动，振幅最大（相当于两个声波振动之和）称为波腹。其余各质点的运动规律处于波节、波腹之间。