第二讲影视声音基础知识

第二讲影视声音基础声音的物理属性，即是声音感知的客观因素——即客观声音产生和传播的过程。在这个过程中涉及了声音的客观属性，诸如：声音的传播速度、波长、频率、振幅等声音的心理属性，即是声音感知的主观因素——即客观声音如何在人脑重现的过程。在这个过程中涉及了声音的主观属性，诸如：声音的音量、音调、音色等池州学院刘德群第一节常用的物理概念一.1.正弦波：在一条基准线附近作往复运动的振动波频率成分最为单一的一种信号，因这种信号的波形是数学上的正弦曲线而得名。任何复杂信号——例如音乐信号，都可以看成由许许多多频率不同、大小不等的正弦波复合而成。2.振幅：正弦波离开基准点的位移振动物体离开平衡位置的最大距离叫振动的振幅,振幅描述了物体振动幅度的大小和振动的强弱。3.相位：频率相同的正弦波之间在时间上的相对位移。在扩声系统中，由于传声器信号输出线或音箱功率信号输入线极性接反以及系统存在的相位失真等原因，会造成各种各样的声音反相位或相移问题。声音相位关系的正确与否（尤其是反相），将直接影响声音还原质量。4.音值：又称音长，是由震动持续时间的长短决定的持续时间越长，音则长，反之越短5.动态范围：录音或放音设备中，最大音量与最小音量之间的音量范围，称之为“动态范围”如果录音时，所录的音量大于设备所承受的范围，那么结果就会导致声音失真。6.复合波：几个有谐波关系的正弦波叠加在一起产生平时所听到的声音，都不只是一个声音，而是由许多个声音组合而成的，于是便产生了复合音6.信噪比是人们为录音与还音设备规定的一个常见的性能指标。大多数录音与还音设备自身都会发出一些无法消除的噪声，且组合还会增加，一般在55:1左右。55分贝的信号，就有1分贝的噪声一般民用设备的S/N约为，40-50dB7.噪声噪声是对有用信号产生干扰作用的杂波线路噪音、本地噪音、现场噪音8.声压与声压级声压是空气中因声波的振动而引起的压强变化人耳最低声压是0.0002微巴，最高达200-2000微巴由于人耳对声音强弱的感觉与声压的对数成正比，因此把声压级定义为，将待测声压有效值p(e)与参考声压p(ref)的比值取常用对数，再乘以20，即：SPL=20LOG(10)[p(e)/p(ref)]其单位是分贝（dB）。较安静的背景是30dB，面对面讲话的平均声压级是60dB，一般电影声音语言是75dB，影院放映影片时的最大声压级可以达到115dB，痛阀为120-140dB二、声音的传播1.声音传播的实质：是机械振动或气流振动扰动而引起的周围介质发生的波动横波：横向波动纵波：纵向疏密波动地震被按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波。纵波是推进波，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。横波是剪切波：第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。2.声速=340米/秒波长=声速/频率3.声障效应：声波在传播中遇到物体时们就会像光线一样反射回来，反射量取决于声波的频率的波长与反射物体的大小绕射：声波沿着物体的边缘而弯曲进行传播的现象4.复合音：由基音和泛音结合在一起形成的声音，叫做复合音物体受力振动瞬间、整体振动发出基音；物体受力后其部分因惯性继续振动发声、产生泛音；复合音的几种情况：1)相同波相加时的振幅，加倍2)当180度的异相波混合时，同等振幅的各个波完全抵消3)部分异相波的振幅混合时在某些地方相加，而在另一些地方则是抵消三、声音的强度由声波引起的压强变化叫声压，声压的大小决定声音的强弱人声所能听到的最大动态范围是120分贝四、声音的频谱图频谱图是将声音发声的过程，1.分为三个部分：起始部分、内动态稳定部分、衰变部分2.分三种：反映声源发音过程的包络图；反映音乐的线状频谱图；反映连续频谱的噪声图五、声音的计量分贝表示一种单位，即两种电或声功率之比或两种电压或电流值或类似声量之比；声学领域中，分贝的定义是声源功率与基准声功率比值的对数乘以10的数值,是一种测量声音相对响度的单位分贝量的变化关系恰恰和人耳的听觉强弱感受非常吻合，这也给声学计算打下了良好的基础六、室内声波的组成声波从声源发出后，按照辐射的时间顺序1.直达声：声源发声之后，最先发出脉冲声2.近次反射声：继直达声之后，滞后20-50毫秒而来的反射声3.混响声：这是继近次反射声之后，在房间的四壁和顶棚多次无规则反射而来的密集声能。第二节声音的生理和心理反映一.人耳的结构外耳:耳廓、耳道、鼓膜中耳:三块耳小骨，锤骨、砧骨、镫骨和内耳：耳蜗，声音分析器第二节声音的生理和心理反映二、人的听觉范围16～20KHz低于16(20HZ)的次声波一般听不见，高于20KHZ的超声波也听不见。二、人耳的听觉特性（1）方位感（2）响度感对微小的声音，只要响度稍有增加人耳即可感觉到，但是当声音响度增大到某一值后，即使再有较大的增加，人耳的感觉却无明显变化。我们把人耳对声音响度的这种听觉特性称为“对数式”特性另外人耳对不同频率的声音，听觉响度也不相同例如：人耳对中音频段（60Hz～2500Hz）感受到的声音响度较大，且较平坦。高音频段（2500Hz～20000Hz）感受到的声音响度随频率的升高逐渐减弱，低音频段（20Hz～160Hz）在80Hz以下急剧减弱，斜线陡率较大。我们把低音频段的急剧减弱称为低频“迟钝”现象。（3）音调感人耳在声音响度较小的情况下，对音调的变化不敏感，高、低音小范围的提升或衰减很难感觉到。随着声音响度的增大，人耳对音调的变化才有较大的增强，我们把人耳对音调的这种听觉特性称为“指数式”特性。（4）音色感①记忆力,熟人②分辨力,分辨乐器③音色感，是指人耳对音色所具有的一种特殊的听觉上的综合性感受，是由声场（无论是自由声场还是混响声场）内的纵深感，方向、距离、定位、反射、衍射、扩散、指向性与质感等多种因素综合构成④聚焦效应人的听觉系统可以从众多声源同时发出的声音之中，把听觉的主要对象集聚到其中某一点上。二、等响曲线把响度水平相同的各频率的纯音的声压级连成的曲线。在该曲线圈上，横坐标为各纯音的频率，纵坐标为达到各响度水平所需的声压级(分贝)，每一条曲线代表一个响度水平四、音调与倍频程1.音调又称音高，是人的第二个主观量。声音的高低叫做音调,频率决定音调2.倍频程：频率比为Z(倍频系数)的两个频率之间的频带。声音信号的频率范围为20Hz到20KHz，在声音信号频谱分析一般不需要对每个频率成分进行具体分析。为了方便起见，人们把20Hz到20KHz的声频范围分为几个段落，每个频带成为一个频程。频程的划分采用恒定带宽比，即保持频带的上、下限之比为一常数。当声音的声压级不变而频率提高一倍时，听起来音调也提高一倍若使每一频带的上限频率比下限频率高一倍，即频率之比为2，这样划分的每一个频程称1倍频程，简称倍频程。例如对于从20Hz逐步递增到20kHz增益相同的正弦交流信号，虽然各频段增益一样，但我们听觉所感受到的声音响度却不相同。在20Hz～20kHz整个可听声频率范围内，上下限频率共10个倍频程。如表所示：倍频程的频率范围频程频率范围（Hz）120～40240～80380～1604160～3205320～640…95000～100001010000～20000低音频段20Hz～160Hz（3倍频）中音频段60Hz～2500Hz（4倍频）高音频段2500Hz～20000Hz（3倍频）低音频段20Hz～160Hz（3倍频）中音频段60Hz～2500Hz（4倍频）高音频段2500Hz～20000Hz（3倍频）人耳对中音频段感受到的声音响度较大，且较平坦。高音频段感受到的声音响度随频率的升高逐渐减弱，低音频段在80Hz以下急剧减弱，斜线陡率较大。我们把低音频段的急剧减弱称为低频“迟钝”现象。五、音色是指声音的感觉特性，音色是由发音体的性质决定的。音色主要取决于声音的频谱结构，所涉及的声音特性包括圆润、饱满度、清晰度、共鸣效果等基因和谐音的结合方式也是塑造音色的要素之一人耳听觉的几个效应一、领先效应如果室内空间存在许多反射声和混响声，让声音听上去不那么短暂或清晰，也不会影响对声音的定位，因为开始时的短暂的声音音头给出的信息已经足够定位了。我们把对第一个直达声的反应叫做领先效应。二、鸡尾酒效应当处于一个具有混响空间的聚会时，即使现场有背景音乐和许多交谈声，我们也能听到和我们交谈对象的谈话声。但是如果用传声器替代我们的位置进行拾音，然后再听这段录音，会感觉声音非常糟糕的二、遮掩效应一个较弱的声音（被遮掩音）的听觉感受被另一个较强的声音（遮掩音）影响的现象称为人耳的听觉“遮掩效应”，也就是说由于某种声音的存在而降低了对另一种声音的的感受能力，这种现象除了与音量有关，也与频率有关，因此也叫“频率遮蔽”1.当响度很大时，低频声音会对高频声音产生较显著的遮掩效应2.高频声音对低频声音只产生很小的遮掩效应3.遮蔽音对被遮蔽音的频率越接近，遮蔽作用越大。当它们的频率相同时，一个音对另一个音的遮蔽作用最大六、混响、混响时间从声源停止发声起，在室内继续存在的声音现象叫做混响，描述这一客观量称为混响时间通常，即当（室内）声场达到稳态，声源停止发声后，声压级降低60dB所需要的时间称为混响时间。混响时间过短，声音发干，枯燥无味，不亲切自然；混响时间过长，会使声音含混不清；合适时声音圆润动听。混响的要求：对讲演厅来说，混响时间不能太长．我们平时讲话，每秒钟大约发出2～3个单字，假定发出两个单字“物理”，设想混响时间是3秒，那么，在发出“物”字的声音之后，虽然声强逐渐减弱，但还要持续一段时间(3秒)，在发出“理”字的声音的时刻，“物”字的声强还相当大．因而两个单字的声音混在一起，什么也听不清楚了。混响时间也不能太短，太短则响度不够，也听不清楚．因此需要选择一个最佳混响时间．比如学术报告厅，混响时间为1秒。不同用途的厅堂，最佳混响时间也不相同，一般来说，音乐厅和剧场的最佳混响时间比讲演厅要长些，而且因情况不同而不同．轻音乐要求节奏鲜明，混响时间要短些，交响乐的混响时间可以长些．难于听懂的剧种如昆曲之类，混响时间一长，就更难于听懂.节奏较慢而偏于抒情的剧种，混响时间则可以长些。比如某剧场的混响时间，坐满观众时为1.36秒，空的时候是3.3秒．这是因为满座时，吸收声音的物体多了，所以混响时间缩短，上面所说的最佳混响时间是指满座时的混响时间．高级的音乐厅或剧场，为了满足不同的要求，需要人工调节混响时间．其中一种办法是改变厅堂的吸声情况．在厅堂内安装一组可以转动的圆柱体，柱面的一半是反射面，反射强、吸收少；另一半是吸声面，反射弱、吸收多．把反射面转到厅堂的内表面，混响时间就变长；反之，把吸收面转到厅堂的内表面，混响时间就变短四、哈斯效应（哈斯对双声源的不同延时给人耳听感反映的这一描述）当两个强度相等而其中一个经过延迟的声音同时到聆听者耳中时，如果延迟在30ms以内，听觉上将感到声音好像只来自未延迟的声源，并不感到经延迟的声源存在。当延迟时间超过30ms而未达到50ms时，则听觉上可以识别出已延迟的声源存在，但仍感到声音来自未经延迟的声源。只有当延迟时间超过50ms以后，听觉上才感到延迟声成为一个清晰的回声。这种现象称为哈斯效应，有时也称为优先效应哈斯效应应用在一般剧场扩声设计中，为了提高声场的均匀度和利用扬声器的方向性来提高系统的传声增益，通常将主扬声器设置在舞台台口上方，此时观众席的前排观众就会感觉到声音是从舞台台口的顶部传来的，造成声像的不统一，为了解决这个问题，有时会在舞台两侧较低的位置，甚至在乐池栏板上布置一些辅助扬声器，这些扬声器距离前排观众很近，其声音比顶部扬声器先到达前排观众。