聲學概念與高傳真音訊傳播－洋洋得意報

洋洋實業團隊 撰 2009/1/20

       「聲學」（Acoustics）是研究媒介中聲波（即機械波）的科學，研究範圍包括聲波的產生、接受、轉換和聲波的各種效應，是物理學（Physics）的一支。聲音（Sound）的產生是透過發聲介質（Medium）中受到震動產生的壓力波（Sound Pressure）而形成的。聲波（Sound Wave）是能量由一點傳遞到另一點所呈現的型態。聲音的產生是經由物體的振動（Vibration）、擠壓（Squeeze）；使其在物體中串流、運動而形成，在空氣中聲波以縱波的形式傳播，對於不同房間、不同佈置、不同音響器材的聲音，其都離不開基本物理學中的「聲學」原理。聲音必須靠介質（Medium）才能傳播，而聲音傳輸的介質可以是氣體、液體或固體， 但除了真空之外。它依不同的物質和狀態；例如：溫度、濕度、介質 .. 等）亦有不同的效率與速度，而溫度和濕度愈高聲音傳送的速度也愈快，當然真空之下是不能傳達聲音的。

       波長（Wavelength）為一次循環在空間中所佔據的長度；頻率（Frequency）是在一秒內所完成的循環數或週期數（Cycle）；週期（Period）是用來完成一個循環所需的時間。波速（Velocity）聲波運動的速度，而波速是波長乘以頻率，音速快慢要仰賴介質在固體和液體中密度（Density） 。通常密度越高，聲音的速度越快，聲音在空氣中的速度也直接受到溫度的影響。當室溫攝氏20度時，音速約為每秒343公尺，其計算的公式為 Vs = 331 m/s + 0.6 T（攝氏溫度）。聲音的特性，具有音壓、音頻、音色等三大元素，整理如下：

1. 音壓（SPL - Sound Pressure Level）：
   音壓是聲音產生強度（Intensity）的大小，單位為「dB」。分貝是相當方便的數量化單位，因為人類的聽覺和音量的大小是呈現對數型曲線，而以 dB 作單位是為了有利於計算和判讀，因為使用瓦特（Watt）能量來計量的話，則數據將變得非常的龐大，這就是使用 dB 的原 因。音壓（SPL）是音量感受的強弱，它計算的方式˜¯由人耳感受壓力的能量而來的，SPL = 20 x 10-6 Newton/m2 （每平方公尺接受的能量- 牛頓），並以分貝（dB- Decibel）作為其計算的單位。我們經常聽到某某環境的雜音為 78分貝、85分貝 … 等，是由定義而來的，也就是定 0 分貝為聽覺的起點，一般來說 130分貝 可說是人類可忍受的最高音壓，但仍依不同的頻率而有所差異。音壓和收聽的距離有著密切的關係，收聽距離愈遠所能接收的音壓就愈小，距離每增加一倍音壓就減少 6dB，以此列推，所以遠離「大聲公」一點也不必害怕。

2. 音頻（Frequency）：
   音頻是聲音產生的頻率（每秒產生的週期數），單位為「Hz」。也就是音波（Sound Wave）每一秒鐘振動（Vibration）的次數，即每一秒之週期（Cycle）數。所以每一單位時間振動的次數愈多其頻率愈高。頻率越低，感覺低沈，而頻率越高感覺會越刺耳。人類能查覺到聲音之頻率範圍約在20Hz～20KHz之間左右，而其間之音頻範圍是人類可聽到的區段，此一區段我們定義叫做「音頻」（Auditory Range），即人類可聽到的聲音範圍。

3. 音色（Timber）：
   音色是聲音產生的特質（Character），表示音源的特色，由基波（Foundation Wave）與各諧波（Harmonic）組合而成的，單位「無」。音頻（Frequency）的單位是以赫芝（Hz - Herz）來計算。音色（Timber）雖無計量單位但音源的不同，我們卻可以很容易地分辨發音體的種類。那是因為我們經由各發音體的主頻率（或稱之為基波 - Foundation）所產生諧波（Harmonic）的數量和強度組成的訊號來作分辨。而每一種發音體（Sound Sources）在其單一頻率下它的諧波的數與量都有所不同。所以各發音體即使擁有同樣的音壓和音頻，我們卻很容易地能分辨出來音源的種類與差異，就是這個原因。

       聲音的三大元素中，諧波（Harmonic）是一項很特別的要件，諧波所產生的泛音（Overtone）是音色構成的主要架構。在這複雜的聲音空間中，有無數的音源在來回穿梭，我們卻能一一辨別是人聲或是樂器聲，甚至是某人或某樂器的聲音（既使它們都發出同樣的頻率和音壓）因此筆者將音色比喻成人體的 - DNA（Deoxyribonucleic Acid - 生物的特徵因子）一般。然而高於人耳可聽範圍之諧波，雖是聽不到但卻對人也有直接的影響，往往聲音的處理也要考慮那段範圍不可。

       人耳是人類接收聲音的工具，人耳（Human Ears）因結構的關係，一般人的聽覺範圍大置在於16Hz~18KHz之間，人耳最敏感頻率在1KHz~5KHz左右。音量變化或「音壓解析度」的分辨約2dB。其他動物所能聽到的音頻範圍與音壓解析度則遠遠超過人類的耳朵，如狗、貓、蝙蝠等。而人類也依年齡和健康狀態亦有差距，大約在五十歲以後就會慢慢的降低對聲音聽覺（Audition）的靈敏度，最明顯的是 10KHz 以上的高頻部分，在音壓的感受度來說也較不靈敏。

       聲音在不同的空間和環境之中，亦對其造成不同的影響。原因是聲音在不同環境空間中由於其不同的介質（Medium）、溫度（Temperature）、濕度（Humidity）、受音面的外觀與材質（Receiving shape and material）、空間容積與行進的方向（Dimension and Direction）等差異。它將對聲音造成的影響有：反射（Reflection）、折射（Refraction）和繞射（Diffraction）等之物理現象，所以原有音源就會產生完全不同的感覺與變化。聲音在環境中更有吸音（Absorption）、殘響（Reverberation）與隔音（Insulation）等問題，也影響聲學的各項效果。

       高傳真（High-Fidelity）簡單地說就是「原音重現」，它的目的就是讓聽者能夠體會「身歷其境」的感覺，例如搖滾音樂會現場（Live）的錄音，能表現其場面的熱鬧、震憾和陶醉 ….等感覺。如戲劇節目中因場景變化而改變的「聲音空間」，其實這只是高傳真達成的一項因素而已。高傳真的傳達意念在於「真」（Reality），但許多聲音的傳達在於抽象的、感性的，所以高傳真不能只對「真」做唯一的追求理想，更重要的是加諸其情感的想像空間，就好像我們評估一幅人像畫，絕不要針對它畫得像不像，而要品味它意象的「美」（Beauty），那才是真正藝術的「善」（Receptive） 。因此，高傳真必需同時達成「真善美」的氛圍。高傳真的作為，整理如下：

1. 音調要準：音調的準確是高傳真最基本的要求。

2. 動態要對：音量的大小起伏謂之動態，它表現聲音脈動的抑揚頓挫。

3. 方向要定：方向定位可了解聲音來源的方向，立體節目是營造音場的初步要件。

4. 深度要有：方向定位後，加上深度一個完整三度空間的「聲音圖像」才得以完成。

5. 環境要搭：適切的環境音場處理，讓音源發聲地的氣份能充份地表示逼真度也因此地被確切勾劃出來。

       音訊傳播的建構在於高傳真的實現，在各類音訊傳播的範籌中，高傳真可歸納為三種路徑，一為錄音（Sound Recording）、二為擴音（PA- Public Address）、三為廣播（Broadcasting），三種路徑轉換為「音訊」（Audio）作業來達成，在電視界與廣播界稱之為「成音」，成音是藉由傳播媒介讓聲音的傳播能達到更久、更遠、更快。聲音是人類最方便、最迅速的思想傳遞與溝通的工具；而聽覺（Listening）則是接受此種訊息傳播的基本途徑。聲音的內容包羅萬象；它包括：演講、旁白、對話、音樂、歌劇、相聲、戲劇、現場記錄…等綜合性符碼（Code）或訊息（Message）。成音或錄音英文稱之為「Audio Recording」或是 「Sound Recording」，它是指以錄製、處理、加工、美化、 設計…等手段，使聲音訊息重現（Reproduce）的過程，是「音訊傳播」（Audio Communication）的一環。聲音技術與藝術的應用；大量使用在廣播、電視、電影、錄影、錄音、影音光碟、演唱會、遠距教學、簡報作業、現場擴音…等相關傳播媒介與之中。另外，它更可為動畫製作、線上遊戲、網際網路、視訊會議、電信媒介與多媒體…等；提供最佳且不可或缺的聽覺效果與感受。