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聊聊声音这回事(三)

王志宇
  
数码影像时代
2013年7期

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这一期重点和大家聊聊生活中常见的声学现象。通过前面几期的内容我们了解到,声音在介质中传播时有反射、衍射等特性。正是由于这些特性的存在,产生了许多不容忽视的声学现象。倘若声源是在茫茫沙漠,或是其他类似的情境,没有一点反射声,就是一片死寂的感觉,常常会引发人的恐惧心理。这种没有声反射的情况在日常生活中几乎是不可能出现的,除非是在特定的声学测量消声室。

回声(echo)和混响(reverb)都是和声反射有关的声学现象,两者很容易被混淆。假设一个人面对距离自己8.5米的墙壁大喊一句话,声波被墙壁反射后,往返一共经过了17米的距离被喊话者本人听到。我们知道声波在空气中的传播速度是344m/s,也就是0.34m/ms。有了距离和速度我们可以得出一个时间值50ms,这就是喊话者本人听到反射声相对喊话时的延时时间。如果声波的往返距离在17m以上,也就是延时时间大于50ms,这一延时量可以使人耳分辨出反射声。当我们站在山顶向群山呼喊“你好”时(这个距离远大于17m,延时时间非常明显。),片刻后会有一个同样的声音传回来(回声echo)。

混响与回声不同,混响是数千个不同的延迟在不同时间以不同的音量,从不同的方向不断重复造成的混合效果。混响是声波从各种反射面经单次、多次反射后的最终效果,由三个部分组成:直达声(声波直接到达听者)、早期反射声(声波在距声源较近的反射面单次反射到达听者)、多次反射声(声波经由多个反射面多次反射到达听者)。

当声波处在两个平行的硬介面之间不断反射时,就会造成声颤动现象(Flutter)。声颤动的效果听上去就像一个快速重复的延迟效果,通常发生在中高频和高频区。当两个完全相同的声波一前一后到达听者时,就会造成梳状滤波效应。如果后者的延迟时间很短,则两者相互叠加(结果往往是一部分频率叠加曾强部分频率抵消衰减)。梳状滤波效应会让声音听起来很空洞。

当物体的尺寸和声波的波长吻合时就会发生共振现象,共振频率不止一个,凡是波长符合物体尺寸的整倍数或分倍数所对应的频率都能引发共振。18世纪中叶,一队拿破仑士兵在指挥官的口令下,迈着威武雄壮、整齐划一的步伐,通过法国昂热市一座大桥,队伍就快到达桥中央时,桥梁突然发生强烈的颤动并且最终断裂、坍塌,造成许多官兵和市民的伤亡。后经调查研究,造成这次惨剧的罪魁祸首正是共振。更不幸的是,这种惨剧在全世界范围屡次上演。因为大队士兵齐步走时,产生的频率波长正好与大桥的尺寸相吻合,使桥体产生共振。当队伍行进到桥中央时,振幅超过了桥梁能承受的抗压力桥自然就会断裂、坍塌。类似的惨剧在美国和俄罗斯等地也曾多次发生,有鉴于此,后来许多国家都有这样一条规定,大队人马过桥时,一律要改齐步走为便步走。这样一来,凌乱步伐所产生的频率相互之间有抵消的作用,不会形成一个统一的频率,也就杜绝了共振的产生。

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