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汽车音场产生的原理!什么是匙孔效应?

声波辐射特性

声波由声源向四周传播,称为声辐射。在我们的印象中,习惯地认为,声音传播时前后左右上下的音强度(音量)是相等的。其实不然。因为物体振动时通常不是整体均衡振动,而是局部振动,物体充分振动的一面亦即振幅最大的一面,它所辐射的声波也最强。因此,在一个普通的声场环境中,有些位置我们听到的声音就响些,有些位置听起来声音就弱些。


这就是说,同一个声源,在同样距离的不同方位上,声辐射时存在着音量强度的差别。简言之,声辐射具有方向性。声波在辐射过程中,能量随传播距离而减弱,对于一个合成波来说,随着传播距离的增大,音色亦会发生变化。这是因为各个谐波的频率不同、振幅不同,在传播介质中受到的阻力不同,衰减的系数不同,一些频率高振幅小的谐波在辐射过程中消失了,构成音色的泛音成分发生变化。


因此,声音传得越远,光泽就越小。雷电就是一个例子:近处的雷声响而脆,远方的雷声闷而沉。如前所述,20kHz以上的频率称为超声。由于超声波的波长很短,形成其福射的直线传播有方向性、遇障碍反射等物理属性。实际上超声波的这些属性并不限于20kHz以上的频率,声频中从5kHz开始逐渐形成超声属性。

也就是说,超声波的直线传播、有方向性、遇障碍反射等特性在人耳的听觉范围之内也是经常遇到的。倘若复合波的基频超过500Hz,其高次谐波均带有超声属性。声场中,由声源直抵人耳的声辐射(直达声),是听觉器官感受声音的强弱、音高、音色和方位的主要信号依据。

(一)衍射

声波在传播时,如果被一个近于或小于波长的物体阻挡,就绕过这个物体继续前进;如果通过一个近于或小于波长的孔,则以孔为中心,形成环形波向前传播,这种现象叫衍射,又称绕射。
双缝衍射示意图


通过障碍和孔洞传播的衍射声,造成能量的损失,所以衍射声比直达声音量要弱,同时因为谐波响度的减弱,造成音色变化。所以通过门缝听人讲话,往往听不清楚讲话内容,而且不容易辨认出讲话人是谁。衍射声还影响听觉器官对原声源的方位感觉,造成了 “匙孔效应”。但就双耳效应来说,衍射又帮助人耳去辨认声源方位。

(二)匙孔效应

所谓匙孔效应,是指声波通过孔洞之后形成的衍射声音响效果。因为衍射过程中,声波失去了原先的辅射方向,听音者无法辨认原声场点声源或阵声源的具体方位,而将孔洞视为声源。因此,无论原先声场阵声源布局如何复杂,匙孔效果仍给听音者以点声源的感觉。匙孔效应是单声道平面音像的理论依据。


(三)反射声、回声、混响

声波在传播过程中遇到障碍物时折返的现象称为反射。反射声的能量损失多少要视障碍物的结构情况来定。总的说,障碍材料越是吸音,反射声的能量损失就越大。当反射声同直达声(原发声)传到人耳的时间差超过1/20秒时,人耳就明显地产生回声感。

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