科學角度看音響1:先了解聲音,再認識音樂,最後挑音響

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從十二平均律聊音樂

十二平均律發展以來,基本上人們對於音樂的音符頻率有固定的演算方式。沒錯,音樂家可以精確地算出音符與音符之間的頻率差異以及階調關係。十二平均律的重點之一,即是每八度音程頻率即加倍。這中間當然也牽涉到人腦的感知功能,我們的大腦會很自然地讓我們覺得頻率加倍的音聽起來是一樣的。音符有Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si共7個,到了上升一度的Do,符號又回到了Do,但頻率是加倍的。

音調高但感覺不變

就大腦認知上,我們會感覺這個Do和其它音符的關係沒有改變。若把每個音頻率都加倍來放,整首樂曲聽起來會較高但我們的感覺是不變的。古代調音是用敲擊樂器或固定弦樂器處理,工匠們很早就發現了弦或者敲擊物的長度和發出的頻率呈反比。

第二個重點即是音符的切分頻率,當然在1個倍頻範圍中,更重要的是切出固定的頻率代表音符。經過東西方工匠上百年的實驗,在16世紀末都不約而同地使用了1.0592也就是2^(1/12),即12次根號2做為切分音符,稱為一個半音,若是一個全音就是2^(1/6)倍頻。現今中央標準音A4的頻率被定為440Hz,其它所有音符都可以乘以或除以2^(1/12)算出來。所以按照此規則,在一個倍頻範圍中會分出七個音符,義大利樂師給了他們大家熟悉的唱名,也就是Do、Re、Mi、Fa、So、La、Si。

第三個重點是常用的頻率及音符範圍,在標準88鍵鋼琴中,最左邊的Do在科學記號表示法為A0,中央的Do為A4(也就是頻率為440Hz的那個Do),最高音的鍵是B6為3950Hz。除非是發神經的音樂家,否則大多數樂器用的頻率範圍就在這個範圍中。而A0∼G0以下及A7∼G7以上也是很少人使用。

鎖定頻率範圍選音響

由頻率我們可以知道,若只是處理音樂的話,我們的設備只要專心處理55Hz到4KHz的範圍即可。而炸彈爆炸等等音效,則會較常用到位於12∼55Hz的範圍。這在某些情況是意義的,若喇叭是專門設計給音樂使用,好比很多玩家追捧到不行的近場監聽用揚聲器,必然會放棄極低頻範圍。假使自知音響系統的用途或自己聽力的極限,也不必去追求這個範圍的表現,反而可以在合理的價格裡找到表現很好的設備。

人耳聽力有極限

人耳的聽力極限在20Hz∼20KHz左右,因構造差異使得聽覺頻率範圍不大相同,並非每個頻率都可以聽到或者聽得清楚。

光是水電工本身,右耳和左耳對20KHz的感覺差別就差了7dB以上。如果各位有興趣的話,有些網站是有提供聽覺測試用的正弦波取樣wav檔,可以用好一些的耳機來測一下自己的聽覺表現如何。

音響只處理22KHz以下

當然,現代音響在數位化之前,就已經很明確地定義了只處理22KHz以下的聲音。先前我們特別提到了音樂的常用頻率,在這頻率範圍中聆聽音響時,可分為低頻、中頻與高頻。

這些頻段在音樂中各有不同的組成成分,還有極端的發燒友提倡細分為極低頻、低頻、中低頻、中頻、中高頻、高頻、極高頻等7段。接下來,水電工介紹一下常出現的7段聲音頻率、樂器還有應用。

極低頻

範圍:20Hz∼40Hz

樂器與應用:低音提琴、低音巴松管、土巴號、管風琴、鋼琴等。由於這段極低頻A-1∼G-1,以及A0∼G0並不是樂器的最美音域,因此作曲家們也很少將音符寫得那麼低。但炸彈爆炸,海浪聲等等電影音效中,則被很頻繁地使用。

低頻

範圍:40Hz∼80Hz

樂器與應用:大鼓、低音提琴、大提琴、低音巴松管、巴松管、低音伸縮號、低音單簧管、土巴號、法國號等。同樣地很多震撼的音效也多落在這一段之中,樂器中也可看到與極低頻的樂器重複率相當高。

中低頻

範圍:80Hz∼160Hz

樂器與應用:大鼓、低音提琴、大提琴、低音巴松管、巴松管、低音伸縮號、低音單簧管、土巴號、法國號、定音鼓、男低音等。

中頻

範圍:160Hz∼1280Hz

樂器與應用:這個頻段幾乎把所有樂器、人聲都包含在內,就連女高音都在這個範圍之內。一般而言,雙音路喇叭的分頻點大多在2500Hz或3000Hz左右,也就是說,2500Hz以上由高音單體負責,2500Hz以下由中低音單體負責。這2500Hz約莫是1280Hz的2倍,也就是說,為了怕中低音單體在中頻極限,產生太大的分頻點失真,設計師們統統把分頻點提高到中頻上限的2倍處,如此一來,最完美的中頻就可以由中低音單體發出。

中高頻

範圍:1280Hz∼2560Hz

樂器與應用:小提琴約有四分之一的較高音域在此,中提琴的上限、長笛、單簧管、雙簧管的高音域、短笛的一半較低音域、鈸、三角鐵等。其實中高頻很容易辨認,只要弦樂群的高音域及木管的高音域都是中高頻。

高頻

範圍:2560Hz∼5120Hz

樂器與應用:小提琴的音域上限、鋼琴、短笛高音域以外,其餘樂器大多不會出現在這個頻段中。基本上寫曲的人也都不太會動用到這個音域的音符。從喇叭的分頻點中來說,高音單體幾乎很少發出樂器或人聲的基音,它只是發出基音的高倍泛音而已。

極高頻

範圍:5120Hz∼20000Hz

樂器與應用:從高頻開始就很少有樂器能發出這麼高頻率的聲音,而極高頻所容納的大多是樂器與人聲的泛音。這些泛音如同前面章節所述,它們表達的是空間感,樂器位置,樂器間互相干擾的聲波,現場空氣感等等較抽象的感覺,也就是它們雖然沒有什麼音樂上的用途,但是卻是欺騙大腦很重要的成份。

這段的表現不佳,就無法讓聽者有臨場感。頻率高的訊號大多振幅都很小,所以只要稍有失真或者頻寬不足就馬上被犧牲掉了,這就是很多玩家都很重視所謂「細節」的原因。

Test Sounds聽力測試網站

http://www.testsounds.com

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