声学是音频系统的底层科学。理解声学术语是正确摆放音箱、诊断声音问题和搭建听音环境的理论基础。以下20条覆盖从基础物理到房间声学处理的完整知识链。
1. 波长(Wavelength, λ): 声波在一个周期内传播的距离,λ=c/f(声速344m/s除以频率)。20Hz波长约17m,2kHz约17cm,20kHz约1.7cm。波长决定声波与物体交互方式——低频波长大易绕射,高频波长小呈直线传播。选择吸音材料厚度需对应目标频率的波长。
2. 频率(Frequency, f): 声波每秒振动次数,单位Hz。人耳听觉范围20Hz-20kHz。低频20-200Hz为低音/节奏感区域,中频200-2kHz为人声/乐器基频,高频2kHz-20kHz为泛音和空气感。音箱分频点选择在各频率段交接处。
3. 声速(Speed of Sound, c): 15°C干燥空气中约344m/s。温度每增加1°C速度增加0.6m/s。音频工程取344m/s为标准值。延时设置中1ms对应约34cm声学距离——以此校准音箱阵列时间对齐。
4. 声压级(SPL): 声强对数测量,单位dB SPL。0dB SPL=人耳最低可听阈值(20μPa)。日常对话约60dB,90dB持续8小时损伤听力,120dB为痛阈。音箱灵敏度标定值即1m/1W的SPL——数值越高越易驱动。
5. 逆平方律: 点声源在自由场中距离翻倍声压级降低6dB。2m处比1m处低6dB。近场监听(1-2m距离)比远场更少受房间影响的根本原因——直达声比例更高,反射声声压级也更低。
6. 混响时间(RT60): 声源停止后声压级衰减60dB所需时间。录音室控制室通常<0.3秒高清晰度,音乐厅>2秒空间感强,理想听音室0.3-0.6秒。
7. 混响 vs 回声: 混响是50ms内到达的密集反射声融合成的空间感;回声是延迟超50ms(约17m以上路径)的独立声音重复。绝大多数室内空间只有混响没有回声。
8. 驻波(Standing Wave / Room Mode): 声波在两个平行表面之间来回反射,特定频率波长与房间尺寸成倍数关系,形成不移动的波——某些位置声压极大、某些位置几乎无声。小房间低频问题的主要来源。解决方案包括改变房间比例、使用低频陷阱、调整聆听位置。
9. 梳状滤波(Comb Filtering): 直达声与延迟反射声叠加产生频响上等间隔峰谷——形状如梳子。桌面反射是典型场景:人耳前方2-5ms反射产生200-500Hz频响谷。
10. SBIR(音箱边界干涉响应): 音箱直达声与墙面反射声在聆听位置干涉抵消,本质是梳状滤波。凹谷频率=344/(4×音箱距墙距离)。音箱离前墙0.5m则凹谷在172Hz——家庭Hi-Fi中最常见的低频问题之一。
11. 颤振回声(Flutter Echo): 声音在两个完全平行坚硬表面之间来回反射,形成快速衰减的"拍拍拍"声。空旷房间拍手可听到。解决方案:在一个表面使用吸音材料或扩散体。
12. 降噪系数(NRC): 材料吸音性能综合评级(250-2000Hz平均值),0=完全反射,1=完全吸收。注意NRC不反映低频和高频吸音性能。选购吸音材料需关注目标频率段吸音系数。
13. 隔声量(STC): 墙体隔声能力单值评级,STC 50表示较高隔声性能。NRC衡量吸收,STC衡量阻隔。录音棚隔音室之间需STC 55+墙体。
14. 临界距离(Critical Distance): 房间中直达声与混响声声压级相等的距离。短临界距离意味着混响声场很快压倒直达声——小房间声学缺陷更容易被感知。音箱指向性控制可以延长临界距离。
15. 声中心(Acoustic Center): 音箱发声等效起点位置,通常在高音单元后方附近。同步延时计算以声中心为基准而非音箱前障板。无源分频器相位设计影响声中心位置。
16. 增益(Gain): 放大器对信号放大倍数,单位dB。6dB增益=电压翻倍。增益级管理(Gain Staging)是录音和扩声基本功——信号链每个环节维持最佳电平,过高削波过低噪声。
17. 相位(Phase): 声波在时间轴上的位置,单位度。180度反相导致声波完全抵消。多路分频音箱设计核心是各单元在分频点附近相位匹配——相位失真影响声像定位清晰度。
18. 失真(Distortion): 信号经过系统后产生的原始信号中不存在成分。谐波失真(THD)为基频整数倍;互调失真(IMD)为两个信号的和差产物。高端DAC的THD+N可做到<0.0001%。
19. 动态范围(Dynamic Range): 系统能处理最大不削波信号与最小可辨信号差值。CD为96dB(16bit理论),24bit理论144dB,实际DAC约120-135dB。黑胶约60-70dB。
20. 噪声底(Noise Floor): 系统无信号时本底噪声电平。声底黑的系统安静到"似乎没开机"。DAC噪声底与电源设计和DAC芯片相关,耳放输出噪声与增益设置相关。高灵敏度音箱需要更低噪声底系统配合。