声音的频率

三、声音的频率

在通常的室内环境中，我们可以将温度对声音速度带来的变化忽略不计。可闻声覆盖的频率范围大约从20Hz至20k Hz，对于给定频率的声波，波长是指空气中传播的声音波形中连续的波形中重复点之间的距离。计算公式如下：

波长=速度/频率

或者将速度简写为c，频率简写为f，波长为简写λ：

λ=c/f

周期(T)定义为：波形变化一周所需要的时间。

T=1/f

对于f=1k Hz时，T=1/1000或0.001s，并且λ=344/1000或0.344m(1.13ft)。

最低可闻声波长的数量级为10m(30ft)，而最高声音波长短至20mm(0.8in)，两者相差的范围相当大。由此，我们可以得出结论：人们对声音的感知有很大的容限。

尽管大多数专著中都给出了人耳可闻声的频率范围：20Hz—20k Hz，但很少有扬声器能够以一定的功率电平很明显地重放出20Hz或20k Hz这样极低或极高频率的频谱成分。实际上，我们在讨论问题时，更愿意采用非正规的频率范围限定：31Hz—18k Hz。这一频率范围所对应的波长范围，约为航海集装箱的长度到人的手指宽度，最长的波长约比最短的波长长600倍。图2-1所示为短波长所对应的人的肢体长度。表2-2所示为室温下，频率、周期和波长关系的参考表。

图2-1　短波长对应的人体基准

表2-2　频率、周期和波长参考表(室温下)

频率是为大多数人所了解的参数，因为它与音乐中的“音调”有着非常密切的关系。在涉及音乐术语时，大多数声频工程师首先想到的也是这个词。然而我们必须跳出频率/音调这一简单的关系去思考问题，因为我们的工作是“调谐”扩声系统，而不是为乐器调音。在音响行业里，必须要充分理解频率、周期和波长两两之间在声音传输链路中的关系。频率为1k Hz的信号与1ms的周期是密不可分的，其关系与媒质和环境温度无关，也不需要标准化委员会去规定，它是声频领域中少有的具有绝对关系的几个参量之一。如果考虑声音在空气中的传播，那么就需要增加第三个参量，即波长。空气中的1k Hz信号对应的波长，相当于普通成人的肘关节到腕关节的长度。

我们已经讨论过的声波当然是指正弦波，它是所有语言和音乐信号的基本组成成分。图2-2所示为正弦波的一些基本特性。需注意的是，相同频率的声波在幅度和相位上可能是不同的。正弦波之间的幅度和相位角关系决定了它们是如何进行混合，这一点无论对声学，还是对电学都是一样的。

图2-2　正弦波的特性