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聊一聊一些荧幕和现场背后的音频故事(12)——驻波到底是什么鬼,为什么它这么扰人

2020-02-01 11:58 作者:盲人号  | 我要投稿

我们先从百度词条入手啊,

驻波是指频率相同、传输方向相反的两种波(不一定是电波),沿传输线形成的一种分布状态。

驻波是自然界一种十分常见的现象,生活中无处不在,例如水波、乐器发声、树梢震颤等都与驻波有关。驻波是物理教学中比较重要的一部分内容。 驻波是一种常见的物理现象。各种乐器的发声原理都是和驻波相关的。比如常见的弦乐器和管乐器分别是利用了弦上的驻波和管中的驻波进行发声。

震动和光撞到物体并被完全反射就会发生驻波,驻波有良性和恶性的,本质看是否可以被控制

生活中的案例就是

1.光的

将两面完全一样的镜子对照着放开,去观察处在其发射对像的物体在镜子中的变化反馈,会发现这个物体仿佛叠加了“万花筒”以一个近似“等比数列”的图像无限“复读”下去

图出自盗梦空间
WTM就是一个标准的复读机

2.震动的

用手去触摸正在运作的洗衣机会感觉到手被带动的触感,但摸边角的地板或墙面就不会这么明显,救护车从眼前开过会显得这个声音更响,音调更高,反之当它开远的时候就会显得这个声音变轻了,变暗了。



单独的一根弦或密闭空间中的空气的震动是无法带动空气一同震动的,所以,腔体造就了乐器的可能性(就像是说话很轻的人,用过麦克风的拾音后,比起大嗓门的人,在“细腻感”的表达上存有优势,反之,大嗓门会压缩整体电平的动态范围,损失非常多细腻的谐波

1.木吉他

弦的驻波进入腔体经过反射后震动空气发声,不同的木材反射率不同导致了,不同材质乐器的音色不同,用手按压弦的这个动作实际就是将弦的“有效震动”距离减小,而更短的弦基频就越高导致了音高的变化

2.大提琴/低音提琴

更大的弦共振能量更大,相对基频会更多泛音也充足而饱满,常用的乐器木材中,桃花芯木偏重,所以共振少,而低沉,云杉木偏轻而反射积极,高频明亮,核桃木中频突出

3.小提琴/中提琴

弦的构造在于,如果物理结构上越是离开琴体/腔体(木吉他,带摇把的电吉他),那就更容易收到琴体/腔体带来的反射驻波,反之,通体设计的,类似提琴,穿体式的电吉他,接受到琴体的反射驻波的比例就小的多,更小的弦带动腔体的能量小,共振频率也相对小,泛音也少

4.电吉他

电吉他的磁柱代替了原生乐器的腔体功能,但弦的驻波依旧会受到反射的琴体驻波影响,所以整体来说琴头制作越是复古,弦的张力越是小的琴音色泛音多,而复古,弦的张力大的琴,琴体共振小,现代而前卫

5.铜管乐器

铜管乐器是一种比较全面理想的驻波发声模板,整体泛音和共振峰排列整齐,所以在听感上不太会显得“破烂”,容易显得高雅,长度是影响管乐器音域的主要原因,所以越长音域越广,当然唢呐这种流氓乐器除外

6.钢琴

钢琴的腔体也是一个非常好的参考案例,钢琴的高音声部的弦数量少,而且弦距短,所以缺少所谓的“八度音”听感,显得干涩和尖锐,低音区弦多而弦距长,泛音多,低沉而浑厚

6.名族类拨弦乐器

古琴和扬琴的腔体是带来听感和音色的主要原因,桐木和云杉木相对会带来不同的高低频反馈
琵琶是种缺乏腔体的乐器,所以决定了它的“干声”必定显得干涩而缺乏混响的

7.打击乐器


鼓的共振单元比较小,所以共振峰模板比较“畸形”,波峰会非常紧凑,动态会非常大,但这不意味着打击乐器就没有音高和泛音的区别,相反,根据风格这些反而可以更自由的调配,就比如非一体式的擦片会让擦片声音更加“散”,kahon,沙锤这种小打很适合用来加花

8.合成类乐器

这个其实用一整个专栏才写的完,因为实在是太多变了,但一般因为只有基频,所以合成类乐器的一个特点就是比较高频缺乏“活力”

9.特色乐器

比如卡祖笛,就是讲人说话的腔体去震动震膜来发音,也就是音调不是由演奏决定,是由吹奏人的音高来决定的


p.s:其实很多中国名族乐器因为设计上不太有考虑听感的因素.......很多的“干声”都非常难听

因为组成一个声音的载体本身并不是一个绝对的正弦波基音,它可能是不同的频率的正弦波,方波,三角波,甚至的噪音的结合,所以认知音高的时候我们应该从基频下手去认知,但认知和分辨音色却需要有相应的经验。


驻波的危害

驻波利用给人们带来了非常多的便利,但反过来,滥用也带来了相应的危害,

共振

共振(resonance)是物理学上的一个运用频率非常高的专业术语,是指一物理系统在特定频率下,比其他频率以更大的振幅做振动的情形;这些特定频率称之为共振频率。在共振频率下,很小的周期振动便可产生很大的振动,因为系统储存了动能。当阻力很小时,共振频率大约与系统自然频率或称固有频率相等,后者是自由振荡时的频率。

(1)古代的一队士兵在坚固的桥上整齐地走会导致桥坍塌(2)当直升机在地面工作时(或滑跑时)受到外界振动后,旋翼桨叶运动偏离平稳位置,这时桨叶重心偏离旋转中心,旋翼重心的离心激振力,激起机身在起落架上的振动,造成物理损坏(3)乐器的金属和衔接键固定不良,在演奏中跑音或者发生物理损坏(4)利用人体内脏固有的振动频率,造成次声波杀人(5)微波炉可以利用水的共振来加热食物,也可以反过来加热其他东西

相位抵消

相位(phase)是对于一个波,特定的时刻在它循环中的位置:一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度 [1]  。相位描述信号波形变化的度量,通常以度 (角度)作为单位,也称作相角。 当信号波形以周期的方式变化,波形循环一周即为360° 。

相位(phase)是对于一个波,特定的时刻在它循环中的位置:一种它是否在波峰、波谷或它们之间的某点的标度 。相位描述信号波形变化的度量,通常以度 (角度)作为单位,也称作相角。 当信号波形以周期的方式变化,波形循环一周即为360° 


当两个波被叠加的时候,相位相反的将互相削减各自的能量,相位相同的,或者波峰相撞的将叠加(这点在录音是时候尤为明显)


例如对一个长6.97宽5.51高3.08的房间作模拟的结果:

而实测实物声学处理后的结果:

可以看出一个没有发散声波的装修环境中,声音发出后反射的驻波会直接与原声波产生“相位抵消”最终导致录音的波形出现缺失“高频和身体感”的细节。

而相对于有了声学发散驻波的装修的“大房间”,小房间和没有发散驻波的房间录制音频的结果很可能是“低频臃肿,高频生硬,缺乏腔体感”


当然,这不是绝对性的考量,不过了解这些客观因素可以给结果带来的变化是一个思考关键问题的态度吧,这次专栏就先这样,下次再见

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