一、声音传播与人类声音器官
声音传播是历史上发现最早的人类传播方式之一。1881年,声学专家John Broadhouse在他的《音乐声学》第一章节中,对声音作了简单明确的定义,即“可以听到的某种东西”[1]。
这个似乎过于简单的定义,实际上揭示了人类耳朵接受音频范围的有限性,也意味着从19世纪开始,人们就已经开始对声音传播特性进行科学意义上的探讨。人类通过耳朵,只能捕捉到大约在10赫兹到20千赫兹左右的声音频率,而其中在1.2千赫兹到1.4千赫兹左右是听觉最敏锐的频带,人耳对较低的频率并不敏感,随着频率越高,人耳便越听得清楚,也就是说人耳对高频的声音有自动增益的效果。因此如果我们用手来回挥动空气,如此低频的振荡,人耳是无法听到的,除非我们鼓掌,在拍手的过程中,两手迅速的撞击并将空气挤压出去,这种较短的脉冲式振动,其中包含了高频的空气振动,因此人耳便能够听到拍手的声音。
就人类自身所发出的语音信号而言,大都集中于声音频谱上的某一个区段,这是人类声腔的共鸣区域,我们通常称这个频带为基本频率(Fundamental frequency),每个人的基本频率因为天生的口腔结构而有所不同,通常孩子的基本频率在250—400赫兹左右,而成年女子大约在200—300赫兹左右,成年男子则大约在100—150赫兹左右,因此男高音较为少见。[2]
声音通过空气传播的距离也十分有限。这是因为声波的传播方式通常是机械式的,当空气介质受到某处震源的压迫时,被压迫的空气分子,就对其平衡位置产生了位移,并引起附近空气分子也对其平衡位置产生位移,如果所受的压迫是周期性的,而且其频率在声波范围内,这时,空气中就产生了声波。声波在空气中的传播速度约为340米/秒,声音传播的速度与介质的性质和温度有关,例如,空气温度为0度时,声波的速度为331.5米/秒,空气温度每升高1度,则声音传播的速度约增加0.6米/秒。声音传播呈现出的物理特征对于人类近距离的语言交流已经足够了,但是对于远距离的信息交流,存在着声音传播的延时问题,比如,声波绕地球传播一周约需要3小时16分。
20世纪初,人们发现无线电波的传播速度非常快,可以达到光波的传播速度,即每秒30万公里,而且在空中传播损耗也非常小,声音通过搭载电波,可以实现快速而又远距离的传播,突破了声音传播的延时限制。广播比起电话和电报来说,它是惟一与人类的说话功能相匹配的一种交感神经系统的延伸。[3]
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