在扩声系统应用当中，无论是用于语言扩声还是音乐扩声，我们都会花费大量时间来考虑应当选择什么设备以及如何布局以获得良好的清晰度，并且为听众创造令人愉悦的听觉体验。

很多因素可以影响我们的决定，可以说最重要的一个因素是系统应用空间的自然属性。从拾音器的选择、控制面板的功能，到扬声器的性能和安装位置，这些选择都深受声音在空间中传播时所发生的事情的影响。

声学是与声音属性相关的物理学分支，当我们通常用它来描述影响声波如何传播的房间或建筑物的属性。

当声波从声源向外辐射时，无论是一件乐器还是一只扬声器，声波的早期行为特性都很容易预测 —— 我们知道，随着能量在不断增加的区域内消散，声能会随着辐射距离的增加而衰减。但是，一旦声波开始遇到实体物件，事情很快就会变得复杂起来。接下来，让我们对这些行为特性进行观察和分析，以便更好地理解它们。

设定边界条件

当声波遇到边界平面时，无论是墙壁、地板或天花，根据边界平面的自然属性和平面的刚性差异而会出现不同情况（Figure 1）。

最常见的情况是声反射，但部分声能会被边界平面吸收（并且转化为热能），同时剩余的声能会通过边界平面透射继续向外辐射。当物体的尺寸小于声波的波长时会出现衍射现象。哪些声波会被反射、吸收、透射或出现衍射，取决于声波的频率以及声波撞击边界平面的角度。

高频声波的波长较短，也就是说高频声波更容易被反射或吸收。与之相反的是低频声波，特别是那些波长大于边界平面宽度的低频声波，更有可能出现衍射现象。只需要站在声源所在或被放大的房间之外就可以很容易地观察到这些行为特征，因为我们总是会听到更多的低频成分。

声波的透射对于音乐扩声场地来说可能是最主要的问题，因为可能会对临近区域造成噪音滋扰。但这个问题有希望在设计和建造（或改造）场馆时得到解决，或者只需要将声波的振幅控制在可接受的程度之下即可。

如果我们对一个理想的点声源在一个方形房间内的行为特征进行观察，我们会看到直达声和反射声的声能会随着时间的推移而形成对称模式。假如声源持续发声，那么系统很快就会达到平衡状态。此时，新产生的声能与耗散的声能相等，从而使声能持续充满整个空间。

在Figure 2中，如果站在位置1，那么我们就会听到有声源发出的高电平直达声，但听不到房间的反射声。

而在位置2，我们只能听到房间的反射声而听不到直达声。介于两个极端之间的是位置3，在这个位置上的直达声电平与反射声电平相等 —— 这个位置被称为临界距离。如果我们持续远离临界距离，那么反射声电平就会迅速超过直达声电平，使得清晰度不断下降。因此，为了给听众提供良好的听觉体验，确保听众所处位置在临界距离之内至关重要。

在声源停止发声之后，声波仍然会继续撞击四周的边界平面并且能量持续衰减，直至能量完全耗散。这就是我们理解的混响。如果我们对声音衰减60dB（作为声音不可闻的基准电平值）所需的时间进行测量，那么将会得到一个可用于界定房间混响时间的数字（有时被称为RT60）。一个典型的小房间的混响时间通常在1秒以下，音乐厅的混响时间则通常超过2秒，而教堂的混响时间可能会超过6秒。

更为复杂的是，各种不同的材料的声波反射幅度不尽相同。一个特定界面对声能的吸收量被称为吸声系数，这个数值通常介于0（完美反射体）至1（完美吸声体，譬如一扇打开的窗户）之间。

吸声系数的概念是由Dr. Wallace Sabine（建筑声学之父）提出的，他经常花费整晚的时间在他的讲堂和附近的音乐厅之间来回搬动各种材料和各种装置以测量混响声衰减的效果，并据此制作了包含了很多建筑材料和装置的数据表。

我们可以测量一个特定房间的不同材料的平面面积进行测量，并根据这个数据表计算这个房间的混响时间。但是，需要注意的是，吸声系数会随着频率变化而改变，因此混响时间也可能会随着频率的变化而改变。

对声音的塑造

尽管混响声可以给我们制造麻烦，但有时并不一定是坏事。少量至中量混响声有助于改善听感，可以使声音听起来更富“音乐性”。

一个出色的混音工程师可以利用房间混响来使声音融合在一起，这个处理方式在进行户外混音时可以通过加入人工混响实现。但是，过多的混响很容易会使语言清晰度下降，或者使音乐的细节表现和动态劣化。

如果我们回顾一下在使用扩声系统之前的音乐创作和表演史，值得注意的是，音乐通常是为了在具有特定声学特性的空间中演奏而创作的。教堂音乐就是一个明显的例子，从格里高利圣咏到巴赫的管风琴乐曲，都是为了利用教堂中常见的长混响时间而创作的。

尽管音乐厅的混响时间通常比教堂短，但仍然比普通室内空间的混响时间长，因此非常适合大编制乐团演奏。而室内乐，顾名思义，是为了在有家具的小房间内演奏，供他们的资助者及其宾客欣赏，因此乐段之间的变换节奏更快，更加轻快。

德国甚至有一座名为Bayreuth Festival Theatre的音乐厅，专门为了表演理查德·瓦格纳的舞台作品而设计，自1876年启用以来从未在此演出过其他作曲家的作品。主厅大部分区域为木制结构，混响时间为1.55秒。巨大的乐池在舞台下方延伸到很远的地方，并且使用了一个独特设计的反声罩对管弦乐团的高频进行衰减，使得人声可以脱颖而出。其结果是产生了宏大、温暖并且细节丰富的声效，与瓦格纳的音乐相得益彰。

与之相反的是，很多用于演奏现代音乐的表演场地并不是为了使用扩声系统而设计的，因此会带来特殊的挑战。譬如曾经是剧院、电影院、屠宰场或火车机车工厂等场所，这些地方的最初声学需求都有极大差异（或者甚至根本没有考虑过）。

在任何具挑战性的工作环境中，关键在于对扬声器的安装位置和指向进行精心设计，最大限度的减少不必要的反射以尽可能获得最佳音质，这对任何特定空间来说都能够有效地扩展临界距离。如果问题仍然存在，那么降低扩声系统的整体电平有助于挽回少量清晰度。

叠加和衰减

混响并不是由边界反射引发的唯一一个问题，只要有平行界面，就会产生驻波。当平行边界之间的距离（或其倍数）等于特定频率的波长时就会产生驻波。

如Figure 3所示，在一个平行墙壁之间距离为30英尺的空间中馈入150Hz正弦波信号，平行墙壁之间的距离刚好是150Hz波长的4倍（也就是7.5英尺）。其结果是产生包含被成为波节（振幅最小）和波腹（振幅最大）点位的驻波。

如果我们移动至波节区域，那么就会注意到声能的急剧下降。反之，移动至波腹区域时，会发现声能急剧增加（波节和波腹之间的距离等于波长的1/2，也就是3.75英尺）。由于这是一个纯数学关系，我们可以知道在这个空间内会在多个频率上出现驻波（例如，300Hz、600Hz、1.2 kHz和2.4 kHz等）。这些驻波也被称为房间共振或房间简正频率。

如果一支使用中的拾音器移动至驻波的波腹点位时，会大幅增加反馈的风险。幸运的是，可以通过系统均衡滤波器的使用将房间简正频率的影响最小化和降低驻波形成的可能性，从而使这种风险得到缓解。

声学研究会会很快地把人带入一个复杂的计算和让人头晕眼花的数学世界，但只需要尽可能多的观察不同的应用空间，就能够逐步建立起对声学的充分理解。如果我们能顺便欣赏到美妙的音乐，那就再好不过了。