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音控人員在音控台能操作的主要是音量，但需要對於聲音科學上有多一點的認識，這邊我將音控人員對於聲音科學需要的認識整理成一個懶人包。
聲音怎麼來?
聲音其實是空氣分子在空間中來回震動所產生的壓力波。
當某個物體（例如聲帶、琴弦或鼓面）振動時，會推動周圍的空氣分子，使它們產生一連串微小的疏密變化。這些疏密變化以波的形式傳播，進入我們的耳道後，撞擊耳膜，使其隨之振動。耳膜的振動再透過中耳小骨放大，最後轉換成電訊號傳遞到腦部，我們就「聽到」聲音。
人發出聲音
當我們說話或唱歌時，喉部的聲帶會迅速振動。具體來說，肺部的氣流經過聲門（聲帶之間的空隙），推動聲帶以特定頻率振動，產生原始的聲波。這些聲波在咽喉、口腔等共鳴腔中被放大、調整，在唇舌的配合下，形成各種不同的語音與音色。最終，空氣振動一路傳向外界，再送進他人或自己的耳朵，完成一次「聽—說—聽」的互動。
樂器發出聲音
不同類型的樂器雖然發聲原理各有差異，但本質上也都是透過「振動→空氣波→耳朵→聽覺感知」的過程：
- 弦樂器（如吉他、小提琴）
演奏者撥動或拉動琴弦，讓琴弦產生快速振動；琴弦的振動透過琴橋傳到共鳴箱，推動箱內空氣形成聲波，再經過琴身的開口（或F孔）向外擴散。 - 管樂器（如長笛、薩克斯風）
演奏者吹氣進入樂器，使簧片或嘴唇（視樂器而定）振動，帶動管內空氣柱震動。根據指孔的開閉與管長的不同，空氣柱會以不同頻率振動，產生高低不同的音調。聲波沿著管身傳播，從口端或鐘形口散逸到空氣中。 - 打擊樂器（如鼓、木琴）
當鼓面或木條被敲擊時，會產生瞬間的敲擊振動，而這些振動傳到其背後或底座的空氣層，形成短暫而明顯的聲波。依照材質與形狀不同，打擊點會決定聲音的回響時間與音色。
不論是人聲或各種樂器，真正讓我們能「聽到」聲音的關鍵都是那一連串的空氣振動──從原始振動源頭到我們的耳膜，再經由大腦解讀，完成一場聲音的旅程。
聲音的組成
Timbre音色（震動模式）
不同樂器之所以有各自獨特的音色，是因為它們的發聲原理與結構形狀各不相同。當樂器演奏時，其振動方式（波形）也不同，進而產生多種諧波組成，使得空氣中的聲波具有特定的頻譜分布。正是這些頻譜上的細微差異，讓我們能夠分辨出鋼琴與吉他、長笛與薩克斯風等樂器之間的差異。
取自 圖解音控全書 易博士出版社
Pitch 頻率 音高
音高的科學單位Hz
聲音的本質是空氣分子隨時間做規律性振動。當空氣分子每秒鐘往返運動的次數（振動次數）不同，就會產生高低不同的音調。振動次數以赫茲（Hz）為單位，例如：
- 1 Hz：空氣在一秒內振動一次，聲音極為低沉，人耳幾乎無法聽到。
- 440 Hz：空氣在一秒內振動 440 次，即音樂上所稱的 A4（標準音）。
- A4 標準音常用於樂器校音（tuning）和音樂合奏的參考。
- 高一個八度的 A5 則為 880 Hz（440×2）；低一個八度的 A3 則為 220 Hz（440÷2）。
音域：不同樂器能發出來的音高範圍都不同，能發出的最低音到最高音的範圍稱為音域，能發出全部的聲音的樂器稱為全音域樂器（例如鋼琴）。
圖片取自:迷戀音樂的腦
Duration持續時間
Duration（音長）指的是聲音從開始到結束所持續的時間。一般來說，音長對應音樂中的節拍與節奏：
類似節拍，泛稱為聲音出現到消失的時間，詳見下面聲音的生命週期。
音域
不同的樂器（發聲體）只會發出特定範圍頻率的聲音，也就是所謂的音域。可以發出廣泛聲音的樂器會被稱為全音域樂器，例如鋼琴。
聲音的生命週期(樂器)
聲音從出現到結束會歷經四個階段
- Attack（起始）聲音由無到有，音量由 0 增加到最高點的過程。
- 例如：撥動吉他弦時，弦剛被撥動瞬間，音量會迅速增大。
- Decay（衰減）聲音由最大音量迅速衰減到「持續階段」的音量水平。
- 例如：吉他弦在被撥動的最初幾毫秒，音量從最高點略微下降到一個穩定值。
- Sustain（維持）聲音在衰減後，維持一段相對穩定的音量，直到演奏者停止或自然衰弱。
- 例如：持續按壓鋼琴踏板，琴弦振動會在一定音量上持續一段時間。
- Release（釋放）當演奏者停止施力後，聲音從維持階段逐漸衰退至無聲的過程。
- 例如：吉他彈完一個音符後，弦的震動會慢慢消失，聲音也隨之靜止。
這邊用吉他做代表，當吉他播弦下去時：
聲音會從0到最大聲(Attack)，然後聲音會馬上變小一些(Decay)→然後維持在變小的音量一段時間(Sustain)，接著慢慢消失沒有聲音(Release)
注意：
- 不同樂器的生命週期階段會有差異，例如鼓類樂器的 Sustain 階段通常非常短暫，多數時可以忽略不計，但其 Attack 階段往往很突然且短促。
- 鍵盤樂器若不使用延音踏板，當放開鍵盤時，聲音通常直接進入 Release 階段，沒有長時間的 Sustain。
聲音的行進
聲音的傳播類似水波、扇型，正確說法是輻射狀，不過為了方便解釋，這邊假設聲音是直線進行。
上圖我列了聲音行進並打到牆壁後的幾種狀態
- 反射：聲音撞到牆壁反彈。
- 吸收：聲音被牆壁吸收抵銷。
- 穿透：聲音穿過牆壁到隔壁。
- 共振：聲音讓牆壁產生震動，跑出另一個聲音。
- 繞射、散射等其它物理現象（這個更複雜不在這邊討論範圍）
空間中的殘響（Reverberation）
當聲波遇到牆壁、天花板或其他硬質表面時，會被反射並在室內空間中持續傳播，隨著時間逐漸衰減。這些重複反射的聲能，就是我們所說的 殘響。
殘響的利與弊
- 優點
- 增添豐富度：適度的殘響能讓聲音更加飽滿、圓潤，有助於提升語音的溫暖感與音樂的立體感。
- 餘音繚繞：尤其對於詩班或合唱團演唱，多一點尾韻能讓聲部之間的和聲更自然融合，營造出典雅、莊嚴的敬拜氣氛。
- 缺點
- 語音清晰度下降：過長或過強的殘響會使講道詞句模糊不清，聽眾難以分辨細節。
- 駐波與回聲：若空間形狀或材料吸音不均，可能產生不均勻的殘響時間，造成某些頻段過度放大或駐波現象。
教堂建築的殘響設計重點
- 混響時間（RT₆₀）控制
- 常見敬拜空間 RT₆₀ 建議介於 1.2 – 2.0 秒之間：
- 詩歌與合唱：偏向 1.5 – 2.0 秒，強調音樂尾韻。
- 講道與朗誦：偏向 1.2 – 1.6 秒，兼顧語音清晰度。
- 常見敬拜空間 RT₆₀ 建議介於 1.2 – 2.0 秒之間：
- 材質與布局
- 反射面：木質或石材牆面可提供溫暖的反射。
- 吸音面：在後牆、側牆或天花板適度配置吸音板，避免尾韻過長。
- 混合式設計：結合反射與擴散面，讓聲波以多方向、適度衰減的方式傳播。
- 針對詩班合唱
- 在台前區域強化輕微反射，讓合唱聲部更好地「接力」進入空間。
- 在後排或旁室配置擴散面材質，避免局部「過亮」的頻段集中。
餘音繞樑：正是描述殘響在空間內迴盪綿延的美妙效果，對詩班合唱而言，是極具加分的聲響體驗。
隔音
隔音是減少聲音漏到外面去。作法兩種，1吸音 2反射。
- 密度越高越硬越光滑的材質越容易反彈聲音。
- 聲音反射材料：玻璃、水泥、石頭。
- 密度越低越軟的材質越容易吸收聲音。
- 常見吸音材料：布料（窗簾、地毯、吸音棉類）、動物、人體、吸音棉、植物、沖孔石膏板。
理想隔音：聲音會反射不會穿透。
理想的吸音：聲音不會反射與不會穿透，就消失了。
注意，無論是隔音或吸音，無論使用何種材料，絕對不會有完美的解，多數材料只能吸收或隔絕特定頻率範圍的聲音。
本著敦親睦鄰的精神，建議教會如有重新裝潢或新建崇拜場地，務必納入一定的吸音與隔音考量，敬拜時也比較不會受到外部環境音干擾。
聲音在空氣中行徑速度與衰減率會受到下列因素影響
- 濕度
- 溫度
- 氣流方向(冷氣氣流設計、室外活動是白天還是晚上)
- 聲音的頻率
聲音的單位 分貝
L = 10 \log\left(\frac{P}{P_{\mathrm{ref}}}\right)其中
- L：聲壓級（單位：dB）
- P：實際功率
- Pref：參考功率
L為dB數，p為功率，pref為參考功率
重點提醒：要讓人耳「主觀感受」的音量提高一倍，實際功率需要增加約 10 倍（＋10 dB）。
應用範例
- 十支小提琴 vs 一支小提琴
- 總功率：10×
- 聽感：約提升 1 倍
- 兩支小提琴 vs 一支小提琴
- 總功率：2×
- 聽感：僅略微提升，遠低於 2 倍
- 90 dB vs 80 dB
- 能量：10×
- 聽感：約提升 1 倍
分貝 (dB) 採用對數尺度衡量聲音強度。每增加 10 dB（能量 10 倍），人耳聽感就會近似翻倍，而非線性相加。
敬拜適合的音量
Q: 音量過大，在崇拜中會造成什麼問題？
- 一起唱詩時，會眾聽不到自己的聲音，只好提高自己音量，容易造成疲勞。
- 若提高自己音量後還是聽不到自己的聲音，就會呈現乾脆不要唱。
- 對耳朵聽力造成永久損害
Q: 音量太小在崇拜中會遇到什麼問題?
- 會眾會聽得吃力。容易受到環境影響分心。
| 音量 | 持續多久時間會造成永久傷害 |
|---|---|
| 85dB | 8小時 |
| 88dB | 4小時 |
| 91dB | 2小時 |
| 94dB | 1小時 |
建議音量： 70-80dB，通常我如果聽不到會眾唱詩聲音，我會將音響的音量降低。
教會座位音量的平均
教會音場設計的目標，是讓每個座位的聲音覆蓋均勻、不因位置而有明顯落差；不過，若會眾中長輩較多，為了兼顧他們的聽力需求，可考慮以下做法：
- 適度提升整場音量
在不引起音場回授（feedback）的前提下，將主擴大機音量微幅上調，讓普遍音壓增強，長輩能聽得更清楚。 - 分區安排座位
- 長輩專區：選在音場響度較佳或較靠近喇叭側的區域，並提供軟墊椅及大字版聖經，增進他們的舒適度與閱讀便利。
- 年輕人區：可安排在音量稍低、但音質仍佳的區域，讓他們享受均衡不刺耳的聆聽體驗。
- 現場引導與提示
- 事先在週報或進場時，用文案或公告提醒： 「如您屬長輩或聽力較弱者，歡迎入坐前排／靠近側邊音箱之軟墊區」
- 由義工在入口處協助引導，並協調座位分配。
- 持續回饋與微調
聚會結束後，可透過線上問卷或紙本建議箱蒐集意見，依實際回饋不斷微調音量及座位配置。
大型場地與音場設計考量
- 深長場地（傳統長方型教會）
延遲（Delay）設定
後段喇叭（後補聲系統）必須與主喇叭同步。實際作法是使用量測軟體（例如smaart）量測出延遲時間後，再透過數位音效處理器 (DSP) 控制延遲時間。
高音衰減補償
針對後排座位，加強高頻補償；避免高頻在空間中被過度吸收造成「悶聲」。
使用定向度較高（指向性較窄）的喇叭，減少側牆反射影響。 - 寬闊場地（新蓋堂會或會議廳）
中場補償（Fill）
在場地中央或左右兩側各佈置中場補聲喇叭 (fill speakers)，填補主喇叭與側牆之間的聲壓空洞（acoustic hole）。
透過 DSP 調校這些補聲喇叭音量與延遲，使其與主聲場無縫銜接。
垂直覆蓋（Vertical Coverage）
選擇能提供較大垂擴散角度的喇叭，或搭配陣列喇叭 (line array)，確保前中後座位均獲得足夠音壓。
EQ調整
針對場地寬度增加中低頻能量，避免左右擴散太強造成聲音「薄弱」。 - 不規則場地（非矩形、租用大樓空間）
系統模擬與測量
先用聲學模擬軟體 (e.g. EASE) 或實地測量儀器 (SMAART、RTA) 判斷聲波在各區域的反射與駐波情況。
最小化迴授（Feedback）
喇叭與麥克風盡量保持「視線不可見」布局，並以最少的麥克風靈敏度達到擴聲需求。
在頻譜中以窄型 EQ（Notch Filter）抑制容易產生迴授的共振頻段。
多區域分控
將場地劃分為若干子區域（Zone），透過矩陣式擴大機與 DSP，對各區獨立控制增益與 EQ，提升音場均勻性。 - 附加考量
混響時間 (RT60)
深長場地適度保留 1.5–2.0 秒；寬闊／不規則場地則視用途調整至 1.2–1.8 秒。
擴聲高度與角度
喇叭高度建議與聽眾耳高平行或微向下傾斜 5–10°，避免天花板反射。
現場優化流程
建置與定位：擺放主、補聲喇叭與麥克風
測量與校正：使用測試音與測量麥克風，檢視時域、頻域曲線
延遲與相位：設定各喇叭之間的延遲與相位對齊
EQ 與動態處理：依測量結果調整 EQ、Compressor、Limiter
迴授測試：逐支麥克風測試並抑制反饋頻段
透過以上步驟與策略，就能在大型或複雜的場地中，打造均勻、清晰且回授可控的音場，並兼顧長輩及一般會眾的聆聽需求。
音場模擬（Acoustic Simulation）
如果是新建的教會，強烈建議可以先進行音場模擬，當然教會需要有人看的懂模擬結果…。
- 建立空間模型
- 使用 CAD 或建築平面圖，在聲學模擬軟體（如 EASE、CATT‐Acoustic、ODEON）中繪製三維場地結構，包含牆面、天花板、地板、座椅與障礙物。
- 為不同材質（混凝土、木質、織布椅墊等）設定吸聲係數與散射係數，精確描述空間的聲學特性。
- 喇叭陣列配置
- 在模型中放置主喇叭、補聲喇叭與延遲喇叭，並輸入它們的指向性圖（polar pattern）與頻率響應資料。
- 設定每組喇叭的物理位置、高度、俯仰角度與輸出功率。
- 模擬聲壓級分佈（SPL）
- 執行模擬，繪製等 SPL 等值線圖，檢視前中後、左右及垂直方向的聲壓變化。
- 針對「低 SPL 區」或「駐波熱點」調整喇叭位置、增益及延遲，確保全場均勻覆蓋（±3 dB 以內為佳）。
- 混響時間與清晰度評估
- 軟體可同時計算 RT₆₀（混響時間）與 C₈₀（清晰度指標），協助判斷空間是否過於「濁響」或「乾澀」。
- 根據模擬結果，調整吸音或擴散面板的位置與性能，以達到預期的混響平衡（深長場地約 1.5–2.0 s，禮拜堂約 1.2–1.6 s）。
- 報告與優化
- 將模擬生成的聲場地圖與指標報告匯出，與場地負責人、建築師或音響工程師共同檢視。
- 反覆優化配置後，再進行實地測量校正，以縮短調校時間並提高效果準確度。
透過音場模擬，可在工程前期預見潛在問題、降低反覆試錯成本，並確保最終調校時的效率與精準度。
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