专业音响系统培训1-声学基础常识

杜冰工程产品事业部北京东方中原数码科技有限公司2011-1专业音响系统培训（1）1、声音的产生及传播声音的产生•物体的振动会引起周围媒质质点由近及远的波动,称之为声波.引起声波的物体称为声源.传播声波的物质称为媒质；•语言、歌唱、音乐和音响效果以及自然界的各种声音，都是由物体振动产生的；•声音是声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受.可见,声音是由声源振动,声波传播和听觉感受3个环节所形成的.•扬声器发声时,会引起周围空气的振动而产生声波,其传播方向与空气质点振动方向相同.因而,声波是一种纵波；2、常用的声学参数声速•声波在媒质中每秒钟内传播的距离称为声速,用符号c表示,单位为：m/s。•声速与媒质的密度,弹性等因素有关,而与声波的频率,强度无关.当温度改变时,由于媒质特性的变化,声速也会发生变化.•当温度为15℃时,声波在空气,水和钢中的声速分别为340m/s,1450m/s和5100m/s.当温度升高时,声速略有增加.周期、波长、频率•声波在一个周期内传播的距离称为波长,用符号λ表示,单位为：m；声波在每秒钟内周期性振动的次数称为频率,用符号f表示,单位为：Hz；•声速,波长和频率之间的关系为：c=λ·f•声波完成一次振动所经历的时间称为周期，记作T，单位为：s；01stT2Tλf=1/Tc=f×λ=λ/T•声波在传播中会产生反射,绕射和干涉等现象,并具有一定的传播规律.•声波从一种媒质进入另一种媒质的分界面时,会产生反射现象.例如声波在空气中传播时,若遇到坚硬的墙壁,一部分声波将反射.如图(a)所示,反射角等于入射角,反射声波好像从墙后的另一声源s′发射出来一样,s′被称为声像.声像s′与声源s到墙壁的距离相等.•当声波遇到凹面墙时,其反射现象如图(b)所示.声源s发出的声波经凹面墙反射后集中到s′点,称为声波的聚焦.当声波遇到凸面墙时,将产生扩散反射现象,如图(c)所示.•当声波遇到障碍物时,会有一部分声波绕过障碍物而继续向前传播,这种现象称为绕射,又称衍射.绕射的程度取决于声波的波长与障碍物大小之间的关系.若声波波长远大于障碍物线度尺寸,则绕射现象非常显著；若声波波长远小于障碍物线度尺寸,则绕射现象较弱,甚至不发生绕射.因此,对于同一个障碍物,频率较低的声波较易绕射,而频率较高的声波不易绕射.•干涉是指媒质的同一部分能够同时传播任意多个不同的声波,这些声波独立传播,彼此互不干扰.在任一时刻,媒质中微粒的位移是该时刻每一个单独声波对该微粒产生位移的代数和.重要的电声指标：分贝（dB）•在电声技术中，表达放大器的增量、音响大小、噪声程度、传输线衰减等时，要用到dB（分贝）这一计量单位，尤其在功率、电压等参量之间做比较时，将某个功率、电压参量与基准值的比值的对数关系称为电平用dB(分贝）来表示。)dB(PPlg10Aiop=)dB(VVlg20Aiov=)dB(VVlg20PPlg10N/SNSNS==声压•声压：大气静止时存在着一个压力,称为大气压强,简称气压.当有声波存在时,局部空间产生压缩或膨胀,在压缩的地方压力增加,在膨胀的地方,压力减小,于是就在原来的静态气压上附加了一个压力的起伏变化.这个由声波引起的交变压强称为声压。•声压的国际单位是“Pa”（帕）,1Pa＝1N/m2,１大气压＝105Pa.声压与大气压相比是极其微弱的.正常人能听到的最弱声音约为2×10-5Pa,称为参考声压,用符号Pr表示。•对于正常人耳，当频率为1000Hz、声压约为0.00002Pa时，即可听到声音；这个刚刚能引起人耳听觉的声压叫做声音的可听阀。当频率为1000Hz、声压约为20Pa时，产生震耳欲聋的声音，超过这一数值将使耳朵感到疼痛，这个数值叫做痛阀。人们正常说话的声压约为0.02~0.03Pa。声压级•人耳能听到的声音其声压范围极其宽广，从能听到的最低声压到感觉耳痛的最低声压之间相差近百万倍，而且主观感受的响度并不是正比于声压的绝对值，而是大体上正比于声压的对数值。为此，在声学中还用声压级来描述声波的强弱,用符号SPL表示,单位为dB(分贝)。声压级定义如下：•式中Pe为声压有效值，Pr为参考声压；•人耳能听到的最弱声音，即参考声压级为0dB.)dB(PPlg20SPLre=3、人耳的听觉特性可闻声•可闻声（人耳的听觉范围）：人可以听到的声音频率范围:20Hz～20kHz，称为音频。20Hz以下称为次声，20kHz以上称为超声。•在音频范围内，人耳对中频段3～4kHz的声音最为灵敏，对低频和高频段的声音则比较迟钝。对于次声和超声，即使强度再大，人们也是听不到的。响度•声音在物理上可以用声压的幅度，频率和频谱3个客观参量来描述；而在听觉上则常用响度，音调和音色3个主观参量来描述,俗称声音三要素。•响度（俗称音量），是指人耳对声音强弱的主观感受。单位是song，频率响度不仅正比于声音强度的对数值，而且与声音的频率有关。响度级•对于强度（声压级）相同而频率不同的声音，人们会有不同的响度感觉；而强度和频率不同的声音听起来可能会一样响。根据听觉的这个特性，仿照声压级概念定义了声音响度级这个量，单位是phone（方）。•任何声音的响度级在数值上与此声音同样响的1kHz纯音的声压级相同。•利用与基准音比较的实验方法，测得一组一般人对不同频率的纯音感觉一样响的响度级与频率及声压级之间的关系曲线，称为等响曲线。等响曲线•如图所示是等响曲线,它是对大量具有正常听力的年青人进行测量的统计结果,反映了人类对响度感觉的基本规律音调•音调又称音高,是指人耳对声音音调高低的主观感受.音调主要决定于声音的基波频率,基频越高,音调越高；同时还与声音的强度有关.音调的单位是“美”,频率为1000Hz,声压级为40dB的纯音所产生的音调定义为1美.音调与声音强度的非线性关系可由图所示的曲线来描述.可以看出,在低频段,音调受声音强度变化的影响较大.音色•音色是指人耳对声音特色的主观感受.音色主要决定于声音的频谱结构,还与声音的响度,音调,持续时间,建立过程及衰变过程等因素有关.因而音色比响度,音调更复杂•声音的频谱结构用基频,谐频数目,幅度大小及相位关系来描述.不同的频谱结构,就有不同的音色.即使基频相同,音调相同,但若谐频结构不同,则音色也不同.例如钢琴和黑管演奏同一音符时,其音色是不同的,因为它们的谐频结构不同,如下图所示：掩蔽效应•掩蔽效应是指同一环境中的其它声音会使聆听者降低对某一声音的听力.一个较强的声音往往会掩盖住一个较弱的声音,特别是当这两个声音处于相同的频率范围时.•掩蔽效应在音响技术中得到应用.如一些降噪系统就是利用掩蔽效应的原理设计的,信噪比的概念及其指标要求也是根据掩蔽效应提出来的.在数字音源中,可利用掩蔽效应进行压缩编码.人耳的听觉定位特性•人耳不但能分辨出声音的响度、音调和音色，而且还能分辨出生源的方向和深度，既所谓空间印象感觉，这种感觉是由人耳的听觉定位特性引起的。•产生听觉定位的原因是很复杂的，主要是靠声音传到两耳的强度差（声级差）、时间差（相位差）、音色差，通过这些差别作用于人中枢神经系统，人们即可分辨出生源的方位。因此，强度差、时间差、音色差被称为听觉定位三大要素。待续