音响基础教材

音响基础北京先歌电声科技有限公司北京先歌电声科技有限公司朱留伟朱留伟声学基础知识声学基础知识声音是如何产生的声音是如何产生的振动的物体能使邻近的空气分子振动，这些分子又振动的物体能使邻近的空气分子振动，这些分子又引起它们邻近的空气分子振动，从而产生声音，声音以引起它们邻近的空气分子振动，从而产生声音，声音以声波的形式传递，这种传递过程叫声辐射。由于分子振声波的形式传递，这种传递过程叫声辐射。由于分子振动产生的声波的方向与波传递的方向相同，所以是一种动产生的声波的方向与波传递的方向相同，所以是一种纵波。纵波。声音必须在介质中传播，无论是固体、液体还是气声音必须在介质中传播，无论是固体、液体还是气体，都可以作为介质。体，都可以作为介质。声音的基本性质声音的基本性质““声声””由声源发出，由声源发出，““音音””在传播介质中向外传播。在传播介质中向外传播。声音在固体中的传播速度最快，其次是液体，声音声音在固体中的传播速度最快，其次是液体，声音在气体中传播的速度最慢。在气体中传播的速度最慢。声波的基本量声波的基本量ff：：频率，每秒钟振动的次数，单位频率，每秒钟振动的次数，单位Hz(Hz(赫兹）频率高的声音称为高音，赫兹）频率高的声音称为高音，频率低的声音称为低音。频率低的声音称为低音。λλ：：波长，在传播途径上，两相邻同相位质点距离。单位波长，在传播途径上，两相邻同相位质点距离。单位m(m(米米))。声波完。声波完成一次振动所走的距离。成一次振动所走的距离。CC：：声速，声波在某一介质中声速，声波在某一介质中11秒钟传播的距离。单位秒钟传播的距离。单位m/sm/s。。声速受温度的影响，用下式表示为：声速受温度的影响，用下式表示为：C=331.5+0.6t(C=331.5+0.6t(m/sm/s))声音是声波作用于人耳引起的主观感受，人耳对声波频率的主观声音是声波作用于人耳引起的主观感受，人耳对声波频率的主观感觉范围为感觉范围为20Hz~20kHz20Hz~20kHz，，通常称此范围为音频；低于通常称此范围为音频；低于20Hz20Hz为次为次声波，高于声波，高于20kHz20kHz为超声波。为超声波。波长公式波长公式声波的基本量声波的基本量λ=c/f波长＝声速/频率通过计算波长我们可知道最高可听声和最低可听声的范围声压声压疏密波压力的大小称为声压。压力变化的幅度越大，听觉上声音越大，疏密波压力的大小称为声压。压力变化的幅度越大，听觉上声音越大，振幅小的声音小。单位振幅小的声音小。单位PaPa。。引起人耳听到声音时的声压为可闻阈，它与声源引起人耳听到声音时的声压为可闻阈，它与声源的频率及人的年龄有关。使人的耳膜感到疼痛时的声压为痛阈。的频率及人的年龄有关。使人的耳膜感到疼痛时的声压为痛阈。声强声强单位面积，单位时间内通过声音的能量称为声强单位面积，单位时间内通过声音的能量称为声强((能量密度），能量密度），单位单位w/mw/m²²。。声功率声功率声源在单位时间内所发出的声能称为声功率，单位声源在单位时间内所发出的声能称为声功率，单位WW（（瓦）。瓦）。声波的基本量声波的基本量声音的三要素声音的三要素响度又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决响度又称声强或音量，它表示的是声音能量的强弱程度，主要取决于声波振幅的大小。响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围于声波振幅的大小。响度是听觉的基础。正常人听觉的强度范围为为0dB0dB——140dB140dB。。音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音高也称音调，表示人耳对声音调子高低的主观感受。客观上音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之音高大小主要取决于声波基频的高低，频率高则音调高，反之则低，单位用赫兹则低，单位用赫兹(Hz)(Hz)表示。表示。音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形音色又称音品，由声音波形的谐波频谱和包络决定。声音波形的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振的基频所产生的听得最清楚的音称为基音，各次谐波的微小振动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的动所产生的声音称泛音。单一频率的音称为纯音，具有谐波的音称为复音。音称为复音。音色音色音高音高响度响度声音的叠加声音的叠加单频率的正弦波称为纯音，声音是由基波和高次谐波组成单频率的正弦波称为纯音，声音是由基波和高次谐波组成当两上或多个具有相同频率和振幅的正弦波信号叠加在一当两上或多个具有相同频率和振幅的正弦波信号叠加在一起，其合成的信号还具有同样的频率，其振幅由两原信号的起，其合成的信号还具有同样的频率，其振幅由两原信号的相位关系所决定。当相位相同，振幅则会增加。当两个信号相位关系所决定。当相位相同，振幅则会增加。当两个信号完全相反时，则全部抵消。完全相反时，则全部抵消。声压级声压级实验证明，声功率增至2倍，感觉声音增加3分；声功率增至10倍，感觉声音增加10分；声功率增至100、1000、10000…倍，感觉声音增加20分、30分、40分…。这种规律恰好同数学中的“对数”相符。lg2=0.3lg10=1、lg100=2、lg1000=32倍/3分10倍/10分100倍/20分1000倍/30分、因此引入《声压级》的概念，级——水平（L——Level)符号SPL/单位为贝尔Bel；细分十份，称分贝dB.1B=10dBL=10lg(P/P0)2=20lg(P/P0)dBP0—闻域声压即20×10-6Pa仅可听闻的声压级为L=20lg(20×10-6/P0)=20lg(20×10-6/20×10-6)=0dB震耳欲聋的声压级为L=20lg(20/P0)=120dB分贝分贝分贝（分贝（decibeldecibel））dBdB分贝是以美国发明家贝尔命名的，分贝是以美国发明家贝尔命名的，他因发明电话而闻名于世。因为贝尔的单位太粗略而不能充他因发明电话而闻名于世。因为贝尔的单位太粗略而不能充分用来描述我们对声音的感觉，因此前面加了分用来描述我们对声音的感觉，因此前面加了““分分””字，代字，代表十分之一。一贝尔等于十分贝。声学领域中，分贝的定义表十分之一。一贝尔等于十分贝。声学领域中，分贝的定义是声源功率与基准声功率比值的对数乘以是声源功率与基准声功率比值的对数乘以1010的数值的数值;;其简单其简单表达式表达式lgAlgA/B/B。。而分贝，即而分贝，即dBdB＝＝1010lgAlgA/B/B。。单位为单位为dBdB。。根据根据公式计算以及工作中的经验，我们得出以下结论。公式计算以及工作中的经验，我们得出以下结论。在电声领域中，分贝这个量的变化关系恰恰和人耳的听在电声领域中，分贝这个量的变化关系恰恰和人耳的听觉强弱感受非常吻合，这也给声学计算打下了一个良好的觉强弱感受非常吻合，这也给声学计算打下了一个良好的基础。基础。功率增加一倍，声压增加功率增加一倍，声压增加3dB3dB。。距离增加一倍，声压减少距离增加一倍，声压减少6dB6dB((自由声场的情况下自由声场的情况下))声压级计算公式声压级计算公式所有音响工程都要求声场应达到一定的声压级，参照国家标准。为此，必须正确配置扬声器——选用合适的扬声器、馈给适当的声频电功率、把扬声器（或扬声器群）安装在合适的地方听音点声压级(L)的计算公式（自由空间点声源）M=S+10lgPL=M–20lgr式中S-扬声器灵敏度P-馈给扬声器的功率r-扬声器与听音点的距离M-扬声器的最大声压级参照音箱资料，进行计算练习举例计算举例计算最大声压级计算公式为；音箱最大声压级（SPL）=音箱的灵敏度（1W/m）10log音箱的额定输出功率，也就是音箱的输出声音大小是由音箱的额定功率与音箱的灵敏度共同决定的。例如：某音箱（100w,灵敏度90dB）代入上式；音箱最大声压级（SPL）=90（1W/m）10log100=110dB某音箱（200w,灵敏度87dB）代入上式；音箱最大声压级（SPL）=87（1W/m）10log200=110dB从以上计算可看出，100w,灵敏度90dB的音箱与200w,灵敏度87dB的音箱放出来的声音一样大。以上的是距音箱1米处的声压级，在计算距离音箱多少米处的声压级的为；音箱的最大声压级减去距离的函数，计算公式为；距音箱某米处的最大声压级（SPL）=音箱最大声压级（dB）-20log距离（米）例如；计算上面的音箱距离10米处的最大声压级，代入上式；距音箱10米处的最大声压级（SPL）=110（dB）-20log10（米）=90dB公式应用公式应用以上两个公式解决扩声设计的重大问题！！！1、功放和音箱的搭配，这是科学的计算方法没有推不动（功放功率小于音箱）和功率过大的问题只有你要多大声压级！常规经验搭配：功放功率是音箱的1.5-2倍2、音箱选型，就是计算声压级的过程看着设计目标和国家标准中的最大声压级，用公式计算太复杂的系统，交给EASE去计算！扩声系统指标——效果客观：A、够响吗？——声压级B、所有人都能听到吗？——覆盖范围、均匀度C、听得清楚吗？——清晰度D、反馈回授吗？——传声增益主观：声音好听吗？舒服吗？——音色、音质厅堂扩声系统声学特性指标》GB50371-2006表4.2.1文艺演出类扩声系统设计的声学特性指标等级最大声压级（dB）传输频率特性传声增益（dB）稳态声场不均匀度（dB）早后期声能比（可选项dB）系统总噪声级一级额定通带*范围内：平均声压级大于等于106dB以80~8000Hz的平均声压级为0dB,在此频带内允许范围：-4~+4dB；40~80Hz和8000~16000Hz允许在-10~+4dB如图4.2.1-2100~8000Hz的平均值≥－8dB100Hz时小于或等于10dB、1000Hz时小于或者等于8dB、8000Hz时小于或者等于6dB500~2000Hz内1/1倍频带分析的平均值大于或等于+3dBNR-20常见声源的声压级常见声源的声压级--分贝分贝窃窃私语：窃窃私语：20dB~35dB20dB~35dB人声语言：人声语言：30dB~80dB30dB~80dB女高音：女高音：35dB~105dB35dB~105dB男高音：男高音：40dB~95dB40dB~95dB小提琴：小提琴：40dB~100dB40dB~100dB打击乐：打击乐：55dB~105dB55dB~105dB交响乐：交响乐：20dB~120dB20dB~120dB本底噪声本底噪声在厅堂声学设计中，本底噪声是指房间内部自身振动或外在厅堂声学设计中，本底噪声是指房间内部自身振动或外来干扰而形成固有的噪声，大小仍以声压级来干扰而形成固有的噪声，大小仍以声压级dBdB的方式表示。的方式表示。厅堂的本底噪声是建筑声学设计以及专业音响工程需要涉厅堂的本底噪声是建筑声学设计以及专业音响工程需要涉及和控制的一个基本物理量，它的大小、处理方式对厅堂及和控制的一个基本物理量，它的大小、处理方式对厅堂的声学环境有着重要意义。的声学环境有着重要意义。由于本底噪声主要来自于外界环境噪声和振动、设备噪声由于本底噪声主要来自于外界环境噪声和振动、设备噪声和振动两个方面。在音响工程中，这两方面的内容都会不和振动两个方面。在音响工程中，这两方面的内容都会不同程度上的涉及：一是在建筑上进行隔声，二是在设备上同程度上的涉及：一是在建筑上进行隔声，二是在设备上降低噪声。降低噪声。十一、各种场所的噪声级十一、各种场所的噪声级分贝（分贝（dBdB））场场所所120120飞机起飞着路时，正下方飞机起飞着路时，正下方110110列车通过铁路桥时，正下方列车通过铁路桥时，正下方100100地铁行车时，车厢内地铁行车时，车厢内9090公共汽车内公共汽车内8080白天十字路口白天十字路口7070普通讲话普通讲话6060安静的街头安静的街头5050安静的办公室安静的办公室4040安静的住宅小区，白天安静的住宅小区，白天3030安静的住宅小区，夜晚安静的住宅小区，夜晚声波在传播过程中遇到障碍或孔洞时将发生绕射。绕射的声波在传播过程中遇到障