聲學(xué)基礎(chǔ)byqianws

1、“聲學(xué)基礎(chǔ)”研究的內(nèi)容,聲源,,聲信號及其特征,調(diào)音臺,,處理設(shè)備,,功放,,音箱,,聲場,,聽眾,,聲音傳播理論,建筑聲學(xué),聽覺生理學(xué),心理聲學(xué),音質(zhì)評價,1.聲信號及其特征,2.聲音傳播理論,3.建筑聲學(xué),4.聽覺生理學(xué),5.心理聲學(xué),6.音質(zhì)評價,聲信號及其特征,振幅與頻率時間與頻率基音與泛音人聲信號音樂信號速度、波長與頻率,振幅與頻率,振幅：用相應(yīng)參考電平來衡量（電子或聲音的），振幅大則電平（音量）大，反之亦

2、然；單位dB。,振幅與頻率,頻率：指的是音調(diào)（聲音每秒振動的次數(shù)），用Hz計量。,頻率響應(yīng)：指可聞頻率范圍內(nèi)的幅度變化，用于判斷一種器材（如音箱、功放、調(diào)音臺）還原信號的平滑度。,電聲設(shè)備的頻率響應(yīng),振幅與頻率,音箱的頻率響應(yīng)圖,振幅與頻率,時間與頻率,延時與頻率的關(guān)系,同一音箱的三個頻率的重放,時間與頻率,相位響應(yīng)：表示相位隨頻率的變化關(guān)系，用度數(shù)表示。,電聲設(shè)備的相位響應(yīng)圖,時間與頻率,極性相反的電聲設(shè)備的相位響應(yīng)圖,時間與頻率,典

3、型音箱的相位響應(yīng)圖，能明顯看到低頻的延時，,時間與頻率,優(yōu)質(zhì)音箱的相位響應(yīng)圖，低頻延時要小得多。,時間與頻率,相位響應(yīng)的意義：人耳對時間偏移是非常敏感的（雖然它們很?。?，如果我們聽兩套頻響非常相似的音響系統(tǒng)，它們聽起來是不完全一樣的，因為不同頻率之間的時間偏移不一樣。這是鮮為人知的，但非常重要。,時間與頻率,基音與泛音,語言和音樂信號都是不規(guī)則的隨機信號，由基頻信號和各種諧波（泛音）成分組成。諧波失真是由于產(chǎn)生了原始信號中沒有的頻率成

4、分，此頻率為原始頻率的倍乘數(shù)，所有諧波信號的總電平除以基波信號電平，即為總諧波失真（THD）,,電聲設(shè)備,,人聲信號,語言：基音130－350Hz，包括全部泛音130－4000Hz。演唱：基音80－1100Hz，包括全部泛音80－8000Hz。分為男低音、男中音、男高音、女中音、女高音五個聲部。聲壓級：正常講話時與講話人相距1米處的平均聲壓級為65－69dB。動態(tài)范圍：語言的動態(tài)范圍（最大聲壓級與最小聲壓級之差值）為30－40dB

5、。,,,,,,1.聲信號及其特征,音樂信號,樂器頻率范圍：基音16－4000Hz，包括全部泛音16－16000Hz。聲壓級：15－18件樂器的樂隊演出時，離聲源10米處的平均聲壓級約為95dB。動態(tài)范圍：一般樂隊的動態(tài)范圍為40－60dB，大型交響樂隊的動態(tài)范圍可達(dá)到100dB。高質(zhì)量的音響系統(tǒng)（音樂重放）的頻率響應(yīng)范圍應(yīng)不小于40－16000Hz，信號動態(tài)范圍應(yīng)不小于50－55dB。,,,,,,1.聲信號及其特征,速度、波長與頻

6、率,λ＝ν/f式中 ν——聲音速度，單位m/s； ｆ——頻率，單位Hz； λ——波長，單位m。,,,,,,1.聲信號及其特征,聲信號及其特征,聲音傳播理論,建筑聲學(xué),聽覺生理學(xué),心理聲學(xué),音質(zhì)評價,聲音傳播理論,自由聲場中的聲音傳播聲壓級的疊加混響時間室內(nèi)聲場的結(jié)構(gòu)指向性揚聲器的直達(dá)聲場和混響聲場聲波的干涉幾種典型的聲學(xué)缺陷,自由聲場中的聲音傳播,平方反比定律：位于自由聲場中的一個點聲源產(chǎn)生的聲壓級在離

7、開聲源的距離每增加一倍就減小6dB。,大氣吸收對聲音傳播的影響：高頻衰減。 ?體育館、體育場、藝術(shù)廣場等大型擴聲場所。,濕度對聲音傳播的影響：干燥空氣中的衰減比潮濕空氣中的衰減要大。 ?室內(nèi)游泳池和室外擴聲系統(tǒng)。,聲壓級的疊加,聲壓級疊加列線計算圖：,混響時間,混響時間：聲場達(dá)到穩(wěn)定時，從停止發(fā)聲開始至聲壓級衰減60dB所需的時間。,賽賓公式：,RT60＝0.16V/Sā式中V——房間容積，單位m ；

8、 S——房間表面積的總和，單位m ； ā——房間表面的平均吸聲系數(shù)。,3,2,混響時間RT60對音質(zhì)的影響：,混響時間短，有利于清晰度的提高，但過短時則會感到聲音干澀和響度變?nèi)酰换祉憰r間長，有利于聲音的豐滿度，但過長則會使聲音渾濁、清晰度降低并且使聲音沒有方向性。,混響時間,各類廳堂混響時間的最佳值：,混響時間,室內(nèi)聲場的結(jié)構(gòu),房間中某一點生源發(fā)聲時，聲波以球面波方式向四周擴散傳播，聲音的強度與傳播距離的平方成正比減少（平方

9、反比定律）。當(dāng)聲波傳播到周圍界面時，一部分聲能被吸收，另一部分聲能被反射。到達(dá)聽眾耳朵的聲音由三部分組成：直達(dá)聲、比直達(dá)聲晚50ms以內(nèi)到達(dá)的早期反射聲（又稱近次反射聲）和比直達(dá)聲晚50ms以上的多次反射聲（有稱混響聲）。,三種聲音的貢獻(xiàn)：直達(dá)聲：提供聲源的方向、傳遞聲音信息、提高聲音清晰度和聲壓級的主要來源。近次反射聲：提高聲壓級和聲音清晰度、增強聲音的空間感?；祉懧暎夯祉懧暉o方向性，不包含聲音信息，但它使聲場分布均勻、音質(zhì)

10、豐滿，可提供分辨房間空間特性（房間的大?。┑男畔ⅰ＿^大的混響聲會降低聲音的清晰度/掩蔽直達(dá)聲，超過100ms延時的混響聲會形成回聲，嚴(yán)重影響聲音清晰度。,室內(nèi)聲場的結(jié)構(gòu),指向性揚聲器的直達(dá)聲場和混響聲場,臨界距離Dc：沿著聲源軸線方向的直達(dá)聲聲能D與混響聲聲能R相等的距離，即D/R=1（0dB）。Dc=0.14√QR 式中Q——揚聲器的指向性因子 ； R——房間常數(shù)（即房間的吸聲量），R=Sa/(1

11、-a)，單位m 。揚聲器的Q值越高、房間的吸聲越好，則Dc越大。臨界距離之內(nèi)，聲音清晰度高；超過臨界距離的區(qū)域，隨著距離的增加，聲音的清晰度越來越差。 ?提高清晰度的有效措施：增大臨界距離。,——,—,—,2,,,,,2.聲音傳播理論,,,聲波的干涉,聲波在傳播過程中常常會發(fā)生兩個相干的、有一固定延時的寬頻帶音頻信號合成的情況，合成后的信號在有些頻率上振幅相減、有些頻率上振幅相加，這種現(xiàn)象叫聲波的干涉。聲波干涉的結(jié)果造成

12、頻率響應(yīng)特性出現(xiàn)“峰”和“谷”的波動，其形狀像“梳子”，因此又稱為梳狀濾波器特性。,聲波的干涉,梳狀濾波器效應(yīng)帶來的問題：使系統(tǒng)的頻響特性變得不平坦，系統(tǒng)音質(zhì)發(fā)生變調(diào)；增強的頻率容易引起聲反饋，降低了系統(tǒng)傳聲增益。,如何改正梳狀濾波器特性？ ?用圖示均衡器進(jìn)行頻率補償？,聲波的干涉,降低梳狀濾波器影響的方法：改進(jìn)廳堂的聲學(xué)設(shè)計——最根本的措施；在多聲源系統(tǒng)中，利用延時器減小時間差并盡量減小延遲信號的振幅；采用集中供聲方法

13、減少聲源之間的聲波干涉；揚聲器組成揚聲器陣列中的高音單元盡量緊靠在一起，減少高頻聲波的行程差。,聲波的干涉,幾種典型的聲學(xué)缺陷,聲聚焦：弧形的表面將反射的聲音聚集起來，產(chǎn)生霳音。聲共振：當(dāng)廳堂中低頻聲有較大聲壓級時，裝飾結(jié)構(gòu)中的板或空腔受到激發(fā)而產(chǎn)生共振。聲陰影：廳堂中某些聽音區(qū)被建筑物遮擋，達(dá)到聲無法傳播到此，只能聽到混響聲和部分反射聲。顫動回聲：多發(fā)生在室內(nèi)的一對平行墻之間，一個聲音在兩墻壁間來回發(fā)射產(chǎn)生多個這樣的聲音。聲

14、染色：由于某種原因造成聲音中的某一頻率得到過份加強或減弱時，將破壞房間內(nèi)聲音的均勻性。 ······,,,,,2.聲音傳播理論,,,聲信號及其特征,聲音傳播理論,建筑聲學(xué),聽覺生理學(xué),心理聲學(xué),音質(zhì)評價,建筑聲學(xué),建筑聲學(xué)的必要性多孔吸聲材料共振吸聲結(jié)構(gòu)聲波擴散體,建筑聲學(xué)的必要性,室內(nèi)觀眾區(qū)聽到的聲音除了直達(dá)聲，還有經(jīng)過反射的近次反射聲和混響聲，這些聲音的相互作

15、用形成了系統(tǒng)的音質(zhì)效果。要獲得良好的音響效果除必需有良好性能的音響器材和合理的系統(tǒng)設(shè)計外，還需具備良好的聲音傳輸條件——建聲設(shè)計。,,交通工具,,公路,司機,,電聲系統(tǒng),,建聲條件,技術(shù)人員,,,,3.建筑聲學(xué),,,多孔吸聲材料,多孔吸聲材料包括纖維材料和顆粒材料。纖維材料有：玻璃棉、超細(xì)玻璃棉、礦棉等無機纖維制品，棉、毛、麻等有機纖維織物。顆粒材料有：膨脹珍珠巖、微孔磚板等塊、板制品。多孔吸聲材料一般有良好的中高頻吸聲性能。,

16、,,,3.建筑聲學(xué),,,,,,共振吸聲結(jié)構(gòu),共振吸聲結(jié)構(gòu)包括穿孔板、薄膜吸聲結(jié)構(gòu)。穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)具有較好的中頻吸聲特性。,,,,3.建筑聲學(xué),,,聲波擴散體,在墻面或聲波反射強烈的地方設(shè)置聲波擴散體/面，使聲波產(chǎn)生漫反射和分散室內(nèi)的共振頻率。改善聲音的“染色”失真和顫動回聲。,,,,3.建筑聲學(xué),,,聲信號及其特征,聲音傳播理論,建筑聲學(xué),聽覺生理學(xué),心理聲學(xué),音質(zhì)評價,聽覺生理學(xué),聽覺生理學(xué)：研究聲音響度與聲壓級關(guān)系的科學(xué)。等響曲

17、線：,聲信號及其特征,聲音傳播理論,建筑聲學(xué),聽覺生理學(xué),心理聲學(xué),音質(zhì)評價,心理聲學(xué),心理聲學(xué)：研究耳朵與人腦結(jié)合對聽覺激勵的反應(yīng)。聲音的掩蔽和哈斯效應(yīng)： ——大的聲音掩蔽柔和的聲音，頻率較低的聲音掩蔽頻率較高的聲音； ——如果兩個聲壓級相同的聲音不同時到達(dá)耳朵，那么先到達(dá)的聲音可掩蔽后到達(dá)的聲音。,哈斯效應(yīng),心理聲學(xué),聲信號及其特征,聲音傳播理論,建筑聲學(xué),聽覺生理學(xué),心理聲學(xué),音質(zhì)評價,音質(zhì)評價,聲音的客觀測量：

18、頻率響應(yīng)曲線、最大聲壓級、聲場不均勻度、傳聲增益、失真度、混響時間等。 ?精確、客觀，能用數(shù)據(jù)表示聲音的特性； ?不能完全表達(dá)主觀聽覺的結(jié)果。,音質(zhì)主觀評價：聲音的豐滿度、柔和度、層次感、明亮感、圓潤度、平衡度等。 ?反映聲音的音色、音調(diào)和音量的綜合聽覺效果； ?是比客觀測量更為重要的一種評價方法。,音質(zhì)主觀評價,各頻段對音質(zhì)的影響：低頻（150Hz以下），是聲音的基礎(chǔ)部分，決定聲音的豐滿度。中低頻（150-

19、500Hz），是聲音的結(jié)構(gòu)部分，決定聲音的力度和低音的硬度。中高音（500-4000Hz），是聲音信息和聲音清晰度的主要來源部分，它還決定聲音的明亮度。高音（4000-12000Hz），是影響聲音音色的主要部分，是聲音的細(xì)節(jié)所在。,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,A、聲音寬—聲音窄 ：聲音寬表示頻帶寬、失真小、線性好、動態(tài)范圍大且分布均勻、混響合適，聽感豐滿舒適、音域?qū)拸V。聲音窄表示頻帶窄，高、低音欠缺，中頻過分突出，混響偏小。,音質(zhì)主觀評

20、價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,B、聲音亮—聲音暗 ：聲音亮又稱明朗度或明亮度好，在整個音頻范圍內(nèi)，低、 中音適度，高音充足，有豐富的諧音和緩慢的諧音衰變過程。同時混響合適，失真小，瞬態(tài)響應(yīng)好。聽感聲音明亮清晰、有活躍感和親切感。 聲音暗是指缺少高頻及中高頻，尤其在5K—6KHz 以上有明顯的衰減，中、高頻混響不足，聽感聲音暗淡無光彩。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)

21、語：,C、聲音厚—聲音?。▎危?：聲音厚是指聲音厚實有力，低音豐滿，高音不缺，低頻、中頻能量充足，尤其是在100—500Hz頻段內(nèi)的聲音出得來，且混響合適，失真小，聽感聲音厚實有力。 聲音薄是指音色單薄、缺乏力度，共鳴差，混響不足，尤其缺乏50ms以內(nèi)的近次反射聲，諧波不多，聲能平均強度弱。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,D、聲音圓—聲音扁 ：聲音圓是指音質(zhì)純真，失真極小，有一定得力度和亮

22、度。頻帶寬，低音不渾，中音不硬，高音不刺耳，瞬態(tài)響應(yīng)好，混響合適，聽感豐滿、明亮、清晰、圓潤，保真度高。 聲音扁是指音質(zhì)不純，聲音單薄，失真大，頻帶窄，混響不足。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,E、聲音透—聲音糊（聲音清晰—聲音渾濁） ：聲音透是指聲音透明度好，解析力強，有層次，清晰明亮，失真很小，瞬態(tài)響應(yīng)好，頻帶寬而均勻，中高頻混響充分，低音不含糊，且有力度，聽感鮮明、悅耳。 聲音糊是指

23、聲音含糊不清、渾濁，有互調(diào)失真，低音過多，具有諧振峰，缺乏中、高音，低音混響過大。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,F、聲音實---聲音空 ：聲音實是指聲音結(jié)實、中低頻平均聲級較大，高頻及中高頻不缺，直達(dá)聲比例較強，混響適度，失真小，聲音厚實、明亮。 聲音空是指混響時間過長，直達(dá)聲比例過小，主音不突出，清晰度差，聲像模糊。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：

24、,G、聲音柔—聲音尖 ：聲音柔是指低頻及中低頻能量充足，聲音厚實、松弛，響度適中，混響時間稍長，失真小，瞬態(tài)響應(yīng)好，中高頻、高頻適量，頻響均勻，聽感柔和，音色豐富。 聲音尖是頻率響應(yīng)不均勻，高音過強且有諧振峰，失真較大，聲音刺耳。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,H、 聲音潤—聲音干 聲音潤是指頻響寬而均勻，失真小 ，有一定的響度和亮度，混響聲與直達(dá)聲比例合適，聽感舒適流暢。 聲音干是指聲

25、音干涸，不流暢，頻響不均勻，混響時間短，尤其缺乏中高頻混響。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,I、聲音軟—聲音硬 聲音軟具有雙重意義，好的方面是指聲音失真小，阻尼好，混響適當(dāng)，低頻、中低頻較好，聲音松弛，聽感柔軟舒適。不好的方面是缺乏中高音，主音不夠突出，沒有力度。 聲音硬是指缺乏低音，中高音偏多，但中高音衰減過快，混響不足，有明顯互調(diào)失真，瞬態(tài)響應(yīng)不好，阻尼差有過載現(xiàn)象。,音質(zhì)主觀評價,,,

26、,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,J、聲音粗—聲音細(xì) 聲音粗是指低頻強，力度大，中高頻較弱，音色粗糙，明朗和混響感都較差。 聲音細(xì)是指響度不足，聲音纖細(xì)無力，缺乏低頻，中高頻和高頻偏多，混響不足。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,K、聲音脆—聲音發(fā)毛—聲音發(fā)沙—聲音發(fā)炸—聲音發(fā)破 共同的特征均為頻響不均勻，中高頻、高頻過多，有諧波失真和互調(diào)失真，瞬態(tài)響應(yīng)不好，阻尼差，有過

27、載和寄生震蕩。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,L、 聲音嗡（烘）--聲音悶—聲音渾 共同的特征均為頻響不均勻，高頻、中高頻不足，低頻過重且有諧振峰及失真和聲染色現(xiàn)象，嚴(yán)重影響清晰度。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,M、聲音散—聲音飄—聲音裂 共同特征是頻響不均勻，缺乏中音，混響過大，直達(dá)聲不足，音色不圓潤、不結(jié)實，清晰度和整體感差。,音質(zhì)主

28、觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,N、聲音抖—聲音顫—聲音跳 聲音有顫抖、跳動、重疊聲。破壞了清晰度，一般由信號源及聽音環(huán)境不良引起。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,O、融合、平衡、諧和 在頻率響應(yīng)寬、失真小、信噪比高、動態(tài)范圍大的條件下，歌唱或樂隊各個聲部無論是音量、音調(diào)的均勻度、混響度都比較諧和、平衡，整個音場有機的融合在一起，顯示出聲音的整體感和群感。,

29、音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,P、整體感、群感 指頻率豐富而協(xié)調(diào)，低頻厚實有力，高頻層次清楚，整體氣勢宏偉而又不失細(xì)膩，動態(tài)范圍大而有流暢自如，猶如群峰矗立又給人以整體美感。,音質(zhì)主觀評價,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,音質(zhì)主觀評價術(shù)語：,Q、立體感、臨場感 聲音不僅有層次，有方位，而且有空間感。各種聲源聲像方位準(zhǔn)確、清楚，有完整的聲像群分布。聲音失真小，動態(tài)范圍大，瞬態(tài)響應(yīng)好，給人