聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)培訓(xùn)使用

1、聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)培訓(xùn) ----- 徐向巍,目錄,第一章： 聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 1.1 聲音信號(hào)的特性 1.2 信號(hào)頻譜 1.3 聲音的速度、波長、頻率 1.4 聲音的繞射和折射 1.5 自由聲場的聲音傳播 1.6 聲壓級(jí)的疊加 1.7

2、線聲源和面聲源 1.8 聲源的指向性和接受 1.9 室內(nèi)聲場的增長和衰減 1.10 混響時(shí)間 1.11 室內(nèi)聲場的分布 1.12 延時(shí)聲波的合成 1.13 本地噪聲,第二章： 聽覺生理學(xué)和生理學(xué) 2.1 聽覺生理學(xué) 2.2 心理聲學(xué)第三章：音質(zhì)評(píng)價(jià)

3、 3.1 聲音的客觀測量 3.2 音質(zhì)的主觀評(píng)價(jià),聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),1.1 聲音是如何產(chǎn)生？,振動(dòng)的物體能使鄰近的空氣分子振動(dòng)，這些分子又引起它們鄰近的空氣分子振動(dòng)，從而產(chǎn)生聲音，聲音以聲波的形式傳遞，這種傳遞過程叫聲輻射。由于分子振動(dòng)產(chǎn)生的聲波的方向與波傳遞的方向相同，所以是一種縱波。 聲音必須在介質(zhì)中傳播，無論是固體、液體還是氣體，都可以作為介質(zhì)。,聲音的產(chǎn)生和傳播,在空氣中，聲

4、源的振動(dòng)引起空氣質(zhì)點(diǎn)間壓力的變化，密集（正壓）稀疏（負(fù)壓）交替變化傳播開去，形成波動(dòng)即聲波。,聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),1.2、聲音信號(hào)的特性： 語音和音樂都是由不規(guī)則的隨機(jī)信號(hào)組成，有基頻信號(hào)和各種諧波（泛音）組成，-注意要聲音的“完美還原”。因此要注意聲音的三大特性指標(biāo)：、 一、平均頻譜特性（ 頻率響應(yīng)特性） 二、平均聲壓級(jí)

5、 三、聲音的動(dòng)態(tài)范圍 人聲信號(hào)：語音、演唱、聲壓級(jí)和動(dòng)態(tài)范圍 人聲是一種典型的隨機(jī)過程，它還與生理特點(diǎn)、情緒和語言內(nèi)容等因素有關(guān) 音樂信號(hào)：它的頻帶比較寬，基頻頻率為27.5~4136Hz,動(dòng)態(tài)范圍30～60dB. 注： 男低音基頻 82～294Hz 女中音基頻 196～698Hz 男中音基頻 110~392

6、Hz 女高音基頻 262～1047Hz 男高音基頻 147~523Hz,語言和音樂聲學(xué)特性表,聲學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),復(fù)雜信號(hào)波形的頻譜,1-人聲、樂器聲和自然界中各種的聲音都不是單一的純音，它是由很多不同能量的諧波所組成，音色主要就是這些不同數(shù)量，不同強(qiáng)度，分布不同和相位不同的復(fù)合頻率組成的產(chǎn)物。2-白噪聲：白噪聲特性是在頻響特性范圍內(nèi)，每個(gè)頻譜的能力相等。3-紅噪聲：每

7、個(gè)倍頻程的頻譜能量相等。,聲音的速度、波長和頻率,ν=(331.4+0.607T) T=攝氏度，單位為℃攝氏度為21 ℃是為344m/s波長λ=v/f v=聲音的速度，f=頻率例如在21 ℃，空氣中不同頻率信號(hào)的波長不同 10KHz 信號(hào)波長 v=（344/10000) m=34.4mm 20Hz 信號(hào)ν = 20Hz 信號(hào)波長 （344/20) m=17.2m 20KHz 信號(hào)ν = 20

8、KHz 信號(hào)波長 （344/20000) m=17.2mm,聲音的繞射、折射、反射,波的傳播,波陣面：聲波從聲源發(fā)出，在某一介質(zhì)內(nèi)按同一方向傳播，在某一時(shí)間到達(dá)空間各點(diǎn)的包絡(luò)面稱為波陣面。球面波：點(diǎn)聲源發(fā)出的波，聲線與波陣面垂直。如人、樂器。平面波：波陣面為平面的波，聲源互相平行，如線聲源，多個(gè)點(diǎn)聲源疊排。,聲波在傳播過程中遇到障礙或孔洞時(shí)將發(fā)生繞射。繞射的情況與聲波的波長和障礙物（或孔）的尺寸有關(guān)。,聲波的繞射,,當(dāng)聲波遇到一塊尺

9、寸比波長大得多的障礙時(shí)，聲波將被反射。類似于光在鏡子上的反射。,聲波的反射,反射的規(guī)則：,1）入射線、反射線法線在同一側(cè)。 2）入射線和反射線分別在法線兩側(cè)。3）入射角等于反射角。Li=L?,,聲波的反射,,室內(nèi)聲音反射的幾種情況,當(dāng)障礙物的尺寸與聲波相當(dāng)時(shí)，將不會(huì)形成定向反射，而以障礙物為一子波源，形成散射。,散射,聲波的透射與吸收,聲波具有能量，簡稱聲能。當(dāng)聲波碰到室內(nèi)某一界面后（如天花、

10、墻），一部分聲能被反射，一部分被吸收（主要是轉(zhuǎn)化成熱能），一部分穿透到另一空間。,透射系數(shù)：反射系數(shù)：吸聲系數(shù)：,不同材料，不同的構(gòu)造對(duì)聲音具有不同的性能。在隔聲中希望用透射系數(shù)小的材料防止噪聲。在音質(zhì)設(shè)計(jì)中需要選擇吸聲材料，控制室內(nèi)聲場。,平方反比定律,聲壓級(jí)差=10lg(d1/d2)2=20lg(d1/d2)d1、d2-均為離開聲源的距離，單位為m.聲音每增加一倍聲音增加6dB,指向性指標(biāo)DI,指向性指數(shù)DI是說明揚(yáng)聲器

11、指向特性的一個(gè)重要參數(shù)，它表明一個(gè)有方向性的聲源與一個(gè)無方向性的聲源之間在同樣的輻射距離上，方向性聲源比無方向性聲源增加的聲壓級(jí)大小。指向性因子Q,他是兩個(gè)聲強(qiáng)的比值。 Q=10DI/10 DI=10lgQ,混響時(shí)間,指聲場達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，從停止發(fā)聲開始至聲壓級(jí)衰減60dB所需的時(shí)間。Sabine :RT60=0.16V/SaEyring: RT60=0.16V/-Sln(1-a)V=房間容積m3S=房間表面

12、積的總和，單位為m2a=房間表面的平均系聲系數(shù),混響時(shí)間,TR602s(500Hz) 聲音豐滿、語言清晰度差，聲音發(fā)嗡，有回聲感。,室內(nèi)聲場的結(jié)構(gòu),直達(dá)聲：聲源直接傳播到聽眾的聲音。主要作用聲壓級(jí)、提供聲源的方向和提高聲音的清晰度。早期反射聲：經(jīng)周圍界面1～3次反射到達(dá)聽眾的聲音。主要作用提高聲音的清晰度和增強(qiáng)聲音的空間感?；祉懧暎罕戎边_(dá)聲晚到50ms以后的密集的多次反射聲。主要作用提高聲音的均勻度，音質(zhì)豐滿。但是因?yàn)樗旧頉]有聲

13、音信息，因此會(huì)損失聲音清晰度，過大會(huì)遮蓋直達(dá)聲。也不能過低，否則會(huì)使聲音“干”；而不豐滿。,回聲,回聲：超過50ms后就可以逐步的出現(xiàn)回聲的感覺，當(dāng)超過100ms后可以明顯的聽到回聲。產(chǎn)生回聲的出現(xiàn)的三個(gè)途徑：混響聲回聲（混響時(shí)間過長），遠(yuǎn)距離反射聲和多聲源之間的直達(dá)聲延時(shí)回聲。,混響半徑（臨界距離DC）,臨界距離DC 直達(dá)聲與混響聲聲能比D/R直接影響系統(tǒng)的聲音的清晰度，當(dāng)D=R時(shí)，聲源軸線方向的直達(dá)聲能D與混響聲聲能R

14、相等的距離，成為臨界距離Dc（混響半徑）。Dc=0.14√QRQ—揚(yáng)聲器的指向因子R—房間常數(shù),系聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),吸聲材料的種類為：多孔吸聲、防潮吸聲和共振吸聲三類；在建設(shè)設(shè)計(jì)中防止出現(xiàn)：聲影區(qū)、聲聚焦、顫動(dòng)回聲、共振等，保證房間的聲場均勻。多孔吸聲材料一般良好的中高頻吸聲特性，吸聲機(jī)理不是因?yàn)楸砻娲植?，而是?nèi)外聯(lián)通的微小空隙氣泡。一般材質(zhì)為：玻璃棉、礦棉、板制品、氈、棉、毛、麻等。,系聲材料和吸聲結(jié)構(gòu),共振吸聲結(jié)構(gòu)：采用

15、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)和穿孔薄板、薄膜吸聲結(jié)構(gòu)都可看作，利用共振吸收原理的吸聲結(jié)構(gòu)。fo=c/2π√p/(σ+0.8d)DC=聲速（344m/s)P=穿孔率，穿孔面積與總面積之比D=板厚,單位為 cmd=穿孔直徑，單位為 cm,聲音的干涉,有些頻率上振幅相減，有些頻率上振幅相加的現(xiàn)象通常稱之為聲波的干涉。必須具備三個(gè)必要的條件： 1、兩個(gè)聲波是相干的，所謂的相干是指他們的頻率相等 2、兩個(gè)聲波之間存在著固定的時(shí)間差 3、相遇的

16、兩個(gè)聲波是寬頻帶信號(hào) 聲波干涉的結(jié)果造成頻率影響特性出現(xiàn)“峰”和“谷”的波動(dòng)，其形狀像“梳子”，因此又稱為梳狀濾波器效應(yīng)。,梳妝濾波器產(chǎn)生的問題,梳狀濾波器產(chǎn)生的問題1、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)2、增強(qiáng)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頻響特性？1、在一個(gè)建聲條件活躍的房間中，梳狀濾波器效應(yīng)是無法避免的，為此，改進(jìn)房間的建聲設(shè)計(jì)是減少梳狀濾波器影響的最根本的措

17、施2、在分區(qū)式供聲的多聲源系統(tǒng)中，利用可調(diào)延時(shí)器，把格聲源到達(dá)觀眾區(qū)的時(shí)間差盡量減到最小和盡量減小延時(shí)信號(hào)的振幅3、采用集中供聲方法可減少聲源之間的聲干涉4、揚(yáng)聲器組或揚(yáng)聲器陣列中的高音揚(yáng)聲器盡量緊靠在一起，減小高頻聲波的形成差。,傳聲增益是擴(kuò)聲系統(tǒng)達(dá)到最高可用增益時(shí)（臨界增益減去6dB增益余量），在指定的各聽眾位置上測得的平均聲壓級(jí)與話筒處聲壓級(jí)的dB數(shù)差值。,人耳的結(jié)構(gòu)：外耳、中耳、內(nèi)耳、骨傳導(dǎo),聽覺生理學(xué)和心理聲學(xué),聽覺生理

18、學(xué)和心理聲學(xué),1、聲壓級(jí)：單位面積上接到的聲壓大小，它與頻率無關(guān)，是一種客觀測量的結(jié)果。人耳聽覺的聽聞閥值為20×10-6N/m2=120dB.因此人耳聽覺的最大動(dòng)態(tài)范圍為120dB.2、響度級(jí)：人耳的響度感覺不僅與聲壓級(jí)有關(guān)系，而且與頻率有關(guān)，即相同聲壓級(jí)的聲音在不同頻率時(shí)的響度感覺不完全相同。因此為了符合實(shí)際聽覺的需要，制定了一個(gè)新單位-響度級(jí)。響度級(jí)及的單位phon(方），與頻率有關(guān)，只在1KHz時(shí)，響度級(jí)（方）與

19、聲壓級(jí)（dB)等于。,響度,響度定義：頻率為1kHz、聲壓級(jí)為40dB的一個(gè)純音所產(chǎn)生的響度為1宋。人耳對(duì)響度的感覺與響度級(jí)并非成正比，如響度及增加10方，響度感覺才增高了1倍。40方等于1宋。單位Sone(宋）。N=20.1（LN-40)N—響度，單位宋（sone)LN—響度級(jí)，單位為方（phon),響度曲線,聲音的三要素：音調(diào)、音色、音量頻率響應(yīng)特性對(duì)音質(zhì)的影響：1、低頻 150 以下的頻率范圍，是音頻的基礎(chǔ)部分，決定聲

20、音的豐滿度2、中低音150-500Hz,是聲音的結(jié)構(gòu)部門，決定聲音的力度和低音的硬度3、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4、高音 4000～12000Hz,是影響聲音音質(zhì)的主要部分，是聲音的細(xì)節(jié)所在,音調(diào)和音色,1、人耳對(duì)聲波頻率的感覺簡稱為音調(diào)。音調(diào)的單位為“美”（Mel).音調(diào)與聲波的頻率有關(guān)系。2、音色是聽覺上區(qū)別了兩個(gè)具有同樣響度和音調(diào)聲音的主觀感覺。音色是不同強(qiáng)度的

21、載波結(jié)構(gòu)以及頻譜分布決定了不同的音色，它與諧波結(jié)構(gòu)數(shù)量，強(qiáng)度，分布和相位關(guān)系有關(guān)。3、響度又稱聲強(qiáng)或音量，它表示的是聲音能量的強(qiáng)弱程度，主要取決于聲波振幅的大小。響度是聽覺的基礎(chǔ)。正常人聽覺的強(qiáng)度范圍為0dB—125dB。哈斯效應(yīng)：兩個(gè)聲壓級(jí)相同的聲音不同時(shí)到達(dá)耳朵，先到達(dá)的聲音可遮蔽后到達(dá)的聲音。,人耳對(duì)失真的感覺度,1、頻響失真 人耳對(duì)4000～10000Hz范圍內(nèi)的衰減感覺靈敏。對(duì)800~4000Hz范圍的提升感覺靈敏。1

22、50～500Hz和6000～18000Hz范圍內(nèi)的5dB的峰或谷有50%的人能感覺到。10dB的峰谷大部分都能夠感覺到，低頻和中低頻特性的峰和谷差6dB時(shí)豐滿度會(huì)感到嚴(yán)重影響。2、諧波失真 諧波分為奇次諧波和偶次諧波。諧波失真中奇次諧波失真的感知度比偶次諧波的感知度要明顯的多。,3、過載失真 過載失真的感覺閥與音源的峰值因子有關(guān)，一般音樂節(jié)目的過載失真在5%以下時(shí)，即可察覺到“發(fā)硬”的感覺，過載失真超過10%時(shí)，

23、聲音開始“發(fā)破”了。4、瞬態(tài)互調(diào)失真 含有不同頻率成分的復(fù)雜信號(hào)輸入到設(shè)備中放大時(shí)，由于設(shè)備的非線性失真，使不同頻率的信號(hào)，尤其是瞬態(tài)高頻信號(hào)產(chǎn)生互相調(diào)制的失真。,人耳對(duì)失真的感覺度,設(shè)計(jì)原則 Design Printpia,1. 智能化 2. 人性化3. 模塊化4. 數(shù)字化5. 集成化,設(shè)計(jì)規(guī)劃 Design layout,1. 穩(wěn)定性、可靠性 2. 先進(jìn)性、易操作性 3. 可擴(kuò)展性、易維護(hù)性,會(huì)議擴(kuò)聲設(shè)計(jì)原

24、則,專業(yè)音響設(shè)備,我們在使用的音響器材可畫出一個(gè)框圖這是一個(gè)音響鎖鏈，在實(shí)際生活中我們知道一條鎖鏈再強(qiáng)也不會(huì)強(qiáng)過它最弱的一環(huán)，音響鎖鏈也符合這一自然規(guī)律。作為一個(gè)音響操作員應(yīng)該了解他掌握的鎖鏈中每一個(gè)環(huán)節(jié)，即每一器材的弱點(diǎn)和它的應(yīng)用范圍與技術(shù)指標(biāo)。否則，就會(huì)產(chǎn)生失真甚至破壞器材。,,音源,,調(diào)音臺(tái),,周邊設(shè)備,,功放,,音箱,,,,,音響鎖鏈,聲音的完美還原?。。?！,音質(zhì)和穩(wěn)定，發(fā)言距離和政府的特殊拍攝需要,采用高清晰語音－－音質(zhì)損失,

25、總線連接－－穩(wěn)定性,話筒長度和攝像機(jī)的拍攝,,,會(huì)議需要穩(wěn)定,安全心理距離,,會(huì)議需要音質(zhì),單獨(dú)的音色音量調(diào)節(jié),,會(huì)議需要還原,發(fā)言系統(tǒng)設(shè)計(jì),,液體、碳粒麥克風(fēng),,線圈麥克風(fēng),,電容、駐極體,,無線射頻話筒,,紅外無線話筒,,2.4G、1.9G話筒,,The development of the microphone,Convenience,Intelligence,Network,Digital,Scalability,Small,發(fā)

26、言系統(tǒng)的發(fā)展,手拉手發(fā)言系統(tǒng),自動(dòng)混音器發(fā)言,手拉手系統(tǒng)，連接簡單，擴(kuò)展方便，具有主席優(yōu)先發(fā)言，攝像跟蹤，光環(huán)顯示。采用成熟的知名品牌。,,自動(dòng)混音系統(tǒng)，具有自動(dòng)抑制嘯叫，對(duì)音頻的損失小，帶寬大，音質(zhì)還原好，可單獨(dú)對(duì)話筒調(diào)解，擴(kuò)展方便，具有主席優(yōu)先發(fā)言，攝像跟蹤，采用成熟的知名品牌和混音技術(shù)ANOM。,沒有什么形式的會(huì)議系統(tǒng)好不好？只有這個(gè)形式的會(huì)議系統(tǒng)是否符合這個(gè)會(huì)議室？,手拉手系統(tǒng)VS自動(dòng)混音器發(fā)言,界面話筒的優(yōu)秀拾音效果,,,話

27、筒類型,鵝頸話筒,手拉手話筒,紐扣話筒,界面話筒,指向特性,指向性是指在某一指定頻率下,傳聲器在某個(gè)方向的靈敏度與最大靈敏度的比值.,,,,0,,,,,,,,,,,,,,,,,無線射頻會(huì)議系統(tǒng),工作頻率：UHF 600～900MHz，頻道組數(shù)：6頻道，　調(diào)制方式：FM，　振蕩方式：石英控制，　射頻功率：10mW,一臺(tái)出現(xiàn)故障不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng),,防止,竊聽,①十分方便會(huì)議室的流動(dòng),,紅外無線發(fā)言系統(tǒng),,②安裝省時(shí)省力，節(jié)省線材，節(jié)省安裝

28、費(fèi)用。,③自動(dòng)管理，減少音響師及管理的費(fèi)用,干擾,,不能破壞裝修，我要發(fā)言系統(tǒng)？,紅外發(fā)言系統(tǒng),紅外發(fā)言系統(tǒng),紅外無線話筒,2.4G無線會(huì)討單元,2.4G無線會(huì)討單元 伊諾安,2.4G無線會(huì)討單元 拜亞動(dòng)力,2.4G產(chǎn)品案例,采用雙工無線傳輸技術(shù)，帶有DSSS加密機(jī)制,1.9G Revolabs,,,,獨(dú)特性能： 回聲消除噪音抑制自動(dòng)門控 智能混音技術(shù)單只話筒調(diào)節(jié)電話會(huì)議室防電話干擾小巧玲瓏,傳統(tǒng)會(huì)議席系統(tǒng),話筒,調(diào)音臺(tái)

29、,反饋抑制器,,,,,均衡器,,延時(shí)器,,壓限器,激勵(lì)器,,,功放,音箱,,音源,,傳統(tǒng)的音響設(shè)備，機(jī)柜堆積如山，用戶操作繁瑣,用戶操作繁瑣，易出問題 產(chǎn)生“牛奶效應(yīng)”,周邊系列,,,壓限器,,激勵(lì)器,,,分頻器,,數(shù)字音頻處理器,,反饋抑制器,均衡器,效果器,,分訊器,,混音器,,前置放大器,,時(shí)序電源,,數(shù)字音頻處理器,音頻處理器壓限器，均衡器，分頻器調(diào)音臺(tái)，智能混音器，擴(kuò)展器，信號(hào)發(fā)生器，路由器反饋抑制器，背景音樂抑

30、制器各種邏輯控制器件，還有多種控制接口，RS232，USB，RS485，CVIN， TTLOUT，網(wǎng)口,智能數(shù)字會(huì)議系統(tǒng),音源,功放,揚(yáng)聲器,,,,模擬設(shè)備的堆積,計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的充分使用,現(xiàn)在的會(huì)議系統(tǒng),牛奶效應(yīng),系統(tǒng)智能先進(jìn)－－對(duì)比,音頻系統(tǒng) audio system,會(huì)議音箱MSB系列,演藝音箱PS系列,布位方式一般可分為三種：集中式、分散式和混合式。 聲場不均勻，前場聲音大，后場聲音明顯不足。,音箱布位,聲

31、場均應(yīng)，但無聲像定位,在要求語言清晰度高的場合，采用小功率多點(diǎn)布置方法，增加直達(dá)聲．確保語言的清晰度和可懂度．聲音均勻，聲像一致。,建筑聲學(xué)中要知道的聲學(xué)擴(kuò)聲設(shè)計(jì)規(guī)范,指聲場達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，從停止發(fā)聲開始至聲壓級(jí)衰減60dB所需的時(shí)間。Sabine :RT60=0.16V/SaEyring: RT60=0.16V/-Sln(1-a)V=房間容積m3S=房間表面積的總和，單位為m2a=房間表面的平均系聲系數(shù)TR60=0.6s～0.

32、8s(500Hz) 聲音清晰，干凈，適合于電影院和會(huì)議室。TR60=0.8s～1.2s(500Hz) 聲音清晰，聲音豐滿，適合于帶有小型演出和帶有演出多功能會(huì)議室。TR60=1.2s～1.4s(500Hz) 聲音豐滿，有氣魄，空間感強(qiáng)，適合于音樂廳，大型演藝場所。,2006廳堂擴(kuò)聲設(shè)計(jì)規(guī)范—語音擴(kuò)聲,2006廳堂擴(kuò)聲設(shè)計(jì)規(guī)范—多功能演藝擴(kuò)聲,房間的聲場計(jì)算,1?？偮暷?E0= E1+E2+E3 E0 總聲能 E1

33、 反射聲能；E2 吸收聲能；E3 透射聲能2。 反射聲系數(shù)γ =E1/E0 吸聲系數(shù) α =E2/E0 聲投射系數(shù)ζ =E3/E0 3. 平均吸聲系數(shù) ā= S1α1+ S2α2+ S3α3+ S4α4+ S5α5+... ... + Snαn/ S1+ S2+ S3+ S4+ S5+... ... + Sn3?；祉憰r(shí)間 RT60=0.161V/-Sln（1- ā）

34、 會(huì)議室混響時(shí)間為 <=0.8 S 帶有演出的多功能廳 0.8~1s 純演出場所 1~1.2 s,4. 房間常數(shù)（房間系數(shù)） R= Sā/(1-ā) 5. 混響半徑 RC=0.14√RQ D輔= 3RC6. 穩(wěn)態(tài)聲壓級(jí) Lp= LW +10lg(Q/4πr2+4/R)7. 聲功率級(jí) LW=10lgw/w0 w0 =