電聲學及其相關技術

1、電聲學及其相關技術 o 電聲學是一門研究電聲換能原理、技術和應用的科學。除了包括再生聲源（如揚聲器）和聲接收器（如傳聲器）外，還有錄音系統(tǒng)、放聲（擴音）系統(tǒng)及聲測量與分析系統(tǒng)設備 。o 電聲學的基本研究內容則是電聲換能器 。（一）電聲學的研究內容及其（一）電聲學的研究內容及其在錄音中的作用在錄音中的作用（一）電聲學的研究內容及其（一）電聲學的研究內容及其在錄音中的作用在錄音中的作用o 在電影、電視等一類視聽藝術及廣播（?。⒊纫活惵犛X藝術的錄音創(chuàng)作中，對原聲源進行必要的加工處理（或稱“增優(yōu)”處理）以滿足藝術構思的要求是必不可少的。如，錄音剪輯。o 將聲信號轉變?yōu)殡娦盘枱o疑為滿足這一要求提供

2、了更加廣闊的前景。 （二）電聲換能器與電聲測量技術應用（二）電聲換能器與電聲測量技術應用 電聲換能器的一般原理電聲換能器的一般原理 o 電聲換能器是一種能將電能轉換為聲能（如揚聲器）或將聲能轉換為電能（如傳聲器）的一類裝置 。 光學中有光電傳感器（光敏二級管）。o 電振蕩理論中，有三種基本電元件：電容、電感和電阻 。o 電阻元件上的電變化不可能產生機械力，不可能通過電阻元件實現(xiàn)機電轉換，一般轉化為熱能。o 在儲能元件上出現(xiàn)的電變化則將產生機械力，通過電容型或電感型元件進行機電轉換是可能的。 （二）電聲換能器與電聲測量技術應用（二）電聲換能器與電聲測量技術應用電聲換能器的一般原理電聲換能器的一般

3、原理o 電聲換能器按其機電換能原理分為電感型換能器和電容型換能器兩大類 。o 電聲換能器可以近似地看作由集總元件組成的簡單振動系統(tǒng)。對應于集總參數(shù)系統(tǒng)。o 按功能分傳聲器和揚聲器。o 電聲系統(tǒng)組成：聲接收器（如傳聲器），錄音系統(tǒng)、放聲（擴音）系統(tǒng)，揚聲器。 一、傳聲器o 傳聲器俗稱話筒，也有人稱之為麥克風（microphone），又稱麥克(mike)。它是錄音中拾取聲信號，并將聲信號轉換為電信號的基本器件。o 對于自然聲源而言，它不僅是進行拾音的基本條件，而且還是“音質加工處理”的一種方法 。（一）傳聲器的分類o 1、按換能原理的類型分類n 傳聲器的種類很多，按換能原理可分為電動式、靜電式、電

4、磁式、壓電式傳聲器。電動式傳聲器又分為動圈式與鋁帶式，靜電式傳聲器又分為電容式、駐極性體式和電壓式。o 2、按指向性類型分類n 傳聲器按指向性類型分為全向、單向、心形、超心形、超指向和雙向 。o 3、按使用方式分類n 有線傳聲器n 無線傳聲器（二）常用傳聲器的組成與原理 o 動圈傳聲器（dynamic microphone）o 電容傳聲器（condenser microphone capacitor microphone） o 無線傳聲器o 駐極體傳聲器 1、動圈傳聲器1、動圈傳聲器o 工作原理：當人對著話筒講話時，膜片就隨著聲音前后顫動，從而帶動音圈在磁場中作切割磁力線的運動。根據(jù)電磁感應原

5、理，在線圈兩端就會產生感應音頻電動勢，從而完成了聲電轉換。為了提高傳聲器的輸出感應電動勢和阻抗，還需裝置一只升壓變壓器。1、動圈傳聲器o 特點：結構簡單、穩(wěn)定靠、使用方便、固有噪聲小，被廣泛用于語言廣播和擴聲系統(tǒng)中。但缺點是靈敏度較低、頻率范圍窄。 2、電容傳聲器o 工作原理：當膜片受到聲波的壓力，并隨著壓力的大小和頻率的不同而振動時，膜片極板之間的電容量就發(fā)生變化。與此同時，極板上的電荷隨之變化，從而使電路中的電流也相應變化，負載電阻上也就有相應的電壓輸出，從而完成了聲電轉換。因為極頭的電容量非常小，阻抗很高，不能用電纜線直接引出，需要一個前置放大器緊接在極頭后面作阻抗變換。2、電容傳聲器o

6、 電容傳聲器一般由極頭、前置放大器和極化電源三部分組成。 o 特點：靈敏度較高，頻率響應平坦，瞬態(tài)特性好，音質較好，一般用于高質量的廣播、錄音中，也用于測試傳聲器。 3、無線傳聲器 o 無線傳聲器系統(tǒng)是由微型無線傳聲器、微型發(fā)射器和接受器組成的。o 其工作原理是：傳聲器把聲音信號轉變成電信號，通過小型發(fā)射器調制成高頻信號以電磁波形式從天線輻射出去，再由小型接收器接收還原成聲頻信號。 o 工作頻率主要是采用特高頻（vhf）或超高頻（uhf），即30mhz950mhz。輻射功率選取的原則是既保證有一定的傳播距離，又不干擾其他通信設備。當兩套無線話筒一起使用時，頻率要錯開，以減少相互干擾。3、無線傳

7、聲器（三）傳聲器的技術特性o 靈敏度o 輸出阻抗o 頻率響應o 動態(tài)范圍o 方向性1、靈敏度o 傳聲器在聲電轉換過程中將聲壓轉換為電壓的能力。o 傳聲器的靈敏度用db值表示，稱為靈敏度級。o 一般動圈式傳聲器的靈敏度級約為-60-70db；電容式傳聲器約為-40-50db。2、輸出阻抗o 傳聲器的阻抗分高阻抗與低阻抗，專業(yè)傳聲器一般都采用200-600的低阻抗，高阻抗的阻值為20-50k 。o 高阻抗傳聲器容易被噪聲干擾，傳聲器饋線不宜過長。o 阻抗匹配n 傳聲器的輸出阻抗要與調音臺、擴音機等設備的輸入阻抗相匹配。n 傳聲器的輸出阻抗與調音臺的輸入阻抗相等時，傳輸功率最大，但失真也較大，n 為

8、了保證傳聲器的正常工作，要求調音臺的輸調音臺的輸入阻抗應大于或等于傳聲器輸出阻抗的入阻抗應大于或等于傳聲器輸出阻抗的5 5倍倍。傳聲器調音臺3、頻率響應o 傳聲器的頻率響應是表征傳聲器對不同頻率聲波的靈敏度。o 傳聲器的理想頻率響應曲線要較為平坦，使人而能聽到2020khz范圍內的聲音。4、動態(tài)范圍o 傳聲器的動態(tài)范圍是指傳聲器在可以允許失真限度內（0.5%），能夠傳輸有用音量的范圍。o 超近距離拾音時，選用寬動態(tài)范圍的傳聲器。5、方向性（四）傳聲器的選擇在需要高質量的播音和錄音時，可選用電容式傳聲器；在作一般語言擴聲時，可用動圈式傳聲器；作流動宣傳時也宜用動圈式傳聲器；在環(huán)境噪聲較大時，可選

9、用方向性強的傳聲器；當要求用在收錄機的機內或放置在隱蔽場合使用時，最好選用駐極體傳聲器。（五）傳聲器的使用與維護o 與音響設備的特性相匹配o 各種插接件要牢固可靠o 使用音頻屏蔽傳輸線o 傳聲器位置附近不應有大的反射面，并安放在音箱的后面o 聲源的方向與距離n 近講話筒與嘴的距離在1-20cm，講演時，為了提高清晰度，宜在2030cm左右。o 防風、防震、防潮n 防風罩；減震裝置；不許用吹氣和敲打傳聲器的方法試音；電容傳聲器尤其注意防潮。（六）無線傳聲器的使用要點o 接收機的天線盡量要與發(fā)射機近一些。o 其間最好沒有障礙物，尤其要避開金屬結構、通風管道等金屬框架。o 避開盲點區(qū)。o 同時使用無

10、線傳聲器不要過多：一般不超過4只。o 更換電池：調音臺啞音或關死接收器的輸出音量。 動圈傳聲器動圈傳聲器 大振膜電容傳聲器大振膜電容傳聲器 電容式界面?zhèn)髀暺麟娙菔浇缑鎮(zhèn)髀暺?二、 揚聲器o 揚聲器是把電能轉換成聲音的一種器件。o 根據(jù)構造不同，揚聲器可分為電動式、電磁式、壓電式等幾種，教學中最常使用的是電動式揚聲器。（一）揚聲器原理 o 1、電動紙盆式揚聲器 o 2、電動號筒式揚聲器 1、電動紙盆式揚聲器o 磁路系統(tǒng)由環(huán)形永久磁鐵和軟鐵組成，磁場集中在縫隙處。振動系統(tǒng)由帶音圈的紙盆組成，彈性片把音圈固定在磁隙的正中。當音頻電流通過時，音圈在磁場力的作用下，帶著紙盆運動，發(fā)出聲音。 o 紙盆揚聲

11、器的口徑，是影響揚聲器發(fā)聲的頻率范圍，以及所能承受之最大功率的主要因素。一般來說，揚聲器紙盆口徑越大，低音就越豐富，最大發(fā)聲功率也越大。 2、電動號筒式揚聲器o 磁路系統(tǒng)由永久磁鐵和軟鐵組成，磁場集中在縫隙處。振動系統(tǒng)主要由帶音圈的振動膜組成。音頻電流通過音圈時，受磁場力作用，音圈便帶動振動膜運動，從而使周圍空氣發(fā)生振動。因發(fā)音頭前面裝有助音筒，能使空氣共振，產生宏亮的聲音。（二）音箱1、音箱的類型和特點o 按用途分：擴聲音箱（演出用音箱）、監(jiān)聽音箱。n 擴聲音箱：大功率、寬頻帶、高聲級；高頻單元采用號角式揚聲器；組合式音箱或分頻式音箱。n 監(jiān)聽音箱：供錄音師、音控師監(jiān)聽節(jié)目用的音箱；具有極高

12、的保真度和很好的動態(tài)特性，不對節(jié)目做任何修飾和夸張，真實反映音頻信號原來的面貌；一般不具備擴聲音箱的功率承受能力、靈敏度以及恒指向性特性。o 按音箱結構分：密閉式音箱、倒相式音箱、號筒式音箱。n 密閉式音箱：箱體完全封閉，揚聲器北面的聲波與揚聲器的前方完全隔絕。n 倒相式音箱：效率高、箱體較小、設計比較復雜。n 號筒式音箱：在揚聲器紙盆的前面或后面加木質號筒音箱。o 按體積分：落地式音箱、書架式音箱。2、av音箱o av音箱是指專門為電影音響系統(tǒng)設計制作的音箱。（家庭影院常用）o av專業(yè)音箱一般由主音箱（l、r）、中置音箱、環(huán)繞聲音箱（l、r）、擴展音箱（l、r）、低音音箱。o 放置在電視機

13、附近的av音箱還需要有防磁功能。主音箱o 主要用來播放電影中的效果聲和音樂，因此要有較寬的頻響和較小的失真，動態(tài)范圍大，聲音剛勁凌厲。中置音箱o 主要用來播放電影中的人物對白和中間音響效果，要求音質清晰自然。環(huán)繞音箱o 放在聽音室的后方，用以模擬環(huán)境聲場中的反射聲和混響聲。擴展音箱o 主要應用于與投影電視配合的av音響系統(tǒng)，一般放在影幕兩側，以擴展前方聲場的寬度。超低音音箱o 用于播放300hz以下的低音和超低頻。因為人類的耳朵對于低音的方位是不敏感的，即低音基本沒有方向性或指向性不強，所以低音炮可以隨便放在房間任何一個部位。 （沒有隔音設施，不宜采用）杜比ac-3環(huán)繞聲對av音響的要求o 4

14、聲道杜比定向邏輯環(huán)繞系統(tǒng)：由于技術原因，環(huán)繞聲道的頻響范圍只有100-7000hz。o 杜比ac-3提供了全頻帶的5聲道信號和1路獨立的重低音信號。全頻帶是指5聲道均可重放20hz-20khz的全頻帶信號。一般采用5個完全一樣的音箱組成ac-3影院系統(tǒng)。重低音音箱價格較高，可根據(jù)條件選擇。3、多媒體音箱（有源音箱）的擺放o 一般多媒體音箱的低音炮所含括的低頻范圍上限至少為300hz、甚至3000hz，不少低頻中較高頻率的聲音是從低音炮中發(fā)出來的，所以建議將低音炮擺放在電腦桌下、顯示器的正下方位置，即聆聽者正前方和前置聲道同一條線的地面上，如此才能獲得較好的效果。o 一對主音箱面向聆聽者一字排開

15、，擺放在顯示器兩側，兩音箱之間的距離應當在1.52米為宜。注意音箱應與后墻、側墻相隔一定距離（2050厘米以上）。o 對于環(huán)繞音箱，一般建議擺在聆聽者主座位置的左右兩側，以面對面方式架設。架設高度約高出聆聽者坐姿時頭部以上6090公分處，將其掛在聆聽者左后和右后180cm高的墻上，這樣有助于減少定位效果的影響。一般來說，最好與用戶中軸線對稱，與用戶的距離不超過1.5米。o 對于中置音箱，可將其擺放在顯示器的上方或顯示器前的桌面上，要求它與前方的兩個主音箱面向聆聽者一字排開，可在同一平面上且高度盡可能相同，也可將中置音箱稍稍后移一些，但其正面仍與前置主音箱正面平行。（三）揚聲器的技術特性o 靈敏

16、度：在音箱輸入端加上額定功率為1w的電信號時，在參考點1米處產生的聲壓級，單位用db表示。相同條件下，靈敏度高的音箱聽起來聲音較大，但靈敏度過高會導致動態(tài)范圍下降。揚聲器的靈敏度分布在70-115db，專業(yè)音箱一般為98-110db。o 功率：n 最大額定功率：使用時注意不應超過該值的2/3。n 最小推薦功率：小于該功率時，音箱無法工作。o 標稱阻抗：16 、8 、6 、4 ，國內主要是8 。o 頻率響應：n 音箱發(fā)出的聲壓在有效頻率范圍內的變化。o 輻射特性：n 表示揚聲器向各個方向輻射聲波的均勻程度。（四）揚聲器的使用與維護o 正確選擇揚聲器的類型。o 揚聲器的輸入功率不要超過額定功率。o

17、 與擴音機的阻抗要匹配。o 揚聲器的相位要一致。o 立體聲放音時，應該分開適當?shù)木嚯x。o 音箱使用環(huán)境應防高溫、干燥，需要通風，音箱要遠離磁場，音箱上面不要放東西。o 連線要短。o 清潔維護。三、 擴音機o 擴音機是用來將微弱的電信號放大成具有一定電功率的音響設備。它把來自傳聲器、電唱機、激光（cd）唱機、錄音機和收音機等的音頻信號加以放大，推動揚聲器發(fā)出聲音。（一）擴音機的原理o 前置放大級：包括話筒放大、混合、電壓放大等電路。它們共同的作用是把微弱的電信號放大到具有一定的電壓振幅，以推動后面各級工作。 o 推動級：包括推動、倒相等電路，在一些較小功率的擴音機中，只有倒相級，而在較大功率的擴

18、音要中，都有功率推動級，以供給最后功率放大級所需要的推動功率。 o 功率放大級：擴音機中多數(shù)都是推挽放大，將前面各級送來的信號放大到具有一定的電功率。 o 收信部分：用來接收無線電廣播。 o 電源供給部分：用來供給設備所需的各種交流和直流的電壓和電流。 （二）擴音機的主要性能指標 o 1、輸出功率n 標注的功率為額定輸出功率一般不允許輸出功率超過額定功率。n 最大輸出功率是指在不過載或諧波失真不超出某規(guī)定數(shù)值的情況下，擴音機能輸出的最大功率，它是衡量擴音機最大輸出能力的指標。 （一般應達額定功率的1.22倍 ） n 使用功率是指擴音機和揚聲器都在低失真狀態(tài)下工作的平均使用功率。以欣賞音樂為主的

19、擴音機，使用功率時常只使用到最大輸出功率的十分之一以下。o 2、頻率特性：它表示擴音機的增益與信號頻率的關系，是擴音機的一項重要指標。要求擴音機對這些不同頻率的電信號要能做大小相同的放大，才能保證復雜信號經(jīng)過放大器后，不致出現(xiàn)失真。o 3、輸入靈敏度： 擴音機輸出額定功率時所需要的輸入信號電壓叫做輸入靈敏度。如靈敏度低，則正常輸入信號時，擴音機就達不到額定功率輸出。 o 4、諧波失真：是由放大器放大信號時的非線性引起的。普及型擴音機的失真度在510%，高保真的擴音機則可在較寬的頻率范圍（如401600hz）做到小于1%。o 5、信號噪聲比 ：當把一個輸入信號加給放大器輸入端時，輸出端信號中即混

20、有噪聲信號。我們把輸出信號電壓與輸出的噪聲電壓之比叫信號噪聲比，簡稱信噪比。 （三）擴音機的使用與維護o （1）電源電壓與規(guī)定的工作電壓相符。o （2）擴音機使用前應接好保護地線。o （3）擴音機只有在接好負載后，才可以打開電源。o （4）音量控制鈕平時應放在最小位置，使用時緩緩開大。關閉擴音機的電源時應將擴音機的音量調到最小位置。o （5）合理配接擴音機同揚聲器。o （6）注意擴音機的保養(yǎng)，長期不用的擴音機應定期通電。o （7）擴音機使用時最適合的音量位置為為最大音量的2/3。o （8）使用時注意保持話筒與揚聲器之間的距離和方位，防止嘯叫。o （9）擴音機應放置在通風、干燥的地方。o （10

21、）如發(fā)現(xiàn)故障，關機檢查。（四）擴音機和揚聲器的配接o （1）定阻抗輸出式擴音機的配接 n 功率匹配原則。要求所接揚聲器的額定功率總和略大于或等于擴音機的額定輸出功率，。n 阻抗匹配原則。揚聲器連接好以后，負載總阻抗應等于擴音機的輸出阻抗。n 功率分配平衡原則。不管揚聲器如何連接，每只揚聲器的實得功率不得超過它的額定功率。o（2）定電壓輸出式擴音機的配接 n 只要揚聲器實得功率總和不超過擴音機的額定輸出功率，就可以像接并聯(lián)燈泡一樣，把揚聲器一個個并聯(lián)接到擴音機的輸出線上。n 此時要考慮的，主要是擴音機的輸出電壓和揚聲器的承受電壓。 四四 電聲測量技術應用電聲測量技術應用（一）立體聲技術（一）立體聲技術o 所謂立體聲，可以理解為是一種借助于雙耳聽覺特性，通過特定的重放空間信息的聲頻系統(tǒng)而獲得的一種空間印象的感覺。o 一般地說，它應包括水平方向感、深度感（或稱距離感）和高度感。這一聲頻系統(tǒng)是由若干傳聲器、傳輸通路和揚聲器組成，通常稱為立體聲系統(tǒng)。 1.人工頭立體聲拾音方式人工頭立體聲拾音方式 o 采用這種拾音方式應有一模擬人頭的人工頭。一對體積很小的全向（電容）傳聲器分別放置在人工頭的左右兩只耳朵中，用以代替人的耳鼓（即“耳膜” ）。o