聲學基礎byqianws課件

聲學基礎

廣州中麥電子2005年10月“聲學基礎”研究的內(nèi)容聲源聲信號及其特征調(diào)音臺處理設備功放音箱聲場聽眾聲音傳播理論建筑聲學聽覺生理學心理聲學音質評價1.聲信號及其特征2.聲音傳播理論3.建筑聲學4.聽覺生理學5.心理聲學6.音質評價振幅與頻率振幅：用相應參考電平來衡量（電子或聲音的），振幅大則電平（音量）大，反之亦然；單位dB。1.聲信號及其特征振幅與頻率頻率：指的是音調(diào)（聲音每秒振動的次數(shù)），用Hz計量。1.聲信號及其特征頻率響應：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。電聲設備的頻率響應振幅與頻率1.聲信號及其特征時間與頻率延時與頻率的關系1.聲信號及其特征同一音箱的三個頻率的重放時間與頻率1.聲信號及其特征相位響應：表示相位隨頻率的變化關系，用度數(shù)表示。電聲設備的相位響應圖時間與頻率1.聲信號及其特征

典型音箱的相位響應圖，能明顯看到低頻的延時，時間與頻率1.聲信號及其特征

優(yōu)質音箱的相位響應圖，低頻延時要小得多。時間與頻率1.聲信號及其特征相位響應的意義：人耳對時間偏移是非常敏感的（雖然它們很小），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1.聲信號及其特征人聲信號語言：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。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)范圍可達到100dB。高質量的音響系統(tǒng)（音樂重放）的頻率響應范圍應不小于40－16000Hz，信號動態(tài)范圍應不小于50－55dB。1.聲信號及其特征速度、波長與頻率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)聲場的結構指向性揚聲器的直達聲場和混響聲場聲波的干涉幾種典型的聲學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)。2.聲音傳播理論聲壓級的疊加聲壓級疊加列線計算圖：2.聲音傳播理論混響時間RT60對音質的影響：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)?；混響時間長，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2.聲音傳播理論各類廳堂混響時間的最佳值：混響時間2.聲音傳播理論指向性揚聲器的直達聲場和混響聲場臨界距離Dc：沿著聲源軸線方向的直達聲聲能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-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.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。聲波干涉的結果造成頻率響應特性出現(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。2.聲音傳播理論聲波的干涉2.聲音傳播理論梳狀濾波器效應帶來的問題：使系統(tǒng)的頻響特性變得不平坦，系統(tǒng)音質發(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？

用圖示均衡器進行頻率補償？聲波的干涉2.聲音傳播理論降低梳狀濾波器影響的方法：改進廳堂的聲學設計——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2.聲音傳播理論幾種典型的聲學缺陷聲聚焦：弧形的表面將反射的聲音聚集起來，產(chǎn)生霳音。聲共振：當廳堂中低頻聲有較大聲壓級時，裝飾結構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聽覺生理學心理聲學音質評價建筑聲學建筑聲學的必要性多孔吸聲材料共振吸聲結構聲波擴散體建筑聲學的必要性室內(nèi)觀眾區(qū)聽到的聲音除了直達聲，還有經(jīng)過反射的近次反射聲和混響聲，這些聲音的相互作用形成了系統(tǒng)的音質效果。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)設計外，還需具備良好的聲音傳輸條件——建聲設計。交通工具公路司機電聲系統(tǒng)建聲條件技術人員3.建筑聲學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。3.建筑聲學共振吸聲結構共振吸聲結構包括穿孔板、薄膜吸聲結構。穿孔板吸聲結構具有較好的中頻吸聲特性。3.建筑聲學聲波擴散體在墻面或聲波反射強烈的地方設置聲波擴散體/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.建筑聲學聲信號及其特征聲音傳播理論建筑聲學聽覺生理學心理聲學音質評價聽覺生理學聽覺生理學：研究聲音響度與聲壓級關系的科學。等響曲線：聲信號及其特征聲音傳播理論建筑聲學聽覺生理學心理聲學音質評價心理聲學心理聲學：研究耳朵與人腦結合對聽覺激勵的反應。聲音的掩蔽和哈斯效應：

——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耳朵，那么先到達的聲音可掩蔽后到達的聲音。哈斯效應心理聲學聲信號及其特征聲音傳播理論建筑聲學聽覺生理學心理聲學音質評價音質評價聲音的客觀測量：頻率響應曲線、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；

不能完全表達主觀聽覺的結果。音質主觀評價：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。音質主觀評價各頻段對音質的影響：低頻（150Hz以下），是聲音的基礎部分，決定聲音的豐滿度。中低頻（150-500Hz），是聲音的結構部分，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，是聲音的細節(jié)所在。音質主觀評價術語：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、音域寬廣。聲音窄表示頻帶窄，高、低音欠缺，中頻過分突出，混響偏小。音質主觀評價音質主觀評價術語：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。音質主觀評價音質主觀評價術語：C、聲音厚—聲音?。▎危郝曇艉袷侵嘎曇艉駥嵱辛?，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。

音質主觀評價音質主觀評價術語：D、聲音圓—聲音扁：聲音圓是指音質純真，失真極小，有一定得力度和亮度。頻帶寬，低音不渾，中音不硬，高音不刺耳，瞬態(tài)響應好，混響合適，聽感豐滿、明亮、清晰、圓潤，保真度高。聲音扁是指音質不純，聲音單薄，失真大，頻帶窄，混響不足。音質主觀評價音質主觀評價術語：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。音質主觀評價音質主觀評價術語：F、聲音實---聲音空：聲音實是指聲音結實、中低頻平均聲級較大，高頻及中高頻不缺，直達聲比例較強，混響適度，失真小，聲音厚實、明亮。聲音空是指混響時間過長，直達聲比例過小，主音不突出，清晰度差，聲像模糊。

音質主觀評價音質主觀評價術語：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。聲音尖是頻率響應不均勻，高音過強且有諧振峰，失真較大，聲音刺耳。音質主觀評價音質主觀評價術語：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，混響聲與直達聲比例合適，聽感舒適流暢。聲音干是指聲音干涸，不流暢，頻響不均勻，混響時間短，尤其缺乏中高頻混響。音質主觀評價音質主觀評價術語：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，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)響應不好，阻尼差有過載現(xiàn)象。音質主觀評價音質主觀評價術語：J、聲音粗—聲音細聲音粗是指低頻強，力度大，中高頻較弱，音色粗糙，明朗和混響感都較差。聲音細是指響度不足，聲音纖細無力，缺乏低頻，中高頻和高頻偏多，混響不足。音質主觀評價音質主觀評價術語：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)響應不好，阻尼差，有過載和寄生震蕩。音質主觀評價音質主觀評價術語：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，嚴重影響清晰度。音質主觀評價音質主觀評價術語：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，直達聲不足，音色不圓潤、不結實，清晰度和整體感差。音質主觀評價音質主觀評價術語：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。音質主觀評價音質主觀評價術語：O、融合、平衡、諧和在頻率響應寬、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。音質主觀評價音質主觀評價術語：P、整體感