音響技術(shù)基礎(chǔ)

關(guān)于音響技術(shù)基礎(chǔ)1.1聲學(xué)基礎(chǔ)1.1.1聲波的基本特性

1.聲波和聲音聲波是機械振動或氣流擾動引起周圍彈性介質(zhì)發(fā)生波動的現(xiàn)象。聲波也稱為彈性波。聲波的定義有兩種：一是彈性媒質(zhì)中傳播的壓力、應(yīng)力、質(zhì)點位移、質(zhì)點速度等的變化或幾種變化的綜合；二是聲源產(chǎn)生振動時，第2頁,共187頁，星期六，2024年，5月

迫使其周圍的空氣質(zhì)點往復(fù)移動，使空氣中產(chǎn)生附加的交變壓力，這一壓力波稱為聲波。產(chǎn)生聲波的物體稱為聲源。傳播聲波的物體稱為媒質(zhì)。聲波所波及的空間范圍稱為聲場。揚聲器發(fā)聲時，會引起周圍空氣的振動而產(chǎn)生聲波，其傳播方向與空氣質(zhì)點振動方向相同。因此，可以說聲波是一種縱波。聲音是聲源振動引起的聲波傳播到聽覺器官所產(chǎn)生的感受。所以我們說，聲音是由聲源振動、聲波傳播和聽覺感受這三個環(huán)節(jié)所形成的。第3頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.聲速、波長和頻率聲波可以在空氣、液體及固體等媒質(zhì)中傳播，但不能在真空中傳播。聲波在媒質(zhì)中每秒鐘傳播的距離稱為聲速，用符號c表示，單位為m/s。聲速與媒質(zhì)的密度、彈性等因素有關(guān)，而與聲波的頻率、強度無關(guān)。當(dāng)溫度改變時，由于媒質(zhì)特性的變化，聲速也發(fā)生變化。在溫度為15℃時，聲波在空氣、水和鋼中的聲速分別為340m/s、1450m/s和5100m/s。溫度升高時，聲速略有增加。第4頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲波在一個周期T內(nèi)傳播的距離稱為波長，用符號λ表示，單位為m。聲波在每秒鐘周期性振動的次數(shù)稱為頻率，用符號f表示，單位為Hz，周期T和頻率f互為倒數(shù)。聲速、波長和頻率之間的關(guān)系為(1―1)第5頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.1.2聲音的特性參數(shù)研究聲音的目的是為了研究音響技術(shù)，研究音響技術(shù)是為了滿足人們的聽覺要求。而聽覺不但取決于聲音的特性，而且也與人的心理因素有關(guān)。由于每個人諸方面的差異，對聲音這一客觀現(xiàn)象的判斷和感覺也有所不同，如對聽覺的頻率范圍、對不同頻率的感受程度以及對響度的反應(yīng)等均有差異。所以，對聲音進行定性分析是復(fù)雜的，而對聲音進行精確的定量分析更是相當(dāng)困難的。因此，我們有必要討論與音響技術(shù)有關(guān)的聲學(xué)參量。第6頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.頻率與倍頻程頻率的概念在前面已做了論述，這里不再贅述。頻率與聲音的對應(yīng)關(guān)系是：頻率低，相應(yīng)的音調(diào)就低，聲音就越低沉；頻率高，相應(yīng)的音調(diào)就高，聲音就越尖銳。人耳可以聽到的聲音，即可聞聲的頻率范圍通常是20Hz~20kHz，其頻率稱為聲頻或音頻。頻率低于20Hz的叫次聲，高于20kHz的叫超聲，次聲和超聲都是人耳聽不到的，但有的動物卻可以聽到，這兩種聲頻通常對人體有害。第7頁,共187頁，星期六，2024年，5月

倍頻程是用來比較兩個聲頻大小的，兩個不同頻率的聲音作比較時，起決定意義的是兩個頻率的比值，而不是它們的差值。倍頻程定義為兩個聲音的頻率或音調(diào)之比的對數(shù)(以2為底)，其公式為(1―2)第8頁,共187頁，星期六，2024年，5月

式中，f1為基準(zhǔn)頻率；f2為欲求其倍頻程數(shù)的信號頻率；n為倍頻程數(shù)。n可正可負(fù)，也可以是分?jǐn)?shù)或整數(shù)。例如，n=1、1/3，則分別稱為“倍頻程”和1/3倍頻程”。在音樂中，5·與5之間或者5與5·之間，頻率正好相差一倍，我們稱這兩個頻率間相差1個倍頻程即“八度音程”；而5·與5·之間頻率相差兩個倍頻程。第9頁,共187頁，星期六，2024年，5月

兩個頻率相差1個倍頻程，意味著其頻率之比為21(即兩倍的關(guān)系)；兩個頻率相差2個倍頻程，意味著其頻率之比為22(即四倍的關(guān)系)……依次類推，相差n個倍頻程，意味著兩個頻率之比為2n。按倍頻程數(shù)均勻劃分頻率區(qū)間，相當(dāng)于對頻率按對數(shù)關(guān)系加以標(biāo)度。第10頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.聲阻抗與特性阻抗媒質(zhì)在波振面某個面積上的聲阻抗是這個面積上的聲壓與通過這個面積的體積速度的復(fù)數(shù)比值。其單位是聲歐，它的倒數(shù)稱為聲導(dǎo)納。聲阻抗的實部稱為聲阻，虛部稱為聲抗。

媒質(zhì)中某點的聲壓和質(zhì)點速度的復(fù)數(shù)比值稱為聲阻抗率，其單位是Pa·s/m，它的實部是聲阻率，虛部是聲抗率。第11頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲場中聲阻抗Za定義為表面上的平均有效聲壓p與經(jīng)過有效體積速度U之比，即(1―3)

聲阻抗的單位是N·s/m3，即MKS制聲歐姆。由于U的含義不明確，人們通常用質(zhì)點速度v來代替U，所以定義聲場中某位置的聲壓與該位置的質(zhì)點速度之比為該位置的聲阻抗率Zs，即(1―4)第12頁,共187頁，星期六，2024年，5月

在理想介質(zhì)中，聲阻抗也具有損耗的意思，不過它代表的不是把電量轉(zhuǎn)化成熱量，而是把能量從一處向另一處的轉(zhuǎn)移，即傳播損耗。平面波在傳播過程中的聲抗率可用下式計算(1―5)式中c為聲速，ρ0為介質(zhì)密度。第13頁,共187頁，星期六，2024年，5月

平面自由行波在媒質(zhì)中某點的有效聲壓與通過該點的有效質(zhì)點速度的比值稱為特性阻抗。媒質(zhì)的特性阻抗等于媒質(zhì)密度與聲速的乘積。平面聲波的聲阻抗率，在數(shù)值上恰好等于介質(zhì)的特性阻抗，即平面波阻抗處處與介質(zhì)的特性阻抗相匹配。第14頁,共187頁，星期六，2024年，5月3.聲壓與聲壓級聲波的強度可用聲壓、聲壓級來定量描述。大氣靜止時存在著一個壓力，稱為大氣壓強，簡稱氣壓。當(dāng)有聲波存在時，局部空間產(chǎn)生壓縮或膨脹，在壓縮的地方壓力增加，在膨脹的地方壓力減小。于是就在原來的靜態(tài)氣壓上附加了一個壓力的起伏變化。這個由聲波引起的交變壓強稱為聲壓。第15頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲壓的大小表示聲波的強弱。聲場中某一瞬時的聲壓值，稱為瞬時聲壓。在一定時間內(nèi)最大的瞬時聲壓值稱為峰值聲壓，聲壓隨時間的變化是按諧振規(guī)律變化的。峰值聲壓也就是聲壓的幅值。在一定時間間隔內(nèi)，瞬時聲壓對時間取均方根值，稱為有效聲壓。聲壓的國際單位是Pa,1Pa=1N/m2，1個大氣壓為105Pa。聲壓與大氣壓相比是極其微弱的，有時也用μbar作單位，1μbar=0.1Pa=0.1N/m2。正常人能聽到的最弱聲音約為2×10-5Pa，稱其為基準(zhǔn)聲壓，用符號Pr表示。第16頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲振動的能量范圍很大，從最弱的參考聲壓到人耳感到疼痛的聲壓之間相差100萬倍。為了把大范圍聲壓壓縮到容易處理的聲壓范圍，就用“級”的概念來衡量聲音的相對強度。實際上，人耳對聲音主觀感受的響度并不正比于聲壓的絕對值，而大體上正比于聲壓的對數(shù)值。聲壓級指的是有效聲壓和基準(zhǔn)聲壓比值的常用對數(shù)的20倍，單位為dB，用Lp表示(1―6)第17頁,共187頁，星期六，2024年，5月4.聲強與聲強級各類聲音除了音調(diào)的不同外，還有響度的差別。對于一定頻率的聲音，其響度主要由聲強的強弱來決定。在自由平面波或球面波的情況下，設(shè)有效聲壓為p，傳播速度為c，介質(zhì)密度為ρ0，則在傳播方向上的聲強為(1―7)第18頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲強的單位是W/cm2，可聞聲音的最小聲強為10-6W/cm2，稱為聽閾聲強；震得耳朵發(fā)痛的聲音，其聲強約為10-4W/cm2，稱為痛閾聲強。聲強級指的是聲強與基準(zhǔn)聲強之比值，取常用對數(shù)乘以10，單位為dB，用LI表示(1―8)第19頁,共187頁，星期六，2024年，5月

式中，Ir是基準(zhǔn)聲強，常采用的Ir的值為

10-12W/cm2。在自由行波中，聲強與聲壓關(guān)系固定，可以由聲壓求聲強級。但在一般情況下，兩者的關(guān)系很復(fù)雜，無法由聲壓求聲強級。第20頁,共187頁，星期六，2024年，5月5.聲功率與聲功率級聲源輻射聲波時對外作功。聲功率是指聲源在單位時間內(nèi)垂直通過指定面積的聲能量。聲功率指在全部可聽頻率范圍所輻射的功率，或指在某個有限頻率范圍所輻射的功率(通常稱為頻帶聲功率)。聲功率可表示為(1―9)

式中：W為聲功率(W)；U為流體的體積速度(m3/s)；RA為聲源的輻射聲阻(Pa·s/m3)。第21頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲功率級是待測聲功率與基準(zhǔn)聲功率之比，取常用對數(shù)乘10，單位dB，用LW表示(1―10)

式中，W是待測聲功率；W0是基準(zhǔn)聲功率。W0=10-12W。第22頁,共187頁，星期六，2024年，5月6.頻譜與譜級聲源發(fā)出的聲音并不是單一頻率的，而是同時含有許多復(fù)雜的頻率。頻譜是把時間函數(shù)的分量按幅值或相位表示為頻率函數(shù)的分布圖形。根據(jù)聲音的不同，它的聲譜可能是線譜、連續(xù)譜或二者之和，即混合譜。實際聲音是由許多不同頻率、不同強度純音組合而成的。第23頁,共187頁，星期六，2024年，5月

對一個聲源發(fā)出的聲音的頻率成分和強度的分析，叫做頻譜分析。若用頻率表示橫坐標(biāo)，聲壓級表示縱坐標(biāo)，把頻率與強度的對應(yīng)關(guān)系用圖形表示出來，就叫做頻譜圖，簡稱頻譜。一曲悅耳動聽的音樂與噪聲的頻譜圖是完全不同的。譜級也稱密度級，是指信號在某一頻率的譜密度與基準(zhǔn)譜密度之比的常用對數(shù)乘以10。單位為dB，用Lpr表示(1―11)第24頁,共187頁，星期六，2024年，5月

上式是聲壓譜級的表示式，用類似方法也可以表示其它參量的譜級。式中p為通過濾波系統(tǒng)的有效聲壓，pr為基準(zhǔn)值；Δf為濾波器的有效帶寬，Δf0為基準(zhǔn)帶寬。第25頁,共187頁，星期六，2024年，5月7.音質(zhì)聲音的質(zhì)量含有多種成分，其中音調(diào)、音色、音量及音品是決定音響效果的四大要素?？梢哉f音調(diào)由聲波的頻譜所決定，音量由聲波的振幅所決定，音色由聲波的頻譜所決定，而音品則由聲波的波形包絡(luò)所決定。所有這些都是聲音信號的物理量，是可以進行客觀技術(shù)測量的。第26頁,共187頁，星期六，2024年，5月1)音調(diào)(Pitch)

音調(diào)表示聲音頻率的高低，主要與聲源每秒鐘振動的次數(shù)有關(guān)，是人耳對聲調(diào)高低的主觀評價尺度。它的客觀評價尺度是聲波的頻率。音調(diào)低，表示振動頻率低，聲音顯得深沉；音調(diào)高，表示振動頻率高，聲音就尖刺。例如C調(diào)的音符6，相當(dāng)于440Hz，而音符6·，相當(dāng)于880Hz，音符6∶相當(dāng)于1760Hz。第27頁,共187頁，星期六，2024年，5月2)音色(Timbre)

音色是指聲音的色彩和特點。不同的人和不同的樂器都會發(fā)出各具特色的聲音，可以說它與聲源振動的頻譜有關(guān)。如果說，音調(diào)是單一頻率的象征，那么音色則是由多種頻率所組成的復(fù)合頻率的表現(xiàn)。圖1―1所示為鋼琴彈奏某一音階時的聲譜。由圖可見，這個聲音的基頻是440Hz，除基頻外，至少包含有其它15種不同頻率的振動。第28頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―1鋼琴的頻譜第29頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲譜中的基頻成分形成了聲音的基音，音調(diào)由基頻的高低所決定；聲譜中的其它成分是泛音，泛音和基音成倍數(shù)關(guān)系，音色是由泛音的結(jié)構(gòu)所確定的。

3)音量(Intensity)

音量是指聲音的強度或響度，標(biāo)志聲音的強弱程度。它主要與聲源振動幅度的大小有關(guān)，太弱了聽不見，太強了會使人受不了。人耳所能聽到的聲強約為0~12dB之間，寂靜的室內(nèi)噪聲約為30dB，在白天室內(nèi)噪聲可達45dB。第30頁,共187頁，星期六，2024年，5月4)音品樂音即音樂中使用的聲音，其諧波組成和波形的包絡(luò)，包括樂音起始和結(jié)束的瞬態(tài)，確定了樂音的特征，稱為音品，也有人把音品與音色統(tǒng)稱為音色。任何聲音都有一個成長和衰變的過程，這個過程決定聲音的音品。聲音的成長和衰變過程不同，聽音者的感覺也不相同。實際上，音品不同時其聲譜也有差異，主要表現(xiàn)在譜線的強弱分布不同，所以可以認(rèn)為音品和音色都是由聲譜結(jié)構(gòu)確定的，也有的把兩者合稱為音品，作為表征聲音特色的一個要素。第31頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.1.3聽覺特性

1.聽覺的感受性人類聽覺感受的動態(tài)范圍很寬，能感受到的最小聲壓級為0dB，能耐受的最大聲壓級可達140dB，兩者相差1億倍；人耳能聽到的純音最低可達20Hz，最高為20kHz；對聲長的解析力更是驚人。聲音要達到一定聲級才能聽到，最小可聽聲級稱為絕對閾限，是聽覺絕對感受性的表征量。正常人的聽覺范圍如圖1―2所示。第32頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―2可聞聲的強度與頻率范圍第33頁,共187頁，星期六，2024年，5月

人耳對不同參量的兩個聲音最小聽覺差稱為差別閾限D(zhuǎn)L，它是聽覺差別感受性的表征量。差別閾限可以是絕對值，也可以是相對值。例如一個聲音的強度I為1000dB，強度增減50dB即可被覺察出來，ΔI=50dB就是絕對差，而ΔI/I=50/1000=0.05就是相對差。ΔI/I稱為韋伯分?jǐn)?shù)。第34頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聽覺的感受性體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1)對音頻高、中、低各頻段平衡性的控制。整體平衡性不是指頻率響應(yīng)曲線的平直，而是指高、中、低頻段適當(dāng)?shù)牧扛蟹峙洹５皖l基礎(chǔ)要好一些，它在整個音樂里造成穩(wěn)固狀態(tài)。合理的高、中、低頻量感就是整體平衡性。整體平衡性的器材發(fā)出的聲音會耐聽，也就是人們所說的音樂性。

(2)密度與重量感。它反映聲音的厚實和飽滿度，聽起來更具真實感。第35頁,共187頁，星期六，2024年，5月(3)透明感。它感受的是聲音的耐聽而不刺耳的程度。(4)層次感。它反映的是聲場中聲音空間層次的清晰程度。(5)定位感。根據(jù)聲音的來向確定音響感覺。(6)速度感與暫(瞬)態(tài)反應(yīng)。指器材各項反應(yīng)的快慢。(7)想像力與形體感。它反映聲音的立體感。(8)對比性。音效具有可比性。(9)空間感。它反映聲場空間的大小。第36頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.響度與響度級響度表示人耳對聲音大小、聲音強弱的主觀感受。響度主要依賴于引起聽覺的聲壓，但也與聲音的頻率和波形有關(guān)。響度的單位是“宋”(sone)。國際上規(guī)定，頻率為1000Hz、聲壓級為40dB時的響度為1宋。1宋=1000毫宋，1毫宋約相當(dāng)于人耳剛能聽到的聲音響度。大量統(tǒng)計表明，一般人耳對聲壓的變化感覺是，聲壓級每增加10dB，響度增加1倍，所以響度與聲壓級有如下關(guān)系(1―12)式中：N為響度(宋)；Lp為聲壓級(dB)。第37頁,共187頁，星期六，2024年，5月表1―1響度與聲壓級的關(guān)系第38頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲音響度級是聲音強弱的主觀量，即是憑人的聽覺主觀地判斷聲音強弱的量，是人耳判斷各種頻率純音響度級指標(biāo)之一。聲音響度級定義為等響的1000Hz純音的聲壓級，單位是方(phon)。響度級為40方時，響度為1宋，響度級每增加10方，響度增加1倍。第39頁,共187頁，星期六，2024年，5月3.聽覺靈敏度聽覺靈敏度是指人耳對聲壓、頻率及方位的微小變化的判斷能力。當(dāng)聲壓發(fā)生變化時，人們聽到的響度會有變化。例如聲壓級在50dB以上時，人耳能分辨出的最小聲壓級差約為1dB；而聲壓級小于40dB時，要變化1~3dB才能覺察出來。當(dāng)頻率發(fā)生變化時，人們聽到的音調(diào)會有變化。例如頻率為1000Hz、聲壓級為40dB的聲音，變化3Hz就能察覺出來；當(dāng)頻率超過1000Hz、聲壓級超過40dB時，人耳能察覺到的相對頻率變化范圍(Δf/f)約為0.003。另外聽覺靈敏度還與年齡有關(guān)，因人而有所差異。第40頁,共187頁，星期六，2024年，5月

研究結(jié)果表明：對于純音，人耳能分辨出280個聲壓層次和1400個頻率層次；對于復(fù)音，人耳只能分辨7種不同的響度層次和7種不同的音調(diào)，共49種響度和音調(diào)的組合。第41頁,共187頁，星期六，2024年，5月4.聽覺的掩蔽效應(yīng)掩蔽效應(yīng)是指同一環(huán)境中的其它聲音會使聆聽者降低對某一聲音的聽力，或者說一個聲音的聽閾因為另一個較強聲音的存在而上升的現(xiàn)象稱為掩蔽。當(dāng)一個復(fù)合聲音信號作用到人耳時，如果其中有響度較高的頻率分量，則人耳不易覺察到那些低響度的頻率分量，這種生理現(xiàn)象稱為“掩蔽效應(yīng)”。一個聲音對另一個聲音的掩蔽值，被規(guī)定為由于掩蔽聲的存在，被掩蔽聲的聽閾必須提高的分貝數(shù)，提高后的聽閾稱為掩蔽閾。第42頁,共187頁，星期六，2024年，5月

實驗證明：對于純音，一般低音容易掩蔽高音，而高音較難掩蔽低音。當(dāng)兩個信號的頻率比較接近的時候，有差拍現(xiàn)象存在，這時聽到的不再是這兩種頻率的信號，而是被低頻調(diào)制的單頻聲音。調(diào)制頻率等于原來兩種頻率的差。當(dāng)信號很弱時，完全聽不出差拍現(xiàn)象，信號較強時，差拍現(xiàn)象就出現(xiàn)了。當(dāng)掩蔽聲消除后，掩蔽效應(yīng)并不是立即消除的，聽閾的復(fù)原即回落到原來沒有掩蔽聲時的值需要一段時間。我們把這個現(xiàn)象稱為聽覺暫時損失，其量值可代表聽覺疲勞程度。掩蔽聲刺激的時間越長，強度越強，疲勞程度也就越厲害。第43頁,共187頁，星期六，2024年，5月

在背景和噪聲中，雙耳識別信號的靈敏度一般比單耳強，也就是說對雙耳聽閾的掩蔽作用小于對單耳的掩蔽作用。尤其當(dāng)掩蔽聲和信號從不同方向傳到人耳時，對雙耳聽閾的掩蔽作用就更小一些。掩蔽效應(yīng)有利有弊，如一些降噪系統(tǒng)就是利用掩蔽效應(yīng)的原理設(shè)計的；信噪比的概念及其指標(biāo)要求也是根據(jù)掩蔽效應(yīng)提出來的。在數(shù)字音源中，可利用掩蔽效應(yīng)進行壓縮編碼。第44頁,共187頁，星期六，2024年，5月5.聽覺的延時效應(yīng)實驗表明，當(dāng)幾個內(nèi)容相同的聲音相繼到達聽者處時，聽者不一定能分辨出是幾個先后來到的聲音，就是說，人的聽覺對延時聲的分辨能力是有限的，這種現(xiàn)象即人類聽覺的延遲效應(yīng)，也稱“哈斯(Hass)效應(yīng)”。大量測量統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，若有兩個聲音，后到者不比先到者的聲壓級高，不管后到者(延時聲)是從哪個方向傳來的，當(dāng)延時聲滯后時間不超過17ms時，人們就不會發(fā)現(xiàn)是兩個聲音；當(dāng)兩個聲音的方向相近時，延時30ms的延時聲也不一定能被發(fā)現(xiàn)；當(dāng)延時35~50ms時，延時聲的存在才會被感覺到；當(dāng)延時聲超過50ms時，人們會感到延時聲像回聲一樣起干擾作用。第45頁,共187頁，星期六，2024年，5月

延時效應(yīng)在擴聲工程和室內(nèi)聲學(xué)以及立體聲技術(shù)中必然要遇到并應(yīng)充分利用。人類聽覺特性也存在非線性問題。人的聽覺對電聲系統(tǒng)的非線性畸變的察覺能力也是有限的；聽覺特性還有聽覺定位問題，人耳的一個重要特性是能夠判斷聲源的方向和遠近。人耳對聲源方位的辨別，水平方向上比豎直方向上要好。第46頁,共187頁，星期六，2024年，5月

強聲暴露對聽覺是有害的。第一種是聲創(chuàng)傷，指在一次或數(shù)次極強聲波暴露中造成人耳器官組織的損害。聲創(chuàng)傷總要造成一定程度的永久性聽力損失，嚴(yán)重的會導(dǎo)致全聾。第二種是暫時性聽閾提高，即產(chǎn)生聽覺疲勞。暫時性聽閾提高值隨聲級增加和暴露時間增長而增大。第三種是永久性聽閾提高。如果長年累月處在強噪聲環(huán)境中，聽覺疲勞就難以消除且日趨嚴(yán)重，會造成永久性聽閾提高即聽力損失。ISO1999規(guī)定聽力損失25dB(在500、1000和2000Hz三個頻率上永久性聽閾提高的算術(shù)平均值)作為聽力有損傷的標(biāo)準(zhǔn)。通常人長期處于90dB(A)以上噪聲環(huán)境中就會引起聽力損傷，而且隨聲級的增加聽力損失也會迅速增大。第47頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.2聲源、聲場及室內(nèi)聲學(xué)1.2.1聲源振動物體借助于彈性媒體傳播壓力、應(yīng)力，產(chǎn)生質(zhì)點的位移和速度，作用于人耳形成聲音。振動物體利用聲波向周圍進行擴散，這便是音響傳播的最簡單過程。產(chǎn)生聲能的源體稱為聲源，也是輻射聲能的振動體。第48頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.聲源的形式和類別聲源的基本形式有兩種：

(1)機械聲源。它可以利用機械振動產(chǎn)生聲音，有簡單聲源和偶聲源兩種。

(2)空氣振動聲源。它由空氣柱輻射產(chǎn)生聲音，有單極子、偶極子、三極子和四極子四種。根據(jù)聲音發(fā)生、應(yīng)用的不同，音響聲源大體可分為三類：第49頁,共187頁，星期六，2024年，5月(1)環(huán)境音響。凡在自然環(huán)境中屬于自然現(xiàn)象本身發(fā)出的、生存在自然環(huán)境中受自然擺布的動植物發(fā)出的和與人類活動有關(guān)的、由人類文明帶來的、自然環(huán)境產(chǎn)生的音響，都可以認(rèn)為是環(huán)境音響而在影視藝術(shù)及廣播藝術(shù)中出現(xiàn)。這樣一來，環(huán)境音響包括的內(nèi)容是非常廣泛的，諸如江河山川、都市情景、機械音響、盛大慶典、戰(zhàn)斗場面等聲場的音響均屬于環(huán)境音響。第50頁,共187頁，星期六，2024年，5月(2)動作音響。它包括現(xiàn)實生活中一切通過人為動作產(chǎn)生的音響，它更直接地參加到劇情的藝術(shù)創(chuàng)作中去，為影視和廣播藝術(shù)賦予了豐富的表現(xiàn)力。它的內(nèi)容包括：各種各樣的人在各種不同環(huán)境中的腳步聲、日常生活中的動作音響、工作勞動中的各種動作音響、武打格斗及體育競技等發(fā)出的音響。第51頁,共187頁，星期六，2024年，5月(3)非現(xiàn)實音響。它是現(xiàn)實生活中不存在的音響，或是人耳本來聽不到的音響。在科學(xué)幻想影片和荒誕片及同類電視劇、廣播劇中，為了向觀眾和聽眾交待時空關(guān)系，表述各種物體的運動，增強觀眾或聽眾的心理感受，有時出現(xiàn)非現(xiàn)實音響。非現(xiàn)實音響的特點是：源于現(xiàn)實、主觀編造而依據(jù)物理性和運動規(guī)律，借鑒人的聽感經(jīng)驗，運用夸張手法，具有很強的可懂性，以仿聲的、模擬人的聽覺經(jīng)驗?zāi)苁谷水a(chǎn)生心理共鳴的幻覺音響。它的內(nèi)容包括：科幻題材中的史前怪獸的叫喊、外星人的說話、UFO行駛、激光槍戰(zhàn)、時空隧道等非現(xiàn)實音響；還有荒誕題材中的卡通語言、精靈物語、心臟跳動、精神顫抖、靈魂出殼、騰云駕霧、排山倒海等非現(xiàn)實音響。第52頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.樂器聲源的機理任何能發(fā)出聲音的器具和樂器都可分為兩個部分，即振動和共鳴。對于樂器而言，按振動方式的不同，可分為弦樂器、管樂器和打擊樂器等。樂器產(chǎn)生振動后衰減又分為強衰減和弱衰減，變化是錯綜復(fù)雜的，但總的趨勢是衰減，應(yīng)該說這是聲源的第一特征。衰減與頻率有直接關(guān)系。振動體在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)引起振動，稱為強衰減；振動體在某一窄頻段中形成振動峰并很快在與此頻率無關(guān)的前后頻段中衰減下來，稱為弱衰減。第53頁,共187頁，星期六，2024年，5月

樂器發(fā)聲體和共鳴體均具有強、弱衰減特性。如果發(fā)聲體是強衰減，共鳴體就是弱衰減，反之亦然。發(fā)聲體為強衰減的由共鳴體決定音調(diào)；發(fā)聲體為弱衰減的由自身結(jié)構(gòu)條件決定音調(diào)。比如管樂器發(fā)聲體為強衰減，振動了所有頻段，那么音調(diào)就由共鳴體決定，弦樂器的發(fā)聲體是弱衰減，僅在某一個頻段引起振動，那么音調(diào)由發(fā)聲體本身的弦長來決定。第54頁,共187頁，星期六，2024年，5月

任何聲源的振動過程從時間上來考察可分為始振、穩(wěn)態(tài)和衰減三個階段。始振階段對于聽覺最重要，人耳通過對始振的分析可以判定是何種樂器發(fā)出的聲音。始振是指由靜止到振動；當(dāng)然穩(wěn)態(tài)可以是一段很長的時間；衰減是由振動到靜止的變化過程。顫音實際上是振幅或頻率的變化。第55頁,共187頁，星期六，2024年，5月

圖1―3音樂動態(tài)等級第56頁,共187頁，星期六，2024年，5月

對樂器的衰減，人耳很難察覺，需要進行測量，但對泛音的衰減，人耳會出現(xiàn)“暗”的感覺，這是高頻泛音明顯減弱造成的。在衰減中，高頻泛音變化大，低頻泛音變化小。

“和聲效應(yīng)”指的是將不同音量、不同音色的聲音合成為一個特定音色，而不突出某一個聲音的具有整體的、和諧的合唱聲。音樂動態(tài)表明強、弱聲音差異，下限用ppp表示，上限用fff表示。音樂演奏中的大動態(tài)范圍可達66~70dB，為了進行聲傳輸，也要把動態(tài)壓縮到40dB左右。圖1―3是音樂動態(tài)等級。第57頁,共187頁，星期六，2024年，5月3.電子音樂聲源電子音樂是新發(fā)展的一種重要聲源，現(xiàn)代的電子音樂差不多都是通過電子樂器的演奏產(chǎn)生的。電子音樂絕大部分不是電子樂器的現(xiàn)場演奏，而是經(jīng)過處理和制作的制品。近幾年來，電子音樂越來越多地運用MIDI技術(shù)來實現(xiàn)。

MIDI音樂使得不同類型、不同產(chǎn)地、不同牌號的電子樂器和其它音樂設(shè)備(包括電腦)之間，能夠互相交換信息，其內(nèi)容包括：第58頁,共187頁，星期六，2024年，5月作曲家的信息——音調(diào)、節(jié)奏、音色等；演奏家的信息——力度強弱、演奏方法等；指揮家的信息——統(tǒng)一的節(jié)拍變化、聲部平衡等。錄音師的信息——聲像、音量控制、音響效果控制等。所有這些信息，只有在電子音樂系統(tǒng)中才能得到最充分、最完美的控制。第59頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.2.2聲場聲源產(chǎn)生的聲波通過媒體向周圍自由場輻射時，聲源的周圍均稱聲場，也叫音場。聲場有近場和遠場之分。

1.近場近場也稱菲涅爾區(qū)，指的是聲源附近區(qū)域，是聲波傳播速度和聲壓不同相的聲場。在該區(qū)內(nèi)某點的聲壓是聲源上各面?zhèn)魉偷皆擖c聲壓的疊加，在此范圍內(nèi)聲波不能看成平行聲線，否則就會出現(xiàn)干涉現(xiàn)象，稱之為菲涅爾衍射，形成菲涅爾區(qū)。第60頁,共187頁，星期六，2024年，5月

設(shè)聲場的最大直徑為d，波長為λ，近場的區(qū)域半徑為(1―13)第61頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.遠場遠場也稱費朗和費區(qū)，表示在均勻面各向同性媒體中遠離聲源的地域，其間瞬時聲壓和質(zhì)點速度同相。在遠場中聲波與聲源之間呈球面狀，聲源在某點所產(chǎn)生的聲壓與該點至聲源中心距離成反比，并且是聲源上各面到達該點聲壓的疊加，它們是按照平行線傳播的，遠場區(qū)的范圍可計算為(1―14)第62頁,共187頁，星期六，2024年，5月

聲場表現(xiàn)為工作環(huán)境的形狀、前后位置、高度、寬度、深度等項目。要把這些項目很具體的表現(xiàn)出來，聲源的位置與聆聽者、聆聽空間等三者的相互關(guān)系必須要達到一個很微妙、恰當(dāng)?shù)娜诤喜趴?。?3頁,共187頁，星期六，2024年，5月3.聲場的定位與質(zhì)感定位可以說是聲場里面的一種產(chǎn)物，如同在聲場中找到每一件樂器的位置。定位是指在聲場中指出某些樂器的確切位置。實際應(yīng)用中聲場也可以理解為是樂隊、演奏家或歌唱者的位置排列。如果在欣賞過程中覺得廳堂音和空氣感足夠，就說明聲場的設(shè)計是合理的。

第64頁,共187頁，星期六，2024年，5月

伴隨著聲場會出現(xiàn)低音。聲場主要依靠設(shè)計，低音應(yīng)該屬于創(chuàng)作。目前可以播20Hz的放大器很多，但可以重播20Hz的揚聲器卻很少。事實上要音箱重播20Hz的頻率是很困難的，幾乎不可能，只能通過設(shè)計聲場來發(fā)揮低音效果，要求低音厚而非薄，厚者諧波足夠，薄者諧波欠量。良好的定位是指除了可聞之外，應(yīng)可以看見樂器好像“掛”在半空中，具有非常強烈的真實感。第65頁,共187頁，星期六，2024年，5月

如果要了解定位，那么應(yīng)先了解樂器重播出的質(zhì)感。質(zhì)感就好像一個浮雕，質(zhì)感又好像一個健康的體格，曲線玲瓏浮凸，有骨有肉，如斯體格，乎復(fù)何求?

有了聲場、低音、定位和質(zhì)感的認(rèn)識，進一步則是真實感的探索。真實感是指高度的忠實感，它的真實內(nèi)涵應(yīng)該是聲場深寬、定位準(zhǔn)確、質(zhì)感美好。第66頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.2.3室內(nèi)聲學(xué)

1.室內(nèi)聲學(xué)特性聲波在室內(nèi)傳播過程中，當(dāng)遇到的界面和障礙的尺寸與聲波的波長相比足夠大時，聲波將按照幾何光學(xué)反射定律反射。界面不同，反射的結(jié)果就不相同，我們希望聲場越均勻越好。當(dāng)一聲源在閉室發(fā)聲時，聲波將向四周輻射，遇到墻面和頂、地板時被吸收一部分，另一部分將反射回來，反射回來的聲波遇到墻面等將再被吸收，再次反射，如此下去，在室內(nèi)形成一個很復(fù)雜的聲場。由聲源直接傳播到聽者(或傳聲器)的聲音，稱為直達聲；第67頁,共187頁，星期六，2024年，5月

由界面反射而后到達聽者(或傳聲器)的聲音，稱為反射聲；還有一些經(jīng)多次反射分布很密、方向不明確、能量更少一些的反射聲，專業(yè)上稱為混響聲。在遠場，混響聲的聲強對于該接收點(人耳或傳聲器)的聲音強度起決定作用，而且其衰減的快慢對音質(zhì)有重要影響。直達聲影響聲音的親切感，直達聲不夠，聲音就缺乏親切感；反射聲影響聲音的清晰度；混響聲主要影響聲音豐滿度。廳堂中聲音之所以好聽，是三者配比適當(dāng)?shù)慕Y(jié)果。第68頁,共187頁，星期六，2024年，5月

影響聲音立體高傳真重播效果的因素還應(yīng)考慮隔音、吸音、聲場及環(huán)境四個方面。隔音的目的是為了防止外來噪聲干擾音響效果；室內(nèi)的墻壁、天花板、地板等材料對聲波的反射、吸收的多少均影響原音的重現(xiàn)；理想的室內(nèi)聲場分布應(yīng)該是均勻的，房間尺寸比例合適是產(chǎn)生均勻聲場的必要條件，但并非唯一條件。第69頁,共187頁，星期六，2024年，5月

音響工作要求室內(nèi)的聲壓級按照不同類型的擴聲達到一定的值。音樂擴音應(yīng)達到80~85dB平均聲壓級；語言擴音為70~75dB；背景音樂則為60~70dB，則不均勻度應(yīng)控制在±4dB之內(nèi)。另外，要求電擴聲系統(tǒng)具備足夠的聲增益，室內(nèi)聲場均勻擴散；其次反射聲應(yīng)得到充分、合理的利用，揚聲器的輻射特性和擺放位置要合理選定，同時要避免出現(xiàn)回聲、顫動回聲、聲聚焦、聲影區(qū)以及房間聲染色等。第70頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.室內(nèi)聲學(xué)的主要指標(biāo)室內(nèi)聲學(xué)的主要指標(biāo)有四項。

1)混響時間混響時間是衡量房間混響程度的量。聲學(xué)工程中，某頻率的混響時間是室內(nèi)聲音達到穩(wěn)定狀態(tài)，聲源停止發(fā)聲后，殘余聲音在房間內(nèi)反復(fù)反射，經(jīng)吸聲材料吸收，平均聲能密度自原始值衰減到百分之一，即衰減60dB所需的時間，記為T60。通常，在聲場均勻分布的封閉室內(nèi)的混響時間可用著名的賽賓(W.C.Sabine)公式進行工程估算第71頁,共187頁，星期六，2024年，5月

T60——閉室的混響時間(s)；

S——室內(nèi)表面總面積(m2)，包括地面、墻面和天花板；

——墻壁、天花板、地板等房間內(nèi)表面的平均吸聲系數(shù)(無量綱)；

V——閉室的容積。(1―15)第72頁,共187頁，星期六，2024年，5月

混響時間是評價聲學(xué)房間最重要的指標(biāo)，必須合理選取，其值過短，聲音會發(fā)干；其值過長，聲音會拖尾。混響時間與聲源無關(guān)，但與頻率有關(guān)。符號T60(f)指某頻率下的混響時間。高檔聲學(xué)房間應(yīng)給出T60

的頻率特性。不同音源要求T60

有不同的頻率特性。如語言信號，要求高端可適當(dāng)提高，而低端則不宜過高，否則嗡嗡聲明顯；音樂信號的混響時間在頻率的高、低端都可以比中頻段的長。這樣，低端可增加聲音豐滿度，高端可增加聲音明亮度。第73頁,共187頁，星期六，2024年，5月

評價一個房間混響效果是否合理，還要考察房間的聲擴散度。擴散好的房間，聲音衰減平滑，室內(nèi)各處感覺均勻；擴散不好的房間，室內(nèi)各處感覺不同。現(xiàn)給出幾種不同場所在頻率1000Hz時的T60值：多聲道錄音室0.3~0.4s

試聽室(聽音評價房間)0.4~0.5s

企事業(yè)單位禮堂(兼語音、音樂)0.8~1s

一般家庭0.4~0.6s第74頁,共187頁，星期六，2024年，5月2)本底噪聲本底噪聲是指室內(nèi)不放聲源時的噪聲聲壓級，考慮人類聽覺特性，采用A計權(quán)法，記為dB(A)。本底噪聲可用聲壓級直接測出。下面介紹幾種常用房間的本底噪聲：演播室≤25dB(A)

影劇院≤25dB(A)

會議室≤25dB(A)

居民區(qū)(環(huán)保部門規(guī)定)白天≤55dB(A)

夜間≤45dB(A)第75頁,共187頁，星期六，2024年，5月3)聲染色聲染色是指信號傳輸過程中，由于某種原因使聲源中的某一頻率得到過分地加強或減弱，破壞了房間內(nèi)音響效果的均勻性。一般10~30m2房間中出現(xiàn)駐波較高的頻率在80~300Hz。駐波能改變聲源原有特性，如同白色的布染上了顏色。改善的方法是通過調(diào)整裝修使房間的長、寬、高之比為無理數(shù)。另外，室內(nèi)物品擺設(shè)要避免對稱性。

第76頁,共187頁，星期六，2024年，5月4)房間常數(shù)、混響半徑房間常數(shù)反映房間吸聲特性，符號為R，其表達式為(1―16)式中的及S與式(1―15)中的意義相同。混響半徑指直達聲聲能密度等于反射聲聲能密度處與聲源等效中心點的距離。直達聲成分高，聲音聽起來就親切。這兩項指標(biāo)主要用于比較正規(guī)的錄音室。第77頁,共187頁，星期六，2024年，5月3.室內(nèi)聲場的估算室內(nèi)聲場在工程設(shè)計中往往采用估算值，作為設(shè)計與系統(tǒng)調(diào)試的參考依據(jù)。其估算基于混響聲場完全均勻，聲源指向性已知且為理想的前提。這兩項基本條件滿足得越好，估算結(jié)果也就越接近實際。室內(nèi)聲場估算的基本思路是，室內(nèi)任一點聲壓級由直達聲場和混響聲場在該點的聲壓級構(gòu)成，兩者疊加便得到了該點的實際聲壓級。第78頁,共187頁，星期六，2024年，5月

根據(jù)揚聲器自由場靈敏度，距揚聲器的距離以及揚聲器的輸入電功率便可算出直達聲場的聲壓級，即(1―17)式中：SPL/D為直達聲聲壓級(dB)；

S表示自由場內(nèi)揚聲器靈敏度(dBmW)；

D表示距揚聲器的距離(m)；

P表示輸入揚聲器的電功率(W)。第79頁,共187頁，星期六，2024年，5月

根據(jù)臨界距離、揚聲器的自由場靈敏度以及輸入揚聲器的電功率又可以算出室內(nèi)混響聲場的聲壓級，即(1―18)式中：SPL/R為混響聲聲壓級(dB)；

D/C為臨界距離(m)；

S、P與式(1―17)中的意義相同。第80頁,共187頁，星期六，2024年，5月

混響聲場的聲壓級是依據(jù)臨界距離處直達聲與混響聲聲壓級相等這一前提推出來的，也就是說算出臨界距離處的直達聲聲壓級，就可知道該點的混響聲聲壓級?？紤]到室內(nèi)混響聲場是均勻分布的，因此在室內(nèi)各處的混響聲聲壓級都等于臨界距離處的混響聲壓級。室內(nèi)任一點的聲壓級是SPL/D與SPL/R的合成。據(jù)此便可以算出各點的聲壓級分布；反之，也可以根據(jù)室內(nèi)聲壓級的要求算出揚聲器的電功率。第81頁,共187頁，星期六，2024年，5月4.室內(nèi)聲場的創(chuàng)造為了獲得理想的聲場效果，必須從聲源、房間聲學(xué)特性等多方面考慮。隨著音響技術(shù)的發(fā)展，音響專家已把精力轉(zhuǎn)移到聲場創(chuàng)作方面。在多聲道系統(tǒng)中創(chuàng)造出逼真的臨場效果。日本雅馬哈公司的AV中心采用了高科技產(chǎn)品，使用大規(guī)模數(shù)字聲場處理器DSP(DigitalSoundFieldPrecessor)，將音樂廳中捕捉到的初期反射和殘響等數(shù)據(jù)分析處理后，送入DSP，重放時便能重現(xiàn)音樂廳中的聲場。第82頁,共187頁，星期六，2024年，5月AV接收放大器一般有五個以上的聲道輸出。以五聲道為例，分為左聲道(L)、右聲道(R)、中央聲道(C)以及兩個后置環(huán)繞聲道(S)，不同聲道各盡其職，相得益彰。中央聲道能提高語言的表現(xiàn)力、逼真感，環(huán)繞聲道則更多創(chuàng)造空間效果。正是通過AV中心對不同聲道的控制調(diào)整，才創(chuàng)造出多種逼真的音響效果。由于聲學(xué)房間的設(shè)計涉及到建筑聲學(xué)、語言聲學(xué)、音樂聲學(xué)等諸多方面，而且聲學(xué)又是一門實驗性科學(xué)，設(shè)計值還需經(jīng)過反復(fù)試驗、實踐，才能得到要求值。第83頁,共187頁，星期六，2024年，5月

在工程上，對房間的大小要求可估算為(1―19)式中：Vmin

為房間最起碼容積；

λmax

為下限頻率對應(yīng)的波長。為避免聲染色，矩形房間長、寬、高三邊之比可為黃金分割比，即滿足：

1.618∶1∶0.618的比例關(guān)系，或根式比例法，即第84頁,共187頁，星期六，2024年，5月

也可以選用其它比例方法，但三邊之比應(yīng)取無理數(shù)，絕不可取整數(shù)倍。聲學(xué)房間聲場的優(yōu)劣還需從噪聲控制方面入手，本底噪聲應(yīng)控制在35dB之內(nèi)。要滿足本底噪聲的要求，應(yīng)對墻體、吊頂與地板、空調(diào)管道及門窗實行隔聲處理。第85頁,共187頁，星期六，2024年，5月

考慮到多聲道錄音要求，一般都將錄音室混響時間定為0.5s。根據(jù)混響時間可估算出房間總吸聲量，然后選擇吸聲材料進行鋪設(shè)，經(jīng)過反復(fù)試驗后方可最后確定方案。例如10m×6m×3m的普通房間改為聲學(xué)房間的吸聲材料選定方案為，房頂：礦棉裝飾吸聲板(離頂10cm)；地面：化纖地毯；四周墻：距地面起鋪80cm高的木墻裙(后空10cm)其上采用穿孔石膏吸音板與礦板交叉鋪成一定圖案；隔聲窗：三層玻璃，周邊密封。最后，還要進一步驗證，對不滿意的地方作進一步的改進。第86頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.3音響系統(tǒng)的分類和組成1.3.1音響系統(tǒng)的分類從廣義的概念來說，凡是把若干音響設(shè)備按一定規(guī)律連接，組成一個控制系統(tǒng)，能完成某一個特定的功能和目的，都可以稱之為音響系統(tǒng)。音響系統(tǒng)的分類方法很多，這里主要按音響的任務(wù)及目的的不同來分，可劃分為擴聲系統(tǒng)和錄音系統(tǒng)兩大類。第87頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.擴聲系統(tǒng)擴聲系統(tǒng)的任務(wù)是把從傳聲器、電唱機、調(diào)諧器或錄音機等信號源送來的語言或音樂等音頻信號進行放大、控制及美化加工，最終送到揚聲器或耳機，還原成聲音信號，供人們聆聽。根據(jù)使用的場合不同，擴聲系統(tǒng)又可分為室外擴聲系統(tǒng)和室內(nèi)擴聲系統(tǒng)。室外擴聲系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)要求不高，可用于車站、碼頭、廣場、運動場和露天劇場；室內(nèi)擴聲系統(tǒng)的種類繁多，可分為以下幾種：第88頁,共187頁，星期六，2024年，5月(1)廳堂擴聲系統(tǒng)。它包括禮堂、劇場、電影院、音樂廳、會議廳、歌舞廳等裝設(shè)的大功率以及家庭用的小功率音響系統(tǒng)。

(2)公共廣播系統(tǒng)。如酒店通過內(nèi)部音響系統(tǒng)，將音樂節(jié)目送到每間客房或走廊，工礦企業(yè)、機關(guān)、學(xué)校和農(nóng)村常見的有線廣播系統(tǒng)都屬于此類。第89頁,共187頁，星期六，2024年，5月(3)背景音樂系統(tǒng)。它裝設(shè)于餐廳、商場、銀行和酒店的公共場所，采用許多分散的揚聲器，播放聲音較輕的音樂，目的是創(chuàng)造適當(dāng)?shù)沫h(huán)境氣氛。其結(jié)構(gòu)與公共廣播系統(tǒng)近似。

(4)同聲傳譯系統(tǒng)。同聲傳譯系統(tǒng)也稱為即時傳譯系統(tǒng)，用于國際會議等場合，能把發(fā)言者的講話通過若干名譯員即時口譯成幾種國家語言，任由與會者用耳機選聽。第90頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.錄音系統(tǒng)錄音系統(tǒng)的任務(wù)是把從傳聲器、電唱機、調(diào)諧器或另一臺錄音機等信號送來的音頻信號進行放大、控制及加工美化，最后送到磁帶錄音機的錄音頭上，進行磁帶(磁性)錄音；或送到唱片刻紋機的刻紋頭上，進行唱片(機械)錄音；或送到電影錄音設(shè)備的光電系統(tǒng)上，進行電影(光學(xué))錄音。錄音系統(tǒng)的最終目的是把音頻信號記錄下來，待到需要時再通過其它重放設(shè)備還原成為音頻信號。錄音系統(tǒng)按照對音頻信號記錄的方法不同，可分為三種，即磁性錄音、機械錄音和光學(xué)錄音。第91頁,共187頁，星期六，2024年，5月

如果按照音響系統(tǒng)的使用場合劃分，音響系統(tǒng)可分為家用音響系統(tǒng)和專業(yè)音響系統(tǒng)兩類。家用音響系統(tǒng)主要用于家庭使用，也稱為家用組合音響；專業(yè)音響系統(tǒng)主要用于劇場、禮堂、電影院、歌舞廳以及電臺、電視臺等場合，專業(yè)音響的電聲指標(biāo)比家用音響的電聲指標(biāo)要高。第92頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.3.2家用音響系統(tǒng)的組成典型的家用音響系統(tǒng)組成方框圖如圖1―4所示，主要由節(jié)目源設(shè)備、放大器(主機)和音箱三大部分組成。第93頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―4家用音響系統(tǒng)組成框圖第94頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.音箱音箱(包括耳機)是音響的終端放音設(shè)備，其任務(wù)是將聲頻電壓信號轉(zhuǎn)換為聲能，以供人們聆聽。音箱是獲得高保真放音效果的關(guān)鍵部分。組合音響與普通的收音機或多用組合機的區(qū)別就在于音箱是獨立組成的，與主機是分離放置的。無論節(jié)目源多么理想，放大器多么優(yōu)良，如果最后不通過高質(zhì)量的音箱也就不能獲得高質(zhì)量的放音效果。第95頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.放大器(主機)

放大器又稱擴音機，它是音響的核心部分，無論是調(diào)諧器輸出的信號，還是錄音座、CD或電唱盤輸出的信號，都必須經(jīng)過放大器放大以后，才能推動音箱放出聲音。放大器包括前置放大器和功率放大器兩部分。前置放大器除了要對調(diào)諧器、錄音座、電唱盤和CD等各種信號源的輸出進行適配放大外，更重要的是還需對重放的音色、音量以及立體聲狀態(tài)進行各種調(diào)整與控制；功率放大器的主要任務(wù)是給音箱和耳機提供足夠的聲頻功率。第96頁,共187頁，星期六，2024年，5月3.節(jié)目源設(shè)備節(jié)目源的種類很多，包括傳聲器、調(diào)諧器、電唱機、錄音座、CD唱機、電子樂器等。

音箱、放大器是組合音響必不可少的部件，而節(jié)目源則可按照需要選擇使用。所有的節(jié)目源，無論是磁性錄音、機械錄音還是光學(xué)錄音，也無論是現(xiàn)場講話、現(xiàn)場演奏，都要將非電能轉(zhuǎn)換為電能，即變換為電信號輸出，并送給前置放大器，最后傳給音箱，以聲能形式釋放于空間。第97頁,共187頁，星期六，2024年，5月

除上述三大組成以外，較高檔的家用音響系統(tǒng)還配有遙控單元和均衡器。遙控單元主要控制音響裝置中的音量、開關(guān)機、功能轉(zhuǎn)換、收音選臺、音調(diào)調(diào)節(jié)等；均衡器(或圖示均衡器)通常加在前置放大器和功率放大器之間，進行頻率均衡和音色美化。第98頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.3.3專業(yè)音響系統(tǒng)的組成典型的專業(yè)音響系統(tǒng)由聲源、調(diào)音臺、信號處理設(shè)備、功率放大器及音箱等部分組成，如圖1―5所示。

1.調(diào)音臺和聲源設(shè)備聲源設(shè)備包括話筒、唱機、盒(盤)式錄音機、激光唱機(CD機)、調(diào)諧器和卡拉OK機等，用于提供多種多樣的音頻信號。第99頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―5典型的專業(yè)音響系統(tǒng)組成第100頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―5典型的專業(yè)音響系統(tǒng)組成第101頁,共187頁，星期六，2024年，5月

調(diào)音臺是音響系統(tǒng)里的指揮中心，它能夠接收多路不同阻抗、不同電平的各種聲源信號，并進行信號處理，還能進行混合重新分配和編組，并有為下一級提供音頻信號的多個輸出端子。調(diào)音臺還具有監(jiān)聽、信號顯示及對講功能。有些調(diào)音臺上還裝有混響效果處理器。歌聲經(jīng)過混響處理后，會使音色變得渾厚，增加豐滿度和空間感。歐美型的混響效果處理器對聲音信號進行混響處理后，可以模擬歐洲音樂廳、Disco舞廳、爵士音樂、搖滾音樂、體育館、影劇院等的音響效果。第102頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.信號處理部分音響信號處理設(shè)備又叫做聲頻信號處理裝置，包括均衡器、壓縮/擴張器、延時器、降噪器、聽覺激勵器等，這些設(shè)備的目的和作用一是對信號進行修飾以求得音色美化，達到更為優(yōu)美動聽或取得某些特殊效果；二是為了改進傳輸信道本身的質(zhì)量，以求得改善信噪比和減少失真等。第103頁,共187頁，星期六，2024年，5月3.音響系統(tǒng)的輸出部分——功率放大器和音箱功率放大器是專業(yè)音響系統(tǒng)中的一個重要單元。來自調(diào)音臺的音頻信號經(jīng)過壓縮器、均衡器、激勵器的處理后，被送到功率放大器，它將這個音頻信號的能量進行放大以推動音箱，把聲音送入聲場。專業(yè)音響的功率放大器主要由前置放大、預(yù)激勵、激勵、功率放大以及保護系統(tǒng)、顯示系統(tǒng)和電源等部分組成。音箱是專業(yè)音響中很重要的一個組成部分，也是最有個性的單元之一，因為不同結(jié)構(gòu)的音箱都有自己不同的風(fēng)格，不同的特性，產(chǎn)生不同的聲音效果。音箱一般由揚聲器、分頻器和箱體三部分組成。影響音箱聲音質(zhì)量的首要單元是揚聲器，分頻器對音箱的頻率特性起重要作用。第104頁,共187頁，星期六，2024年，5月

專業(yè)音響系統(tǒng)與家用音響系統(tǒng)相比，具有以下幾大特點：

(1)專業(yè)音響的功放和音箱的功率大，一般在百瓦以上，常見有150W、250W、300W、500W等。一個大、中型專業(yè)音響系統(tǒng)則還要用到多臺功放和多只大口徑(12~18英寸1英寸=2.54cm)揚聲器，總功率達到千瓦以上；而家用音響一般只需幾十瓦，最大的為一二百瓦，低音揚聲器口徑通常為6~60英寸。第105頁,共187頁，星期六，2024年，5月(2)家用音響的用途主要是欣賞節(jié)目，一般以放大器為中心，配以幾種信號源和一對音箱。為了改善音質(zhì)，再加上均衡器和混響器等，整個組合比較簡單；專業(yè)音響常用于各種演出場合，需要多路話筒和多種信號源輸入，故一般都是以調(diào)音臺為中心組成的，這是兩種音響系統(tǒng)的重要區(qū)別。為了取得更良好的放音效果和達到各種特殊要求，專業(yè)音響還需配置房間均衡器、壓縮器、擴展器、激勵器等多種處理設(shè)備，使整個系統(tǒng)比家用音響系統(tǒng)復(fù)雜得多。第106頁,共187頁，星期六，2024年，5月(3)專業(yè)音響主要工作于面積大、人員多且嘈雜的環(huán)境，要求有較高的聲壓級，低音的震撼力和中、高音的沖擊力、穿透力要強；家用音響主要用于面積小、聽眾少、環(huán)境安靜的場合進行各種節(jié)目的欣賞，注重重放音樂的層次感、親切感，強調(diào)對音樂的“解析力”以及聲像定位準(zhǔn)確、瞬態(tài)響應(yīng)良好等。總之，專業(yè)音響和家用音響的主要區(qū)別是使用的環(huán)境、對象和目的的不同，因而設(shè)計的側(cè)重點也不同，而并非是低檔和高檔的關(guān)系。第107頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.3.4數(shù)字音響簡介從信號處理的角度來看，前面所述的音響系統(tǒng)均屬于模擬音響技術(shù)，它們是在信號振幅隨時間連續(xù)變化的模擬狀態(tài)下進行加工處理的。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，模擬音響設(shè)備的性能日益改善，如密紋唱片錄放設(shè)備、立體聲磁帶錄放設(shè)備、調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)等，都具有較高的保真度。但是，模擬音響設(shè)備在信號動態(tài)范圍、信噪比、分離度、失真度等技術(shù)性能方面，已經(jīng)很難進一步改善。而數(shù)字音響技術(shù)卻能在這些性能方面獲得很大程度的改善，并已取得很大進展，應(yīng)用日益廣泛。第108頁,共187頁，星期六，2024年，5月

所謂數(shù)字音響(DigitalAudio)是指把聲音信號數(shù)字化，并在數(shù)字狀態(tài)下進行傳送、記錄、重放以及其它加工處理等一套技術(shù)。利用數(shù)字技術(shù)制造的數(shù)字音響設(shè)備、數(shù)字音頻視頻設(shè)備，必將成為音響的主流和音像的主流。目前，數(shù)字音響技術(shù)已經(jīng)商品化，各類數(shù)字音響設(shè)備已經(jīng)進入家庭和專業(yè)音響領(lǐng)域，例如CD、MD、LD、VCD、DVD等數(shù)字唱片系統(tǒng)和DAT、DCC等數(shù)字磁帶錄放系統(tǒng)均已形成商品。第109頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―6數(shù)字音響設(shè)備的原理方框圖

(a)錄音過程；(b)放音過程第110頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.數(shù)字音響的基本組成為了將連續(xù)的模擬信號變換成離散的數(shù)字信號，在數(shù)字音響中普遍采用的是脈沖編碼調(diào)制方式，即PCM(PulseCodeModulation)技術(shù)。以PCM為基本技術(shù)的數(shù)字音響設(shè)備的原理方框圖如圖1―6所示。第111頁,共187頁，星期六，2024年，5月

音頻信號經(jīng)過低通濾波器帶限濾波后，由取樣、量化、編碼三個環(huán)節(jié)完成PCM調(diào)制，實現(xiàn)A/D變換。所形成的數(shù)字信號再經(jīng)糾錯編碼和調(diào)制后，錄制在記錄媒介上。數(shù)字音響的記錄媒介有激光唱片和盒式磁帶等。上面就是錄音過程。放音過程是，從記錄媒介上取出數(shù)字信號，該數(shù)字信號經(jīng)過解調(diào)、糾錯等數(shù)字信號處理后，恢復(fù)為PCM數(shù)字信號，由D/A變換器和低通濾波器還原成模擬音頻信號。當(dāng)然，完成放音過程必須有很好的同步。

第112頁,共187頁，星期六，2024年，5月2.數(shù)字音響的特點

1)信噪比高數(shù)字音響的記錄形式是二進制碼，重放時只需判斷“0”或“1”，因此，記錄媒介的噪聲對重放信號的信噪比幾乎沒有影響。而模擬音響記錄形式是連續(xù)的聲音信號，在錄放過程中會受到諸如磁帶噪聲的影響，而使音質(zhì)變差。盡管在模擬音響中采取了降噪措施，但無法從根本上加以消除。第113頁,共187頁，星期六，2024年，5月2)失真度低在模擬音響錄放過程中，磁頭的非線性會引入失真，為此需采取交流偏磁錄音等措施，但失真仍然存在。而在數(shù)字音響中，磁頭只工作在磁飽和和無磁兩種狀態(tài)，表示“1”和“0”，對磁頭沒有線性要求。第114頁,共187頁，星期六，2024年，5月3)重復(fù)性好數(shù)字音響設(shè)備經(jīng)多次復(fù)制和重放，聲音質(zhì)量不會劣化。傳統(tǒng)的模擬盒式磁帶錄音，每復(fù)錄一次，磁帶所錄的噪聲都要增加，致使每次復(fù)錄信噪比約降低3dB，子帶不如母帶，孫帶不如子帶，音質(zhì)逐次劣化。而在數(shù)字音響中，即使母帶有些劃傷或磁粉脫落，子帶也會通過強有力的糾錯編碼系統(tǒng)加以補償，而不會使復(fù)錄的音質(zhì)劣化。第115頁,共187頁，星期六，2024年，5月4)抖晃率小數(shù)字音響重放系統(tǒng)由于時基校正電路的作用，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)的不穩(wěn)定不會引起抖晃，因而不像模擬記錄那樣，需要精密的機械系統(tǒng)。

5)適應(yīng)性強數(shù)字音響所記錄的是二進制碼，各種處理都可用此數(shù)值運算來進行，并可不改變硬件，僅用軟件進行操作，便于微機控制，故適應(yīng)性強。第116頁,共187頁，星期六，2024年，5月6)便于集成數(shù)字化系統(tǒng)可采用超大規(guī)模集成電路形成，由此帶來的是整機調(diào)試方便，性能穩(wěn)定，可靠性高，便于大批量生產(chǎn)，降低成本。數(shù)字音響技術(shù)必將以它卓越的性能取代模擬音響設(shè)備，未來音響與調(diào)音技術(shù)的發(fā)展必將是數(shù)字化、智能化、精巧化。第117頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.4音響系統(tǒng)的電聲性能指標(biāo)

國際電工委員會制訂的IEC-581標(biāo)準(zhǔn)及我國根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)制訂的GB/T14277-93國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了高保真音響設(shè)備和系統(tǒng)性能的最低電聲性能要求和音頻組合設(shè)備通用的技術(shù)條件。這些電聲性能包括有效頻率范圍、諧波失真、信噪比、互調(diào)失真、系統(tǒng)的輸出功率、瞬態(tài)響應(yīng)等等。下面介紹幾種主要的性能指標(biāo)。第118頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.4.1有效頻率范圍有效頻率范圍習(xí)慣上稱為頻率特性或頻率響應(yīng)，是指各種放聲設(shè)備能重放聲音信號的頻率范圍，以及在此范圍內(nèi)允許的振幅偏差程度(允差或容差)。顯然，頻率范圍越寬，振幅容差越小，則頻率特性越好。IEC-581標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，頻率范圍應(yīng)大于40Hz~12.5kHz，振幅容差應(yīng)低于5dB。各種音響設(shè)備頻率范圍和振幅容差不盡相同。第119頁,共187頁，星期六，2024年，5月

規(guī)定有效頻率范圍，是為了保證語言和音樂信號通過該設(shè)備時不會產(chǎn)生可以覺察的頻率失真和相位失真。常見樂器與男女聲的頻率范圍如圖1―7所示。圖中實線表示各種樂器的基頻頻率范圍，虛線表示要完美地反映該樂器的音色所需要的音響設(shè)備的起碼頻率范圍。圖中各種等級擴音機的頻率范圍表明，只有一級擴音機能高保真地重放語言、音樂信號，二、三級擴音機能高保真地重放男女聲。各頻段聲音對聽覺的影響如圖1―8所示。

第120頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―7常見樂器與男女聲的頻率范圍第121頁,共187頁，星期六，2024年，5月

只有音響設(shè)備的頻率范圍足夠?qū)挘l帶內(nèi)振幅響應(yīng)平坦程度在容差范圍之內(nèi)，重放的音樂才會使人感到低音豐滿深沉、中低音雄渾有力、中高音明亮悅耳、高音色彩豐富，整個音樂層次清楚。第122頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―8第123頁,共187頁，星期六，2024年，5月

頻率特性的測量方法如圖1―9所示。圖中是以放大器為待測設(shè)備的。待測設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)聲頻信號的幅度不變，頻率從20Hz掃至20kHz，待測放大器的輸出端有一個固定負(fù)載Ro，20Hz~20kHz的聲頻信號經(jīng)過待測放大器后，放大器的輸出端就會在Ro上形成電壓。如果以1kHz對應(yīng)的輸出電壓E1k

為參考電壓，其它各個頻率點對應(yīng)的輸出電壓為En，則頻率特性指標(biāo)可用下式求出：(1―20)

以頻率為橫坐標(biāo)，L為縱坐標(biāo)，即可給出如圖所示的頻率特性曲線。第124頁,共187頁，星期六，2024年，5月圖1―9放大器頻率特性的測量第125頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.4.2信噪比信噪比又稱信號噪聲比，是指有用信號電壓與噪聲電壓之比，記為S/N，通常用dB表示(1―21)

式中uS為有用信號電壓，uN為無用噪聲電壓。信噪比越大，表明混在信號里的噪聲越小，重放的聲音越干凈，音質(zhì)越好。第126頁,共187頁，星期六，2024年，5月

信噪比可用去調(diào)制法或濾基波法來測量。首先測量輸出為額定功率時的信號(S)、失真(D)和噪聲(N)電壓之和(S+D+N)，然后去掉或濾除有用信號電壓，用帶通濾波器取出失真和噪聲電壓(D+N)，計算(S+D+N)與(D+N)比值并取對數(shù)獲得信噪比分貝值。第127頁,共187頁，星期六，2024年，5月1.4.3諧波失真由于各音響設(shè)備中的放大器存在著一定的非線性，導(dǎo)致音頻信號通過放大器時產(chǎn)生新的各次諧波成分，由此而造成的失真稱為諧波失真。諧波失真使聲音失去原有的音色，嚴(yán)重時使聲音變得刺耳難聽。該項指標(biāo)可用新增諧波成分總和的有效值與原有信號的有效值的百分比來表示，因而又稱為總諧波失真。電壓諧波失真系數(shù)可采用國際規(guī)定的測試方法分別測量基波和各諧波分量