教育電聲系統(tǒng)電子教案.ppt

1、教育電聲系統(tǒng)電子教案,授課班級:教育技術(shù)2005級本科 授課教師:錢 研,第一節(jié) 教育電聲系統(tǒng)與電聲教育媒體,一、廣播系統(tǒng) 二、節(jié)目制作系統(tǒng) 三、語言學習系統(tǒng),（一）有線廣播,（二）無線廣播,第二節(jié) 教育電聲系統(tǒng)的形成與發(fā)展,一、電聲技術(shù)的誕生與起步1907年 二、教育電聲系統(tǒng)的沿革,第三節(jié) 教育電聲系統(tǒng)的研究 對象與學習方法,一、教育電聲系統(tǒng)研究的范疇 （一）電聲基礎(chǔ)理論的研究。 （二）聲電轉(zhuǎn)換、電聲信號加工處理技 術(shù)與系統(tǒng)的研究。 （三）電聲教材編制的研究。 （四）電聲教學研究。二、教育電聲系統(tǒng)課程的學習目標及學習方法,第二章 第一節(jié) 聲場與聲波,一、聲場媒質(zhì)及其基本參量聲音是由物體振動所

2、產(chǎn)生的。聲源的振動引起周圍相鄰媒質(zhì)的振動，以波的形式向外傳播即聲波。 橫波：質(zhì)點振動與傳播方向垂直的機械波。 縱波：質(zhì)點振動與傳播方向一致的機械波。 聲波是縱波。,聲場:存在聲波的空間稱為聲場。 聲場媒質(zhì):傳播聲波的媒質(zhì)稱為聲場媒質(zhì)。 以空氣聲場媒質(zhì)為例，在無聲波傳播時，媒質(zhì)密度為0，媒質(zhì)壓強為大氣壓強P0，媒質(zhì)質(zhì)點振動速度為v=0。當有聲波傳播時，這三個量將隨之變化。,（一）媒質(zhì)密度（二）聲壓p聲波所引的附加壓強定義為聲壓，單位為“帕”（Pa）。（三）質(zhì)點振速v,二、平面聲波的基本性質(zhì),（一）聲波的頻率和波長 x=xmcos(t+a) 波長：在波的傳播方向上，任何兩個震動相位相同而又相鄰的媒

3、質(zhì)質(zhì)點間的距離 （二）聲波的傳播速度c0 c0=f常溫附近、常壓下c0 (t)331.4+0.6t (m/s),（三）聲阻抗率與媒質(zhì)特性阻抗 Zs=p/v; p/v=0c0 Zs為聲阻抗率，0c0為媒質(zhì)特性阻抗，單位為Rayl（瑞利）（1Rayl=1Ns/m3）平面聲波聲阻抗率在數(shù)值上與媒質(zhì)的特性阻抗相等。,（四）聲傳播過程中的聲壓及媒質(zhì)質(zhì)點振動速度 v(x,t)=（1/ 0c0 ）pmcos(t-kx) 波數(shù)：k=/c,平面聲波的基本性質(zhì),平面聲波傳播過程中，聲壓及媒質(zhì)質(zhì)點的振動速度都隨時間及位置而簡諧變化。 v(x,t) 正比于p (x,t) ，兩者位相相同。,三、球面聲波的基本性質(zhì),半徑

4、大小呈脈動變化的球形聲源向周圍空間輻射的聲波。 （一）球面聲波的波動頻率、波長及速度。（二）球面聲波的聲壓、媒質(zhì)質(zhì)點振速及聲阻抗率。球面波的聲壓幅值與球心距成反比。球面聲場的遠區(qū)可作為平面聲場處理。,第二節(jié) 聲場中的能量,一、聲能量與聲能量密度（一）聲能組成動能： 勢能：,（二）聲能量密度e 聲能量密度是指聲場中單位體積內(nèi)的聲能量，單位：J/m3。（三）平面聲波的聲能與聲能量密度動能：勢能：體積元聲能：聲能量密度：聲能量密度的平均值：,二、聲功率與聲強,（一）聲功率單位時間內(nèi)通過垂直于聲傳播方向，面積為S的截面的平均聲能量稱為平均聲能量流或平均聲功率。 聲功率級： （dB） Lw=10lgW/

5、W0 式中W0=10-12W，稱為參考聲功率。,（二）聲強通過垂直于聲傳播方向單位面積上的平均聲功率（或平均聲能量流）稱為平均聲能量密度或聲強。聲強級： （dB） 聲強與聲壓關(guān)系：,第三節(jié) 聲波的傳播,一、聲波的反射與透射（一）平面聲波垂直入射時的反射與透射 反射波聲壓與入射波聲壓之比： 透射波聲壓與入射波聲壓之比：,（二）平面聲波垂直入射時的反射系數(shù)與透射系數(shù),反射波的聲能與入射波的聲能之比為反射系數(shù)： 透射波的聲能與入射波的聲能之比為透射系數(shù)：,凹曲面對聲波形成集中反射，使聲能集中于某一點或某一區(qū)域，稱為聲聚焦。 凸曲面對聲波反射，使聲能形成擴散。,二、聲波的干涉,聲波的迭加原理： 聲波的

6、干涉： 駐波現(xiàn)象：指兩個頻率相同、傳播方向相反的聲波，相互疊加而產(chǎn)生的特殊干涉現(xiàn)象。在不同的傳播空間的不同點上，其振幅也不同。,聲波的衍射：指聲波通過某一物體的邊緣而產(chǎn)生的聲波傳播方向的改變。 聲波在傳輸過程中如果碰到物體時，會產(chǎn)生反射、折射和繞射現(xiàn)象。,聲源與聽聲人相處于運動狀態(tài)，聽聲人會感到聲源所發(fā)出的頻率有變化，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應。,為什么我們把頭沒入水中就聽不到空氣中的嘈雜聲音? “只聞其聲，不見其人”,第三章 第一節(jié) 人類聽感的基本特征,一、響度:人耳對聲音強弱的主觀感覺稱為響度。 單位是sone（宋）1宋的定義為聲壓級為40dB,頻率為1000Hz,且來自聽者正前方的平面波形的

7、強度。 （一）聲壓級與聲強級1、聲壓級 Prms某點聲壓的有效值；Pref零聲級的參考聲壓值。1kHz時人耳剛能聽的聲音（稱聞閾）聲壓為2x10-5Pa。,2、聲強級 I 某點的聲強值；Iref零聲級的參考聲強值。 Iref=10-12W/m2，該數(shù)值是人對1kHz聲音剛能聽到時的聲強值。,（二）可聞聲的頻率范圍,可聞聲:（20-20kHZ)， 次聲:低于20Hz的頻段 超聲:高于20kHz的頻段 聞閾曲線（在1kHz時為0dB）； 痛閾曲線（在1kHz時為120dB或140dB）。,（三）等響度曲線在聲壓級與頻率的坐標系中,聲壓級作為參變量,將頻率不同,人們聽起來卻有同等響度的聲壓級連接起來

8、組成的一簇曲線,響度級定義：將某一頻率的聲音與1kHz的聲音比較，當兩者響度一樣時，1kHz聲音的聲壓級（以2x10-5Pa為0dB的相對分貝數(shù)）就是該聲音的響度級。 單位：方（phon）,響度特性：,1、低聲壓級時，等響上曲線各頻率聲音的聲壓級相差很大。2、高聲壓級時，各頻率的聽感等響基本相同。3、高頻段的響度變化與聲壓級增量基本一致；低頻段聲壓級的微小變化會導致響度的較大變化。,二、音高(mel)人耳對聲音調(diào)子高低的主觀感覺稱為音高或稱音調(diào)、音準。(一)人耳對聲音頻率的主觀感覺 音高=Klgf 倍頻程：若兩個聲信號的頻率f1、f2相差一倍時(f2/f12)，稱其為一個倍頻程。,(二)音律在

9、樂音中，為了反映音高的規(guī)律，常用音律來表述。 (三)響度對音高的影響通常情況下，響度增加時，人耳對音高的聽感降低；如果該聲波是低頻，人耳對音高的聽感降低得愈加明顯。,三、音色,人耳在主觀感覺上區(qū)別相同響度和音高的兩類不同聲音的主觀聽覺特性稱為音色。(一)線狀譜各諧波分量呈現(xiàn)密線狀排列的頻譜圖。諧波成分的多少及振幅的比例決定了樂音的音色。(二)連續(xù)譜不存在明顯的周期性特征。非周期聲的頻譜具有連續(xù)譜的性質(zhì)。,基音：在復音中，頻率最低的聲音叫做“基音”。樂音的音調(diào)是由基音的頻率決定的。例如100Hz的鋼琴聲，100Hz的純音叫鋼琴的基音。,泛音,泛音：頻率為基音的整數(shù)倍的其余純音稱作“泛音” 。又稱

10、諧音。 作簡諧振動的發(fā)聲體，發(fā)出的是純音。樂器發(fā)出的聲音，一般是由若干個頻率和振幅都不同的純音所組成的復音。 樂音的音頻就是由泛音的多少及其頻率和振幅決定的。,四、可聞聲的頻域特征(一)共振峰長短不一的諧波分量連接起來形成的包絡，峰包為共振峰。共振峰的高度、位置和數(shù)量決定著每種樂器的音色。,(二)譜級分布,1語聲男聲與女聲相比，在200Hz以下差異大；在中頻段女聲略高；高頻段男聲略高。人的講話聲主要能量分布在100Hz5kHz之間，200Hz700Hz間的能量更為集中。 2音樂音樂的頻譜分布曲線比語聲的曲線寬些。,五、可聞聲的時域特征,(一)起振段聲源激發(fā)發(fā)聲體或空氣柱使之克服靜止張力或阻尼而

11、開始振動的時段。 同一種樂器或發(fā)音器官，高頻音起振時間較短，低頻音則較長。,(二)穩(wěn)態(tài)段起振后具有穩(wěn)定鳴響的時段。 以持續(xù)力激發(fā)的聲源(包括電子樂器)多具有穩(wěn)定振蕩，以斷續(xù)力激發(fā)的聲源則多缺少穩(wěn)定振蕩。,(三)衰減段振幅開始減小直至停振的時段。 高頻音的衰減時間較短，低頻音較長。,六 人耳的非線性掩蔽效應,掩蔽效應：當兩個聲源出現(xiàn)時，其中一個聲源會影響人耳對另一個聲源的聽覺能力，這種現(xiàn)象稱為掩蔽效應。 掩蔽量：被掩蔽音受掩蔽音干擾時應提高的分貝數(shù)。 純音的掩蔽 噪音的掩蔽:“雞尾酒會效應”,1 頻域掩蔽 一個強純音會掩蔽在其附近同時發(fā)聲的弱純音，這種特性稱為頻域掩蔽。例如，同時有兩種頻率的純音

12、存在，一種是1000 Hz的聲音(60dB)，另一種是1100 Hz的聲音(42dB)，在這種情況下，1100 Hz的聲音就聽不到。 弱純音離強純音越近就越容易被掩蔽。,掩蔽效應分類,2 時域掩蔽 在時間上相鄰的聲音相互之間也有掩蔽現(xiàn)象，稱為時域掩蔽。時域掩蔽又分為超前掩蔽和滯后掩蔽。 前掩蔽很短，只有大約520毫秒，而后掩蔽可以持續(xù)50200毫秒。,掩蔽效應分類,掩蔽效應,低頻聲對高頻聲掩蔽作用明顯。 復音掩蔽聲音色發(fā)生變化。 掩蔽聲接近被掩蔽聲，掩蔽作用大；后掩蔽明顯。 單耳掩蔽效應大于雙耳。 提高掩蔽音的聲壓級可展寬掩蔽的頻率范圍。,第二節(jié)立體聲的聽覺原理,具有聲像臨場感 具有較高的清晰度和信噪比,雙耳效應與哈斯效應,由于不同的聲源作用于人耳的時間、聲壓及相位的不同從而使人的耳朵可以判斷出聲源的方向及位置。 聲級差 時間差 相位差,哈斯效應（延時效應）,當兩個聲源中的一個延時在s 以內(nèi)時，人耳的聽音感覺只能判斷出前導聲源的存在，而不能感覺到延時聲源的存在。 其中一個聲源的延時大于s時，人耳則能夠感覺到兩個聲源的方位。,德.波埃效應雙聲源實驗,當聽音者在距離立體聲聲源相等的對稱線上時，如果其聲源的聲壓差和時間差均為零，所表現(xiàn)的聲像在對稱線上，聽感好象只為一個聲源。 當聲壓差增大時，聲像則向聲音較強的聲源方向移動，當聲壓差大于時，就會感受到聲像是由較響的聲源單獨發(fā)出。 如果