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(jí):教育技術(shù)2005級(jí)本科 授課教師:錢(qián) 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(yǔ)言學(xué)習(xí)系統(tǒng),（一）有線廣播,（二）無(wú)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(duì)象與學(xué)習(xí)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(hào)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(xué)研究。二、教育電聲系統(tǒng)課程的學(xué)習(xí)目標(biāo)及學(xué)習(xí)方法,第二章 第一節(jié) 聲場(chǎng)與聲波,一、聲場(chǎng)媒質(zhì)及其基本參量聲音是由物體振動(dòng)所

2、產(chǎn)生的。聲源的振動(dòng)引起周圍相鄰媒質(zhì)的振動(dòng)，以波的形式向外傳播即聲波。 橫波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)與傳播方向垂直的機(jī)械波。 縱波：質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)與傳播方向一致的機(jī)械波。 聲波是縱波。,聲場(chǎng):存在聲波的空間稱為聲場(chǎng)。 聲場(chǎng)媒質(zhì):傳播聲波的媒質(zhì)稱為聲場(chǎng)媒質(zhì)。 以空氣聲場(chǎng)媒質(zhì)為例，在無(wú)聲波傳播時(shí)，媒質(zhì)密度為0，媒質(zhì)壓強(qiáng)為大氣壓強(qiáng)P0，媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為v=0。當(dāng)有聲波傳播時(shí)，這三個(gè)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(qiáng)定義為聲壓，單位為“帕”（Pa）。（三）質(zhì)點(diǎn)振速v,二、平面聲波的基本性質(zhì),（一）聲波的頻率和波長(zhǎng) x=xmcos(t+a) 波長(zhǎng)：在波的傳播方向上，任何兩個(gè)震動(dòng)相位相同而又相鄰的媒

3、質(zhì)質(zhì)點(diǎn)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(guò)程中的聲壓及媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)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(guò)程中，聲壓及媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度都隨時(shí)間及位置而簡(jiǎn)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(dòng)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(dòng)頻率、波長(zhǎng)及速度。（二）球面聲波的聲壓、媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)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(chǎng)的遠(yuǎn)區(qū)可作為平面聲場(chǎng)處理。,第二節(jié) 聲場(chǎng)中的能量,一、聲能量與聲能量密度（一）聲能組成動(dòng)能： 勢(shì)能：,（二）聲能量密度e 聲能量密度是指聲場(chǎng)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(dòng)能：勢(shì)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(qiáng),（一）聲功率單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)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(jí)： （dB） Lw=10lgW/

5、W0 式中W0=10-12W，稱為參考聲功率。,（二）聲強(qiáng)通過(guò)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(qiáng)。聲強(qiáng)級(jí)： （dB） 聲強(qiáng)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(shí)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(shí)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(duì)聲波形成集中反射，使聲能集中于某一點(diǎn)或某一區(qū)域，稱為聲聚焦。 凸曲面對(duì)聲波反射，使聲能形成擴(kuò)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(gè)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(diǎn)上，其振幅也不同。,聲波的衍射：指聲波通過(guò)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(guò)程中如果碰到物體時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射、折射和繞射現(xiàn)象。,聲源與聽(tīng)聲人相處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，聽(tīng)聲人會(huì)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(yīng)。,為什么我們把頭沒(méi)入水中就聽(tīng)不到空氣中的嘈雜聲音? “只聞其聲，不見(jiàn)其人”,第三章 第一節(jié) 人類聽(tīng)感的基本特征,一、響度:人耳對(duì)聲音強(qiáng)弱的主觀感覺(jué)稱為響度。 單位是sone（宋）1宋的定義為聲壓級(jí)為40dB,頻率為1000Hz,且來(lái)自聽(tīng)者正前方的平面波形的

7、強(qiáng)度。 （一）聲壓級(jí)與聲強(qiáng)級(jí)1、聲壓級(jí) Prms某點(diǎn)聲壓的有效值；Pref零聲級(jí)的參考聲壓值。1kHz時(shí)人耳剛能聽(tīng)的聲音（稱聞閾）聲壓為2x10-5Pa。,2、聲強(qiáng)級(jí) I 某點(diǎn)的聲強(qiáng)值；Iref零聲級(jí)的參考聲強(qiáng)值。 Iref=10-12W/m2，該數(shù)值是人對(duì)1kHz聲音剛能聽(tīng)到時(shí)的聲強(qiáng)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(shí)為0dB）； 痛閾曲線（在1kHz時(shí)為120dB或140dB）。,（三）等響度曲線在聲壓級(jí)與頻率的坐標(biāo)系中,聲壓級(jí)作為參變量,將頻率不同,人們聽(tīng)起來(lái)卻有同等響度的聲壓級(jí)連接起來(lái)

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

9、樂(lè)音中，為了反映音高的規(guī)律，常用音律來(lái)表述。 (三)響度對(duì)音高的影響通常情況下，響度增加時(shí)，人耳對(duì)音高的聽(tīng)感降低；如果該聲波是低頻，人耳對(duì)音高的聽(tīng)感降低得愈加明顯。,三、音色,人耳在主觀感覺(jué)上區(qū)別相同響度和音高的兩類不同聲音的主觀聽(tīng)覺(jué)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(lè)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(fù)音中，頻率最低的聲音叫做“基音”。樂(lè)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(jiǎn)諧振動(dòng)的發(fā)聲體，發(fā)出的是純音。樂(lè)器發(fā)出的聲音，一般是由若干個(gè)頻率和振幅都不同的純音所組成的復(fù)音。 樂(lè)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(zhǎng)短不一的諧波分量連接起來(lái)形成的包絡(luò)，峰包為共振峰。共振峰的高度、位置和數(shù)量決定著每種樂(lè)器的音色。,(二)譜級(jí)分布,1語(yǔ)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(lè)音樂(lè)的頻譜分布曲線比語(yǔ)聲的曲線寬些。,五、可聞聲的時(shí)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(kāi)始振動(dòng)的時(shí)段。 同一種樂(lè)器或發(fā)音器官，高頻音起振時(shí)間較短，低頻音則較長(zhǎng)。,(二)穩(wěn)態(tài)段起振后具有穩(wěn)定鳴響的時(shí)段。 以持續(xù)力激發(fā)的聲源(包括電子樂(lè)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(kāi)始減小直至停振的時(shí)段。 高頻音的衰減時(shí)間較短，低頻音較長(zhǎng)。,六 人耳的非線性掩蔽效應(yīng),掩蔽效應(yīng)：當(dāng)兩個(gè)聲源出現(xiàn)時(shí)，其中一個(gè)聲源會(huì)影響人耳對(duì)另一個(gè)聲源的聽(tīng)覺(jué)能力，這種現(xiàn)象稱為掩蔽效應(yīng)。 掩蔽量：被掩蔽音受掩蔽音干擾時(shí)應(yīng)提高的分貝數(shù)。 純音的掩蔽 噪音的掩蔽:“雞尾酒會(huì)效應(yīng)”,1 頻域掩蔽 一個(gè)強(qiáng)純音會(huì)掩蔽在其附近同時(shí)發(fā)聲的弱純音，這種特性稱為頻域掩蔽。例如，同時(shí)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(tīng)不到。 弱純音離強(qiáng)純音越近就越容易被掩蔽。,掩蔽效應(yīng)分類,2 時(shí)域掩蔽 在時(shí)間上相鄰的聲音相互之間也有掩蔽現(xiàn)象，稱為時(shí)域掩蔽。時(shí)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(yīng)分類,掩蔽效應(yīng),低頻聲對(duì)高頻聲掩蔽作用明顯。 復(fù)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(yīng)大于雙耳。 提高掩蔽音的聲壓級(jí)可展寬掩蔽的頻率范圍。,第二節(jié)立體聲的聽(tīng)覺(jué)原理,具有聲像臨場(chǎng)感 具有較高的清晰度和信噪比,雙耳效應(yīng)與哈斯效應(yīng),由于不同的聲源作用于人耳的時(shí)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(jí)差 時(shí)間差 相位差,哈斯效應(yīng)（延時(shí)效應(yīng)）,當(dāng)兩個(gè)聲源中的一個(gè)延時(shí)在s 以內(nèi)時(shí)，人耳的聽(tīng)音感覺(jué)只能判斷出前導(dǎo)聲源的存在，而不能感覺(jué)到延時(shí)聲源的存在。 其中一個(gè)聲源的延時(shí)大于s時(shí)，人耳則能夠感覺(jué)到兩個(gè)聲源的方位。,德.波埃效應(yīng)雙聲源實(shí)驗(yàn),當(dāng)聽(tīng)音者在距離立體聲聲源相等的對(duì)稱線上時(shí)，如果其聲源的聲壓差和時(shí)間差均為零，所表現(xiàn)的聲像在對(duì)稱線上，聽(tīng)感好象只為一個(gè)聲源。 當(dāng)聲壓差增大時(shí)，聲像則向聲音較強(qiáng)的聲源方向移動(dòng)，當(dāng)聲壓差大于時(shí)，就會(huì)感受到聲像是由較響的聲源單獨(dú)發(fā)出。 如果