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2019/7/18,,1,现代音响工程技术,庞海明 ,第一章 绪 论,音响技术的基础知识；音响器材设备连接于与用；调音技术。 现代音响技术是计算机多媒体专业必修课，在大学物理、电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、电子基本技能训练后开设的一门专业课程。,2019/7/18,,3,第一章 绪 论,一、 电声技术的发展历史 电声技术：是研究在相同频率下，电能与声能相互变换的换能技术。 电声学:研究电声换能的的原理、技术和和应用。 经典的电声学主要研究换能器（如传声器、扬声器等）的原理和设计。,2019/7/18,,4,第一章 绪 论,电声技术就是在逐渐发展的电路理论和电磁场理论的基础上得以发展的学科。 大学物理电路分析： （1）1819年，丹麦物理学家奥斯特发现了现代电机基础的电磁效应。 （2）1820年，法国科学家安培发现了磁铁对电流的作用力与电流间的相互作用。,2019/7/18,,5,第一章 绪 论,（3）1831年，法国科学家法拉第和俄国科学家楞次（1833年）解决了感应电动势的大小和方向问题。 （4）1864年，英国科学家麦克斯韦建立了电磁场方程，从理论上论证了电磁场以光速在真空中传播，奠定了电磁场理论基础（麦克斯韦提出了电磁场理论或电磁波理论）,2019/7/18,,6,第一章 绪 论,（5）1888年，15年后，德国物理学家希利.赫兹在实验室证明了电磁波的存在，从而证明了麦克斯韦理论的正确性，又经过了7、8年后，电磁波被应用到一定距离间的无线电通信 （6）1895年，意大利的马可尼和俄国的波波夫终于开辟了无线电技术这一新的领域。,2019/7/18,,7,第一章 绪 论,电路理论方面: （1）1785年，发现库仑定律（电工技术与电路理论的发展密切相关）。 （2）1826年，德国物理学家欧姆，从实验中总结出著名的欧姆定律。 （3）1845年，德国物理学家基尔霍夫提出了电路分析基础：基尔霍夫定律。,2019/7/18,,8,第一章 绪 论,（4）1883年，法国工程师代文宁解决了有源二端网络的化简问题即：代文宁定律。 从1895年到现在，近一百年来，无线电声技术、有线电声技术与电子学的发展紧密的交织在一起，互相促进，互相发展,它对人类的生产与社会生活发挥了非常深刻的作用和极为广泛的影响。,2019/7/18,,9,第一章 绪 论 电子元器件与音响技术的发展,电子管时代 无线电发明不到十年，科学家利用电子在真空中运动的学说，制成了真空管（电子管）并用于电声设备、无线电声设备等领域。 电子管的应用，一方面不仅发展提高、改善了电声设备、无线电设备的技术性能和效率，而且很快将它应用与其它科学领域，从而促进了电声设备、无线电设备等技术的发展，另一方面，电声设备、无线电设备技术的发展，对电子管的设计、制造提出了新的要求，推动了电子管等新型元器件的产业的研究、开发、发展。,2019/7/18,,10,第一章 绪 论 电子元器件与音响技术的发展,晶体管时代 20世纪40年代，半导体器件的指标不断改善，产品增多，半导体器件很快在很大范围内取代了电子管，半导体器件的大量应用，又促进了电路技术和元器件制造业技术的发展。,2019/7/18,,11,第一章 绪 论 电子元器件与音响技术的发展,集成电路时代 IC (integrated circuit）随着固体物理学的发展，人们将半导体器件，元件和电路连线一并制作在一块固体片上，形成固体电路，后来称之为集成电路，随着集成电路技术的提高，集成度越来越高，由小规模、中规模、大规模、超大规模IC.,2019/7/18,,12,第一章 绪 论,集成电路时代 集成电路就是利用半导体工艺或厚膜、薄膜工艺，将电阻、电容、二极管、三极管、场效应管等元器件按照设计要求连接起来，制作在同一硅片上，成为具有特定功能的电路。 1、小规模集成电路：少于10个门电路或者少于100个元件的。 2、中规模集成电路：集成度在10-100个门电路之间，或者元件数在1001000个之间的。 3、大规模集成电路：集成度在100个门电路以上或1000个元件以上。 4、超大规模集成电路：集成度在1万个门电路以上或10万个元件以上。,2019/7/18,,13,第一章 绪 论 电声技术的应用,电声技术从无线电通信装置开始，电声器件也飞速发展起来，这门技术被称为电声技术。 电声技术从诞生到现在，近百年的历史，实践证明，它对人们的生产、生活产生了深刻的影响，应用范围非常广泛、很难确切的说明它的应用范围；国防军事、广播通信、航空航天、天文气象、工业、农业、医学、文化教育、家庭民用等.,2019/7/18,,14,第一章 绪 论,无线电声技术与有线电声技术的应用的应用范围广泛。 1、无线电报、无线电话、无线电广播、无线电传真、无线电定位、无线电导航、声纳探测与天文学、气象学等的结合. 电-声-声-电的转换。 2、有线电声技术的广泛应用： 播音室、演唱会、有线电视系统,2019/7/18,,15,第一章 绪 论 电声技术的应用,1、电声系统用于对声音信号的放大，也称为扩声技术。 声频工程技术、现代音响技术、现代音响工程.,2019/7/18,,16,第一章 绪 论 电声技术的应用,2、现代音响技术是一门边缘学科，它具有很强的实用性，它的应用已渗透到人们生活的各个方面。 它以物理声学、建筑声学、心理声学、生理声学为基础；涉及电声技术、电子技术、精密加工特别是微电子技术、数字技术、及微电脑技术的应用。,2019/7/18,,17,第一章 绪 论 电声技术的应用,3、现代音响技术发展的方向：集成化、数字化、高保真、智能化。,2019/7/18,,18,第一章 绪 论 电声技术的发展,二、中国电声技术的发展状况,2019/7/18,,19,第二章 声音的基本知识,第一节 声波的物理特性 一、声波与声音 声波：物体的振动会引起周围媒质质点运动由近及远的波动，称之为声波。 横波与纵波 声音：是声源振动引起的声波传播到人耳听觉器官所产生的感受。 声速：声波在空气、液体、固体等媒质中传播，但是不能在真空中传播。 空气中的声速：c=340m/s c=f,2019/7/18,,20,第二章 声音的基本知识,第一节 声波的物理特性 二、声音的衰减特性 引起声音衰减的原因主要有： 1、当声音向四周传播时，能量向四周均匀扩散。 2、当声音在空气中传播时，由于空气媒介质具有一定的粘滞性，媒质质点运动时会发生摩擦，使一部分能量变成热能消耗了。,2019/7/18,,21,第二章 声音的基本知识,第一节 声波的物理特性 实验证明： 声音衰减的规律有： 1、球面扩散的反平方率。 2、声波的频率越高，摩擦所消耗的能量越多，理论证明，这种能量的消耗与声波频率的平方成正比。,2019/7/18,,22,第二章 声音的基本知识,第一节 声波的物理特性 三、声压：静态气压上附加了一个压力的起伏变化，这个由声波引起的的交变压强称为声压。pr=2*10-5pa SPL =20lg pe/pr 四、反射与绕射 五、声波的吸收 六、声谐振现象 七、声波的干涉,2019/7/18,,23,第二章 声音的基本知识,第二节 人耳听觉特性,2019/7/18,,24,第二章 声音的基本知识,一、人耳的构成 外耳-鼓膜-小听骨-耳蜗-基底膜振动-信号-大脑 频率20Hz-20KHz 2*10-5pa-2*102pa 二、可闻声： 三、听阈与痛域,2019/7/18,,25,第二章 声音的基本知识,第三节 音响声学 一、声音的三要素： 1、响度 响度级 等响曲线的含义 等响曲线的两个基本规律：,2019/7/18,,26,第二章 声音的基本知识,第三节 音响声学 2、音调:又称为音高，是指人耳对声音调子高低的主观感受。 3、音色：人耳对声音特色的主观感受。 4、听觉灵敏度：是指人耳对声压、频率、以及方位的微小变化的判断能力。,2019/7/18,,27,第二章 声音的基本知识,第四节 音响知识 一、音响：在音响技术中，指通过放声系统重现的声音。 能够重现声音的放声系统，称为音响系统。 二、高保真的三个重要属性 三、高保真音响系统的组成 四、电声性能指标 1、有效频率范围： 2、谐波失真 3、信噪比 五、高保真技术主要表现的几个方面,2019/7/18,,28,第二章 声音的基本知识,第五节 心理声学 生理声学现象 1、双耳效应 ： 当声源(包括复杂的集群信号)偏向左耳或右耳，即偏离两耳正前方的中轴线时，声源到达左、右耳的距离存在差异，这将导致到达两耳的声音在声级、时间、相位上存在着差异。这种微小差异被人耳的听觉所感知，传导给大脑并与存贮在大脑里已有的听觉经验进行比较、分析，得出声音方位的判别，这就是双耳效应。 形成双耳效应的本质因素在于声音到达两耳的声级差Dp、时间差Dt和相位差D。,2019/7/18,,29,第二章 声音的基本知识,2、哈斯效应 当两个强度相等而其中一个经过延迟的声音同时到聆听者耳中时，如果延迟在30ms以内，听觉上将感到声音好像只来自未延迟的声源，并不感到经延迟的声源存在。当延迟时间超过30ms而未达到50ms时，则听觉上可以识别出已延迟的声源存在，但仍感到声音来自未经延迟的声源。只有当延迟时间超过 50ms以后，听觉上才感到延迟声成为一个清晰的回声。这种现象称为哈斯效应，有时也称为优先效应。,2019/7/18,,30,哈斯效应：,一个声场中的二个同频声源，在传入人耳的时间差在50ms以内时，人耳无法明显辨别出它们的方位。那个声源的声音先入，那么人就感觉到声音即由此方位传来。这种先入为主的听觉特性叫哈斯效应。,2019/7/18,,31,现象一：两侧声源A、B与人耳距离相同时，人们感觉声音由前方来，俗称“假立体声”。 现象二：当距离A声源略近时，实际应是A音大，B音小的两个声源，但人们往往只感觉到所有声音均由A输出，这种错觉现象即是“哈斯效应”。 现象三：将近点A的声音加以延时，使它迟于B声源进入人耳，人们即感觉到所有声音均由B声源付出。 应用：在剧场中为了弥补哈斯效应所产生的听觉、视觉不统一的现象，对顶部和侧面扬声器均作延时处理，使它们传出的声音与前方主扬声器传出的声音同步到达人耳，使后排观众的视觉、听觉协调统一。,2019/7/18,,32,第二章 声音的基本知识,3、颅骨效应 声音从音源传入大脑有两个途径，一是音源空间 人耳大脑，另一途径是 音源人体颅骨大脑（小实验：双手堵耳，发声，仍可听见）通过颅骨传导声音的现象叫颅骨效应。 现象一：听自己的声音，有两个途径，频带宽，音色好。 现象二：手表、钟摆声音仍可通过牙齿和颅骨传递到人的大脑神经。,2019/7/18,,33,颅骨效应的应用：当练唱一首新歌时，对音高音调旋律无法准确掌握时，大声唱干扰环境、小声唱自我感觉不明显，可用双手掩耳来练唱，可清晰感觉自己声带发声的旋律，准确的音高和声音结构的细节部分。根据自我感觉来调解发声状态，即通过甲状软骨、早环软骨和披裂肌肉的配合来调解声带的收放，从而调整音高和音色。,2019/7/18,,34,4、鸡尾酒会效应,在鸡尾酒会上（或任意的热闹场所），人的听觉注意集中于某一事物时，意识将一些无关声音刺激排除在外，而无意识却监察外界的刺激，一旦一些特殊的刺激与己有关，就能立即引起注意的现象。在鸡尾酒会嘈杂的人群中，如果两人交谈，尽管周围噪声很大，但两人耳中听到的是对方的说话声，而周围的各种噪声被掩盖掉了，这种现象称为-,2019/7/18,,35,鸡尾酒会效应应用,在嘈杂的声场中，人可以把自己的听力集中在某一个人的谈话中，而把其他人的声音都推到背景杂声中，此现象叫“鸡尾酒会效应”。 原理：人耳的选择功能 人耳通过两耳拾取音源的距离差、时间差、频率差就可以辨别出不同方位的声音，以此调解听觉神经来选择不同方位的声源。 应用：使用强指向性话筒在现场来同步录音。,2019/7/18,,36,5、回音壁效应,在某一声场中，视觉看不到声源而听觉却能听到声音，这种现象就是声波传播的特殊反射作用的结果，被称谓“回音壁效应”。 应用：舞台上方、侧方、后方的声音反射板即是利用这一原理把演员的声音集中向直达声弱的区域进行反射。,2019/7/18,,37,6、多普勒效应,当列车进站时，我们听到汽笛声不仅越来越大，而且音调升高；当列车离去时，汽笛声不仅越来越小，而且音调降低。人和声音相对运动时，音调将发生变化，这种现象叫做“多普勒效应”。,2019/7/18,,38,7、耳壳效应（耳廓效应）,当外界声音入射到人耳时，耳廓对声波具有反射作用，耳廓的形状使得这些反射声成为一组具有短延时量的重复声。由于声音来自方向不同，到达人耳经耳廓反射进入耳道后，会出现时间（相位）和音量等方面的微小差异，根据这些差异，听音者就对声音、音质、声场进行定位的能力，这种现象称为耳壳效应。 人们利用耳壳效应制作人耳耳机 。,2019/7/18,,39,8、掩蔽效应,声音的掩蔽现象： 当不同频率的声音在同一声场中传递，各频率之间会发生掩蔽现象。 是指同一环境中的其它声音会使聆听着降低对某一声音的听力。,2019/7/18,,40,现象一：声音能量大的掩盖声音能量小的。,如铜管乐器掩盖木管乐器、木管乐器掩盖弦乐器。 解决：从乐队编制解决。要求有合理的声部和乐器分配，调整好各声部之间、各种乐器之间声功能的平衡。 从音乐结构上解决。要有合理的和声、配器，使各声部间平衡。 从声场音响上解决。 a、对不同音源选择最适合表现这种乐器音色特性的话筒。 b、选择拾取音源的最佳距离、高度、角度。 c、在调音台上进行音频信号电平的处理。,2019/7/18,,41,现象二：中频声音掩盖高频和低频声音。,原因：人耳对7003000Hz的中频率声音听觉最为灵敏，在声音强度相同的情况下，优于并强于对高、低声音的听觉。 解决：减少中频输入，适当增加高低频尤其是低频音输出。 现象三：高频率声音掩盖低频声音。 如：板胡、京胡、笛子等高音乐器掩盖贝斯提琴、大提琴、巴松等低音乐器。 原因：高频音声波较短、指向性强、穿透力强、射程远，对人耳刺激明显，低频音有绕射特性，散射强，功能损失大。 解决：适当降低高频音，增加低频音。 对不同的乐器拾音时选择合适话筒，掌握好距离角度。,2019/7/18,,42,9、德.波埃效应,双扬声器实验 应用：设计立体声系统 与双耳效应的区别：,2019/7/18,,43,10、劳氏效应,是一种仿真立体声范围心理声学效应。将延迟的信号同相或者反相叠加在直达声信号上，通过耳机重放会产生不同的空间效果，这种现象称为劳氏效应。 应用：立体声耳机的设计与应用。,2019/7/18,,44,第六节 立体声的基本原理,一、立体声概念 二、立体声的成份 三、立体声特点： 四、听觉定位机理 五、双扬声器声像定位 六、立体声拾音,2019/7/18,,45,关于立体声：,构成立体声的主要因素；第一要有立体声音源；第二要有立体声声场；第三是人耳的双耳效应 造成立体声的原因； a、路程差：由于声音传递到双耳的路程不同造成 b、时间差：由于路差使声音到达双耳的时间不同造成 c、强弱差：由于路程差使先到声音感觉强，后到的感觉弱 d、频率差：由于声音的传播特性决定，近耳听到的高频音多、低频音少，远耳听到的高频音少、低频音多。 定义：立体声是指人感到声源分布在空间的声音，使听到的声音具有空间感、远近感及监场感,2019/7/18,,46,环绕立体声,在立体声声场中，除听者有身临其境的感觉之外，还必须具有使听音者被声音包围的效果，使听者产生围绕感和声音似乎离开听者扩散并再次反射回来的扩展感。,2019/7/18,,47,环绕立体声,a、四声道环绕立体声 产生环绕立体声需有不同方向的四个以上声源，相对听音者来讲分为前左、前右（主声道）；后左、后右（环绕声道）。 将四只强指向性传声器摆放在演出中心部或靠近舞台，拾取舞台上声源发出的四个不同方向的声音，用声道重放系统把四个扬声器放在房间四角，产生环绕声场。 常见有超级VCD、CVD均属此类。背板标有CH1CH4四路声音输出。,2019/7/18,,48,2019/7/18,,49,b、编码式六声道环绕：,与四声道同理，将六个声源经编码后用少量声道输出，经解码后，传至六个（组）扬声器。 常见DVD即被使用杜比3（AC3）声音压编方式实现前左、前右中置；左环、左环、超低音的六声道输出。 因超低音通道仅用音频全音域的十分之一，民用产品常称之为5.1声道。 DVD机分外置和内置AC3解码器二种，外置的北板只有“L、R”两路输出，需再接解码器才能传至扬声器形成环绕立体声。 内置解码器机器，背板声音输出有CH1CH6六路，分别标明前左（L）、前右（R）、中置（C）、左环绕（SL）、右环绕（SR）和超低音（BASS），只需接上对应的扬声器即可。,2019/7/18,,50,声音的物理特性比较,声音的构成及关系 客观：振幅（大、小）；频率（快、慢）；谐波 主观：响度；音调（音高）；音色（音品） 振幅：声波的振动幅度，它的大小影响人耳对声音强弱的感觉强度（即响度）单位：分贝（dB） 频率：声波每秒钟振动的次数。它直接影响人耳对声音高低（音调）的感觉。单位：赫兹（Hz） 谐波：指声波的波形。包括瞬间状态。它直接影响人们对声音音质差异（音色）的感觉。（如乐器不同，相同的“i”听觉则不相同。）,2019/7/18,,51,第七节 室内声学,一、室内声学特性 二、混响时间 三、吸声材料,2019/7/18,,52,2、室内声音的传播,直达声：是室内任一点直接接收到声源发出的声音。 它是接收声音的主体，又叫主达声，不受空间界面影响，其声强基本上是与听点到声源间距离的平方成反比衰减。 早期反射声：指延迟直达声50ms以内到达听声点的反射声，对声音起到增强作用；在大空间内，因反射距离远，易形成回声，产生空间感。,2019/7/18,,53,混响声：声波经室内界面的多次反射，迟于早期反射声到达听点的声音，直至声源停止发声，但由于多次反射，听点仍能听到，故又称余声，影响声音的清晰度。 混响时间：在一个声场中，一个声音的声压级衰减60dB所需要的时间，用T60来表示。单位：秒（s） T60=0.16V/Sa (赛宾公式) V：声场总容积 S：声场的表面积 a：声场的建筑装饰材料的平均吸声系数。 例：某段音乐的声压级为90dB，此时中止音乐，音乐声逐渐减弱，当其声压级从90dB降至30dB时可需时1.2秒，那么，此房间的混响时间为1.2秒。,2019/7/18,,54,第二章 声音的基本知识,第七节 室内声学 一、对音响效果有决定作用的室内声学特性的三个方面 室内声场分布 隔音效果 混响效果 混响时间 吸声材料,2019/7/18,,55,补充基本概念,电磁波 无线电波 无线电波的波长、频率、波段 无线电波的传播：地波 天波 空间波 载波 调制 解调 无线电波的发射： 无线电波的接收：与频率的关系：a、45KHz附近的声音最响，因外耳道与其产生共鸣b、低声压时，低频区的音响度大于高频音的响度c、常见声源的声压级dB 窃窃私语：2035 女 高 音：35105 男高音：4095 小 提 琴：40100 交响乐：80 dB 小 鼓：55105 打 雷：120 dB 教师讲话：5060 飞机起飞（3m处）：140 dB,2019/7/18,,56,第二章 音响器材设备,调谐器概述 录音座,2019/7/18,,57,第二章 音响器材设备,第4章 录音座 4.1 录音座的组成及其性能指标 1 .双卡录音座的组成 2 .录音座的性能指标 4.2 磁记录原理 1. 基本电磁现象 2 .录音、放音、抹音原理 3 .磁头与磁带 4 .录音、放音中的损耗及其频率特性 5 .录音噪声,2019/7/18,,58,第二章 音响器材设备,4.3 录音、放音电路 1 .录音电路 2. 放音电路 4.4 降噪电路 1 降噪的物理基础 2 DOLBY-B降噪系统基本原理 3 DOLBY-B降噪系统,2019/7/18,,59,第二章 音响器材设备,4.5 选曲电路 1 选曲方式 2 自动选曲电路 3 电脑选曲电路 4.6 录音座机芯 1 电子逻辑控制轻触机芯 2 自动返转机芯 3 电子稳速装置,2019/7/18,,60,第5章 高保真音频放大器,5.1 高保真音频放大器的组成及其性能指 1 高保真音频放大器的组成 2 高保真音频放大器的性能指标 5.2 前置放大器 1 均衡放大电路 2 音源选择电路 3 音量控制电路 4 响度控制电路 5 音调控制电路,2019/7/18,,61,第5章 高保真音频放大器,6 平衡控制电路 7 音质控制集成电路 5.3 图示均衡器 1 图示均衡器的基本原理 2 图示均衡器的特性参数 3 图示均衡器的实用电路,2019/7/18,,62,第5章 高保真音频放大器,5.4 功率放大器 1 、晶体管互补推挽功率放大器 2 、集成电路功率放大器 3 、场效应管功率放大器 4 、新型功率放大器 5.5 功率放大器保护电路,2019/7/18,,63,第6章 音