电声工程学.ppt

1,音响工程学基础,(FAS) 黑 崎 哲 也,2002年10月17日,2,目 录,第一章 什么是“声音”？ 共 7 页 第二章 声音的性质 共 3 页 第三章 听音方法 共 7 页 第四章 在喇叭设计上的应用 共 4 页 （含耳机） 第五章 关于音质的评价 共 2 页 参考资料 喇叭的各种特性数据 共 9 页,3,1.什么是声音? 1)人的“五种感觉”,脑,“声音”如果不用音响心理学是说不清的！,器官,感觉,检知项,“声音”受到五种感觉的影响,4,从其他器官传来的刺激,人类的耳朵是超高性能的FFT !,1.什么是声音? 2)检知声音的原理,以电脉冲信号形式传播,音源,耳廓对判断声音方向性非常重要,空气震动鼓膜后，通过耳小骨变换成电脉冲信号,外耳道,耳廓,内耳道,耳小骨,鼓膜,神经,大脑,大脑进行FFT分析 (频率分析) (以声音的形式认知),5,波（音）的基本形式: V = f (音速) (频率数) (波长) 在空气中的传播速度 V331.5 +0.61 t 340 m/s at 4, “声音”是纵波 (波的振动方向与前进方向相同) “声音”是疏密波(在介质中振动以反复“疏密”的形式进行传播),“声音”被变换成电子信号,成为横波的信号(正弦波)来使用,1.什么是声音? 3)物理定义,密,密,疏,变换成电信号,+,+,-,6,1.什么是声音? 4)表示声音的物理参数,重要的是根据目的用各种参数来表达“声音”！,7,两者通过数学方法等价变换，根据用途分别使用,在时间领域的表现,在频率领域的表现,矩形波响应 脉冲响应 残响特性,频谱分析 相位频率分析 组延迟特性,1.什么是声音? 5)声音在数学上的定义,振幅,-a,a,t,H(t)=a SinT,傅立叶变换,应用实例,振幅,f,a,H(f)=a,反傅立叶变换,Fourier,8,各音区的物理量和能得到的信息,1.什么是声音? 6)音区和信息,“声音”会随着频率数而性质、特长发生变化，因此重要的是掌握它！,9,声音 三要素,大小,高低,质感,声音的表现词汇 好 不好,大 小 有迫力 乏力 高 低 单纯 有杂音 明亮 暗淡 清澈 浑浊 正常 走调 定位性好 定位性差 形象明确 形象模糊 有扩展性 无扩展性,（空间信息）,定位,声音的表现方式随 地域、民族、人种 而有不同的词汇,最理想的是能在公司内及 相关公司间统一表达方式,实施比较困难： 理解对方词汇的真正含义 公司内部评论词汇的统一 切换到物理量 非常重要！,1.什么是声音? 7)表达声音的语言,(音色),声音 的形象,（举例）,10,2.声音的性质 1)增强与减弱(相位干涉),声音随着时间轴的错位(相位干涉),波形会发生改变,因此相位 的管理非常重要!,振幅,振幅,振幅,振幅,振幅,振幅,t,t,t,t,t,t,正相,逆相,波形增强,波形减弱,11,2.声音的性质 2)反射与吸音,“反射”与“吸音”是反关系,反射,平面越硬,反射越强,越往低音区(波长较长) 越容易反射,吸音,与上述相反,固定波,在相对的平面上产生共鸣的波(不好的影响),防止产生固定波的要点是不造成平行面!,不同素材的反射、吸音特性,D=/2n (整数倍),D,残响室,混凝土,木材,地毯,吸音材料,无声室,毛越长吸音效果越好,f,反射率,1,0.5,0,12,2.声音的性质 3) 回折效果,回折在音源之外的尖角部位作为起点,产生二次音源的现象,为防止回折效果,不制作尖角！,在原来的声音A上加上 二次音源的声音B,原来 的声音A产生紊乱 由于相位干涉, 频响产生紊乱 在时间轴上的错位引 起声音形象的紊乱(形 状、位置、立体声场),二次音源的弊端,d1,d1,B,A,音箱,音源,二次音源,在尖角处产生二次音源,听者,圆角处不产生回折波,13,3. 听音的方式 1)同响度波形,名称 (全世界有三种) 同响度波形 Fletcher-Manson波形(1933年) Robinson-Dadson波形(1955年) 要点 人耳的灵敏度根据频率的不同而不同, 对高音及低音区灵敏度差 音量越低,这种感觉越强烈 响度效果,对应于音量，动态对频响进行补偿是必要的!,频率数,声压,14,3. 听音的方式 2)感觉方向感的方法,如果是同一球面内则d1与d2应一致. 两耳间时间差与声压差相符. “耳廓”的作用是认知声音的上下、前后方向.,两者之差在大脑内计算, 判断音源方向 (也可以互相置换),人类的耳朵是超高性能的“音源探测器”！,d1,d2,d1,d2,tL,vL,tR,vR,时间差： t=tL-tR=,声压差：v=vL-vR=log,d1-d2,vR,vL,340,d1,d2,耳廓,A,B,水平面内,上下、前后方向,15,3.听音的方式 3)HASS 效果（先行音效果）,如有2个音源,听音对音源方向的认知是根据到达时间差来判断,从A、B两个音源来的到达时间差,应用实例 在音乐厅中的分别使用,控制音源定位是：t50msec,A,B,dA,dB,C,定义,t=,dB-dA,340,HASS效果和声音定位的关系,环绕声属于“HASS效果”与“时间差声音差转换”的应用技术,先行音效果,16,3. 听音的方式 4) “掩蔽”和“鸡尾酒会效果”,掩蔽现象 要听取的对象被更高水平的不需要的声音(噪声)掩盖住的现象.,人耳会自动地调整灵敏度和进行带宽过滤！,容易检知的信号 单纯音(正弦波) 人的声音(听熟的声音) 固有音(乐器声),虽然音乐的细节被噪声干扰,但还是能听见,对象音完全被噪声掩盖而无法听到,鸡尾酒会效果 把通常无法识别的比背景噪声低的声音分辨出来的人类的特有的辨别机能,（音乐信号等）,噪声,噪声,音乐,噪声,对象声音,对象声音,音压,音压,音压,f,f,f,17,表达基本波的整数倍的频率数. 一般来讲奇数次的失真是损坏音 质的有害成分。 嗽叭、放大器的设计不光是要对全高频波失真(T.H.D),还要对奇数次失真进行控制是非常重要的! 决定乐器的音色的重要成分.,3. 听音的方式 5) 高频波失真和倍音,高频波 失真,倍音,要点,应该通过以上的频率分析决定必需的播放带宽！,倍音的数量 倍音的强度 分布的结构 时间变化 协调的不协调倍音的比例 单元音(母音、子音的构成素音),例：吉他的音响特性,声压,2f,3f,4f,5f,6f,7f,.,f:基本波,f,高频波失真的结构,有害成分,参数,18,3. 听音方式 6) 乐器的音域,各种乐器的基本波形成分的音域,19,3.听音方式 7)人类耳朵一般的检知界限(辨别界限),决定电子仪器的性能的时候，在理解本表的基础上再进行设定是非常重要的！,20,4.喇叭设计中的应用 1)喇叭单元,喇叭零件/结构设计和声音的关联,21,4.喇叭设计中的应用 2)喇叭周边部件,主要的喇叭周边的零件/结构设计和声音的关系,22,4.喇叭设计中的应用 3)耳机的基本结构,耳机的主要方式和他的特点,23,4.喇叭设计中的应用 4)耳机的特长,用小型的驱动结构产生重低音的原因 振膜产生上下运动时, 低音区音压=运动的空气量(加速度)2,由于外耳道是密封的，运动的空气质量只要较少就够了,小而轻的振膜运动较快,2）声场在头内能够定位的原因 无认使用何种形式,音源是在耳朵的旁边,因此声音会在头内定位,要对立体 声场进行评价比较困难.,模拟录音,利用人造头部,使用插入耳朵中的麦克风来录音的手法. 用耳机听取,能够再现录音时的立体声音场.,录音源能够深入空间音场和耳朵的传达系数(信息),空间音场,G(t)=A(t) H(t) g(t),向耳朵的传达系数 g(t),麦克风信号 G(t) =录音源,人造头部,磁钢,振膜,与一般的喇叭 相比明显有利,A(t),H(t),24,5. 关于评价音质 1)正确进行音质评价,评价的目的( 好坏/喜恶) 顾客方面使用方法 检查被评价对象的物理数据 评价基准的选择(用一对比较法) 与用户方面配合小组的选定 同一个评价会,多次实施 (排除人的不安定因素) 用雷达图分析平均点 分别用统计手法对因素进行分析. (分散分析,数量化类),没有关于音质(感应)评价的通用的标准答案！,直接原因: 房间的残留频响特性 大小/容积 间接原因: 气温/湿度 明亮度/气氛,环境,状态变化 音源内容,音源,个人差异 身体状态 心理状态,人,音,事前准备,正式开始,正确进行声音的评价方法,25,音质评价法,绝对评价,相对评价,例: 10阶段评价法适合于声音的熟练者 评论家意见 (