现代音响与调音技术课件第3次课

1 有效频率范围习惯上称为频率特性或频率响应 是指各种放声设备能重放声音信号的频率范围 以及在此范围内允许的振幅偏差程度 允差或容差 显然 频率范围越宽 振幅容差越小 则频率特性越好 1 4音响系统的电声性能指标 1 4 1有效频率范围 2 图1 7常见乐器与男女声的频率范围 3 图1 8 4 信噪比又称信号噪声比 是指有用信号电压与噪声电压之比 记为S N 通常用dB表示 1 21 式中uS为有用信号电压 uN为无用噪声电压 信噪比越大 表明混在信号里的噪声越小 重放的声音越干净 音质越好 1 4 2信噪比 5 1 4 3谐波失真 失真是对信号中所含杂质的一种测量 通常被描述为信号的期望成分和非期望成分的百分比或分贝比 简而言之 在输出端得到的任何频率并不包含在输入频率中就是失真 测量失真的方法通常有两种 谐波失真和互调失真 6 由于各音响设备中的放大器存在着一定的非线性 导致音频信号通过放大器时产生新的各次谐波成分 由此而造成的失真称为谐波失真 谐波失真使声音失去原有的音色 严重时使声音变得刺耳难听 1 4 3谐波失真 7 r电压谐波失真系数 1 22 该项指标可用新增谐波成分总和的有效值与原有信号的有效值的百分比来表示 因而又称为总谐波失真 8 互调失真也是非线性失真的一种 声音信号都是由多频率信号复合而成的 这种信号通过非线性放大器时 各个频率信号之间便会互相调制 产生出新的频率分量 形成所谓的互调失真 使人感觉声音刺耳 失去层次 互调失真 全频带内非线性信号的均方根的和 某一高次基频的振幅 100 1 23 1 4 4互调失真 9 1 有效频率范围的上限频率fm 1 4 5数字音响的几个主要性能指标 理论上数字设备的取样频率只要高于音频范围的上限2倍 就能保证信息的完整 因此知道数字设备的取样频率fs就可得出该设备允许通过的音频信号上限频率fm 如 CD唱片的取样频率为fs 44 1Hz 故允许的音频信号上限频率为fm fs 2 22 05Hz 也即是有效频率范围的极限上限频率 fm fs 2 在数字音响设备中 要将声频信号数字化 必须进行取样和量化 并编码 取样是对连续的模拟音频信号每隔一定时间将其瞬时值取出 使模拟信号等分为一列幅度随时间变化的脉冲信号 10 2 信噪比和动态范围 式中n为量化位数 在CD唱片中 n 16 所以 S N 96 dB 在线性量化情况下 上式也就是数字音响设备的动态范围 量化是把取样后每一取样点上的脉冲幅度转换为一组不同的数码 脉冲串 也即将取样所得的取样值相对于振幅进行离散的数值化操作 这就是量化 数码的位数 称为量化位 bit 数 bit值越大 量化越准确 11 3 传码率R 数字音响系统中每秒钟所传送的数据位数称为传码率 R m n fs b s 式中m为声道数 n为量化位数 对于双声道立体声系统 m 2 因为CD唱片的n 16 fs 44 1kHz 故R 1 411Mb s 12 1 5立体声基础 立体声是一个应用两个或两个以上的声音通道 使聆听者所感到的声源相对空间位置能接近实际声源的相对空间位置的声音传输系统 立体声虽然应用了两个或两个以上的声音通道 但立体声不等于双声道 立体声是由双声道组成 但双声道也不一定是立体声 如果一个单声道音源分为两个声道也不能称为立体声 立体声的特点是能够对声音进行左右定位 13 与单声道重放声相比 立体声具有一些显著的特点 1 具有明显的方位感和分布感采用多声道重放立体声时 聆听者会明显感到声源分布在一个宽广的范围 主观上能想象出乐队中每个乐器所在的位置 产生了对声源所在位置的一种幻像 简称声像 幻觉中的声像重现了实际声源的相对空间位置 具有明显的方位感和分布感 14 与单声道重放声相比 立体声具有一些显著的特点 2 具有较高的清晰度掩蔽效应减弱 具有较高的清晰度 3 具有较小的背景噪声背景噪声在采用多声道输出时被分散开了 对有用信号的影响减小 15 立体声成分 我们以舞台上左右前后错开的各种乐器组成整个乐队 他们演奏时 到达听众耳际的声音可分为三类 第一类为直达声 第二类为反射声 第三类为混响声 与单声道重放声相比 立体声具有一些显著的特点 4 具有较好的空间感 包围感和临场感立体声系统可以重现反射声和混响声 使聆听者感受到原声场的音响环境 16 1 时间差 1 25 声音到达两侧耳壳处的时间差可近似为 l 1 5 2立体声原理 1 声源平面定位 17 设l 20cm c 340m s 则 上述分析表明 时间差与平面入射角有关 据此可确定声源的平面方位 因声源发出的声波传到双耳存在路程差 故而产生时间差 从时间差来看 它与声音的频率无关 对突发声 瞬态声而言 主要是利用时间差作定位 连续发声时 声波到达双耳时也会产生时间差 但由于掩蔽效应的存在 使得时间差定位信息不明显 事实也表明人耳对枪声 打击乐器声等瞬态发出的声音有很强的辨向能力 18 2 相位差由于传到两耳的声音存在时间差 因而也会产生相位差 对于频率为f的纯音 相位差与时间差有如下关系 1 26 将及代入上式 可得 1 27 相位差与波长有关 还与声源方向角有关 无论声源发出的声音频率是高是低 人的听觉对声源方位移动的判断能力将随声源方向角的加大而加强 当声源位于听音者的一侧时 判断力最强 19 3 声级差两耳虽然相距不远 但是 由于头颅的阻隔作用 使得从某方向传来的声音需要绕过头部才能到达离声源较远的一只耳朵中去 在传播过程中 其声压级会有一定程度的衰减 使两侧耳壳处产生声级差 声级差也与频率f有一定的关系 高频声波长较短 因此高频声到达人的双耳时 由于头的阻挡作用 声波存在反射和吸收 致使双耳的声压级不一样 靠近声源强 而低频声波长较长 因此头的阻挡对低频声不起作用 低频声可绕射头部到达双耳 这样双耳听到的声压级差不多 所以人耳可根据声级差来辨别高频声的平面方位 而不容易辨别低频声 20 4 音色差当声源不是单一频率的纯音 而是一个复音时 情况要复杂些 如一个乐器发出的声音 可以分解为一个基频声和许多谐频声 根据绕射规律 由于人头对谐频声的遮蔽作用使基频声和各高次谐频声在左右耳际的声压级不同 因而两侧耳朵听到的音色将有差别 形成音色差 在同一瞬间双耳接收到的声音的时间差是低频声定位的依据 而声级差是高频声定位的主要依据 因此人耳对复合声的方向辨别能力要比对纯音方向的辨别能力要高 这是因为复合声含有不通同的频率成分能提供更多的信息 21 人耳对声源距离的定位 在室外主要依靠声音的强弱来判断 在室内则主要依靠直达声与反射声 混响声在时间上 强度上的差异等因素来判断 2声源距离定位 3 声源高度定位 声源的高度位置由声波在垂直面上的入射角 仰角 和直线距离两个坐标量来确定 直线距离的定位机理与前面所阐述的相同 而仰角定位是理论上尚未圆满解决的问题 22 4 双扬声器声像定位 1 当左右扬声器发出相同强度的声音时 人听不见两只扬声器的存在 只感到声音是从两只扬声器的中点发出 这个点我们称之为 声像 2 当增大其中一只扬声器的声压时 声像向这只扬声器的方向移动 当声压差大于15dB时 声像固定在这一方 双扬声器实验 23 3 若将其中一只扬声器后移 但保证两扬声器的声音到达人耳时声压相等 人也分别不出两个声音 但由于时间差 声像移向近的一方 超过3毫秒 声像固定在近的一方 此时的声音仍只有一个 但有加厚的现象 若继续移远 加厚现象越来越显著 当两扬声器声音的时间差达50毫秒以上时 人就可以听到先后的两个声音 这时称为 回声现象 4 双扬声器声像定位 24 图1 12双扬声器放声实验 同一个声音 只要它在左右扬声器发出的声音到达人耳的声压不同或时间不同 就可以在两扬声器的连线上获得独特的声像位置 听者可以感受到两扬声器之间有一个虚拟舞台 换句话说 只要控制好录的声音在L R通道上的声级差 时间差 就可以重放 声舞台 25 4 双扬声器声像定位 4当两扬声器相位相反 而且有一定的强度差时 声像会离开两扬声器的连线 出现在扬声器之外 甚至可能出现在听者的身后 这种现象