现代音响与调音技术课件第2次课

1 1 2声源 声场及室内声学 一声源 产生声能的源体称为声源 环境音响 动作音响 非现实音响 二声场 声源产生的声波通过媒体向周围自由场辐射时 声源的周围均称声场 也叫音场 近场 远场 2 三室内声学 1室内声学特性 声源在闭室内发声时 所发出的声波在室内空间形成复杂的声场 声场中的某一位置上听到的声音是由三部分组成 直达声 反射声 混响声 直达声 由声源直接传播到听者的声音 直达声不够 将影响声音的亲切感 反射声 由界面反射后到达听者的声音 反射声影响声音的清晰度 混响声 经过多次反射后分布很密 方向较散 陆续到达听者的反射声 混响声影响声音的丰满度 3 如何分配直达声和混响声分量的比例 完全直达声而没有混响声输出 就不能起到改善和美化声音的作用 通常只用于开会发言或朗诵的场合 适当加大混响声成分的比例 可使声音丰满动听 增加听众的现场立体感 完全混响声而无直达声分量输出 则会使声音产生 染色 现象 造成严重失真 就像在浴室 澡堂内听到的声音那样含混不清 在无特殊要求下 直达声分量与混响声分量比例为1 1 这样 声音不但不会产生失真 又有一定的混响效果 4 影响声音立体高传真重播效果的因素 隔音 目的是为了防止外来噪声干扰音响效果 措施 可以加隔层墙壁 皮革包门 双层玻璃或加厚窗帘来改善 吸音 硬调空间 住宅是钢筋水泥建成或由砖块砌成 玻璃窗隔间 地上铺的多是瓷砖 那么这个空间的表面对声音的吸收值很低 会令声音高度反射 软调空间 听音室结构多数以木头 夹板构成 地板也是木板铺成 四壁以石膏板订成 天花板是木架子钉上薄夹板的结构 那么这个房间有高度吸音的表面 5 室内声场分布 理想的室内声场分布应该是均匀的 其中包括房间的长宽高的最佳比例 还有墙体的形状 房间中不能有太多的立柱 墙壁应避免有圈套的弧形 6 2室内声学的主要指标 混响时间 声源停止发声后 从声源停止发声到室内声能密度衰减到原来的百万分之一 即衰减60dB所需的时间 记为T60 赛宾公式 室内表面总面积 室内表面平均吸声系数 闭室容积 当室内声源停止发声后 声音衰减的过程称为混响过程 混响过程可以用混响时间来衡量 7 混响通常决定了余音的长度 对声音的色彩和清晰度有直接的影响 混响时间与声源无关 与频率有关 一般情况下 男低音演唱时 可将混响时间调得短一些 以提高声音的清晰度 如果是女高音演唱 可适当延长混响时间 以增加声音的色彩 T60过短 声音发干 过长 声音拖尾 对于演唱场所来说 如果房间四周墙壁是木板材料构成的 应将混响时间调小一些 以免声音模糊不清 如果房间挂有绒布窗帘等吸声材料 应将混响时间调大一些 以免声音干涩 另外观众的服装也有很大的吸声作用 8 评价一个房间混响效果是否合理 还要考察房间的声扩散度 扩散好的房间 声音衰减平滑 室内各处感觉均匀 扩散不好的房间 室内各处感觉不同 现给出几种不同场所在频率1000Hz时的T60 值 多声道录音室0 3 0 4s试听室 听音评价房间 0 4 0 5s企事业单位礼堂 兼语音 音乐 0 8 1s一般家庭0 4 0 6s 9 本底噪声 室内不放声源时的噪声声压级 包括音响设备噪声和放音环境噪声两部分 背景噪声 它与音响系统的电路设计与布线结构 抗干扰能力 以及前后级隔离度等都有直接关系 如果本底噪声是交流声且较明显时 就会对较弱的声音造成影响 使得这些声音与噪声音量比例减少 声音的动态范围变小 过强的本底噪声不仅会使人烦躁 还会淹没声音中较若的细节部分 使再现声音质量受到破坏 本底噪声可直接测出 如较高 可采用隔声 隔振方法或铺吸声材料来降噪或吸声 10 房间常数混响半径 分别与房间吸声特性及直达声有关 主要用于比较正规的录音室 声染色 声音信号在传输过程中 由于某种原因使声源中的某一频率成分过分地得到加强或衰减 破坏了音响效果的均匀性 可通过调整房间的长宽高之比为无理数 以及室内物品摆放避免对称 一般长宽高可为黄金分割比 即1 618 1 0 618 也可采用其它比例方法 但三边之比应为无理数 11 介绍几种常用房间的本底噪声 演播室 25dB A 影剧院 25dB A 会议室 25dB A 居民区 环保部门规定 白天 55dB A 夜间 45dB A 12 3室内声场的估算 目的 计算室内任一点的实际声压级 基本思路 室内任一点实际声压级是直达声场和混响声场在该点的声压级的叠加 方法 直达声场的声压级SPL D dB S 扬声器灵敏度 D 距扬声器的距离 P 输入扬声器的电功率 室内混响声场的声压级SPL R dB D C 临界距离 从声源中心到直达声与混响声声能密度相等的距离 称为临界距离 有时也称为混响半径 13 4室内声场的创造 声场 数字声场扬声器 DSP 输出 五声道及以上环绕立体声输出 将音乐厅中捕捉到的初期反射和残响数据分析处理后送入DSP 重放时便能重现音乐厅中的声场 残响 声源停止发声后 由于惯性和反射等原因 声音并没有立即停止 而是呈缓慢衰减的现象 在音响系统中利用声音的残响效果 可以改变声音的余音过程 使声音更加圆润丰满 L R 中央声道 两个后置环绕声道 多种声道可创造出更加逼真 更加立体的空间感 14 房间 房间长宽高之比必须取无理数 噪声控制 吸音 隔音处理 为房间最小容积 为下限频率的对应波长 15 1 3音响系统的分类和组成 一音响系统的分类 按照音响任务及目的不同来分 扩声系统 把从传声器 调谐器 录音机等信号源送来的语言或音乐等音频信号进行放大 控制 美化及加工 最终送到扬声器或耳机 还原成声音信号 供人们聆听 录音系统 室内扩声系统 室外扩声系统 把从传声器 调谐器 录音机等信号源送来的语言或音乐等音频信号记录下来 待到需要时再通过其它重放设备还原成为音频信号 根据使用场合不同 16 二家用音响系统的组成 典型的家用音响系统组成方框图如下图 节目源设备 放大器 音箱 控制单元 17 节目源设备 节目源设备包括 DVD VCD CD 录音机 调谐器 又称收音头 用于将接收到的广播电台信号转换成声音的无线电接收装置 有调谐 调频等多种接收方式 最常见的是传声器 即话筒 麦克风 18 放大器 放大器是前置放大器和功率放大器的统称 功率放大器简称功放 用来增强信号功率以驱动音箱发声的一种电子装置 前置放大器是功放之前的预放大和控制部分 用于增强信号的电压幅度 提供输入信号的选择 音调调整及音量控制等功能 19 音箱 音箱 又称为扬声器系统 是音箱系统中极为重要的环节 因为音箱的放音质量对整个音响系统的影响非常大 主要任务是将声频电压信号转换为声能 传播出去供人聆听 20 控制单元 控制单元主要是将音调 音量 收音机的调幅 调频的选择及其它的一些功能集中制作在一起 便于调节 低频段的声音强劲而有质感 中频 高音段声音则是通透清亮 但在实际中都会有所缺陷 均衡器就是通过对各种不同频率的电信号的调节来补偿扬声器和声场的缺陷 起的是补偿和修饰的作用 21 3专业音响系统的组成典型的专业音响系统由声源 调音台 信号处理设备 功率放大器及音箱等部分组成 如图1 5所示 22 图1 5典型的专业音响系统组成 23 图1 5典型的专业音响系统组成 扩展器 24 调音台是专业音响系统中最重要的部分 可以同时接受多路不同的输入声源信号 并对这些信号进行放大和处理 然后按照不同的音量对信号进行混合 编组或重新分配 产生一路或多路输出 同时还可对各种信号进行监听作用 25 信号处理部分 包括延时 混响器 扩展器 均衡器 压缩限幅器 降噪器 听觉激励器等 作用一 修饰声音 音色美化 更加动听 如混响器 均衡器 延时器 作用二 对输入信号进行降噪及改善动态性能 如减小失真等 如压缩限幅器 降噪器 26 功率放大器 由前置放大器 预激励电路 激励电路 功率放大器 保护系统 显示系统及电源等部分组成 音箱由扬声器 分频器和箱体构成 分频器是将不同频段的声音信号区分开来 分别给予放大 然后送达相应频段的扬声器中再进行重放 27 专业音响系统与家用音响系统相比 具有以下几大特点 2 家用音响一般以放大器为中心 配以几种信号源和一对音箱 为了改善音质 再加上均衡器和混响器等 整个组合比较简单 专业音响常用于各种演出场合 需要多路话筒和多种信号源输入 故一般都是以调音台为中心组成的 这是两种音响系统的重要区别 1 专业音响的功放和音箱的功率大 28 3 专业音响主要工作于面积大 人员多且嘈杂的环境 家用音响主要用于面积小 听众少 环境安静的场合进行各种节目的欣赏 注重重放音乐的层次感 亲切感 强调对音乐的 解析力 以及声像定位准确 瞬态响应良好等 29 4数字音响简介 指把声音信号数字化 并在数字状态下进行传送 记录 重放以及其它加工处理等一套技术 数字音响的特点 1 信噪比高 2 失真度低 3 重复性好 4 抖晃率小5 适应性强 6 便于集成 30 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 31 图1 7常见乐器与男女声的频率范围 32 图1 8 33 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 34 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 35 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 36 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 37 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 38 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 39 图1 7常见乐器与男女声的频率范围 40 图1 8 41 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 42 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 43 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 44 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 45 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 数字设备的取样频率一般会大于或等于两倍的音频信号的频率 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 46 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 47 3 传码率R 数字音响系统中每秒钟所传送的码数称为传码率 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 48 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 49 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 50 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 51 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 52 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 53 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 54 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 55 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 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 56 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