声学原理知识普及课件

1、 绪绪 论论 我们生活在声音的世界里我们生活在声音的世界里n自然界中的声音自然界中的声音n音乐，语言，音乐，语言， 噪声噪声n声波探测声波探测n人类的精神生活需要。人类的精神生活需要。声学艺术声学艺术 绪绪 论论n什么是声学？什么是声学？ 产生产生传播传播接收接收效应。效应。n从史前时期开始的。从史前时期开始的。 绪绪 论论人类对声学现象的研究人类对声学现象的研究n我国，我国，11世纪，世纪，沈括沈括 n西方，西方，17世纪，世纪，索沃索沃 n伽利略伽利略， 17世纪世纪n林赛林赛（R. Bruce Lindsay），牛顿，拉），牛顿，拉普拉斯普拉斯等等n19世纪末，世纪末，瑞利瑞利人类对声学

2、现象的研究人类对声学现象的研究n1877年年,德国人德国人西门子西门子（E.W.Scimens）n1924年，美国的年，美国的赖斯赖斯（C.W.Rice）和）和凯洛格凯洛格（E.W.Kollogg）n1936年，年，Smalln1970年年代，代， A.N.Thiele和和R.H.Small。n20世纪开始，世纪开始，赛宾赛宾n 声音的三要素 响度响度_指声音的强弱程度，单位为分贝（dB）； 音调音调_声音的高低频率，人耳可闻频率称音频或声频：20Hz20KHz 音色音色_声音的特征，基音及泛音的强弱比例，主要由谐音的多寡及相对振幅所决定。 声音声音 响度n人耳所能察觉的最小声压为0分贝，所能

3、承受的最大声压为120分贝。n以现实生活中的现象来列举声压的分布情况： 10-20分贝：钟表行走声 80-100分贝：街道上卡车声 20-40分贝：小声交谈 100-120分贝：交响乐最强音 40-60分贝：老式空调机 120-140分贝：喷气式飞机起飞 60-80分贝：喧闹的办公室注：人耳的听力痛阀为注：人耳的听力痛阀为120120分贝。分贝。 音调n人耳可闻频率称音频或声频：20Hz 20KHz 。n以划分七段为例： 2040Hz 超低音 单位：赫兹（Hz） 40160Hz 低音 160315Hz 中低音 3152500Hz 中音 25005000Hz 中高音 500010000Hz 高音

4、 1000020000Hz 超高音注：每秒钟的震动次数为频率，写作注：每秒钟的震动次数为频率，写作HzHz赫兹。赫兹。 音色n音色：声音的特色特征。音色：声音的特色特征。 音色音色 音质音质 音质的含义：声音的品质音质的含义：声音的品质 响度响度 + + 音调音调 + + 音色音色（又称声音的质感 ）人耳听觉的基本特性人耳听觉的基本特性 1人耳听觉范围人耳听觉范围可闻声、听阈和痛域决定了人耳的听觉范围。（1）可闻声）可闻声。（2）听阈）听阈。（3）痛域）痛域。 2听觉等响特性听觉等响特性 什么是听觉等响特性？（1）人耳对34 kHz频率范围内的声音响度感觉最灵敏。（2）声压级越高，等响曲线越趋

5、于平坦，声压级不同。 人耳听觉的基本特性人耳听觉的基本特性n3听觉掩蔽特性听觉掩蔽特性n（1）频域掩蔽）频域掩蔽。n（2）时域掩蔽）时域掩蔽。人耳听觉的基本特性人耳听觉的基本特性14424听觉掩蔽特性图时域掩蔽特性时域掩蔽特性频域掩蔽特性频域掩蔽特性立体声基本知识立体声基本知识1立体声基本概念立体声基本概念2.2.立体声的成分立体声的成分立体声的成分可以分为直达声，反射声，混响声三类： 音响系统概述前级（前置）放大器后级功率放大器右音箱左音箱TV蓝牙WIFIMP3DVD耳机均衡器节目源选择 经典家用音响系统图DSP解码输入放大音调控制平衡控制响度、音量控制致功放前置放大器及DSP组成框图前置放

6、大器前置放大器及及DSP的构成的构成DSP输入滤波器分频网络1、输出功率输出功率 单位：瓦（W） 2、信噪比信噪比 (SNR)(SNR) 单位：分贝（dB）3、频率响应频率响应 单位：赫兹（Hz）4、失真失真 单位：谐波失真度（THD）5、负载阻抗负载阻抗 单位：欧姆（）功放系统主要性能指标功放系统主要性能指标什么是Hi-Fi？系统简述输入：提供音频信号。前置+DSP：混乐、延时、音质补偿等。功放：声音放大、立体感。音箱：声音重放。扬声器扬声器（俗称“喇叭”）是什么？是什么？n扬声器是一种能量转换机器（推动空气振动发声）电能转换器声音声波的形成声波的形成被困住的空气会产生一种强烈的弹簧效应压缩

7、拉伸声波的传递声波的传递压缩拉伸声波声波n波长波长n声速声速340m/s。cf扬声器定义与分类：扬声器的定义；扬声器的定义；扬声器的分类扬声器的分类1扬声器类型扬声器类型（1）按电-声换能方式的不同分类：常用的有电动式、压电陶瓷、电容式(静电式)；（2）按放音频率范围分类：有低音扬声器、中音扬声器、高音扬声器，以及全频带扬声器。注：目前绝大多数的音响设备都是采用电动式扬声器。注：目前绝大多数的音响设备都是采用电动式扬声器。（1）电动式扬声器结构。）电动式扬声器结构。主要由磁路系统、振动系统及支撑辅助系统3部分组成。磁路系统：振动系统：支撑辅助系统：电动扬声器结构图：电动扬声器结构图： 电动式扬

8、声器结构电动式扬声器结构电动式扬声器常见结构 电动式扬声器主要有锥体式和球顶式两种； 低音外磁式高音内磁式电动式扬声器发声原理图原理：左手定则电动式扬声器主要性能参数 n公称阻抗IMP（Z）nFo最低共振频率n灵敏度SPL（声压）n额定功率P(rms)n其他常用的参数包括0,Qts,Qms,Qes,Vas,Mms,Cms,Sd,BL,Xmax,Gap gauss等。n公称阻抗IMP Fo最低共振频率: 是指扬声器阻抗曲线第一个极大值对应的频率.电动式扬声器主要性能参数电动式扬声器主要性能参数n 灵敏度SPL（声压）声压级声压级dB定义定义n在空气中参考声压在空气中参考声压Pref，一般取为，一

9、般取为210-5帕帕 20lgrmsrefpSPLdBp电动式扬声器主要性能参数n额定功率是指扬声器能长时间运行在不引起损坏前所能接受的最大功率。使用时要注意不应长时间超过该值的80%，以保证扬声器的安全。两个常用的定律两个常用的定律1.声压级平方反比定律：声压级平方反比定律：离扬声器的距离每增加1倍，声压级降低6db.2. 功率与声压级的关系：功率与声压级的关系：功率每增加1倍，声压级升高3db.如SPK在输入1W功率时可发出98db的声压，那么输入2W时则达到101db声压。常见的扬声器-低音扬声器中音扬声器高音扬声器音箱 音箱的工作原理（1）声短路。（2）敞开式障板。v封闭音箱。v倒相音

10、箱。v空纸盆式音箱（无源辐射器音箱）。v曲径式（迷宫式）音箱。v号筒式音响。v音柱。音箱类型封闭式音箱倒相式音箱迷宫式音箱被动盆式音箱组合式音箱号筒式音箱ASW音箱音箱类型示意图阵列式音箱音质音质（声音的品质）声音的大小不是唯一评判标准。仪器只能测其物理量。不可知性。心理声学的范畴,Psychoacoustics。目前没有国际标准。 典型音质的评价n“英国声”、“美国声”和“德国声” n“英国声英国声” 此类器材音色柔和、细腻、温暖，音乐感浓郁，久听不厌， 比较适合聆听古典音乐、交响乐、轻音乐和美声歌曲等艺术类作品。但是动态不如美国器材大，瞬态反应较慢，效率也相对较低。 典型音质的评价n“英国

11、声英国声” 常见音箱品牌有TANNOY（天朗）、B&W（宝华）、KEF（卡夫）、SPENDOR（思奔达）、HARBETH（雨后初晴）、ATC、LINN（莲）、PROAC（贵族）、MISSION（美声）、CELESTION（百变龙）Acoustic Energy （AE）等等。 典型音质的评价n“美国声美国声” 此类器材讲究气势、力度和气魄，低音再现震撼，动态宽，反应快，冲击力强，声音表现紧张刺激，效果强劲而豪爽，有特别擅长营造气氛的特点，也较适合家庭影院使用。在音乐的表现方面，质感与透明度不够理想，音色上略显偏冷、偏硬，缺乏音乐韵味。 典型音质的评价n“美国声美国声” 常见音箱品牌有Polk

12、Audio ,JBL、BOSE（博士）、Infinity（燕飞利仕）、Klipsch（杰士）M&K、THIEL（超澳）、MARTIN LOGAN（马丁.罗根）等等。 注：还有注：还有 另一个著名品牌另一个著名品牌 SONOS SONOS 。 典型音质的评价n“德国声德国声”（又称欧洲声） 其特点介于“英国声”和“美国声”之间，声音表现比较均衡，音色纯正而朴实，声音通透而富有弹性，清晰度高，质感强烈，素有中性之称，对于不同类型的音乐都有很大的宽容度，为现代国际电声界努力发展的方向。 典型音质的评价n“德国声德国声” （又称欧洲声） 常见音箱品牌有德国的ELAC（意力）、HECO(德高)、VISA

13、TON（威莎通） CANTON（金榜），丹麦的DALI（达尼）、DYNAUDIO（丹拿）、意大利的chario (卓丽)，法国的JMlab（劲浪）等等。 典型音质的评价人声及不同乐器特点1 1、男女人声：、男女人声：圆润度、丰满度及透明度。2 2、打击乐器：、打击乐器：瞬态反映能力。3 3、交响乐：、交响乐：层次感，现场空间感。4 4、电子合成音乐：、电子合成音乐：声压动态范围。5 5、爵士乐：、爵士乐：定位及立体声音箱的一致性。6 6、独奏乐器：、独奏乐器：解析力、透明度及音色。n以正确的音量播放音乐以正确的音量播放音乐 双声道立体声的摆放高保真双声道立体声音箱典型摆放方法n正确摆放：正确摆

14、放：家庭影院音箱摆放n ITU国际电信联盟家庭影院音箱摆放 杜比Dolbyn童声高音频率范围为260-880，低音频率范围为196-700。n女声高音频率范围为220-1.1K,低音频率范围为200-700。n男声高音频率范围为160-523，低音频率范围为80-358。n极低频 2040：低音大提琴、低音巴松管、管风琴、钢琴、土巴号n低频 4080：大鼓、法国号、巴松管、低音单簧管n中低频 80160：定音鼓、男低音、上述乐器n中频 1601280：所有乐器、人声、厚实与否n中高频 12802560：中提琴上限、长笛、单簧管、双簧管高端、短笛低端、三角铁、钹n高频 25605120：小提琴上限、钢琴、短笛高端、泛音n极高频 5