音响工程学基础

1、 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,音响工程学基础 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,目 录 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,1.什么是声音? 1)人的“五种感觉”脑视觉“声音声音”受到五种受到五种感觉的影感觉的影响响 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,从其他器官传来的刺激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

2、知声音的原理以电脉冲信以电脉冲信号形式传播号形式传播音源音源耳廓对判断声音方耳廓对判断声音方向性非常重要向性非常重要空气震动鼓膜后，空气震动鼓膜后，通过耳小骨变换成通过耳小骨变换成电脉冲信号电脉冲信号外耳道外耳道耳廓耳廓内耳道内耳道耳小骨耳小骨鼓膜鼓膜神经神经大脑大脑大脑进行大脑进行FFT分析分析(频率分析频率分析) (以声音的形式认知以声音的形式认知) Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD., “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

3、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+- Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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”！ Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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振幅-aatH(t)=a SinT傅立叶变换傅立叶变换应用实例应用实例振幅振

4、幅faH(f)=a反傅立叶变换反傅立叶变换Fourier Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,各音区的物理量和能得到的信息重低音重低音1.什么是声音? 6)音区和信息“声音声音”会随着频率数而性质、特长发生变化，因此重要的是掌握它会随着频率数而性质、特长发生变化，因此重要的是掌握它！ Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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

5、象模糊有扩展性 无扩展性（空间信息）（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） Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,2.声音的性质声音的性质 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tttttt正相逆相波形增强波形减弱 Acoustics (SU

6、ZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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10.50 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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

7、尖角！在原来的声音在原来的声音A上加上上加上二次音源的声音二次音源的声音B,原来原来的声音的声音A产生紊乱产生紊乱 由于相位干涉由于相位干涉, 频响产生紊乱频响产生紊乱 在时间轴上的错位引在时间轴上的错位引 起声音形象的紊乱起声音形象的紊乱(形形 状、位置、立体声场状、位置、立体声场)二次音源的弊端二次音源的弊端d1d1BA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 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,3. 听音的方式 1)同响度波形响度效果响度效果对应于音量，动态对频响进行补偿是必要的对应于音量，动态对频响进行补偿是

8、必要的!频率数声压 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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人类的耳朵是超高性能的“音源探测器音源探测器”！d1d2d1d2tLvLtRvR时间差： t=tL-tR=声压差：v=vL-vR=logd1-d2vRvL340d1d2耳廓AB水平面内上下、前后方向 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acousti

9、cs (SUZHOU) LTD.,3.听音的方式 3)HASS 效果（先行音效果）t音源方向认知 1msecA与B的合成音(例如C)130msec定位A(不合成B)50msecA和B的声音各自 分离,分别听见B成为A的混响从从A、B两个音源来的到达时间差两个音源来的到达时间差t50msecABdAdBC定义定义t=dB-dA340HASS效果和声音定位的关系效果和声音定位的关系环绕声属于环绕声属于“HASS效果效果”与与“时间差时间差声音差转换声音差转换”的应用的应用技术技术先行音效果先行音效果 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,3

10、. 听音的方式 4) “掩蔽”和“鸡尾酒会效果”掩蔽现象掩蔽现象 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！容易检知的信号容易检知的信号 单纯音单纯音(正弦波正弦波) 人的声音人的声音(听熟的声音听熟的声音) 固有音固有音(乐器声乐器声)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fff Acoustics (SUZHOU) LTD.

11、,Acoustics (SUZHOU) LTD.,嗽叭、放大器的设计不光是要对全高嗽叭、放大器的设计不光是要对全高频波频波失真失真(T.H.D),(T.H.D),还要对奇数次还要对奇数次失真失真进行控制是非常重要的进行控制是非常重要的! !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！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2f3f4f5f6f7f.f:基本波f高频波失真的结构有害成分参数 Acoustics (SUZHOU)

12、 LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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各种乐器的基本波形成分的音域 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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！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！ Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD., 1)喇叭单元零件名零件名参数参数和声音的关系和声音的关系振膜直径越

13、大越有利于低音区播放,但不容易产生高音区,频响也较慢形状(曲面) 圆角比直线型 的刚性高,高输入方面较强,也较少失真形状(深度) 越深的话高输入方面越强,高音较好,方向性则是浅的较好材质要根据各自的目的而选择纸,金属,塑料等(调节声音的自由度最佳的是纸质)压边形状上弯,下弯和廉价波形相比,线性好,音质优良.材质根据音质,性能等目的而分别使用聚氨酯泡沫,布,橡胶等材质弹波柔软性越高频响越好,相反输入耐受度/强度需要强化变位量越大,输入输出的线性越好/输入耐受度也越大线圈直径 越大散热效果越好,输入耐受度也变大,但不容易产生高音.线径越细频响越好,可以延伸到高音区,但输入耐受度变小磁钢磁力越高效率

14、越好(音压越高)可以制作出小型轻型的喇叭材质输入输出的线性,和低音区的质感方面拥有个性化的特长.铜帽有无盖在杆上的铜帽能使高音区延展,大幅度减少失真,但中音变薄喇叭零件/结构设计和声音的关联 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,4.喇叭设计中的应用容积形状方式体积刚性开口率孔径,厚度密封固定主要的喇叭周边的零件主要的喇叭周边的零件/结构设计和声音的关系结构设计和声音的关系 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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方式

15、方式密封型密封型开放型开放型耳部探针形耳部探针形构造优点 针对外部噪声的抗干扰性好可以产生全方向定位的音场不会对周围环境造成噪音公害能够解决由于“密封”而 造成的诸多问题由于和周围的环境音场 产生会成,因此能缓和异 常定位感 耳廓,外耳道不会产生影响 振幅,相位及频响曲线较平 坦,(在播放时可以自由补偿.) 适合于Hi-Fi和评测仪器缺点 有耳廓,外耳道的影响 有受到噪声冲击的危险性 变成单声道及无声时心理上 产生不安的感觉 基本同左 对周围环境造成噪声公害 使用人造头部,把耳朵的个体 差异通用化是困难的. 利用本装置录音的信号源 是本系统专用的 Acoustics (SUZHOU) LTD.

16、,Acoustics (SUZHOU) LTD.,4.喇叭设计中的应用 4)耳机的特长1) 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)向耳朵的传达系数向耳朵的传达系数

17、g(t)麦克风信号麦克风信号 G(t)=录音源录音源人造头部磁钢振膜与一般的喇叭与一般的喇叭相比明显有利相比明显有利A(t)H(t) Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,5. 关于评价音质 1)正确进行音质评价1.评价的目的( 好坏/喜恶)2.顾客方面使用方法3.检查被评价对象的物理数据4.评价基准的选择(用一对比较法)5.与用户方面配合小组的选定6.同一个评价会,多次实施 (排除人的不安定因素)7.用雷达图分析平均点8.分别用统计手法对因素进行分析. (分散分析,数量化类)没有关于音质没有关于音质(感应感应)评价的通用的标准答案评价

18、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音源个人差异身体状态心理状态人音音事前准备正式开始正确进行声音的评价方法正确进行声音的评价方法 Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD.,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 (需要绝对质感) 一般的手法 造就“音神” 达成共识性例: 对照比较法适合于多人(要考虑试验方法) 群组比较法 比较基准 评价顺序（顺序效果） 前后颠倒做 2 次 调整音量(排除音量效果的干扰)5. 关于评价音质 2)音质评价法的种类选择合适的评价方法和选择与培养被测试者非常重要！选择合适的评价方法和选择与培养被测试者非常重要！ Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD., Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD., Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LTD., Acoustics (SUZHOU) LTD.,Acoustics (SUZHOU) LT