声学原理课件

电声基础知识一、声波的基本性质上半年声波与声场01上半年声场中的能量02下半年声波的传播03声音是一种波动现象。当声源（机械振动源）振动时，振动体对周围相邻的媒质产生扰动，而被扰动的媒质又会对相邻媒质产生扰动，这种扰动的不断传递就是声波产生与传播的基本机理。声波机理№1声波与声场上图采用４位二进制数进行量化，将声音强度划分为１６个量化级存在着声波的空间称为声场。声场定义№1声波与声场声场媒质定义声场中能够传递扰动的媒质称为声场媒质。球面声波的基本性质球面声波的波动频率、波长及波速求解声波的声压、媒质质点振速及声阻抗率声场与声波№1声波与声场声能量与声能量密度声能组成声能量密度平面声波的声能与声能量密度声功率与声强声功率声强№2声场中的能量声场中的能量二、人耳听觉特性上半年人类听感的基本特征01上半年立体声的听觉机理02下半年听觉特性对电声技术的要求03响度音高音色可闻声的频域特征可闻声的时域特征人耳听觉的非线性掩蔽效应人耳听觉的延时效应与双耳效应人类听感的基本特征№1人类听感的基本特征声压级与声强级声压级声强级可闻声的频域范围等响度曲线响度人耳对声音强弱的主观感觉称为响度。声学中，为了适应人耳听感的响度特性，方便对人耳听觉响度的计量，采用对数来计算和划分声音强弱的等级。某点声压的有效值与零声级的参考声压值之比的常用对数，定义为声压级Lp，用分贝（Db）来表示：

Lp＝20lgPrms/Pref(dB)式中：Prms－－某点声压的有效值，Pref－－零声级参考声压规定1kHz时人耳刚能听到的声音，声压为2×10－5Pa，作为声压级的0dB。声压级定义：某点声强值与零声级的参考声强值之比的常用对数，定义为声强级LI，用分贝（dB）来表示：

L＝10lgI/Iref（dB）式中：I－－某点的声强值，Iref－－零声级的参考声强值。规定Iref

＝10－12W/m2。声强级20Hz—20kHz闻曲线：将人耳刚能听到的各频率声音的最低声压级联成一条曲线，称作闻阈曲线。（在1kHz时为0dB）。痛阈曲线：将人耳对响度过大以致难以忍受的各频率声音的声压级联成一条曲线，称作痛阈曲线。可闻声频率范围响度级定义：将某一频率的声音与1kHz的声音比较，当两者响度一样时，1kHz声音的声压级（以2×10－5Pa为0dB的相对分贝数）就是该声音的响度级。等响度曲线音高定义：人耳对声音调子高低的主观感觉称为音高或音调、音准。人耳对声音频率的主观感觉音高＝Klgf式中：K为常数，f是音高的物理简谐频率。音律

12平均率响度对音高的影响音高音色定义：人耳在主观感觉上区别相同响度和音高的两类不同声音的主观听觉特性称为音色。线状谱声音谐波的产生机理连续谱音色共振峰谱级分布

1、语声；2、音乐可闻声的频域特征起振段10—100毫秒稳态段衰减段高音衰减快，低音衰减慢可闻声的时域特征纯音的掩蔽噪声对纯音的掩蔽“鸡尾酒会效应”人耳听觉的非线性掩蔽效应人对声源方位的定位，对声音的立体感觉，主要是依赖于双耳，这就是双耳效应。声源到达左右耳的距离存在差异，将导致到达两耳的声音在声级、时间、相位上存在着差异。这种微小差异被人耳的听觉所感知，传导给大脑并与存储在大脑里的听觉经验进行比较、分析，得出声音方位的判别，这就是双耳效应。形成双耳效应的本质因素在于声音到达两耳的声音在声级差、时间差和相位差。人耳听觉的延时效应与双耳效应立体声的特点听觉定位机理声象及声象定位立体声的听觉机理№2立体声的听觉机理具有声像的临场感具有较高的清晰度和信噪比立体声的特点双耳效应声级差时间差相位差耳壳效应听觉定位机理声频率1.7KHz,波长约20cm与人头大小相当。高频遮蔽区遮蔽效应（不同于掩蔽效应）基频、泛音（高次谐波）时间差比声级差更多的方向性信息。瞬态声有利于方向辨别。双耳效应耳壳效应重复声延时量长轴20--45μs、短轴2--20μs。20μs的延时量其频率达50KHz。耳壳效应对4KHz－－20KHz频段的辨位能力最强。耳壳效应听音者听感中所展现的各声部空间位置，并由此而形成的声画面，称为声像。现今的立体声普遍采用声源为两声道系统。这类双声道立体声除了双耳定位基理外，还有赖于双声源的哈斯效应和德波埃效应。声像及声像定位哈斯效应两个同声源的声波若到达听音者的时间差Δt在5—35ms以内，人无法区分两个声源，给人以方位听感的只是前导声，滞后声好似并不存在；若延迟时间Δt在35—50ms是，人耳开始感知滞后声源的存在，但听感所辨别的方位仍是前导声源；若时间差Δt在50ms以上时，人耳便能分辨出前导声与滞后声源的方位。声像及声像定位德.波埃效应

1、如果两声级相同，听者感到声音是从中间来的。

2、如果逐渐加大Y1的声级，听音者感到声象向Y1移动，声级差大于15dB时，听音者则感到声音完全来自Y1处。声级差15dB、时间差3ms产生的效果一样现代调声技术中的声像移动器（P.P）（全景电位器）声像及声像定位三、听觉特性对电声的技术要求上半年频率域要求01上半年时间域要求02下半年非线性失真要求03频率失真相位失真频率域要求瞬态和稳态直流分量时间域要求设备系统的非线性听觉的非线性动态范围（阈）非线性失真要求四、室内声场与音质上半年室内声场01上半年室内音质评价02下半年室内音质改善03下半年吸音与隔声材料的结构与机理04室内声场的基本特征室内声场的组成简正方式和简正频率室内声场的基本特征混响和混响时间室内声场的建立稳定和衰减混响时间的计算混响时间的定义赛宾(W.C.Sabine)公式艾润(C.F.Eyring)公式其它混响公式混响时间的频率特性室内声场室内声场分布房间常数混响半径声源指向因子室内声场分布计算第一节室内声场（2）驻波条件：L=n*λ/2

式中：（n＝1，2，3，……），λ相应波长按驻波条件形成的每一个驻波称为房间的一个简正方式，其相应的频率为简正频率。简正频率相同而简正方式不同的现象，称之为简正频率的“简并”。简正方式和简正频率室内声源辐射的连续稳定声波，室内各受音点接受到的声压值也是稳定的，声压随声源距衰减没有室外明显。由于室的周边对声的反射作用，室内声源停止发声后，室内声并不立即停止，而是继续持续以段时间，这种声的残响现象通常称之为混响。由于室形状的复杂性，声波在室内传播时，还会产生回声、聚焦、蛙鸣以及声染色等特异声现象。室内声场的基本特征混响和混响时间混响时间的定义：通常，我们定义Lp衰减60(dB)的时间为混响时间。记为T60。T60＝（Tb-Ta）×60/（Lpa-Lpb）0－60abt（s）T60T=KV/A或T60＝0.161V/Sα赛宾公式艾润公式0.161V－S㏑（1－α

）T60＝脉冲声的时间序列第一反射声直达声前期反射声混响声矩形房间的驻波状态房间常数混响半径声源指向因子室内声场分布的计算室内声场分布室内音质设计的基本要求主要评价量及评价标准室内噪声水平最佳混响时间混响时间的频率特性混响感前期反射声的时间序列与方向序列声场扩散特性第二节室内音质评价室内音质设计的基本要求无噪声干扰语言用房，应追求声音的清晰音乐用房，要求声音圆润、丰满和足够的力度立体声效果用房，追求立体感、空间感和临场感整个声场应充分扩散、分布均匀没有回声、颤音、蛙鸣、嗡声（低频声染色）以及声聚焦等明显特异声缺陷第二节室内音质评价“噪声评价指数”（N曲线）“N25线”、“N90线”Lp=a+bNA声级〔dB（A）〕N曲线用于噪声频谱比较特殊的场合，突出了噪声的烦恼度；A声级〔dB（A）〕计量较为方便，多用于一般噪声。室内噪声水平结论：混响时间是影响室内音质的最基本要素，也是最基本评价量。音质主观评价术语：“清晰”、“平衡”、“丰满”、“力度”、“圆润”、“明亮”、“柔和”、“临场感”等都与混响时间相关。最佳混响时间：对于不同用途的声室，不同的音质设计，应有不同容积的室空间，在此容积下，有某一段混响时间范围，其间声效果最好。最佳混响时间通常取500Hz—1000Hz作为标准。最佳混响时间现代演播室、录音室等声室，都要求有短而平直的混响时间，因为：短混响的节目可以通过电声手段任意加进人工混响，以模拟各种声现场的情景，而如果节目已据有长时间的混响则很难减短。短混响的房间由于吸音条件好，有利于降低背景噪声。在电视节目中，多数节目不希望在画面中出现传声器，这样现场拾音距离较大，如混响时间长，就会影响讲话者的亲切感和实在感。最佳混响时间混响时间的频率特性是指：房间的混响时间随声信号的频率变化而变化的特性（T60频谱）混响时间的频率特性混响感是人对混响程度的主观感受。听觉比＝混响声声能密度（es）/直达声声能密度（ed）“混响感”比“最佳混响时间”更能反映听音者的听音音质。混响感前期反射声的时间序列前期反射声的方向序列前期反射声的时间序列与方向序列声波室内传播是靠界面反射进行的。如果这种传播完全处于无规状态，从统计观点来说可以认为声波通过室内任何位置的几率是相同的，通过的方向几率也是相同的，各反射声相遇时的位相也是无规的，由此造成的室内声场平均能量密度分布是均匀的，我们就将这种统计平均均匀的声场称为扩散声场。实际声场扩散特性的评价方法：实测混响时间，并计算与理论值的偏差；或者根据实测混响曲线的不规则度来评价实际声场的扩散特性。实测室内声压级分布并与理想分布比较。测量实际声场的指向扩散度，并据此评价其扩散特性。声场扩散特性№在“刺猬图”中，每根“针”的长度表示该方向传来的声能强度。设各空间角测次样本总数为N，则针长平均值声场扩散特性常见声缺陷及其对音质的影响室内音质改善的建筑声学方法第三节室内音质的改善外界噪声对室内声场的干扰通过门、窗、管道进入；透过墙壁等传入，二次声源。建筑物构建受机械撞击，振动沿隔离物传播辐射干扰混响时间对音质的影响混响时间过长混响时间过短混响时间频率特性畸变房间大小及线度比例对简正频率分布的影响常见声缺陷及其对音质的影响例：某电化教室室内总表面积S=800m2，α＝0.15，透声壁中，墙面积为20m2，透声率为τ1＝0.00001，窗面积为60m2，透声率为τ2＝0.001，当室外噪声声压级为75dB（A）时，求室内噪声声压级。外界噪声对室内声场的干扰控制噪声和振动干扰，提高声信噪比修正混响时间及其频率特性，以符合设计要求改善房间形体、结构，提高房间扩散性能长方体形房间长、宽、高比