声学知识培训

1、1.声音的相关概念 2.手机的一些音频测试参数,声音的产生,任何声音的发生，都是来自于物体的振动，产生声波。人声的振动体是声带；鼓的振动体是皮；弦乐器的振动体是弦；管乐器的振动体是簧；蟋蟀知了的振动体是翅膀。 振动物体将它的振动传给周围的弹性物质,弹性物质又将振动传到人的耳朵,听觉系统感受到振动,并对其中的20Hz20000Hz的频率成分作出反应,就形成了声音.,声音的分类,声音的频率范围分类: 次声 可听声 超声 按声音的频谱分类 纯音(单一频率的声音) 复音(由频率不同的一些纯音组合而成的声音) 单音(由一个基音和它整数倍的谐音合成的声音),声压,声压级,声压级以符号SPL来表示，其定义为

2、 式中 为待测声压的有效值； 为参考声压。 在空气中，参考声压一般取为2105Pa，这个数值是正常人耳对1kHz声音刚刚能觉察其存在的声压值，也就是1kHz声音的可听阈声压，一般讲，低于这一声压值，人耳就再也不能觉察出这声音的存在了。显然该可听阈声压的声压级即为零分贝。,主观判据 响度级LN：单位为“方”(Phons），为了确定某一声音的轻与响的程度，把它和另一个标准的1KHz的声音相比较，调节1KHz纯音的声压级，使它和所研究的声音听起来有同样的响，这时1KHz纯音的声压级就被定义为该声音的响度级。,失真,1、线性失真：重发后的信号与原始信号相比，频率成份不变，但各频率成分的振幅或相位发生变

3、化，从而产生音质变化或声染色，我们称之为线性失真。 2.非线性失真：重发后的信号与原始信号相比，出现了新的频率成份，我们称之为非线性失真。这种非线性失真对音质产生的影响是很难用信号处理的方法加以消除的。 如果接收到的声音里增加了新谐波成份称为谐波失真，,THD= THD+N=,声压单位换算,dBSPL dBPa dBPa/V dBV/Pa,频率的心理感受,30HZ-80Hz的声音给人一种深沉，震撼和地动山摇的感觉。这段频率理论上在人的听觉范围之内，但人耳对它们很不敏感，更多的是通才过身体，皮肤，五脏六腑受压迫来感觉到。 50-120Hz的声音，是人耳能听到的最壮丽的低音，它给人以雄壮有力，而有

4、宽广宏大的感觉 100HZ500HZ的声音，听起来敦厚，扎实 低音重现不足，声音必然单薄乏力。过分提升，又容易显得混浊不清。 从300HZ的中低音往上延伸，声音逐渐进入中频段，力度感逐渐消失，开始变得清楚明亮透明，越接近4000Hz，声音变得越来越锐利. 不管是语言还是乐器的声音,中频段所包含的信息,都是最丰富的, 因为许许多多的声源的基音和大部分泛音,都落在这一区域.一般来讲,中频段过强,声音会因为失去高低音的陪伴而显的生硬,但如果压得过低,又会使语音含混不清,在过强的高低音的干扰下而飘忽不定. 从3000Hz往上至10000Hz,进入高音区,声音开始由清楚明亮,变得清脆纤细.高音严重不足,

5、声音则会显得暗淡,失去色彩,但高音过度提升则会 使人尖刺,烦躁. 10000HZ以上的超高音,细如游丝的声音也才会有挑动心弦的感觉.,响度,人们对响度的感觉就是对声音的主观反映。 声音的响度与振幅有关，声压越大，响度也就越大。但同时，人耳对不同频率声音的响度感觉又是不同的，频率越低，响度感觉越差，频率越高，响度感觉同样会变差,音调,音调表示人对声音振动频率高低的心理感受量,单位是美(mei),所谓美,是将频率为1000Hz,声压级为40dB的纯音的音调定为1000美，音调与声源振动频率正相关，频率越低，音调越低，频率越高，音调越高。 人耳能分辨出的最小频率差，也就是能分辨出的最音调差与频率的高

6、低有关系，频率差要大于3/1000人耳才能分辨出，也就是说，如果有一频率为1000Hz的纯音，当它的频率升高到1003Hz时，人耳才辨别出它们之间音调差别。如果频率是3000Hz，则其频率变化就应达到9Hz，人耳才能觉察出音调的差别。,声学家们研究还发现，人耳对音调的感觉，不仅和频率有关系，而且还和声音的强度有关。保持频率不变，改变声压级，听觉上会感到音调发生了变化。对于低频，提高声压，让人觉得音调变低了，对于1000Hz以上的中高频，提高声压，则会感到音调提高了。,音色,音色就是声音的特色。 乐队演奏时，每一个相同的音符，各个乐器发出的音调（频率）都是一样的，但人们的耳朵还是分得清不同乐器发

7、出的声音，原因就在于每个乐器发出的乐音的音色不一样。 19世纪初，法国伟大的数学家傅里叶告诉我们，任何一个复杂的周期性非正弦波f(t)，都可以分解成许多个频率与幅度各不相同的单一的正弦波。 德国伟大的声学家赫尔姆兹说，音色实质上去,在噪声测试仪器中，利用模拟人的听觉的某些特性，对不同频率的声压级予以增减，以使直接读出主观反映人耳对噪声的感觉数值来，这种通过频率计权的网络读出的声级，成为计权声级。 计权网络有A、B、C、D，最常用的是A计权和C计权。 A计权网络是模拟响度级为40phon的等响曲线的倒置曲线，它对低频声（500Hz以下）有较大的衰减。B网络是模拟人耳对70phon纯音的响应，它近

8、似于响度级为70phon的等响曲线的倒置曲线，它对低频段的声音有一定的衰减。C等响曲线的倒置曲线，它对低频段的声音有一定的衰减。C网络是模拟人耳对100phon的等响曲线倒置相接近，它对可听声所有频率基本不衰减。D计权网络是对高频做了补偿，它主要用了航空噪声的评价。上述经各种计权网络测得的声压级，即为响应的声级。如经A计权网络测得的声压级为A计权声级，单位是dB(A).,扬声器是一种电声换能器。它通过某种物理效应把电能转换成声能。用以实现电声能转换的物理效应有很多，按物理效应的不同，可以把扬声器分成若干类型，用的最多的是电动扬声器。它是利用磁场载流导体的作用来实现电声能转换的，如果将磁场中的导

9、体做成音圈的形式，则又称为动圈扬声器。扬声器的磁路系统构成环形磁间隙，其间布满均匀磁场。扬声器的振动系统由导线绕成的音圈和与之连接的振膜组成。音圈被馈入信号电压后，产生电流，音圈切割磁力线，产生作用力，带动振膜一起运动，振膜策动空气发出相应的声音。,由于扬声器振膜前后辐射的声波，其相位相差，在低频时，这种反相的声波会相互干涉而使声波削弱，从而使扬声器的低频性能下降。,为了提高扬声器的低频重放性能，必须防止这种反相波的干涉。如果将直接辐射式扬声器安装在无限大障板上，则可以防止前后声波的干涉。但这只是一种理想状态，在实际上及设计上都是不方便。因此，在实际上是使用有限障板来尽量减小后面所发声音的影响

10、。 一般来说，都是将扬声器装入箱体中，从而隔断了扬声器前后辐射的声音，不会因为它们的干涉而影响低声频特性。对于较大尺寸的扬声器箱，有敞开式扬声器箱、封闭式扬声器箱以及倒相式扬声器箱。图43是封闭式扬声器箱的示意图。,但是对于手机和无绳电话子机上的微型扬声器来说，除了扬声器背面和机壳形成的腔体，我们通常称为后腔之外，扬声器正面和机壳也会形成一个腔体，称为前腔，机壳正面还有出声孔，还有密封不好形成的泄露孔，这些孔和腔体对扬声器的性能都会有不一样的影响。,在YD/T 1215-2002标准中仅包含了前言中提到的7项要求，也是数字移动终端中最主要的7项音频性能指标，下面先对这7项指标进行分析。,一.发

11、送灵敏度/频率响应,发送灵敏度/频率响应是输入测试信号频率的函数，是指输出电平与输人声压之比在1004000Hz频段内，音频分析仪用1/12倍频间隔测试输出电平。发送灵敏度可以用下式来表示: 上式中，Pm是嘴参考点上的声压。参考点上的声压是在不安放手柄时测量的，然后在保持仿真嘴声源不变的情况下，把手柄按照响度评定值保护环位置(LRGP)放到仿真嘴前方规定的位置。在模拟电话测量中，测试信号是1004000Hz频率范围内以1/12倍频程频率间隔为中心频率的正弦信号，Pm是指每一频率点在嘴参考点上的声压。但是，在移动数字终端的测量中，由于移动终端声码器的编码特性，单频正弦信号已不适用于移动终端的语音

12、性能测试，必须用P.50和P.501规定的仿真语音和复合测试信号来进行测试。此时，Pm是指嘴参考点处1004000Hz频率范围内的声压。,Vj是手机发送电路的输出电压，经过如下的通路测得:音频分析仪的Generator部分输出模拟信号，使人工嘴发出声仿真语音;手机接收到此信号，首先手机的麦克风将声信号变换成电信号，之后手机的基带电路对此电信号进行处理，经过模数变换、数字滤波、语音编码等，经过射频电路的调制，将信号发出;系统模拟器接收到信号之后，进行解调，并将系统模拟器语音解码器的输出送给音频分析仪的Analyzer部分，测出手机发送电路的电输出。,二.发送响度评定值,发送响度评定值(SLR)是

13、一种基于客观单音测试的表示发送灵敏度的方法，这种测试表征收听者对话音信号的感受。 响度评定值是用来表示响度的单位，但不是表示绝对响度的单位。它是用插人到中间参考系统(IRS)的语言通道、与频率无关的传输损耗值来表示。插人这些损耗以后，可以使收听到的响度与被测语言通道的响度相等。 发送响度评定值可用如下公式计算得出:,SLR=83 dB。,三.接收灵敏度/频率响应,接收灵敏度/频率响应是输人测试信号频率的函数，是指输出声压与输人电平之比。在1004000Hz频段内，音频分析仪用1/12倍频间隔测试输出声压。接收灵敏度可以用下式来表示:,上式中Pe是仿真耳中的声压，1/2Ej是内阻为600欧姆信号

14、源开路电压的一半。信号源位于音频分析仪的Generator部分。在模拟电话测量中Ej=-12dBV ,1 /2Ej=-18dBV。为了与模拟电话测试相适应，在接收灵敏度/频率响应和接收响度评定值测量中，信号源的输出信号电平为一16dBm0(-18dBV)。测试通路如下:音频分析仪 的Generator产生模拟信号，作为系统模拟器的语音编码 器的输人;经过系统模拟器的调制，将信号发出;手机接 收此信号，将信号解调;最终经过数模变换，可由音频分析仪的Analyzer部分测得手机的receiver在仿真耳中产 生的声压。,Type 1 人工耳,Type 3.2 人工耳,四.接收响度评定值,接收响度评

15、定值(RLR)是一种基于客观单音测试的表示接收灵敏度的方法，这种测试表征收听者对话音信号的感受. 接收响度评定值可用如下公式计算得出:,由于目前在P.64中提到的用仿真耳测得的接收灵敏度并不直接适用于计算响度评定值，对它必须作适当修正，以补偿实际通话条件下在人耳中的声压与用仿真耳测得的声压之差，即修正系数LE。这可以部分地归因于仿真 耳和实际人耳之间存在着可以感觉得到的声泄露LE(在现 有建议的仿真耳结构中，这种泄露并没有考虑进去)，还有部分可以归因于耳机外廓和人耳外廓之间所包括的容积增加。因此，必须对测得的各频率点的接收灵敏度进行修正。当用Type3.2仿真耳进行测量时，因为在仿真耳部分已经

16、考虑到了耳承泄露因素，所以将LE设置为0. RLR=23 dB 当有音量控制器时，对至少某一控制值，RLR应满足这个要求 音量最大时，RLR不小于-13，音量最小时RLR不大于18,五.侧音掩蔽评定值(STMR),从手机送话器到受话器的声传输叫做侧音。侧音通道就是发话者讲话时能听到自己声音的一种传输通道。侧音掩蔽评定值是基于客观单音的测试，表示仿真嘴至仿真耳间的通路损耗，这种测试表征说话者讲话时对他本人话音的感受。如果侧音损耗太小，则回到自己耳朵的话音声级太响，致使用户满意度下降;如果侧音损耗太大，会使电话的声音听起来很“死”，好像一个人在独自讲话。,当用户在用手机讲话时，他的语音经过几条通道

17、传到他自己的耳朵中。在测试侧音掩蔽评定值时，只考虑如下的通道:由于手机内的发送电路和接收电路之间的侧音通路形成的侧音信号;由于手机的机械结构造成的侧音通道. 侧音灵敏度表示为:,式中，Pe是仿真耳中的声压，Pm是嘴参考点上的声压。音频分析仪的Generator部分输出模拟信号，使人工嘴发出声仿真语音，手机接收此信号后，经过手机专门的侧音通道，可由音频分析仪的Analyzer部分测得手机的receiver在仿真耳产生的声压。 侧音掩蔽评定值可用如下公式计算得出:,STMR=1 85dB,收听者侧音评定值（LSTR）,收听者侧音主要是衡量用户在收听状态下室内环境噪声通过侧音通道传到收听者的耳朵中的声音级。 对手机来说LSTR不小于15dB,六.稳定度储备(stability margin),稳定度储备是指为防止产生振荡而在基准话音编译码器的来去通路间插人的增益的度量。移动终端的手柄应安放在硬质桌面上，终端的送话器和受话器面向桌面。查看声音经受话器输出后其中的一部分能否再传到送话器中，形成循环的正反馈啸叫。 不小于6dB,声学回声（Echo）,TCLw不小于46dB,七.发送失真,发送失真是发送信号与总失真之比，是对发送电路线性度的量度。在嘴参考点输人一个正弦信号，频率介于1004