电声学基础学习.pptx

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1、绪 论一什么是声学？产生传播接收效应。研究范围第1页/共341页二人类对声学现象的研究我国，11世纪，沈括西方，17世纪，索沃提出acoustique的名称。如今， acoustics代表声学，音质。人们观察声学现象，研究其规律，几乎是从史前时期开始的。第2页/共341页三近代声学伽利略（15641642）开创1638年，“有关两种科学的对话” 林赛（R. Bruce Lindsay）在“声学的故事”中提到科学家79人19世纪末，瑞利声之理论二卷（1000页）20世纪开始，赛宾，建筑声学1936年，莫尔斯振动和声一书，反映了声学基础理论的发展第3页/共341页四古人的声学研究理论成果1.关于声

2、的知识和分类“音”（即乐音） “乐” “噪”，“群呼烦扰也” “响”，“响之应声”第4页/共341页2.乐律在管子中首先出现，理论是“三分损益法”。十二律是十二个标准音调，实际上基本的标准音调只有一个，即黄钟，史记：“黄钟（管）长八寸一分”，或提：长九寸。第5页/共341页三分损益十二律 律名律名黄黄钟钟大大吕吕太太簇簇夹夹钟钟姑姑洗洗仲仲吕吕蕤蕤宾宾林林钟钟夷夷则则南南吕吕无无射射应应钟钟清清黄黄五七声五七声宫调宫调宫宫商商角角变变徵徵徵徵羽羽变变羽羽清清宫宫相当于相当于C CD DEF FG GA ABC接近自接近自然律然律doremifasollasido第6页/共341页 欧洲乐律起源

3、：毕达哥拉斯（Pythagoras），公元前六世纪 1584年，明代王子朱载堉完成律学新说，详细提出十二平均律理论 荷兰人斯蒂文（Simon Stevin），122第7页/共341页3.共振、回声、混响“应”“鼓宫宫动，鼓角角动，音律同矣”11世纪，沈括，“共振指示器”第8页/共341页5.波动论亚里士多德（Aristotle，公元前384322年）高度、强度、品质空气运动的速度、被激动的空气量、发声器官的构造第9页/共341页5.频率伽利略(Galileo Galilei)，单摆及弦的研究第10页/共341页6.声速法国的梅尔新，加桑地1687年，牛顿，自然哲学的数学原理1816年，法国数学

4、家拉普拉斯第11页/共341页五电声学20世纪20年代，电子管1920年，美国肯尼迪（A. E. Kennedy）把类比概念和方法引入电声系统和机械振动系统电声学这门科学主要是研究电能和声能彼此转变的问题。各种换能器的构造和理论，录音和放音的各种方法，都是属于“电声学”的范畴。第12页/共341页六 电声学与其他声学部门的关系电声学和建筑声学、生理声学、超声学、水声学都有很密切的关系。第13页/共341页第一章 振动和声波的特性1-1 振动与声波1-1-1 振动1.什么是振动？P62.振动的特性第14页/共341页1-1-2 声波1.几个基本概念：声波声源媒质声场声音声线第15页/共341页

5、声波物体的振动引起周围媒质质点由近及远的波动 声源发声的物体，即引起声波的物体 媒质传播声波的物质 声场声波传播时所涉及的空间 声音声源振动引起的声波传播到听觉器官所产生的感受 声线声波传播时所沿的方向第16页/共341页2.结论声波的产生应具备两个基本条件：物体的振动，传播振动的媒质声波是一种机械波，媒质传播的只是能量气体中的声波是纵波，即疏密波第17页/共341页3.声波具有一般波动现象所共有的特征：反射、折射、衍射、干涉等第18页/共341页声波的反射第19页/共341页声波的全反射第20页/共341页声波的折射第21页/共341页波的衍射：惠更斯定律第22页/共341页干涉与拍频 当一

6、列有明显波长和振幅的正弦声波由左向右传播时，遇到另一列具有同样波长和振幅，却由右向左传播的声波，此时在任何一点观察所产生的效果，都要依据在不同时间两列波叠加的情况而定。 第23页/共341页 “同相”（in phase），相长干涉（constructive interference） “倒相”（out of phase），相消干涉（destructive interference） “拍频”（beating）。第24页/共341页多普勒效应 当声源和听者彼此相对运动时，会感到某一频率确定的声音的音调发生变化，这种现象称为多普勒效应。频率的变化量称为多普勒频移。第25页/共341页4.声波的一些

7、基本参数波长波数即沿着声波传播方向上单位长度内的相位变化cf2kkc第26页/共341页 声速声波在媒质中每秒内传播的距离称为声速，用C表示，单位为m/s。 空气中的声速等于0PC第27页/共341页 当温度为15C时，声波在空气、水、钢、玻璃中的声速分别为340m/s，1450m/s，5100m/s，6000m/s 速度随着媒质密度增大而增加。 声音的传播速度与媒质的密度、弹性和温度（变化1度，变化0.6m/s）有关，与声波的频率、强度和空气湿度无关。 声速比光速慢得多，这对方位感的辨别起到了很重要的作用。 必须把声速和振速严格区分开来第28页/共341页预习： 声波的基本参量有哪些？各自的

8、含义是什么？ 平面波和球面波有哪些区别？第29页/共341页 1-2 声波的基本参量与波动方程1. 三个基本参量：媒质密度、媒质质点振动速度、声压，它们都是位置与时间的函数a.媒质密度 =（x,y,z,t）在没有声波时，媒质密度称为静态密度0，是指该处媒质密度的瞬时值。b. 媒质质点振动速度 v它是一个向量，反映微观质点振动，单位m/s第30页/共341页c.声压 PP=P（瞬态） P0（静态）是标量，单位Pa第31页/共341页2.三个声波方程式声振动作为一个宏观的物理现象，必然要满足三个基本的物理定律，即牛顿第二定律、质量守恒定律及上述压强、温度与体积等状态参数关系的状态方程。为了使问题简

9、化，必须对媒质及声波过程做出一些假设，P21 第32页/共341页a. 运用这些基本定理就可以分别推导出媒质的： 运动方程（牛顿第二定律的应用），即p与v之间的关系 0pvrtpv第33页/共341页 状态（物态）方程（绝热压缩定律的应用），即p与之间的关系20pCttp 第34页/共341页 连续性方程（振动过程的统一性），即与v之间的关系0()SvStr v 第35页/共341页1-2-1 波动方程由上述三个基本方程，可以导出声波传播方程，波动方程：推导222022(ln )pppSCtrrr第36页/共341页1-2-2 平面波 球面波 波阻抗率1.平面波a.什么是平面波？第37页/共3

10、41页b.方程推导由于波阵面是平面，波阵面面积不再随传播距离而变化，即S不再是r的函数，讨论这种声波归结为求解一维声波方程：2222201ppxCt第38页/共341页c.方程式的解及分析 设方程式有下列形式的解： 代入一维声波方程， 得 其中( )j tpp x e222( )( )0d p xk p xdx02kC第39页/共341页 对于讨论声波向无限空间传播的情况，取成复数的解将更为适宜，即 ( )jkxjkxp xAeBe()()( , )jt kxjt kxp t xAeBe，第40页/共341页 假设没有反射，则B0，得 ()( , )jt kxp t xAeAAP()( , )

11、jt kxAp t xP e()00jt kxAPveC第41页/共341页讨论： 首先讨论任一瞬间时，位于任一位置处的波经过时间后位于何处？ 任一时刻t0时，具有相同相位的质点0是一个平面 第42页/共341页d.波（声）阻抗率Zs 媒质特性阻抗 0pZsCv200413kgCm s第43页/共341页2.球面波a.什么是球面波？第44页/共341页 当声波的波阵面为球面时，该声波称为球面波。 一个点声源发出的声波为典型的球面波。第45页/共341页b.方程推导：2222022(ln ),4pppSCSrtrrr()()0,jt krjt krAABPeeAr Prr()00011(1)jt

12、 krpAvtexrCjkr 2000000220()2,11 ()1 ()C krC krpjkrZsCjkvjkrkrkrC第46页/共341页3.柱面声波a.什么是柱面声波？若声源为长圆柱形，其长度远大于波长，则辐射的声波为圆柱面声波，此时S=2rl，其中l为圆柱长度。b.方程推导：2220221pppCtrrt第47页/共341页4.平面波与球面波的区别a.波阵面不同b.平面波的幅度不变，球面波的幅度随距离增大而减小，在距离很大时，球面波近似于平面波c.平面波声压与质点振速相位一致，而球面波不一致d.平面波Zs为一常数，球面波Zs为一复数第48页/共341页预习： 比较在相同声压时，水

13、中和空气中的声强度？第49页/共341页1-3 声波的特性能量关系1-3-1 声压1.什么是声压？声波传播时，空气媒质各部分产生压缩与膨胀的周期性变化，这变化部分的压强与静态压强的差值称为声压。2.瞬时声压、峰值声压与有效值声压Pp=1.414Prms 第50页/共341页1-3-2 质点振动位移 1-3-3 质点振动速度 第51页/共341页1-3-4 声阻抗 1.声阻抗ZA2.声阻抗率ZS3.平面声波中的特性阻抗ZCApZUpZsv00400pPa sZcCmv第52页/共341页1-3-5 声能量与声能密度 1.声能量E220022001()2kpVEEEvpC 第53页/共341页2.

14、声能密度定义单位体积内存在的声能量（瞬时值）222200220000111()()V22EpvpvCP00Pc第54页/共341页3.平均声能密度000011VTTEEdt VdtTT第55页/共341页 对于平面波： 对于球面波：22000rmspICC222001(1)2()rmspCkr第56页/共341页1-3-6 声功率与声强1.平均声功率定义又称平均声能量流，是指单位时间内通过垂直于声传播方向的面积S的平均声能量。声波在单位时间内沿传播方向通过某一波阵面所传递的能量。W第57页/共341页 因为声能量是以声速Co传播的，因此平均声能量流应等于声场中面积为S，高度为D的柱体内所包括的

15、平均声能量，即 平均声能量流，单位为瓦，1瓦=1牛顿米秒。0WC S第58页/共341页2.声强Ia.定义通过垂直于声传播方向的单位面积上的平均声能量流就称为平均声能量流密度或称为声强，即00C SWICSS第59页/共341页b.自由平面波或球面波的情况下声波在传播方向上的声强为c.根据声强的定义，它还可用单位时间内、单位面积的声独向前进方向毗邻媒质所作的功来表示，因此它也可写成 200rmspICee01R ( )R ( ),cosTrmsrmsIpv dt IpvT第60页/共341页 对于平面波： 对于球面波 声强的单位是瓦米2 221222srmsrmssv ZpIpvpvZ24WW

16、ISr第61页/共341页 例： 一讲话者发出的声功率约为20W，在离其1米的地方声强为多少？在离其2米的地方声强为多少？ 第62页/共341页注意：切不可将声源的声功率与声源实际损耗的功率混淆。第63页/共341页 例： （a）比较在相同声压时，水中和空气中的声强度。 （b）比较在相同频率和位移幅值时，水中和空气中的声强度。 第64页/共341页 1-3-7 声谱 1-3-8 工程计算用声学常数 自学内容P15 预习：可以从哪几方面来描述人的主观听觉？它们对应的客观量分别有哪些？第65页/共341页1-4 听觉心理主观听觉与电声标准 人的主观听觉与客观实际是否一致？ 音质四要素: 振幅（幅度

17、）音强响度，大小 频率 音高音调，高低 频谱（相位）音色品质 波的时程特征音品 客观 主观 第66页/共341页1-4-1 声压级与声强级 （dB）1.为什么要采用声压级或声强级？声压和声强的量度问题，声音从最弱到最强用Pa表示麻烦人耳听觉增长规律的非线性第67页/共341页2.声压级a.定义在空气中参考声压Pref，一般取为210-5帕 20lgrmsrefpSPLdBp第68页/共341页b.人耳听力范围：0dB（闻阈）120dB（痛阈）c.是否存在小于0dB的声音？第69页/共341页3.声强级a.定义空气中参考声强 Iref，一般取10-12Wm2b. 声压级与声强级数值上近于相等 1

18、0lgrefISILdBI第70页/共341页例：如果一个声波的强度为IA，另一个声音是IA的1000倍，则这两个声波强度差为多少？第71页/共341页4.声功率级1210lg,10AAArefWSWLdB WwW第72页/共341页5.意义与应用 20lg,10lgEuwrefErefWULdB LdBUW第73页/共341页a.电平控制器b.误差第74页/共341页6.级和分贝分贝是级的单位，不能按照一般自然数相加的方法求和。当以分贝为单位的声学量进行相加时，必须从能量的角度考虑，按照对数运算的法则进行计算。问题：声压提高一倍，声强提高一倍，功率提高一倍，电平提高一倍第75页/共341页7

19、.声源的叠加a.功率W1+2=W1+W21210lgrefWWSWLdBW第76页/共341页b.声压一般在多个声源声波相遇处的振动，是各个声波所引起的分振动形成的和振动，而其质点上的位移，则是各个声波在这点上所引起的分位移的矢量和，这就是声波叠加的原理。第77页/共341页 如果这两个声源为不相干声源，则 221 212ppp22221212220lg10lgrefrefppppSPLdBpp第78页/共341页 例：设两个声源的声功率分别是90分贝和80分贝，试求叠加后的总声功率。 例：若在某一声场中有一组不相干声源，在这一声场某点测得声压级分别为80，90，98，100，95，90，82

20、，75及60分贝，求该点的总声压级。第79页/共341页1-4-2 人对声音频率的感觉特点 音高与音阶第80页/共341页1.倍频程P40a.定义频程的单位，符号为oct，等于两个声音的频率比（或音调比）的以2为底数的对数，在音乐中常称八度。221log ().fnoctf第81页/共341页2.十二平均律a.定义所谓十二平均律，是在一个倍频程的频率范围内，按频率的对数刻度分成十二个等份划分音阶的。这十二个音阶中，相邻的两个音称为半音关系，它们的频率比为11221212 :1,2ff第82页/共341页b.关键词21/12相临键音高频率关系2n每n个八度频率相差2n倍fA = 440Hz =

21、fa1第83页/共341页c.分组 大字二组 C2B2 大字一组 C1B1 大字组 CB 小字组 cb 小字一组 c1b1 小字二组 c2b2第84页/共341页 例： fe1 fB1 fd1第85页/共341页3.人耳频率听觉范围次声20Hz20kHz超声，10个倍频程电声上认为：中频1k3k第86页/共341页 另一种观点：500Hz 小于150Hz 低音 150Hz500Hz 中低音 500Hz5kHz 中高音 大于5kHz 高音第87页/共341页 极低频 2040：低音大提琴、低音巴松管、管风琴、钢琴、土巴号 低频 4080：大鼓、法国号、巴松管、低音单簧管 中低频 80160：定音

22、鼓、男低音、上述乐器 中频 1601280：所有乐器、人声、厚实与否 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 高频 25605120：小提琴上限、钢琴、短笛高端、泛音 极高频 512020k：泛音（谐波）第88页/共341页4.音色a.为什么频率相同的乐器听起来音色不同？第89页/共341页 由于各乐器的谐波不同（谐音数目与强度分布不同），音色不同 第90页/共341页b.谐频音色任何声音的实际音色，均取决于在基频之上出现的谐频（又叫谐音）谐音的频率总是基频的整数倍，这种音在主观上是和谐的；噪声通常是由许许多多频率与强度都不同的各种成分杂乱无章的组

23、合而成。音色：成分音结构音品：时间结构，波的时程包络，从起始稳定衰减的特性第91页/共341页1-4-3 听觉的基本特性1. 听觉的韦伯定律2. 听觉的欧姆定律3. 双耳听觉4. 听觉疲劳5. 听阈（闻阈）6. 痛阈7. 听觉住留8. 听力谐音第92页/共341页1-4-4 响度与响度级 听觉的频率响应 音调 对于两个声压级相同的声音，人耳听起来是否一样响？第93页/共341页1.人对同样强度但是不同频率的声音主观感觉的强弱是不同的a.对声强和频率变化的分辨力 b.人类听觉频率响应（图）第94页/共341页c.人类听觉频响的特点： 声压级越高，人的听觉频响会越趋平直；而随着声音声压级的降低，人

24、的听觉频响会相应变坏，其中低频尤甚 对于高于1820kHz和低于1620Hz的简谐声音，不论声级多高，一般人都不会听到 不论声压级高低，人们对3kHz5kHz的频率分量最敏感第95页/共341页d.既然人耳对2020kHz以外的声音是听不到的，为什么在高保真技术中规定的频率要远远大于这个范围？第96页/共341页2.等响曲线为了更全面地表示人类的听觉频响特性（P53）a.等响曲线图，图中每一条曲线上对应的各个频率的声音强度听起来是等响的b.响度级的概念：习惯上以曲线在1kHz时的声压级数定为响度级数，用“方”作为响度级的单位c.人耳对响度的听力范围：0120（140）方第97页/共341页第9

25、8页/共341页d.响度效应（loudness effect）与等响开关（响度控制器）LOUDNESS没有响度控制器的设备如何满足人耳的听觉？ 第99页/共341页e.响度级与声压级分贝数与方数仅在1000Hz的时候数值是相同的同样强的声音在不同频率时并不一样响第100页/共341页 例：频率为1000Hz和60Hz的两个声音，声压级均为60dB，问响度级差多少？ 例：在上题中，欲使两个声音一样响，问60Hz的声音需要增强多少？第101页/共341页3.响度与响度级响度与响度级的关系问题：响度提高一倍，响度级提高多少？输出功率提高多少？第102页/共341页4.计权根据主观听觉对客观值的修正，

26、即如果要用仪器测量声音的响度级，必须模仿上述人的听觉频响。第103页/共341页为了简化测量设备，一般只选取三种计权特性来代表人的听觉频响。 A计权模仿声压级在030dB时的听觉频响 B计权3060 C计权60130 D计权表征飞机噪声在听觉上的反映 线性计权为了排除超声与次声信号而设置的，也称宽带计权第104页/共341页5.音调自学内容P54第105页/共341页1-4-5 掩蔽效应（frequency masking）1.定义：P552.原因第106页/共341页3.纯音掩蔽时的听阈当响度较大时，低频声会对高频声产生较显著的掩蔽作用高频声对低频声只产生很小的掩蔽作用掩蔽音和被掩蔽音的频率

27、越接近，掩蔽作用越大；当它们频率相同时，一个音对另一个音的掩蔽作用最大。第107页/共341页4.噪声掩蔽时的听阈自学内容P56第108页/共341页5.应用电声设备中的不可避免的本底噪声究竟该多么低，取决于有用声音信号电平相对多高，即要根据有用声音信号的强度来规定允许的最大噪声强度，这就是电声技术标准中的“信号噪声比”指标的来源。第109页/共341页6.鸡尾酒会效应（cocktail party effect） a.定义b.原因第110页/共341页1-4-6 方向听觉1.双耳效应第111页/共341页2.哈斯效应（优先效应，延时效应） 535ms：几乎不能察觉，后一个起丰满作用（补充）

28、3050ms：有一点儿察觉，但以第一个为主 50ms以上：可分辨，可感到回声 第112页/共341页3.德波埃效应 声像的概念 德波埃效应与双耳效应的区别 第113页/共341页4.劳氏效应第114页/共341页1-5 常见声音信号的特点 电声系统的基本要求1-5-1 声音信号的特点与电声系统的要求主、客观的结合1. 声音信号的时程特点：增长、稳定、衰减 与电声设备的稳态与瞬态的要求2. 声音信号的频谱特点与电声设备的频带要求3. 声音信号的声色 与电声设备的线性与非线性要求4. 声音信号波形不对称的特点第115页/共341页1-5-2 声音信号强度的测量 峰值、有效值、平均值、准峰值、准平均

29、值、峰值因数、峰平比第116页/共341页max22222( )()22( )( )10.707221.114pTTrmsTTavgqpppq aavgavgprmspavgTTUU ttUt dtUTU t dtUTUUUUUUUUUU 峰值有效值平均值准峰值准平均值峰值因数峰平比第117页/共341页2.常用音量表 自学内容：VU表，PPM表区别 预习：直达声，反射声，混响声第118页/共341页第119页/共341页第二章 室内声学2-1 历史研究1.室内声学（room acoustics）的现代研究华莱士克莱蒙特赛宾（Wallace Clement Sabine） 第120页/共341

30、页2.自由声场与扩散声场a.自由声场：无界空间的声场，声源向四周辐射而无任何界面或物体的反射第121页/共341页b.扩散声场：声能密度均匀在各个传播方向为无规律分布的声场第122页/共341页扩散声场的理想条件： 声以声线方式以声速Co直线传播，声线所携带的声能向各方向的传递几率相同，即声场中任一点的声波应由各个方向上以相同强度传来的声波叠加而成 声场中各个方向传播的声波的相位是任意的，各声线是互不相干的，声线在迭加时，它们的位相变化是无规的 声场中各处声能密度相同 第123页/共341页3.房间对室内声场的影响：P312a.引起了反射b.改变了语言和音乐的瞬态特性c.增加了房间内声能密度d

31、.改变了声能在室内的空间分布 第124页/共341页4.房间的声学类型：P312 直接听音的房间 使用电声耦合系统的房间 使用扩声系统的房间 第125页/共341页2-2 室内声的组成第126页/共341页1.室内声构成a.直达声 （Direct Sound）b.反射声（Reflection）：前期（近次）反射声 （50ms以内）混响声 Reverberation第127页/共341页第128页/共341页2.混响声P62 人们对于语言与音乐的混响时间的要求是不一样的 例如，一般小型的播音室、录音室，最佳混响时间要求在0.5秒或更短一些，主要供演讲用的礼堂或电影院等，最佳混响时间要求在1秒左右

32、，主要供演奏音乐用的剧院和音乐厅一般要求在1.5秒左右为佳。 人工混响第129页/共341页3.回声 Echo 如果到达听者的直达声与第一次反射声之间，或者相继到达的两个反射声之间在时间上相差50毫秒以上，而反射声的强度又足够以使听者能明显分辨出两个声音的存在，那么这种延迟的反射声叫做回声。 回声与混响是不同的概念。第130页/共341页4.空间感空间感与声场中方向分布的均匀性有关，室内声场扩散越充分，空间感程度越高。除了方向听觉外，人耳尚能对声源距离定位和对声源高度定位5. 初始声能的作用第131页/共341页2-3 闭室的混响声与混响时间2-3-1 闭室的简正频率 1.驻波 简正波 固有频

33、率P322a.驻波“进行波”（progressive wave） 干涉 第132页/共341页 当某一频率声波的1/2波长恰好与房间长度相等时，就形成了驻波 “室内模式”（room mode） “轴向驻波”（axial）， “切线驻波”（tangential）， “间接驻波”（oblique） 第133页/共341页b.简正波与固有频率 室内驻波是一种三维驻波简正波，每一个简正方式都有其特有的对应频率，对应频率为简正频率，也称室内固有频率。 简正频率及其分布情况对于确定的房间是确定的，因此可以作为表征房间特性的一个基本参量，但它们必须在声源的激发下才能表现出来。第134页/共341页2.矩形硬

34、墙面闭室的固有频率 fn P3222220 xyz()()()2mnnnyxznnCnnfLBHLBH， ，闭室内的长、宽、高（ ），正整数或零第135页/共341页3.固有频率的分布特点第136页/共341页4.频率在f以内的房间简正频率数N320004()()()3482()4()x y zy zx zx yxyzffLfNVSCCCVl l lSl ll ll lLlll第137页/共341页5.房间的共振和共振频率a.共振的产生b.结果：简并，声染色第138页/共341页6.简并几个方向上的简正频率相重合的现象 例：有一间房间34.56m3，（lz2lx），用fn数低于100Hz以下房

35、间简正频率数。第139页/共341页7.染色P328 假如只有个别频率分量能激发出简正波，会使室内声音在这些个别频率分量上突出地加强和拖尾，导致听觉上的“染色”现象。第140页/共341页8.如何避免过多的简并现象？P319足够大的房间（与声波波长相比），（避免低频共振）矩形闭室的长、宽、高不能成简单正比关系，最好取无理数房间应具有散射声波的扩散体吸声材料应分散在各个壁面上第141页/共341页9. 分析室内情况主要分析3R声 Reflect（反射） Reverberation（混响） Resonance（共鸣）第142页/共341页10. 房间均衡器（EQUALIZER）弥补房间频率不均匀节

36、目源调音台EQ功放喇叭喇叭第143页/共341页2-3-2 闭室的混响声扩散与混响时间1.混响时间T60 P316定义：混响声声能密度在声源停止发声后衰减60dB所需要的时间第144页/共341页a.赛宾公式：600.161KVVTAS1niiiASS11niiiSS111()nniijijSAS第145页/共341页 例，室内有20只木椅，每只木椅的吸声量为0.2米2，则20只木椅的吸声量为：2120 0.24njjAm第146页/共341页b.艾润公式：600.161ln(1)VTS第147页/共341页c.赛宾努特生公式：600.1614VTSmV m空气的声能衰减常数（1/m）第148

37、页/共341页室温20C，相对湿度50时的4m值 频率（频率（Hz）100020004000630080004m（m1 ）0.0040.0100.0240.0500.077第149页/共341页d.艾润努特生公式：600.161ln(1)4VTSmV第150页/共341页2.T60的意义：已知V，S，可求T60已知V，S，确定T60，可进行房间音质设计已知V，S，测定T60可求材料的当=1，T600，自由声场（消声室）当=0 ，T60，扩散声场（混响室）第151页/共341页3.几个公式的关系房间小，频率低房间小，频率低反之反之0.2r，r/2qrq=r/2qr/2r0第180页/共341页2

38、-6 噪声控制 隔声 标准 措施第181页/共341页2-6-1 噪声控制的一般要求 厅堂内的噪声主要来自三个方面： 一是建筑物内设备的噪声 二是外界传入观众厅的噪声 三是与本建筑物相关设施的其他噪声源第182页/共341页2-6-2 室内噪声标准 “安静的衡量标准”信噪比 A计权 NC噪声评价曲线 NRISO提供第183页/共341页各类观众厅内噪声限值观众厅类型观众厅类型自然声自然声采用扩声系统采用扩声系统歌剧、舞剧剧场歌剧、舞剧剧场NR-25NR-30话剧、戏曲剧场话剧、戏曲剧场NR-25NR-30单声道普通电影院单声道普通电影院NR-35立体声电影院立体声电影院NR-30会堂、报告厅和

39、多用途礼堂会堂、报告厅和多用途礼堂NR-30NR-35第184页/共341页2-6-3 隔声措施的一般原则1.外界噪声传入室内的两个途径：P340第185页/共341页a.空气声b.固体声第186页/共341页2.隔声原则a.抑制噪声源b.正确选址c.隔声措施隔声：空气声 高频隔振：固体声 低频 振动第187页/共341页2-6-4 建筑构件的空气声隔声量1.透声系数与隔声量0tEE110lgTL第188页/共341页2.单层密实均匀结构的隔声“质量作用”定律20lg20lg43TLfMMD第189页/共341页 例：有一堵砖墙，厚度D=0.1m，=2000kg/m3，对于f=1000Hz的声

40、波的隔声量是多少？第190页/共341页3.双密实均匀结构的隔声a.双层墙同样随f增加而TL增加b.避免声桥c.中间可悬挂吸声材料d.谐振点1260011ofLmm第191页/共341页2-7 房间音质设计2-7-1 最佳混响时间 不同大小、不同用途、不同节目、不同演出规模的厅堂的最佳混响时间是不同的。 一般来讲，用于音乐的厅堂对混响时间的要求长一些，使人们听起来有丰满感，而用于语言的厅堂则要求短一些的混响时间，以保证足够的清晰度。第192页/共341页第193页/共341页播音室吸声处理设计实例1. 房间参数S=115.5m2V=79.65m32. 主要用途汉语播音，查得最佳混响时间曲线3.

41、 设计计算公式：努特森公式第194页/共341页500座电影院音质设计1. 厅堂音质设计的要求五大基本要求，即合适的响度、均匀的声场分布、合适的混响时间、较高的清晰度和丰满度以及无音质缺陷等。2. 所研究电影院的参数厅堂的容积确定，厅堂的体型设计3. 预计使用的吸声材料4. 混响时间的估算（空场、满场）5. 改造第195页/共341页 第三章 电力声类比 什么是类比？ 为什么要运用电力声类比？第196页/共341页换能器：话筒、扬声器第197页/共341页3-1 机械振动系统 3-1-1 声1.从振动和波动理论来讨论“声”和“声源”2.声源的几种类型 自由振动 衰减振动 受迫振动第198页/共

42、341页3-1-2 质点的振动（单振子）第199页/共341页1.自由振动P82222220020001,010,112cos()KMMMMMMMMMMMMMAFk x Ckd xMk xdtd xMk xdtkd xxdtMM CfM Cxxt 力顺根据牛二定律：振动圆频率方程的解为：第200页/共341页2.衰减振动222202000,020,2cos()RMMMMMMMtdxFRRdtd xdxMRk xdtdtRd xdxxdtdtMxx et 力阻,阻力系数衰减系数方程的实数解为：第201页/共341页3.受迫振动02222020000coscos2cos,cos()cos(),1(

43、),2AMMMAAAAMtAjAAMMMMMMMMFFtd xdxMRk xFtdtdtFd xdxxHt HdtdtMxx etxtFxZRjxZeZxMC外力幅值第202页/共341页3-2 动力类比法3-2-1 电力类比1.电路的基本概念第203页/共341页 电源是电动势为 电路运动方程为 回路中电流为 Zej tAEE e1Rej tAdILeIIdtE edtCeEIZe1Re()ZejLeCe第204页/共341页2.电力类比 FE，vI，MMLe，CMCe，RMRe 正类比，阻抗型类比22111Rej tMMMAMMj tMMAMj tAd xdxMRk xF edtdtdxv

44、CdtKdvMR vvdtF edtCdILeIIdtE edtCe因为质点速度，并引用力顺，则上式可以改写为，串联电路第205页/共341页第206页/共341页 FI，vE，MMCe，CMLe，RM1/Re 反类比，导纳型类比11Re1j tAj tMMAMdECeEEdtI edtLedvMR vvdtF edtC，并联电路第207页/共341页3.力学线路a.元件（阻抗）MMLe CMCeRMReFEvI第208页/共341页 导纳 MMCe CMLe RM1/Re FI vE第209页/共341页b.力学系统用导纳型 力线 速度的相对性 在力点符合动力学平衡条件10niiF第210页

45、/共341页 例：设有如图所示的力学振动系统，质量Mm被一弹簧Cm系住，弹簧端固定于刚性壁上，质量可以沿着刚性的地面运动，它与地面间的摩擦系数为Rm，如果质量Mm受简谐外力F的作用，试求解这个系统的运动。第211页/共341页例：第212页/共341页例：第213页/共341页例：第214页/共341页例：第215页/共341页c.阻抗与导纳的互换 P31 并联串联 电容电感 导纳阻抗 电流源电压源第216页/共341页3-2-2 电声类比1.赫姆霍兹共鸣器第217页/共341页a.系统分析000000000()()()()(1)PpVxSPp VxSPVPVxSV，即200000000000

46、0()(1)1PpSxPPxSSxSxpCCPVVVV ，求得，其中22000C SFpSxV 220001MMMC SKCVK ，第218页/共341页当管口受到声压为的声波作用时，短管中空气运动方程为： j tApp e221j tMAMMd xdxMSp eRxdtdtC-1j tMMAMdvMR vvdtSp edtC第219页/共341页 在声振动系统中，对讨论有意义的不是力F及线速度v，而是逾量压强p及单位时间内的体积流，即体积速度 因此以上方程可以改写为：,UUvS vS2221j tMMAMMRdUUUdtp eSdtSC S第220页/共341页b.声学元件 MA声质量 RA

47、声阻 CA声容（声顺）222,MMAAAMMRMRCC SSS令1j tAAAAdUMR UUdtp edtC第221页/共341页2.类比 阻抗型MALe，RARe，CACe，PAEA，UI 导纳型MACe，RA1/Re，CALe，PAIA，UE11Re11Rej tAAAAj tAj tAdUMR UUdtp edtCdILeIIdtE edtCedECeEEdtI edtLe，串联电路，并联电路第222页/共341页3.声电类比线路图（阻抗型）声流线压强的相对性在元件交界处有流量守恒定律，即在交界处满足10niiU第223页/共341页例：第224页/共341页例：第225页/共341页

48、例：第226页/共341页例：第227页/共341页3-2-3 力学与声学混合线路 变量器 设有如图所示的一般的力学声学综合系统，外加简谐力F1作用在面积为S、质量为MM的活塞上，使活塞振动，振动速度为v。第228页/共341页2MAFPZZvU，2UvSFP S，222211AAMF SFPZZZUvSvSS，即第229页/共341页“变压器”与“力声变量器 ”第230页/共341页2211MAAMZSZSj Cj C222/MAMAMACCSMSMRSR，第231页/共341页第232页/共341页3-2-4 综合应用举例1.扬声器 P191f=BlI第233页/共341页2.闭箱式扬声器

49、CAMMRMCM第234页/共341页3.倒箱式扬声器第235页/共341页4.压强式MIC第236页/共341页5.压差式MIC第237页/共341页6.耳机第238页/共341页7.拾振器第239页/共341页第四章 电声换能器的原理和设计4-1 声的辐射 讨论振动体是如何向弹性媒质辐射声波的： 振动体与弹性媒质如何交换能量 辐射的声能在弹性媒质中如何分布第240页/共341页4-1-1 辐射阻抗 表示振动体与弹性媒质间能量交换关系的最简便的方式，是将弹性媒质看成是振动体的一个“负载”。第241页/共341页 辐射力阻抗： 辐射声阻抗：MRMRMRfZRjXvARARARPZRjXU2MR

50、ARZSZ第242页/共341页一 无限大障板上的圆活塞振动体的辐射力阻抗第243页/共341页1.圆活塞单面辐射力阻抗11MRFZV1110022(2)2(2)(1(2)(2)JkaKkaFC SVjkaka1110022(2)(2)(1)2MRJkaKkaZC Sjkak a第244页/共341页2.辐射力阻 辐射力抗1100(2)1MRJkaRC Ska110022(2)2MRKkaXC Sk a第245页/共341页a.辐射力阻1002100()1()()22MRMRkaRC SkaRC S kaka当很大时，常数当很小时，转折点：第246页/共341页b.辐射力抗 MMR1活塞的单面